管道风险评价中个人风险的计算

，程五一1，郑洪龙2，张华兵2，王兆芹11中国地质大学（北京）安全工程教研室，北京（100083）2中国石油管道研究中心完整性所，河北廊坊（650000）E-mail：[e-mail]摘要：估算个体风险是风险评价过程中风险计算的基础。个体风险常常表示为等高线区域图。个体风险被定义为在任何特定的位置由于某种不期望发生的事件导致死亡的可能性。它能表示在具体的场所一年内一个人死亡的可能性。从一条管道的特定位置估算个体风险是很复杂的，因为失效的位置未定、失效率也是沿管道存在的。为了解决这个问题，需要通过建立合理的假设。本文根据历史数据和各类标准建立了个体风险计算的方法。关键词：个体风险；个体风险概率；危害影响区域；总个体风险1.概述随着管道技术的发展，大口径、高压力的管道不断应用与现今的燃气长输管道。对长输管道的定量风险评价也进一步的重要。目前针对管道进行的定量风险评价主要采取计算管道周边的个人风险值和社会风险值两种。社会风险值常采用F/N曲线来表示，而个人风险主要是通过对某一特定场所风险的计算来形成等高线图来表示管道周围个人风险的值。本文主要讨论管道风险评价中个人风险的计算。对于与管道中的产品意外释放有关的危害来说，管道邻近区域的个体风险值通常基于在闪燃、喷射火焰（或液体泄漏造成的池火灾），或爆炸环境中的暴露值来表示。这些危害都是由许多的历史失效数据和合理的假设来确定的，它们是计算个体风险值的基础。个体风险值取决于风险影响的距离及危险源到个体受者位置间的距离。通常采用点危险源产生的个体风险的概念，它是在对固定设备和输运场所的研究的危险材料的风险评价中被建立并完善的【2】【3】。对于处在受危险源影响的特殊场所的个体来说，个体风险通常由下面的方程式来确定【1】：IR(i,X)=PC(i,X)×PF(i,X)（式1-1）其中，IR(i,X)——在一个被定义地点i，危险源X下的个体风险值PC(i,X)——在地点i处，个人暴露于危险源X影响下的可能性大小PF(i,X)——在地点i处，处于危险源X影响下的死亡可能性大小在个体风险值计算的研究中，共包含了6种不同类型的危险源释放的假设。它们是：泄漏喷射（或液体池火）火灾（LJF）；破裂喷射（或池）火灾（RJF）；泄漏闪燃（LFF）；破裂闪燃（RFF）；泄漏爆炸（LEX）；和破裂爆炸（REX）。当各种危害假设下的个体风险值确定后，所有危害下的总个人风险值（TIR）由各个危险值代入式1-2中。可以用前述指定的简称英文字母将1-2式写成如下形式：IR=IR（LJF）+IR（RJF）+IR（LFF）+IR（RFF）+IR（LEX）+IR（REX）（式1-2）在本文针对管道风险评价中个体风险值的计算用到的总体假设有如下几点：z所有危险都生成于相应的部分管道的沿线处的点；z风的分布视为均匀的；z风速及大气稳定度级别为单一值；z任何缓解措施均未被考虑；点火源分布均匀（点火的可能性与泄露的方向无关）；z后果影响可以被独立处理。影响等级的增量是一个常量，且确定的影响区域内的影响也是常量。本文应用参考文献[1]提供的两个关于个人风险的计算方法假设：z评价部分管道中距危险源特定距离处的个人风险值；z估测某一特定个人风险等级相应的距离。在本文的个体风险值计算的研究中主要应用前者的假设，在后面将基于前者的假设详细论述个人风险值的计算；本文同时也阐述了后者，并做了简要的说明。在管道定量风险评价中个体风险计算主要按照以下的步骤进行分析：①危险影响距离；②基于受者与管道危险源之间的距离划分的3种危害类型中，每种危害可影响到的部分的长度（XSEG）；③离管道昀接近的受者的昀大死亡率；④每种危险可能影响到的部分的长度下的受者的平均死亡率；⑤管道校正的基本失效概率；⑥每个XSEG的基本概率。⑦特定条件下每一种假设事件的概率系数。⑧特定条件下个体暴露的概率。⑨某一特殊场所的个人风险。下面将针对以上的步骤，对个体风险值的计算进行具体的分析及实例应用。2.危险影响距离合适的产品泄露危害后果评价模型是评价危险影响距离的基础。每种危害类型适用的假设在前面已被陈述，即闪燃，喷射火焰（或液体泄漏产生的池火），及泄漏的气体和蒸汽爆炸。基于给定情形下的特定参数，可应用参考文献[1]中提供的释放影响的数据及表格对其影响进行评价，其中的数据内容包括以下几项：①管道输运的产品种类；②管道直径；③管道操作压力；④管道与财产线（或某地无用财产与有用财产的界限）之间的昀小距离；⑤管道与财产线的方向（即平行，垂直，成角度等）；⑥财产线暴露于相关长度的管线的长度，例如：学校财产线周围1500英尺内的部分管线的长度；⑦受者位置距离（在参考文献[1]中已经明确定义了财产中心线到管道的昀近距离）。3.部分长度的个体风险（XSEG）XSEG的长度决定于从管道到达受者并且造成1%死亡率影响的昀长影响距离。每种危害类型分别独立决定各自的XSEG长度。要确定XSEG的长度，必须先确定造成1%死亡率影响的距离。上述距离一旦确定，XSEG的长度可基于图1给出的关系及下式得出：XSEG=2(RX(1%)2–R02)0.5（式3-1）其中，RX(1%)——造成1%死亡率影响（即，0.01致命概率的影响）的危险源与受者之间的距离；R0——受者位置与危险源之间的距离。先前定义的各种假设的危害长度计算范围如下图1所示。iR0,受体与危害物质的昀短距离个体受者的位置RX(1),危害物质x的1%致命的距离计算关心的管段图1确定XSEG的基础4.昀大和平均致命和死亡概率死亡率（一般将死亡可能性表示为百分数形式；死亡率100%等于概率上的1.0）取决于危险源的距离和受者所处位置受到影响的严重度。技术文献上的死亡率数据可用来评价火焰热辐射及爆炸剩余压力导致的死亡率。图2和3列出死亡率数据。图2基于燃气研究所报告的天然气火灾（GRI2000）数据，表明火焰热辐射及由暴露于火焰热辐射造成的死亡率之间的关系。图3表明了美国化学工程研究所化工过程安全中心（CCPS1996）的技术文献中剩余压力与死亡率之间的关系。此处剩余压力数据是室内爆炸时的，若应用于户外，则其数值较为保守。Mortalityvs.HeatFlux(Basis:30secexposure)0102030405060708090100400050006000700080009000100001100012000HeatFlux,Btu/hr-ft2Mortality,%图2火焰热辐射与死亡率估计值ExplosionOverpressureMortality0102030405060708090100012345678910111213Overpressure,psiMortality,%CCPSHSE图3剩余压力与死亡率估计值通过大量统计数据的分析，建立满足热辐射死亡率曲线的一个经验公式【1】，公式如下：M(%)=(-5.55E-07)Ith2+0.0236Ith–103（式4-1）其中，M(%)——死亡率，以百分数形式表示Ith——热辐射密度，单位：Btu/hr-ft2爆炸死亡率基于前面引用的文献中化工过程安全中心（CCPS）的数据，建立的经验公式如下：M(%)=-0.7817(OP)2+21.354(OP)–44.99（式4-2）其中，M(%)——死亡率，以百分数形式表示OP——爆炸剩余压力，单位：psi此死亡率曲线同样适用于液体的热辐射及剩余压力爆炸影响分析。可把此公式中的Ith相应的替换为危险源距离，也同样成立。5.特定位置上受者的危害影响概率一旦指定XSEG的平均死亡率确定后，下一步即确定某段管道失效影响的概率。它包括确定产品从管道泄漏的可能性及其施加危害的可能性。产品泄漏的基本频率和概率基本概率值是由管道失效和产品泄露基本频率F0值计算得出的。管道失效和产品泄露的年频率值由OPS燃气管道事件数据库或危险液体管道事故数据库中的历史数据得出。这些失效率是基于加利福尼亚州的管道重大泄漏事故的历史数据得出的。表1加利福尼亚州普通管道平均失效和释放频率（F0）（1984-2001）管道中的产品管道服务类型F0,释放次数/英里·年天然气输运管线1.2E-04(0.00012)天然气收集管线2.1E-04(0.00021)天然气分配主管线4.6E-05(0.000046)危险液体——所有商品种类输运管线1.8E-03(0.0018)原油输运管线2.3E-03(0.0023)精炼产品输运管线1.3E-03(0.0013)基本泄露概率管道失效导致具有某种特殊危害性的产品泄露的可能性，通过基本泄露频率（F0）计算基本泄露概率。F0通过运用一种在某指定年内管道操作“一次或多次”泄漏的Poisson分布得出。由数学推导得出下式：P0=1–e(-F0×t)（式5-1）其中，F0——管线的平均泄漏频率，单位：泄漏次数/英里·年；t——概率调查时持续的时间段；默认情况下t=1。由于管道失效率的/数量级很小，得出年概率值在数值上等于年频率值，说明如下：P0=1–exp(-F0×t),其中t是概率调查时持续的时间段，取值为1P0=1–exp[(-1.2E-04)×(1)]P0=1.2E-04（或用小数表示为0.00012）修正后的基本概率基本概率（P0）与概率修正因数（PAF）和的乘积为修正后的基本概率（PA）：PA=P0×PAF（式5-2）失效频率可根据情况增减，例如维修项目的质量，某地与其他地方相比的土壤腐蚀性条件，和在某一特殊段附近很可能遇到的第三方活动的类型。概率修正因数（PAF）可根据拥有此段管道的专家的判断作相应数值变化和管线管理上的改变。6.每种危害部分长度（XSEG）的基本概率只有定义每管道的XSEG长度，才可以计算在相关危害物质X的影响下受者所在位置的个体风险。泄露到XSEG外的产品不能威胁受者的生命，因为XSEG的定义为可以达到受者的影响范围。每种危害假设的条件下，PA与PA(X)的关系如下[4]：(X)=(XSEG/5,280)×PA（式6-1）XSEG/5280仅仅是指定危害部分长度（XSEG，单位：英尺）与1英里（1英里=5280英尺）的比率。7.每种危险影响的条件概率不同种类危害影响的条件概率，PCI(X)，由下列等式决定：泄漏喷射或池火：PCI(LJF)=PC(L)×PC(LIG)×PC(FIG)×PC(JF)（式7-1）破裂喷射或池火：PCI(RJF)=PC(R)×PC(RIG)×PC(FIG)×PC(JF)（式7-2）泄漏闪燃：PCI(LFF)=PC(L)×PC(LIG)×PC(FIG)×PC(FF)（式7-3）破裂闪燃：PCI(RFF)=PC(R)×PC(RIG)×PC(FIG)×PC(FF)（式7-4）泄漏爆炸：PCI(LEX)=PC(L)×PC(LIG)×PC(EIG)（式7-5）破裂爆炸：PCI(REX)=PC(R)×PC(RIG)×PC(EIG)（式7-6）8.个体暴露的条件概率只有当在事件发生时个体处于事件影响范围内，其才会受到影响。其暴露概率由下式给出[3]：PC(EXPO)=PC(OCC)×P(OUT)（式4-16）其中，PC(OCC)——在指定年内校园内占用的时间概率P(OUT)——指定年内占用期间内在户外出现的概率它用来评价校园内个体风险的平均风险值。在个体风险计算的默认值为每年占用时间为180天，每天8小时推导出的：PC(OCC)=180天/年×8小时/天/8760小时/年=0.16PC(OUT)假定为每天2小时，所以在每天8小时工作期间内暴露于户外的概率为2/8=0.25。默认的PC(EXPO)=0.16x0.25=0.04[5]。9.危险条件概率和个体风险计算分析的昀后一步是