重大危险源分级标准

2010-07-23 20:59
重大危险源分级标准
级标准
（征求意见稿）
1适用范围
本规范规定了重大危险源评估分级的方法和程序。
本规范为重大危险源评估分级技术规范，适用于包括储罐区、库区、生产场所等重大危险源。
2规范性引用文件
下列文件中的条款，通过本规范的引用而成为本标准的条款。凡是标注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。
《中华人民共和国安全生产法》
《危险化学品安全管理条例》
《安全生产许可证条例》
《重大危险源辨识》（GB18218）
《安全评价通则》
《关于规范重大危险源监督与管理工作的通知》(安监总协调字[2005]125号)
3术语和定义
下列术语和定义适用于本规范。
3.1重大危险源major hazard installations
重大危险源是指长期地或者临时地生产、搬运、使用或者储存危险物品，且危险物品的数量等于或超过临界量的单元（包括场所和设施）。
4重大危险源分级判据
危险源等级 分级判据
死亡人数
一级重大危险源 可能造成30人（含30人）以上
二级重大危险源 可能造成10一29人
三级重大危险源 可能造成3—9人
四级重大危险源 可能造成1-2人
具体判别的依据如下：
①一级重大危险源：可能造成死亡30人（含30人）以上的重大危险源；
②二级重大危险源：可能造成死亡10-29人的重大危险源；
③三级重大危险源：可能造成死亡3-9人的重大危险源；
④四级重大危险源：可能造成死亡1-2人的重大危险源。
5重大危险源死亡人数及财产损失计算方法
可能造成的死亡人数评价程序为：
①将重大危险源的周边区域划分成等间隔的网格区，用一笛卡尔坐标体系的网格覆盖城市的区域地图(如图1所示)，网格间距大小取决于当地人口密度，以不影响计算结果为准。
②确定每一网格内的人员数量，通过火灾(室内火灾除外)、爆炸、毒物泄漏扩散事故后果模型计算重大危险源事故在每一网格中心处产生的热辐射、超压或毒物浓度的数值，然后通过热辐射、冲击波超压、中毒概率函数将其其转化为造成死亡的概率。
③将每一网格中心的死亡率与人口数量相乘，即得到死亡的人数。
④将所有网格的死亡人数求和，即得到总的死亡人数。
采用财产损失半径的方法评估事故后果造成的损失，并假定此半径内没有损失的财产与此半径外损失的财产相互抵消，或者说此半径内的财产完全损失，此半径外的财产完全无损失。财产损失半径通过火灾、爆炸事故后果模型确定。
6重大危险源评价分级程序
重大危险源的评价分级程序如下图所示。如果一种危险物质具有多种事故形态，按照后果最严重的事故形态考虑，即遵循“最大危险原则”。
附录A：重大危险源事故后果模型
A.1 储罐区重大事故后果分析
A.1.1储罐区的主要事故后果类型
A.1.1.1池火灾
易燃液体如汽油、苯、甲醇、乙酸乙酯等，一旦从储罐及管路中泄漏到地面后，将向四周流淌、扩展，形成一定厚度的液池，若受到防火堤、隔堤的阻挡，液体将在限定区域（相当于围堰）内得以积聚，形成一定范围的液池。这时，若遇到火源，液池可能被点燃，发生地面池火灾。
A.1.1.2蒸气云爆炸
易燃易爆气体如H2、天然气等，泄漏后随着风向扩散，与周围空气混合成易燃易爆混合物，在扩散扩过程中如遇到点火源，延迟点火，由于存在某些特殊原因和条件，火焰加速传播，产生爆炸冲击波超压，发生蒸气云爆炸。
易燃易爆的液化气体如液化石油气、液化丙烷、液化丁烷等，其沸点远小于环境温度，泄漏后将会由于自身的热量、地面传热、太阳辐射、气流运动等迅速蒸发，在液池上面形成蒸气云，与周围空气混合成易燃易爆混合物，并且随着风向扩散，扩散扩过程中如遇到点火源，也会发生蒸气云爆炸。
A.1.1.3喷射火
对于易燃易爆气体如H2、天然气，以及易燃易爆的液化气体来说，泄漏后可能因摩擦产生的静电立即点火，产生喷射火。
A.1.1.4沸腾液体扩展蒸气云爆炸
易燃易爆的液化气体容器在外部火焰的烘烤下可能发生突然破裂，压力平衡被破坏，液体急剧气化，并随即被火焰点燃而发生爆炸，产生巨大的火球。这种事故被称为沸腾液体扩展为蒸气云爆炸。
A.1.1.5中毒事故
毒性的液化气体如液氯、液氨等，由于沸点小于环境温度，泄漏后会因自身热量、地面传热、太阳辐射、气流运动等迅速蒸发，生成有毒蒸气云，密集在泄漏源周围，随后由于环境温度、地形、风力和湍流等因素影响产生漂移、扩散，范围变大，浓度减小。
A.1.2储罐区主要事故后果模型
A.1.2.1池火灾事故后果模型
池火灾火焰的几何尺寸及辐射参数按如下步骤计算。
①计算池直径
②确定火焰高度
③计算火焰表面热通量
④目标接收到的热通量的计算
⑤视角系数的计算
A.1.2.2蒸气云爆炸事故后果模型
蒸气云爆炸产生的冲击波超压是其主要危害。冲击波超压可通过传统的TNT当量系数法进行计算，将事故爆炸产生的爆炸能量等同于一定当量的TNT，也可根据爆炸能量直接计算。
（1）TNT当量法
①确定闪蒸系数
②计算云团中燃料的质量
③计算TNT当量
④将实际距离转化为无因次距离
（2）直接计算法
A.1.2.3喷射火事故后果模型
加压的可燃物泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射火。假定火焰为圆锥形，并用从泄漏处到火焰长度4/5处的点源模型来表示。
①火焰长度计算
②热辐射的通量计算
A.1.2.4沸腾液体扩展为蒸气云爆炸事故后果模型
计算主要包括如下步骤。
①火球直径
②火球持续时间
③火球抬升高度
④火球表面热辐射能量
⑤视角系数
⑥大气热传递系数
⑦火球热辐射强度分布函数
A.1.2.5中毒事故后果模型
（1）泄漏模型
①液体泄漏速率模型
液体泄漏可根据流体力学中的柏努力方程计算泄漏量。当裂口不规则时，可采取等效尺寸代替；当泄漏过程中压力变化时，则往往采用经验公式。这个方法没有考虑泄漏速率对时间的依赖关系（压力随时间而降低以及液压高度下降）。因此，计算出的泄漏速率是保守的最大可能泄漏速率。
②气体泄漏模型
压力气体泄漏通常以射流的方式发生，泄漏的速度与其流动的状态有关，其特征可用临界流（最大出口速度等于声速）或亚临界流来描述。
③两相流泄漏模型
Cude在1975年建议了两相流泄漏关系式。假设源容器和泄漏点之间的管道长度和管道直径之比L／D>12，泄漏点压力与泄漏点上流压力之比Pc/P=0.55。
（3）非重气云扩散模型
①瞬间泄漏扩散模型
②连续泄漏扩散模型
地面类型            Z0/m 地面类型              Z0/m
草原、平坦开阔地         ≤0.1
农作物地区              0.1~0.3
村落、分散的树林        0.3~1 分散的高矮建筑物（城市）    1~4
密集的高矮建筑物（大城市）    4
有效粗糙度Z0≤0.1m地区的扩散参数按下表选取。
表4 Z0≤0.1m地区的扩散参数
大气稳定度 σy/m σz/m
A
B
C
D
E
F 0.22x(1+0.0001x)-1/2
0.16x(1+0.0001x)-1/2
0.11x(1+0.0001x)-1/2
0.08x(1+0.0001x)-1/2
0.06x(1+0.0001x)-1/2
0.04x(1+0.0001x)-1/2 0.20x
0.12x
0.08x(1+0.0002x)-1/2
0.06x(1+0.0015x)-1/2
0.03x(1+0.0003x)-1/2
0.016x(1+0.0003x)-1/2
有效粗糙度Z0≥0.1m的粗糙地形扩散系数为：
式中，σy0、σz0按表4中的数值取值。其他系数按表5取值。
表5 不同大气稳定度下的系数值
稳定度 A B C D E F
a0
b0
c0
d0
e0
f0
g0 0.042
1.10
0.0364
0.4364
0.05
0.273
0.024 0.115
1.5
0.045
0.853
0.0128
0.156
0.0136 0.15
1.49
0.0182
0.87
0.01046
0.089
0.0071 0.38
2.53
0.13
0.55
0.042
0.35
0.03 0.3
2.4
0.11
0.86
0.01682
0.27
0.022 0.57
2.913
0.0944
0.753
0.0228
0.29
0.023
（3）重气云扩散模型
常用模型有盒子模型和平板模型两类。盒子模型用来描述瞬间泄漏形成的重气云团的运动，平板模型用来描述连续泄漏形成的重气云羽的运动。这两类模型的核心是因空气进入而引起的气云质量增加速率方程。
①盒子模型
盒子模型使用如下假设：
I、重气云团为正立的坍塌圆柱体，圆柱体初始高度等于初始半径的一半。
II、在重气云团内部，温度、密度和危险气体浓度等参数均匀分布。
III、重气云团中心的移动速度等于风速。
A.2 库区重大事故后果分析
A.2.1库区的主要事故类型
根据储存场所的不同以及储存危险品特性的不同，库区主要的事故后果类型如下：
（1）仓库中存储TNT等爆炸性物品时，容易发生凝聚相含能材料爆炸，产生非常严重的后果。由于爆炸性物品不得露天堆放，只能存储在仓库中，因此通常发生的是受限空间的爆炸。
（2）易燃、易爆的气体（包括液化气体）如液化石油气钢瓶等在仓库中存储时，发生泄漏并在扩散过程中遇到点火源，则很容易发生蒸气云爆炸事故。
（3）有毒气体（包括液化气体）如液氯、液氨钢瓶在仓库中存储时，发生泄漏并扩散很容易引起中毒事故。
（4）易燃液体如苯、甲醇等瓶装、桶装的化工原料在仓库中存储时，泄漏后很容易引发室内池火灾。
（5）易燃固体、自燃物品、遇湿易燃物品等瓶装、桶装、袋装的物品在仓库中存储时，容易发生室内固体火灾事故。
（6）易燃液体的桶装的化工原料在堆场中存储时，泄漏后很容易引发大面积的池火灾。
（7）易燃固体物品在堆场中存储时，容易发生固体火灾事故。
A.2.2库区的主要事故后果模型
A.2.2.1凝聚相含能材料爆炸
凝聚相含能材料爆炸能产生多种破坏效应，如热辐射、一次破片作用、有毒气体产物的致命效应，但破坏力最强，破坏区域最大的是冲击波的破坏效应，因此，爆炸模型主要考虑冲击波的伤害作用。
A.2.2.2蒸气云爆炸
见A.1.3节蒸气云爆炸事故后果模型。
A.2.2.3毒物的泄漏扩散
见A.1.3节中毒事故后果模型。
A.2.2.4池火灾
见A.1.3节池火灾事故后果模型。
A.2.2.5固体火灾
A.3 生产场所重大事故后果分析
A.3.1生产场所主要事故类型
生产场所的事故类型非常复杂，因反应介质、工艺设备与机器、操作条件的不同而不同，常见的危害较大的主要包括以下几类：
（1）爆炸
①物理爆炸
化工容器及设备由于设计、制造、腐蚀或低温、材料缺陷、交变载荷的作用，使得器壁的平均应力超过材料的屈服点或强度极限，导致脆性疲劳、疲劳破裂和应力腐蚀破裂发生物理爆炸，也可因安全泄放装置失灵、液化气体充装过量、严重受热膨胀、违章超负荷运行等发生物理爆炸。常见的如水夹汽包、化工容器、液化器气瓶等的爆炸。
②化学爆炸
化工设备和机器内的物质发生极迅速、剧烈的化学反应而产生高温高压可引发瞬间的爆炸现象。一般可分为简单分解爆炸、复杂分解爆炸和爆炸性混合物爆炸。在化工、石油化工生产中发生的化学爆炸绝大部分是爆炸性混合物爆炸。例如由于负压操作、系统串气、水封不严或失效，空气串入到装置中，形成爆炸性混合物，发生化学爆炸；再如硝化反应过程中，由于温度控制不良，很容易引起爆炸。
③蒸气云爆炸
化工设备和机器由于密封装置失效、设备管道腐蚀、磨损或疲劳破裂、断裂以及安装检修不良、操作失误等原因，可燃性气体从化工装置、设备、管道内泄漏或喷射，扩散到周围环境中，达到爆炸极限，若遇到明火或高温很就会发生蒸气云爆炸。
（2）燃烧
当化工设备和机器由于密封装置失效、设备管道腐蚀、磨损或疲劳破裂、断裂以及安装检修不良、操作失误等原因导致物料泄漏时，对于易燃液体而言，泄漏后形成一定范围的液池，若遇到火源，液池可能被点燃，发生地面池火灾；对于易燃气体而言，泄漏后立即遇到明火或高温，或因高速摩擦产生静电而产生喷射火，也可延时点火产生闪火。
含有易燃易爆液化气体的容器在外部火焰的烘烤下可能沸腾液体扩展为蒸气爆炸，产生巨大的火球。
（3）中毒
在化工、石化生产中，由于设备密封不严、严重腐蚀穿孔、疲劳破裂、磨损、超压引起的设备与管道突然断裂、开错阀门、阀门密封不严、水封失效等原因，很容易造成毒性气体的泄漏，向周围环境扩散，造成人员的中毒事故。
主要化工设备和机器的事故类型及损坏尺寸见下表。
表 6主要化工设备和机器的事故类型及损坏尺寸
序号 设备类型 事故类型 损坏尺寸
1 塔（吸收塔、蒸馏塔、萃取塔、干燥塔） 物理爆炸、化学爆炸、严重泄漏 内部爆炸全部泄漏；孔盖泄漏20%管径；喷嘴断裂100%管径；管路破裂20%或100%管径。
2 储槽、压缩空气储罐、缓冲罐 物理爆炸、化学爆炸、严重泄漏 物理爆炸全部泄漏；喷嘴断裂100%管径；管路破裂20%或100%管径。
3 中间储罐 物理爆炸、严重泄漏 物理爆炸全部泄漏；接头泄漏20%或100%管径。
4 换热器、冷凝器、冷却器、再沸器 严重泄漏并可导致爆炸 内部爆炸全部泄漏；管路破裂20%或100%管径。
5 反应釜、合成塔、流化床、 物理爆炸、化学爆炸、严重泄漏 内部爆炸全部泄漏；孔盖泄漏20%管径；喷嘴断裂100%管径；管路破裂20%或100%管径。
6 管道、法兰、接头挠性连接器、过滤器 严重泄漏 法兰泄漏20%管径；管道泄漏20%或100%管径；接头损坏20%或100%管径。
7 阀门、泄放阀 严重泄漏 壳体泄漏20%或100%管径；盖子、杆损坏20%泄漏。
8 压缩机、泵 严重泄漏 壳体泄漏20%或100%管径；密封盖损坏20%泄漏。
9 风机 负压空气进入化学爆炸，泄漏 内部爆炸全部泄漏；壳体泄漏20%或100%管径。
10 余热锅炉、加热炉 炉管泄漏、炉体爆炸 内部爆炸全部泄漏；管路破裂20%或100%管径。
11 火炬　 严重泄漏 接头泄漏20%或100%管径。
A.3.2生产场所主要事故后果模型
A.3.2.1物理爆炸
物理爆炸就是物质状态参数（温度、压力、体积）迅速发生变化，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。物理爆炸的特点是在爆炸现象发生过程中，导致爆炸发生的介质的化学性质不发生变化，发生变化的仅是介质的状态参数。
物理爆炸如压力容器破裂时，气体膨胀所释放的能量（即爆破能量）不仅与气体压力和容器的体积有关，而且与介质在容器内的物性相态有关。
压力容器爆破时，爆破能量向外释放以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量三种形式表现出来。根据介绍，后二者所消耗的能量只占总爆破能量的3％～15%，也就是说大部分能量产生空气冲击波。
A.3.2.2化学爆炸
对于简单分解爆炸、复杂分解爆炸产生的爆炸可用凝聚相含能材料爆炸模型计算见A.2.3节；对于爆炸性混合物气体爆炸，可用蒸气云爆炸事故后果模型，见A.1.3节。
A.3.2.3池火灾
见A.1.3节池火灾事故后果模型。
A.3.2.4沸腾液体扩展蒸气云爆炸
见A.1.3节沸腾液体扩展蒸气云爆炸事故后果模型。
A.3.2.5蒸气云爆炸
见A.1.3节蒸气云爆炸事故后果模型。
A.3.2.6喷射火
见A.1.3节喷射火事故后果模型。
A.3.2.7闪火模型
闪火是可燃性气体或蒸气泄漏到空气中，与之混合后被点燃而发生的一种非爆炸性的燃烧过程。闪火的主要危害来自热辐射和火焰直接接触。可燃物云团的大小决定了可能造成直接火焰接触危害的面积，而云团的大小则部分取决于扩散和泄漏条件。
在闪火模型中，假定闪火是一个火焰以恒定速度传播的过程。
A.3.2.8中毒事故
见A.1.3节中毒事故后果模型。
A.4 死亡概率的计算方法
A.4.1火灾死亡概率计算方法
首先通过火灾的事故后果模型得出计算位置处的热辐射通量数值，然后通过火灾热辐射概率方程确定死亡概率。
火灾的事故后果主要包括：池火灾、喷射火、闪火、非腾液体扩展蒸气云爆火球（Bleve）、固体火灾。
l        池火灾事故后果模型见A.1.3节。
l        喷射火事故后果模型见A.1.3节。
l        闪火模型见A.3.3节。
l        沸腾液体扩展蒸气云爆炸事故后果模型见A.1.3节。
l        固体火灾模型见A.2.3节。
热辐射伤害的概率方程通常使用彼德森（Pietersen）1990年提出的概率方程。
A.4. 2爆炸死亡概率计算方法
首先通过爆炸的事故后果模型得出计算位置处的冲击波超压数值，然后通过冲击波超压概率方程确定死亡概率。
爆炸事故后果主要包括：物理爆炸、蒸气云爆炸、凝聚相含能材料爆炸。
l        凝聚相含能材料爆炸后果模型见A.2.3节；
l        蒸气云爆炸事故后果模型见A.1.3节；
l        物理爆炸见A.3.3节。
冲击波超压伤害概率方程通常使用Purdy等人的经典概率方程。
A.4. 3毒物泄漏中毒死亡概率计算方法
首先通过气体的扩散模型得出计算位置处的毒性气体浓度数值，然后通过毒物中毒概率方程确定死亡概率。
毒物泄漏扩散引发中毒主要包括：非重气扩散、重气扩散。
l        非重气云扩散模型见A.1.3节；
l        重气云扩散模型见A.1.3节。
一般说来，接触毒物的时间不会超过30min。因为在这段时间里人员可以逃离现场或采取保护措施。