大型油罐火灾爆炸危害性研究
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引言
随着我国石油化工工业的发展以及国家原油战略储备库项目的实施，油罐的大型化将成为发展的必然趋势[1]。1962年，美国首先建成了10×104m3浮顶罐；1967年，在委内瑞拉建成了15×104m3浮顶罐；1971年日本建成了16×104m3浮顶罐；沙特阿拉伯则成功地建造了20×104m3浮顶罐。目前世界上单罐容量已高达24万m3。我国于1985年从日本引进10万m3浮顶罐的设计和施工技术，其后十余年间建造10万m3大型储罐达20多台[2]。现在10万m3的储罐已经是屡见不鲜了，如此巨大的油罐一旦发生火灾爆炸，其后果是难以想象的。
油罐的火灾爆炸事故危害极大，不仅严重威胁人民生命安全，还给国家和企业带来重大经济损失。例如：黄岛油库“八·一二”重大火灾事故，造成直接经济损失3540万元，600吨原油流入海里，使附近海域和沿岸受到一定程度的污染；1994年11月，埃及艾斯龙特市石油基地储油罐发生火灾爆炸，死亡500人[3]。据统计，在油库事故中，火灾爆炸事故占事故总数的42.4%以上。而在油库着火爆炸事故中，油罐着火爆炸事故数占总爆炸事故数的25.6%[4]。对于管理有素的现代石化企业来讲，尽管油罐火灾爆炸事故的发生几率很低，甚至可以说是百年不遇的。然而，此类事故一旦发生，处理起来较为麻烦。稍有不慎，便会使企业遭受重大损失，甚至可能会给企业带来灭顶之灾。因此，做好事故预防，非常重要[5]。
1火灾爆炸危害性评价方法及其发展
火灾爆炸危害性的评价方法有近百种，下面只介绍几种成熟而又实用的评价方法。
1.1故障树分析法(FaultTreeAnalysis，简称FTA)[6]
故障树分析法(又称为事故树分析)，是系统安全工程中的重要分析方法之一，它采用演绎法的原理，从顶上事件开始，逐次分析每一事件的直接原因直到基本事件为止，将既定的生产系统中可能导致的灾害后果与可能出现的事故条件如设备装置的故障及误动作、作业人员的误判断、误操作及毗邻场所的影响等用一种逻辑关系表达出来。在事故树分析中，与事故有关的三大因素：人、机、环境都将被涉及，因此，分析全面、透彻又有逻辑性。图1为典型故障树分析模式树[7]。
1.2火灾爆炸指数法
在对油罐火灾爆炸进行评价时，火灾爆炸指数法已受到广泛应用，它是根据评价对象的具体情况选定评价项目，对每一个评价项目确定系数，然后通过一定的运算求出总分值。指数评价法是目前公认的火灾、爆炸危险评价法，它包括：DOW化学公司的火灾、爆炸指数法；英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法；日本化工省的六阶段安全评价法[8-10]。
(1)DOW化学公司的火灾、爆炸指数法
美国的道化学公司的火灾爆炸指数法至今已有40多年的应用历史。因其方法独特，无深奥的理论，容易掌握，可对各种化工生产、储运及使用过程的危险性进行比较客观地评估，而受到先进工业国家的重视，该方法是以物质系数(MF)为基础，求出火灾爆炸指数(F&EI)，再根据指数大小分为不同的危险等级，采取相应的措施进行整改。
(2)英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法
英国帝国化学公司蒙特工厂在道化学公司评价法的基础上作了改进，尽可能将各种影响因素考虑进去，如火灾爆炸后产生的毒性。此外还把采取安全措施降低危险性后所抵消的部分也考虑在内，从而得出的危险性指数比较全面。
(3)日本化工省的六阶段安全评价法
日本化工省六阶段评价法是日本劳动省提出的安全性综合评价方法，该法以道化学公司法为基础，但对物质系数和修正系数的计算以及分级作了较大的改动和简化。
目前处于探索阶段的评价方法有多元统计分析法、模糊综和评价法、层次分析法、改进的层次分析法及贝叶概率评价方法等[11-13]，随着非线性科学的发展，火灾爆炸危险评价也已开始引入非线性科学的方法，如火灾危险评价的确定性混沌分析方法、网络火灾分叉现象研究等[14-15]。这些新理论及数学思想引入危险性评价中虽然尚不够完善，但确为危险性研究开辟了新的领域。
油罐的火灾爆炸与其他火灾爆炸有所不同，但它们在危险性评价方面确存在必然的内在联系，评价方法可以相互借鉴。
2大型油罐火灾爆炸研究的内容
油罐一旦着火一般很难扑救，尤其是大型油罐更是给扑救工作增加了困难，因此在这类事故中预防工作就显得很重要。而要做好预防工作就必须知道引起此类事故的原因和影响因素，从而为预防工作提供依据。
但是油罐中储存的油品都为易燃易爆产品，发生火灾爆炸的危险性很大，而一旦发生爆炸，其易燃物的火灾及其辐射，爆炸物产生的空气冲击波等都将对人员、财产、建筑物及大气环境产生一定影响[16]。因此正确评价火灾爆炸的危险度，分析火灾爆炸扩散规律，预测危害区域，必将对管理部门在制定事故预案和事故应急处理方面提供一定的依据。同时对减少人员伤亡及财产损失也具有重要的意义。
鉴于上面的情况，确定大型油罐火灾爆炸研究的内容为：
1、对大型油罐发生火灾爆炸的危害性进行评价。
即通过对油罐中存在的众多危险因素客观的评价，预测出引起油罐发生火灾爆炸的主要因素，然后进一步预测出，油罐一旦发生火灾爆炸，所造成的危害区域和对周围的人员、建筑物、环境等的破坏情况。
2、建立大型油罐的危险性评价指标体系，期望能够对油罐中存在的各种因素的危险性有一个客观的评价。
(1)危险性评价指标体系的建立
建立系统危险性评价指标体系是系统进行危险性评价的首要工作。评价指标体系的建立是否科学、合理，直接关系到评价结果的可信度。建立评价指标体系时，应充分考虑到影响系统危险性因素的多样性和复杂性以及系统指标的模糊性，不能一味追求精确的定量指标而忽略定性指标。油罐中的油品是易燃、易爆产品，极易发生火灾爆炸，属重大危险源，在对油罐火灾爆炸进行评价时，其指标体系的建立可参考以下几个方面：国家安全生产监督管理局2004年提出的《危险化学品事故统计指标体系研究》、我国在“八五”期间提出的《易燃、易爆、有毒重大危险源现实安全性评价》中的指标体系、美国道化学公司的火灾爆炸指数法、帝国化学公司的蒙德法、我国化工厂危险程度分级方法等等。
(2)危险性评价指标体系的量化
a、系统危险性等级的划分[17]
对于定性危险性评价，可将相关的指标与有关的标准、规范或安全检查表对比，以判断系统的危险程度。也可以根据同类系统或类似系统以往的事故经验指定危险性分类等级。例如，美国的MILSTD-882D标准中把危险严重度分为四级:I级，致命的；II级，严重的；III级，危险的；N级，可忽略的。对于定量危险性评价，又可分为概率危险性评价和相对危险性评价。在概率危险性评价中，可用每年每人平均事故死亡率作为标准来划分系统危险性等级。
格雷厄姆(K·J·Graham)和金尼(G·F·Kinner)提出生产作业条件危险性评价法，其危险性指标为危险性分数。系统危险性分为五级:极其危险、高度危险、显著危险、比较危险、稍有危险。
道化学公司的火灾爆炸指数法根据求得的火灾爆炸指数的不同将危险程度分为:轻、较轻、中等、重和严重等五个等级。
英国帝国化学公司的危险性评价法是对道化学公司火灾爆炸指数法的改进，这一方法将危险性划分为了九个等级。
b、评价指标特征值的量化处理
在建立起油罐危险性评价指标后，下一步就是对指标的量化处理。由于油罐的影响因素具有复杂性、不确定性和模糊性，因此要获得准确、可靠的特征值比较困难。作者建议采用专家评议法，依据模糊数学的思想，让专家对某一指标特征值不是给出一个精确值，而是给出一个区间值，然后再对专家所给出的指标特征值进行相应的处理，这样所得的结果将更符合客观实际。
(3)危险性评价指标体系中权重的确定
由于系统本身的复杂性和指标的模糊性，要想科学、合理地确定指标的权重是一个比较困难的问题。作者建议采用层次分析法来确定油罐系统中各指标的权值。
3大型油罐火灾爆炸研究思路和方法
通过阅读大量文献，结合前人的研究成果，考虑现有的实际情况，确定大型油罐火灾爆炸的研究思路和方法如下：
(1)收集大型油罐火灾爆炸事故的有关数据和现场资料，查阅相关的法律法规和技术标准，学习火灾爆炸的相关理论知识和评价方法。
(2)根据系统危险性评价指标体系的建立原则，充分考虑油罐火灾爆炸的各种影响因素，综合现有方法的优缺点，运用适当的理论及方法，建立起适合大型油罐的危险性评价指标体系。
(3)总结前人的研究成果，对比国内外易燃、易爆等重大危险源的定量评价方法，分析大型油罐的火灾爆炸特性，希望能够利用事故树分析、道化学公司的火灾爆炸指数法等评价方法，预测出引起油罐发生火灾爆炸事故的主要原因，然后借鉴爆炸事故伤害模型的一些思想，运用流体力学、化学反应动力学等的理论知识，建立大型油罐的评价模型，进一步预测出油罐一旦发生这种事故所造成的破坏范围和危险度。
(4)根据对大型油罐火灾爆炸的危险性的评价结果，指出大型油罐的重点防范因素和措施，提出预防大型油罐火灾爆炸事故的建议。
研究中可以结合模糊数学、层次分析法、基于人工神经网络的评价方法及突变理论等新理论知识，以期能够让评价的结果更加合理、可靠。
4研究重点和难点
大型油罐发生火灾爆炸的原因和影响因素比较多，对其进行研究是一项复杂的工作，需要在研究过程中寻找一种理想的评价方法，从而达到一种较准确的评价效果。根据大型油罐的特点及火灾爆炸评价方法的发展情况，我们应重点研究大型油罐火灾爆炸危险性的评估模型，建立一个能客观反应大型油罐火灾爆炸情况的模型。
目前关于火灾爆炸危害性的评价方法虽然已经很多，但是已有的火灾爆炸模型如网络模型、区域模型等都存在各种假设，这就增加了模型的不准确性，并且油罐火灾爆炸发生的机理又较复杂，难于直接套用一些现有的评价方法，这就为我们的研究增加了难度。为了得到合理、可靠的评价结果，在模拟计算时必须根据大型油罐的情况，就应尽可能的选择程序计算所需要的基础数据。 安全文化网 www.anquan.com.cn
随着我国石油化工工业的发展以及国家原油战略储备库项目的实施，油罐的大型化将成为发展的必然趋势[1]。1962年，美国首先建成了10×104m3浮顶罐；1967年，在委内瑞拉建成了15×104m3浮顶罐；1971年日本建成了16×104m3浮顶罐；沙特阿拉伯则成功地建造了20×104m3浮顶罐。目前世界上单罐容量已高达24万m3。我国于1985年从日本引进10万m3浮顶罐的设计和施工技术，其后十余年间建造10万m3大型储罐达20多台[2]。现在10万m3的储罐已经是屡见不鲜了，如此巨大的油罐一旦发生火灾爆炸，其后果是难以想象的。
油罐的火灾爆炸事故危害极大，不仅严重威胁人民生命安全，还给国家和企业带来重大经济损失。例如：黄岛油库“八·一二”重大火灾事故，造成直接经济损失3540万元，600吨原油流入海里，使附近海域和沿岸受到一定程度的污染；1994年11月，埃及艾斯龙特市石油基地储油罐发生火灾爆炸，死亡500人[3]。据统计，在油库事故中，火灾爆炸事故占事故总数的42.4%以上。而在油库着火爆炸事故中，油罐着火爆炸事故数占总爆炸事故数的25.6%[4]。对于管理有素的现代石化企业来讲，尽管油罐火灾爆炸事故的发生几率很低，甚至可以说是百年不遇的。然而，此类事故一旦发生，处理起来较为麻烦。稍有不慎，便会使企业遭受重大损失，甚至可能会给企业带来灭顶之灾。因此，做好事故预防，非常重要[5]。
1火灾爆炸危害性评价方法及其发展
火灾爆炸危害性的评价方法有近百种，下面只介绍几种成熟而又实用的评价方法。
1.1故障树分析法(FaultTreeAnalysis，简称FTA)[6]
故障树分析法(又称为事故树分析)，是系统安全工程中的重要分析方法之一，它采用演绎法的原理，从顶上事件开始，逐次分析每一事件的直接原因直到基本事件为止，将既定的生产系统中可能导致的灾害后果与可能出现的事故条件如设备装置的故障及误动作、作业人员的误判断、误操作及毗邻场所的影响等用一种逻辑关系表达出来。在事故树分析中，与事故有关的三大因素：人、机、环境都将被涉及，因此，分析全面、透彻又有逻辑性。图1为典型故障树分析模式树[7]。
1.2火灾爆炸指数法
在对油罐火灾爆炸进行评价时，火灾爆炸指数法已受到广泛应用，它是根据评价对象的具体情况选定评价项目，对每一个评价项目确定系数，然后通过一定的运算求出总分值。指数评价法是目前公认的火灾、爆炸危险评价法，它包括：DOW化学公司的火灾、爆炸指数法；英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法；日本化工省的六阶段安全评价法[8-10]。
(1)DOW化学公司的火灾、爆炸指数法
美国的道化学公司的火灾爆炸指数法至今已有40多年的应用历史。因其方法独特，无深奥的理论，容易掌握，可对各种化工生产、储运及使用过程的危险性进行比较客观地评估，而受到先进工业国家的重视，该方法是以物质系数(MF)为基础，求出火灾爆炸指数(F&EI)，再根据指数大小分为不同的危险等级，采取相应的措施进行整改。
(2)英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法
英国帝国化学公司蒙特工厂在道化学公司评价法的基础上作了改进，尽可能将各种影响因素考虑进去，如火灾爆炸后产生的毒性。此外还把采取安全措施降低危险性后所抵消的部分也考虑在内，从而得出的危险性指数比较全面。
(3)日本化工省的六阶段安全评价法
日本化工省六阶段评价法是日本劳动省提出的安全性综合评价方法，该法以道化学公司法为基础，但对物质系数和修正系数的计算以及分级作了较大的改动和简化。
目前处于探索阶段的评价方法有多元统计分析法、模糊综和评价法、层次分析法、改进的层次分析法及贝叶概率评价方法等[11-13]，随着非线性科学的发展，火灾爆炸危险评价也已开始引入非线性科学的方法，如火灾危险评价的确定性混沌分析方法、网络火灾分叉现象研究等[14-15]。这些新理论及数学思想引入危险性评价中虽然尚不够完善，但确为危险性研究开辟了新的领域。
油罐的火灾爆炸与其他火灾爆炸有所不同，但它们在危险性评价方面确存在必然的内在联系，评价方法可以相互借鉴。
2大型油罐火灾爆炸研究的内容
油罐一旦着火一般很难扑救，尤其是大型油罐更是给扑救工作增加了困难，因此在这类事故中预防工作就显得很重要。而要做好预防工作就必须知道引起此类事故的原因和影响因素，从而为预防工作提供依据。
但是油罐中储存的油品都为易燃易爆产品，发生火灾爆炸的危险性很大，而一旦发生爆炸，其易燃物的火灾及其辐射，爆炸物产生的空气冲击波等都将对人员、财产、建筑物及大气环境产生一定影响[16]。因此正确评价火灾爆炸的危险度，分析火灾爆炸扩散规律，预测危害区域，必将对管理部门在制定事故预案和事故应急处理方面提供一定的依据。同时对减少人员伤亡及财产损失也具有重要的意义。
鉴于上面的情况，确定大型油罐火灾爆炸研究的内容为：
1、对大型油罐发生火灾爆炸的危害性进行评价。
即通过对油罐中存在的众多危险因素客观的评价，预测出引起油罐发生火灾爆炸的主要因素，然后进一步预测出，油罐一旦发生火灾爆炸，所造成的危害区域和对周围的人员、建筑物、环境等的破坏情况。
2、建立大型油罐的危险性评价指标体系，期望能够对油罐中存在的各种因素的危险性有一个客观的评价。
(1)危险性评价指标体系的建立
建立系统危险性评价指标体系是系统进行危险性评价的首要工作。评价指标体系的建立是否科学、合理，直接关系到评价结果的可信度。建立评价指标体系时，应充分考虑到影响系统危险性因素的多样性和复杂性以及系统指标的模糊性，不能一味追求精确的定量指标而忽略定性指标。油罐中的油品是易燃、易爆产品，极易发生火灾爆炸，属重大危险源，在对油罐火灾爆炸进行评价时，其指标体系的建立可参考以下几个方面：国家安全生产监督管理局2004年提出的《危险化学品事故统计指标体系研究》、我国在“八五”期间提出的《易燃、易爆、有毒重大危险源现实安全性评价》中的指标体系、美国道化学公司的火灾爆炸指数法、帝国化学公司的蒙德法、我国化工厂危险程度分级方法等等。
(2)危险性评价指标体系的量化
a、系统危险性等级的划分[17]
对于定性危险性评价，可将相关的指标与有关的标准、规范或安全检查表对比，以判断系统的危险程度。也可以根据同类系统或类似系统以往的事故经验指定危险性分类等级。例如，美国的MILSTD-882D标准中把危险严重度分为四级:I级，致命的；II级，严重的；III级，危险的；N级，可忽略的。对于定量危险性评价，又可分为概率危险性评价和相对危险性评价。在概率危险性评价中，可用每年每人平均事故死亡率作为标准来划分系统危险性等级。
格雷厄姆(K·J·Graham)和金尼(G·F·Kinner)提出生产作业条件危险性评价法，其危险性指标为危险性分数。系统危险性分为五级:极其危险、高度危险、显著危险、比较危险、稍有危险。
道化学公司的火灾爆炸指数法根据求得的火灾爆炸指数的不同将危险程度分为:轻、较轻、中等、重和严重等五个等级。
英国帝国化学公司的危险性评价法是对道化学公司火灾爆炸指数法的改进，这一方法将危险性划分为了九个等级。
b、评价指标特征值的量化处理
在建立起油罐危险性评价指标后，下一步就是对指标的量化处理。由于油罐的影响因素具有复杂性、不确定性和模糊性，因此要获得准确、可靠的特征值比较困难。作者建议采用专家评议法，依据模糊数学的思想，让专家对某一指标特征值不是给出一个精确值，而是给出一个区间值，然后再对专家所给出的指标特征值进行相应的处理，这样所得的结果将更符合客观实际。
(3)危险性评价指标体系中权重的确定
由于系统本身的复杂性和指标的模糊性，要想科学、合理地确定指标的权重是一个比较困难的问题。作者建议采用层次分析法来确定油罐系统中各指标的权值。
3大型油罐火灾爆炸研究思路和方法
通过阅读大量文献，结合前人的研究成果，考虑现有的实际情况，确定大型油罐火灾爆炸的研究思路和方法如下：
(1)收集大型油罐火灾爆炸事故的有关数据和现场资料，查阅相关的法律法规和技术标准，学习火灾爆炸的相关理论知识和评价方法。
(2)根据系统危险性评价指标体系的建立原则，充分考虑油罐火灾爆炸的各种影响因素，综合现有方法的优缺点，运用适当的理论及方法，建立起适合大型油罐的危险性评价指标体系。
(3)总结前人的研究成果，对比国内外易燃、易爆等重大危险源的定量评价方法，分析大型油罐的火灾爆炸特性，希望能够利用事故树分析、道化学公司的火灾爆炸指数法等评价方法，预测出引起油罐发生火灾爆炸事故的主要原因，然后借鉴爆炸事故伤害模型的一些思想，运用流体力学、化学反应动力学等的理论知识，建立大型油罐的评价模型，进一步预测出油罐一旦发生这种事故所造成的破坏范围和危险度。
(4)根据对大型油罐火灾爆炸的危险性的评价结果，指出大型油罐的重点防范因素和措施，提出预防大型油罐火灾爆炸事故的建议。
研究中可以结合模糊数学、层次分析法、基于人工神经网络的评价方法及突变理论等新理论知识，以期能够让评价的结果更加合理、可靠。
4研究重点和难点
大型油罐发生火灾爆炸的原因和影响因素比较多，对其进行研究是一项复杂的工作，需要在研究过程中寻找一种理想的评价方法，从而达到一种较准确的评价效果。根据大型油罐的特点及火灾爆炸评价方法的发展情况，我们应重点研究大型油罐火灾爆炸危险性的评估模型，建立一个能客观反应大型油罐火灾爆炸情况的模型。
目前关于火灾爆炸危害性的评价方法虽然已经很多，但是已有的火灾爆炸模型如网络模型、区域模型等都存在各种假设，这就增加了模型的不准确性，并且油罐火灾爆炸发生的机理又较复杂，难于直接套用一些现有的评价方法，这就为我们的研究增加了难度。为了得到合理、可靠的评价结果，在模拟计算时必须根据大型油罐的情况，就应尽可能的选择程序计算所需要的基础数据。 安全文化网 www.anquan.com.cn
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