CN106096829A - 一种石化企业事故风险损失评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石化企业事故风险损失评估方法,包括:应用风险分析方法辨识确定工艺对象中可能的异常初始事件集合;对各个异常初始事件进行分析,生成事故场景,并根据工艺对象的相关参数利用事故场景模型仿真对事故场景进行量化分析;根据历史事故分析报告,对各事故场景的风险损失进行系统分类,建立风险损失分类模型和各类风险损失的风险损失评估模型;利用风险损失分类模型辨识选定事故场景的风险损失类别,根据该选定事故场景的量化分析结果利用风险损失评估模型计算各类风险损失,将各类风险损失相加得到总体的事故风险损失。该方法对石化企业生产过程中的风险损失进行辨识、分类以及评估,为工厂操作决策和风险控制提供参考依据。
Description
技术领域
本发明涉及安全评估领域,尤其涉及一种石化企业事故风险损失评估方法。
背景技术
石化企业生产过程操作流程复杂,工艺条件苛刻,近年来事故频发,损失惨重,如何更为高效合理地展开石化企业的风险评估与安全管理已经成为研究热点。
工艺设备老化、人员操作失误、企业组织管理上的缺陷等因素导致石化企业工艺过程往往出现异常波动,导致设备运行故障,进而可能引起安全事故。为保证安全生产,石化企业往往配置了先进的过程控制系统,以及安全保护系统以预防和减缓事故态势的演变。尽管采取了一系列安全措施,事故仍不可避免。事故不仅造成企业财产损失,而且往往伴随着人员伤亡、资源损失、环境污染等危害。因此,事故损失评估具有实际的研究和应用价值。
作为安全经济学的核心内容,相关学者的研究都围绕在事故损失计量主题,由于事故类型多样,发生的时间、地点、环境、对象等都不同,损失内容繁杂不易计量,国外学者的相关研究起步较早。法国国家安全研究所(INRS)D.Pham研究事故损失的计量选择针对保险费用以外的损失,主要包括:工资、生产损失、物质损失、管理费用、会计费用、信誉下降、惩罚性的费用、受害者家属救济、预防费、其他等。
国内研究较早的是中国地质大学的罗云教授,出版了我国第一本安全经济学专著《现代企业安全生产科学管理》,他对事故造成的经济损失做了比较深入的研究。在实践计量中,国标GB6721-86《企业职工伤亡事故经济损失统计标准》,将事故损失分为直接损失和间接损失。直接损失包含事故造成的人身伤害费用、损坏财物的价值;间接经济损失指的是生产率下降、资源环境的破坏、社会影响等。
公告号为CN103093109B的中国专利文献公开了一种地震中财产损失评估方法,该方法基于来自地震台站数据、卫星遥感图像等多源数据,划分不同烈度区域,并根据其给出的财产损失公式进行各区域损失计算与集成,最终得到总体财产损失。
与之类似,公开号为CN103093110B的中国专利文献公开了一种地震中人口损失评估方法。
上述方法可有效用于地震区域财产或人口损失的快速评估,但其应用局限于地震灾害事故,并不可直接运用于石化企业事故损失评估。
发明内容
本发明提供了一种石化企业事故风险损失评估方法,对石化企业生产过程中的风险损失进行辨识、分类以及评估,为工厂操作决策和风险控制提供参考依据。
一种石化企业事故风险损失评估方法,包括:
(1)应用风险分析方法辨识确定工艺对象中可能的异常初始事件集合;
(2)对各个异常初始事件进行分析,生成事故场景,并根据工艺对象的相关参数利用事故场景模型仿真对事故场景进行量化分析;
(3)根据历史事故分析报告,对各事故场景的风险损失进行系统分类,建立风险损失分类模型和各类风险损失的风险损失评估模型;
(4)利用风险损失分类模型辨识选定事故场景的风险损失类别,根据该选定事故场景的量化分析结果利用风险损失评估模型计算各类风险损失,将各类风险损失相加得到总体的事故风险损失。
步骤(1)中,利用检查表法、故障模式影响分析法(FMEA)、故障树分析法(FTA)或危险与可操作性分析法(HAZOP)辨识异常初始事件的可能起因,确定异常初始事件集合。所述的初始事件是指将有可能进一步演变成事故的先兆事件,因此对初始事件的辨识是工艺安全分析过程中重要的一部分。
步骤(2)中,辨识工艺对象所涉及的安全防护系统,对异常初始事件进行事件树分析(ETA),生成可能的事故场景,利用事故仿真软件,对事故场景进行量化分析。
本发明设定的事故场景包括火灾、爆炸、毒气泄漏与扩散。
所述的事故仿真软件为ALOHA。
量化分析的目的是通过数学模型计算危险化学品泄漏后的毒气扩散、火灾、爆炸等产生的毒性、热辐射和冲击波等,为风险损失评估提供基本必要的数据。ALOHA(ArealLocations of Hazardous Atmospheres)是由美国EPA化学制品突发事件和预备办公室(CEPPO),国家海洋和大气管理响应和恢复办公室(NOAA)共同开发的程序,包括了将近1000种常用化学品的数据库。这个数据库的信息包括化学品类型、意外事故位置(市区或郊区)、天气情况(温度、风速和风向)、意外事故变量(存储物料、泄漏孔尺寸、存储压力)等。ALOHA采用的数学模型有:高斯模型、DEGADIS重气扩散模型、蒸汽云爆炸、BELEVE火球等成熟的计算模型。
步骤(3)中,风险损失分类模型包括:生产损失、财产损失、人员健康损失、环境损失以及质量损失;
所述的生产损失包括停工损失、维修损失、材料浪费损失和回收损失;
所述的财产损失包括设备损害损失和建筑损害损失;
所述的人员健康损失包括死亡损失和受伤损失;
所述的环境损失包括环境清洁损失;
所述的质量损失包括鉴定损失、预防损失、内在损失和外在损失。
各类损失根据需要可进一步细分。其中生产损失、财产损失、人员健康损失、环境损失统称为事故损失,即发生事故所造成的损失;质量损失则侧重于工艺波动导致产品质量问题所引起的损失。
建立各风险损失模型的各个子类损失的评估指标体系和计算模型,再根据事故场景的辨识结果,建立各类风险损失评估模型。
各个风险损失评估模型具体如下:
(a)生产损失:生产损失为由于设备维护和维修所引起的停工损失。生产损失评估模型为:
PL=Cd+Cm+Cmw+Crc
其中:
PL为生产损失;
Cd为停工损失,Cd=DR×(CC-Cf),停工率DR=(td/tp)×100%,td为因设备维护和维修而停工的时间,tp为正常开机时间;边际效益CC=Csr-Cv,Csr为销售收入,Cv为变动成本;Cf为固定成本;
Cm为维修损失,Cm=Ca1+Ca2,服务成本Ca1=Cw+Ccc,Cw为维修人力成本,Ccc为承包商成本;材料成本Ca2=Cp+Ct+Ci,Cp为采购成本,Ct为运输成本,Ci为库存成本;
Cmw为材料浪费损失;Crc为回收损失。
(b)财产损失:在石化企业中,火灾爆炸事故常导致物理财产损失,包括设备损失和建筑损失等。由此,财产损失可用一般公式计算:
财产损失=影响区域(m2)×该区域上的财产密度(万元/m2)
实际操作中,财产损失评估模型为:
AL=Cd1
其中,AL为财产损失;Cd1为由于受到事故影响所导致的设备和建筑损失,Ci为位于影响区域内的设备或建筑的原始估计财产值,di为设备或建筑的折旧率,t为设备或建筑的运行年数。
(c)人员健康损失:人员健康损失为事故所导致的人员伤亡损失,可通过伤亡人数乘以相应的伤亡损失得到。尽管人的生命无价,但仍可通过人员健康损失评估模型估计,人员健康损失评估模型为:
HHS=N∈D×V
其中,HHS为人员健康损失;
D为事故影响区域,N为位于影响区域里的人数,人员健康损失的估计成本V=Ccc+Cic+Crc1,其中Ccc为补偿费,Cic为保险费,Crc1为康复费。
本发明的事故场景包括火灾、爆炸以及毒气泄漏与扩散,
火灾引起的人员健康损失模型为:
HHLfire=Nf1∈DAF1×V死亡+Nf2∈DAF2×V重伤+Nf3∈DAF3×V轻伤
其中,DAF1、DAF2、DAF3分别为1000ppm,150ppm,50ppm蒸汽云燃烧的影响区域;Nf1,Nf2,Nf3分别为位于DAF1、DAF2、DAF3影响区域里的人数;V死亡,V重伤,V轻伤分别为死亡、重伤、轻伤情况下的估计成本;
爆炸引起的人员健康损失模型为:
HHLexplosion=Ne1∈DAE1×V死亡+Ne2∈DAE2×V重伤+Ne3∈DAE3×V轻伤
其中,DAE1、DAE2、DAE3分别为8.0psi,3.5psi,1.0psi爆炸超压的影响区域;Ne1,Ne2,Ne3分别为位于DAE1、DAE2、DAE3影响区域里的人数;V死亡,V重伤,V轻伤分别为死亡、重伤、轻伤情况下的估计成本;
毒气泄漏与扩散引起的人员健康损失模型为:
HHLtoxic=Nt1∈DAT1×V死亡+Nt2∈DAT2×V重伤+Nt3∈DAT3×V轻伤
其中,DAT1、DAT2、DAT3分别为ERPG-3,ERPG-2,ERPG-1毒气浓度的影响区域;Nt1,Nt2,Nt3分别为位于DAT1、DAT2、DAT3影响区域里的人数;V死亡,V重伤,V轻伤分别为死亡、重伤、轻伤情况下的估计成本。
根据AIHI美国工业卫生协会制定的美国应急行动计划指南(EPRG)中的给出的ERPG-2,ERPG-3标准浓度值,毒气浓度在ERPG-2和ERPG-3之间会严重影响人员身体健康;毒气浓度在ERPG-3以上会造成严重持久的威胁生命的影响。
(d)环境损失:环境损失是事故所造成的环境污染(主要包括土壤、水体、大气)和治理所需要的费用。
环境损失评估模型为:
EL=Csoil+Cwater+Cair
其中:
EL为环境损失;
Csoil为土壤污染损失,Csoil=DAs×Dsc×ρsoil×CCs×NHs
DAs为污染区域,m2;
Dsc为土壤污染深度,m;
ρsoil为土壤密度,kg/m3;
CCs为每单位质量清理成本,万元/kg;
NHs为化工污染物有害等级;
Cwater为水体污染损失,Cwater=DAw×Dwc×ρwater×CCw×NHw
DAw为污染区域,m2;
Dwc为水体污染深度,m;
ρwater为水体密度,kg/m3;
CCw为每单位质量清理成本,万元/kg;
NHw为化工污染物有害等级;
Cair为空气污染损失,Cair=DAa×Hac×ρair×CCa×NHa
DAa为污染区域,m2;
Hac为空气污染深度,m;
ρair为土空气密度,kg/m3;
CCa为每单位质量清理成本,万元/kg;
NHa为化工污染物有害等级。
(e)质量损失:质量损失是指企业在生产、经营过程和活动中,由于产品的质量问题而导致的损失,即由于质量低劣而产生的内、外部损失。有形损失指由于内部故障而直接发生的费用,如返工、低效的人机控制、丧失机会等而引起的低工作效率而造成的资源和材料的浪费等。无形损失是指由于顾客不满意而发生的未来销售的损失,如因顾客不满意而失去顾客,丧失信誉,从而失去更多销售机会或增值机会所造成的损失。无形损失不是实际的费用支出,常常难以统计和定量,并且它对组织的影响大且长久,因而,质量损失是一种很重要的损失。
一般可用损失函数来进行衡量质量损失,损失函数的原理在于,当工艺参数运行在目标设定值时,损失为0,一旦偏移该目标值,则会引起产品质量损失。本发明选择倒正态损失函数(INLF)。
质量损失评估模型为:
其中,QL为质量损失;
EML——最大估计损失,万元;
y——工艺参数目标值;
Δ——EML对应的工艺偏差;
σ——形状参数。
根据历史数据,形状参数σ利用最小二乘法确定或选择默认值。根据质量损失模型中各项子类损失估计值,相加得到最大质量损失估计(EML)。
最后,根据选定的事故场景的量化分析结果,利用上述各个风险损失评估模型估计各类风险损失,计算得到各类风险损失,将各类风险损失相加得到总体的事故风险损失:
Loverdll=PL+AL+HHL+EL+QL
其中,Loverall为总体事故风险损失,PL为生产损失,AL为财产损失,HHL为人员健康损失,EL为环境损失,QL为质量损失。
本发明的事故风险损失评估方法能够实现石化企业事故场景后果建模分析,得到各个事故场景风险损失定量评估结果,为风险评估工作提供了重要的技术支撑,有利于石化企业的风险管理和安全。
附图说明
图1为事故场景建模与分析流程图;
图2为风险损失分类模型;
图3为实施例的泄漏事件树;
图4为实施例的事故影响范围示意图。
具体实施方式
下面以石化企业某厂环氧乙烷生产车间的环氧乙烷储罐装置为例,对本发明提供的石化企业事故风险损失评估方法实现流程进行详细描述:
1)初始事件辨识与事故场景分析:
环氧乙烷在室温下是一种无色,带有醚味的气体。常压下,沸点为10.7℃,闪点为-17.8℃,燃点为429℃。
环氧乙烷是一种中枢神经抑制剂、刺激剂和原浆毒物。环氧乙烷能引起麻醉中毒、剧烈的头痛、眩晕、呼吸困难等。美国职业防护与保健局(OSHA)1984年规定:工作环境中,8h的平均允许浓度为1ppm。
环氧乙烷易燃,环氧乙烷如遇高温可发生剧烈分解,引起容器破损或爆炸事故。
环氧乙烷蒸汽与空气形成广阔的爆炸性混合物,空气中的爆炸极限为3~100%(体积百分比),遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。环氧乙烷蒸汽比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇明火会被引着回燃。
假设储罐与出口管道接口处(距储罐底部0.3m)发生破裂造成连续性泄漏,泄漏孔的当量直径取为1~10cm。根据FMEA、ETA等分析结果,以环氧乙烷泄漏为初始事件,得到如图3所示的事件树,可知可能的事故场景有火灾(池火、闪火)、蒸汽云爆炸和中毒。应用ALOHA软件对其泄漏后可能产生的后果进行量化模拟,由于环氧乙烷分子量大于空气平均分子量,扩散计算中采用重气扩散模型。查得环氧乙烷EPRG-2值为50ppm,EPRG-3值为500ppm。
其他模拟计算的基础数据如表1所示:
表1 ALOHA后果仿真软件输入基础数据
ALOHA仿真得到的各事故影响范围结果如表2所示,示意图如图4所示。
表2 各事故影响(死亡、重伤、轻伤)半径
事故类型 | 轻伤半径(m) | 重伤半径(m) | 死亡半径(m) |
蒸汽云爆炸 | 527.34 | 288.22 | 60.80 |
闪火灾 | 210.94 | 115.29 | 24.21 |
池火灾 | 97.88 | 57.64 | 12.16 |
毒气泄漏与扩散 | 3000.00 | 1236.00 | 603.30 |
2)事故损失辨识与评估(以蒸汽云爆炸事故为例):
A)生产损失评估:
生产损失计算公式为:
PL=Cd+Cm+Cmw+Crc
其中,Cd为停工损失,Cm为维修损失,Cmw为材料浪费损失,Crc为回收损失。
其中停工损失Cd的数据如表3所示,维修损失Cm的数据如表4所示。
表3 停工损失计算数据
表4 维修损失计算数据
再加上材料浪费损失和回收损失,即可得到生产损失评估结果。
B)人员健康损失评估:
假设位于死亡区域内人数Ne1=7,位于重伤区域内人数Ne2=3,位于轻伤区域内人数Ne3=20,V死亡=100万元,V重伤=50万元,V轻伤=10万元,则根据下列公式计算得到人员健康损失为2400万元。
HHSLexplosion=Ne1∈DAE1×V死会+Ne2∈DAE2×V重伤+Ne3∈DAE3×V轻伤
其中,DAE1、DAE2、DAE3分别为8.0psi,3.5psi,1.0psi爆炸超压的影响区域;Ne1,Ne2,Ne3分别为位于DAE1、DAE2、DAE3影响区域里的人数;V死亡,V重伤,V轻伤分别为死亡、重伤、轻伤情况下的估计成本。
C)环境污染损失评估:
土壤、水体和大气污染区域可通过仿真软件或实地勘探得到,按下列公式可以简便地计算。
土壤污染损失:Csoil=DAs×Dsc×ρsoil×CCs×NHs,其中,DAs为污染区域(m2),Dsc为土壤污染深度(m),ρsoil为土壤密度(kg/m3),CCs为每单位质量清理成本(万元/kg),NHs为化工污染物有害等级;
水体污染损失:Cwater=DAw×Dwc×ρwater×CCw×NHw,其中,DAw为污染区域(m2),Dwc为水体污染深度(m),ρwater为水体密度(kg/m3),CCw为每单位质量清理成本(万元/kg),NHw为化工污染物有害等级;
空气污染损失:Cair=DAa×Hac×ρair×CCa×NHa,其中,DAa为污染区域(m2),Hac为空气污染深度(m),ρair为土空气密度(kg/m3),CCa为每单位质量清理成本(万元/kg),NHa为化工污染物有害等级。
D)财产损失评估:
假设在影响区域内的设备或建筑原始估计财产值Ci为500万元,折旧率di为1%,目前运行年数t为10年,则根据下列公式可计算得到设备和建筑损失Cd1=453万元,
其中,Cd1为由于受到事故影响所导致的设备和建筑损失,Ci为位于影响区域内的设备或建筑的原始估计财产值,di为设备或建筑的折旧率,t为设备或建筑的运行年数。
E)质量损失评估:
假设选用倒正态损失函数(INLF),选用默认形状参数,按损失分类图中四项子类损失评估得到EML=100万元,由此可估计得到质量损失。
将以上各部分损失根据具体实际场景选择性相加,即可得到事故总体损失。
从以上案例可以看出,本发明通过事件树分析石化企业生产装置异常初始事件所可能造成的事故后果,并利用事故后果仿真软件(如ALOHA)得到事故影响范围,并以损失分类和计算模型进行各事故场景损失评估,最终得到总体损失。事故损失作为风险评估中重要的一部分,为风险评估工作提供了重要的技术支撑,有利于石化企业的风险管理和安全。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合,均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种石化企业事故风险损失评估方法,其特征在于,包括:
(1)应用风险分析方法辨识确定工艺对象中可能的异常初始事件集合;
(2)对各个异常初始事件进行分析,生成事故场景,并根据工艺对象的相关参数利用事故场景模型仿真对事故场景进行量化分析;
(3)根据历史事故分析报告,对各事故场景的风险损失进行系统分类,建立风险损失分类模型和各类风险损失的风险损失评估模型;
(4)利用风险损失分类模型辨识选定事故场景的风险损失类别,根据该选定事故场景的量化分析结果利用风险损失评估模型计算各类风险损失,将各类风险损失相加得到总体的事故风险损失。
2.根据权利要求1所述的石化企业事故风险损失评估方法,其特征在于,步骤(3)中,风险损失分类模型包括:生产损失、财产损失、人员健康损失、环境损失以及质量损失;
所述的生产损失包括停工损失、维修损失、材料浪费损失和回收损失;
所述的财产损失包括设备损害损失和建筑损害损失;
所述的人员健康损失包括死亡损失和受伤损失;
所述的环境损失包括环境清洁损失;
所述的质量损失包括鉴定损失、预防损失、内在损失和外在损失。
3.根据权利要求2所述的石化企业事故风险损失评估方法,其特征在于,生产损失评估模型为:
PL=Cd+Cm+Cmw+Crc
其中:
PL为生产损失;
Cd为停工损失,Cd=DR×(CC-Cf),停工率DR=(td/tp)×100%,td为因设备维护和维修而停工的时间,tp为正常开机时间;边际效益CC=Csr-Cv,Csr为销售收入,Cv为变动成本;Cf为固定成本;
Cm为维修损失,Cm=Ca1+Ca2,服务成本Ca1=Cw+Ccc,Cw为维修人力成本,Ccc为承包商成本;材料成本Ca2=Cp+Ct+Ci,Cp为采购成本,Ct为运输成本,Ci为库存成本;
Cmw为材料浪费损失;Crc为回收损失。
4.根据权利要求2所述的石化企业事故风险损失评估方法,其特征在于,财产损失评估模型为:
AL=Cd1
其中,AL为财产损失;Cd1为由于受到事故影响所导致的设备和建筑损失,Ci为位于影响区域内的设备或建筑的原始估计财产值,di为设备或建筑的折旧率,t为设备或建筑的运行年数。
5.根据权利要求2所述的石化企业事故风险损失评估方法,其特征在于,人员健康损失评估模型为:
HHS=N∈D×V
其中,HHS为人员健康损失;
D为事故影响区域,N为位于影响区域里的人数,人员健康损失的估计成本V=Ccc+Cic+Crc1,其中Ccc为补偿费,Cic为保险费,Crc1为康复费。
6.根据权利要求5所述的石化企业事故风险损失评估方法,其特征在于,事故场景包括火灾、爆炸以及毒气泄漏与扩散,
火灾引起的人员健康损失模型为:
HHLfire=Nf1∈DAF1×V死亡+Nf2∈DAF2×V重伤+Nf3∈DAF3×V轻伤
其中,DAF1、DAF2、DAF3分别为1000ppm,150ppm,50ppm蒸汽云燃烧的影响区域;Nf1,Nf2,Nf3分别为位于DAF1、DAF2、DAF3影响区域里的人数;V死亡,V重伤,V轻伤分别为死亡、重伤、轻伤情况下的估计成本;
爆炸引起的人员健康损失模型为:
HHLexplosion=Ne1∈DAE1×V死亡+Ne2∈DAE2×V重伤+Ne3∈DAE3×V轻伤
其中,DAE1、DAE2、DAE3分别为8.0psi,3.5psi,1.0psi爆炸超压的影响区域;Ne1,Ne2,Ne3分别为位于DAE1、DAE2、DAE3影响区域里的人数;V死亡,V重伤,V轻伤分别为死亡、重伤、轻伤情况下的估计成本;
毒气泄漏与扩散引起的人员健康损失模型为:
HHLtoxic=Nt1∈DAT1×V死亡+Nt2∈DAT2×V重伤+Nt3∈DAT3×V轻伤
其中,DAT1、DAT2、DAT3分别为ERPG-3,ERPG-2,ERPG-1毒气浓度的影响区域;Nt1,Nt2,Nt3分别为位于DAT1、DAT2、DAT3影响区域里的人数;V死亡,V重伤,V轻伤分别为死亡、重伤、轻伤情况下的估计成本。
7.根据权利要求2所述的石化企业事故风险损失评估方法,其特征在于,环境损失评估模型为:
EL=Csoil+Cwater+Cair
其中:
EL为环境损失;
Csoil为土壤污染损失,Csoil=DAs×Dsc×ρsoil×CCs×NHs
DAs为污染区域,m2;
Dsc为土壤污染深度,m;
ρsoil为土壤密度,kg/m3;
CCs为每单位质量清理成本,万元/kg;
NHs为化工污染物有害等级;
Cwater为水体污染损失,Cwater=DAw×Dwc×ρwater×CCw×NHw
DAw为污染区域,m2;
Dwc为水体污染深度,m;
ρwater为水体密度,kg/m3;
CCw为每单位质量清理成本,万元/kg;
NHw为化工污染物有害等级;
Cair为空气污染损失,Cair=DAa×Hac×ρair×CCa×NHa
DAa为污染区域,m2;
Hac为空气污染深度,m;
ρair为土空气密度,kg/m3;
CCa为每单位质量清理成本,万元/kg;
NHa为化工污染物有害等级。
8.根据权利要求2所述的石化企业事故风险损失评估方法,其特征在于,质量损失评估模型为:
其中,QL为质量损失;
EML——最大估计损失,万元;
y——工艺参数目标值;
Δ——EML对应的工艺偏差;
σ——形状参数。
9.根据权利要求8所述的石化企业事故风险损失评估方法,其特征在于,形状参数σ利用最小二乘法确定或选择默认值。
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