论文：化工园区安全规划方法综述

　第 4卷 　第 4期 　2008年 8月 　　　　　　　　 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 Journal of Safety Science and Technology 　　　　　　　　 Vol. 4 No. 4　 Aug. 2008 文章编号 : 1673 - 193X (2008) - 04 - 0055 - 05 化工园区安全规划方法综述 3 许　铭 1 ,多英全 2 ,吴宗之 2 (11北京科技大学土木与环境工程学院 ,北京 　100083) (21中国安全生产科学研究院 ,北京 　100029) 摘 　要 :简要回顾了化工园区安全规划的三种方法 :安全距离法、基于后果的方法、基于风险的方 法。介绍了它们的使用现状 ,并讨论了它们的可比性和不确定性。为了克服方法的局限性 ,人们 希望开发更加一致和综合的方法。因此又简要介绍了欧盟开发的一种综合了确定性方法和概率 性方法优点的综合方法 ———ARAM IS方法体系。最后进行了总结 ,提出了下一步需要研究的方向。 关键词 :安全规划 ;安全距离法 ;基于后果的方法 ;基于风险的方法 ; ARAM IS方法体系 中图分类号 : X937　　　文献标识码 : A Rev iew of comm on ly used approaches for Land2Use Plann ing v ic in ity of chem ica l sites XU M ing1 , DUO Ying2quan2 , WU Zong2zhi2 (11Civil & Environment Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China) (21China Academy of Safety Science and Technology, Beijing 100029, China) Abstract: Three commonly used app roaches for Land2U se Planning vicinity of chem ical sites were reviewed briefly: ‘generic’distances, consequence2based app roach, and risk2based app roach. The p resent situation of these ap2 p roaches were p resented, and the comparability and uncertainty of these app roaches were discussed. To overcome the lim itation of these app roaches, one expected that a more harmonious and integrative app roach would be devel2 oped. An integrative app roach, the ARAM IS methodology which combines the strengths of both determ inistic and risk2based app roaches, was thus p resented briefly. Finally the conclusion was made and the objectives of future re2 search on diverse specific fields were put forward. Key words:Land2U se Planning; ‘generic’distances; consequence2based app roach; risk2based app roach; ARA2 M IS methodology 　收稿日期 : 2008 - 05 - 25 　作者简介 :许铭 ,博士研究生。3 基金项目 : 国家科技支撑计划 (编号 : 2006BAK01B02)资助1　引言我国从 1995年开始建设化工园区 , 2000年后 ,建设速度明显加快 ,截止 2006年 ,我国省级以上人民政府批准建设的化工园区达 60多处 [ 1 ]。化工园 区的建设与发展 ,在促进当地社会经济发展的同时 ,带来了新的安全问题 ,严重威胁园区内外人和周围环境的安全。2004年 4月 15日 ,重庆天原化工厂发生氯气泄漏爆炸事故 ,造成 9人死亡 , 15万人紧急疏散 ; 2005年 11月中石油吉林双苯厂发生爆炸事故 ,造成 8人死亡 , 60人受伤 , 100吨苯类物质流入松花江致使松花江水域遭到污染 ,近 400万人口的哈尔滨市停水 4天 [ 2 ]。因此 ,如何对化工园区进行合理规划 ,预防和控制潜在的重特大事故 ,降低其造成的损失和影响 ,确 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 保化工园区生产安全和周边环境安全 ,已成为各级 政府、园区建设者与管理者以及社会各界日益关心、 关注和需要解决的核心问题 [ 3 ]。目前 ,国内外土地 利用安全规划方法可归纳为 3类 : ( 1)安全距离法 ; (2)基于后果的方法 ; (3)基于风险的方法。 本文将首先简要介绍这三种方法 ,然后分述它 们的使用现状、可比性、不确定性等内容 ,接着介绍 一种集确定性方法和概率性方法优点的新方法 - ARAM IS方法体系 ,最后进行总结 ,提出开展一些新 的研究领域的建议。 2　化工园区安全规划方法概述 化工园区安全规划的基本思想是“分区制 ”,实 现“分区 ”的方法大体可归纳为安全距离法等 3类。 文献 [ 1～3 ]对这三种方法都进行了比较详细的介 绍 ,本文只简要回顾每种方法的主要思想及其特点。 211　安全距离法 安全距离法起源较早 ,大约出现在 1810年左 右 [ 4 ]。该方法根据历史的经验或专家判断 ,列出不同 工业活动或设施与其他场所或区域之间的安全距离。 在这个安全距离之外 ,认为风险等于 0,反之 ,认为风 险等于 1。安全距离方法的原理简单直观 ,容易理解 和沟通 ,所以至今仍被广泛地使用。由于其仅考虑工 业活动的类型或现存危险物质的数量 ,而不是建立在 系统的思想之上 ,因此其缺点也是显而易见的 ,即“粗 旷性”是安全距离法无法克服的先天不足。 212　基于后果的方法 该方法是 1970年代后出现的 [ 2, 4 ]。该方法做 如下假设 :如果现有的保护 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 能够充分保护人群 免受最坏事故的影响 ,那么也能够充分保护人群避 免受任何较轻事故的影响。因此 ,有时也称之为 “最坏假想事故情景 ”方法 ,也称之为“确定性方 法 ”。以各种“最坏假想事故情景 ”模型为基础 ,计 算出与潜在事故发生可能性无关的死亡或各种伤害 的半径 ,然后根据这个距离分区 ,在这个区域内会造 成死亡或伤害 ,区域之外则不会造成相应后果。基 于后果的方法是系统理论用于风险分析的产物 ,因 而其计算过程和计算结果都是系统的确定的 ,令人 信服的。但是由于“最坏假想事故情景 ”很难准确 确定 ,因而其缺点主要是“出发点 ”的不确定性。 213　基于风险的方法 1974年拉姆逊教授 (Norman Carl Rasmussen) 首先将该方法应用到核能发电厂的风险评价中 [ 5 ]。 之后被迅速推广到了其他行业。基于风险的方法 , 也称概率风险评价 ( PRA ) ,其评价所有事故的后果 严重度及其发生的可能性 ,综合给出所评价对象或 区域的个人风险和社会风险 ,然后依据可接受风险 标准进行分区。与前二种方法比较 ,由于要求定量 计算事故发生的可能性 ,基于风险的方法较完善 ,同 时也较复杂 ,所需时间和费用也较多。 3　安全规划方法的比较 311　方法的使用现状 至今 ,这三种方法都在使用。一些国家和地区 还在继续探索更加全面的规划方法。文献 [ 3 ]统计 了欧盟部分成员国使用这些方法的情况 (见表 1)。 此外如美国使用安全距离法和基于后果的方法 ,俄 罗斯、加拿大等使用基于风险的方法。很自然地人 们希望知道这三种方法究竟孰优孰劣。 表 1　欧盟土地利用规划实践概况 [ 3] 国家 安全 距离法 基于后果 的方法 基于风险 的方法 土地利用 规划准则 仍在开发 中的方法 澳大 利亚 X X 比利时 X (Walloon) X ( Flem ish) X 丹麦 X 芬兰 X 法国 X X 德国 X X X 希腊 X 爱尔兰 X 意大利 X 卢森堡 公国 X X 荷兰 X X 葡萄牙 X 西班牙 X X 瑞典 X X X 英联邦 X X ·65· 　　　　　　　　　　中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 　　　　　　　　　　　　　　第 4卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 312　方法的可比性 M ichalis D. Christou等对三种方法进行了比 较 [ 3 ]。第一个比较是对一个氯气泄漏的情景 (选自 文献 [ 6 ] )。安全距离法推荐的距离为 1000m,这个距 离与事故情景无关。用基于后果方法 ,在最严重事故 情景下 ,对应于死亡出现的范围是 1380m,对应于不 可逆转伤害出现的范围是 3940m。用基于风险方法 , 选择 1380m的点 ,该点的个人风险取决于各种事故发 生的频率。假设以 10 - 6 /年为可接受风险标准 ,如果 计算出总的风险低于 10 - 6 /年 ,则基于风险的方法比 基于后果的方法给出的距离要小 ;反之则大。 第二个比较是选自《重大危险分析基准练习 》 (BEMHA ) [ 7～8 ]中一个液氨储罐装置。考虑了三种 事故情景。安全距离法给出的距离为 1000m。如果 选择基于后果方法的 D2 (风速 2m / s)区 (距低温储 罐 1180m ,距加压储罐 980m) ,则其大体上对应于个 人风险 10 - 7 /年风险等值线所包括区域。三种方法 给出的区域大体相当。 英国和法国有关研究 [ 9 ]发现 ,在检验的案例中 大多数 (约 60% )采用的距离是可比较的。 严格讲 ,这三种方法有本质的区别。安全距离法 直接给出的物理量是一个确定的距离 ,基于后果的方 法给出的是对应于各种最坏事故情景下的死亡及伤 害或损害的一系列后果范围 ,而基于风险的方法给出 的是所有可能事故对每一点及整个区域产生的导致 死亡或伤害的概率。因此 ,它们的物理意义是根本不 同的 ,因而是不可比的。但是作为土地利用规划决策 者 ,他们想知道选择哪种方法是最佳的。因此 ,所说 的这三种方法的比较 ,是站在应用的角度对其效用的 比较 ,而不是从其物理意义上进行的本质比较。说明 这一点非常重要 ,而且我们就能理解为什么以前的文 献在进行这样的比较时都小心翼翼。 312　方法的不确定性 1988～1990年期间 ,欧盟联合研究中心 (JRC) 组织了一次《重大危险分析基准练习 》( BEM2 HA ) [ 7, 8, 10 ]其目的是评估化工风险分析技术的发展 水平 ,同时分析不确定性的起源和对结果的影响。 练习选取一个液氨储罐装置作为评价对象 , 11个小 组完全独立地使用各自不同的方法进行完整分析。 分析的部分结果如图 1所示 [ 10 ]。 图 1　基准练习中同一个情景 0下距离和风险的 对应关系 (部分小组计算结果 ) [ 10] 结果表明 ,由不同小组划分的土地利用规划分 区从 500m到 1800m不等 ,出现这种情形 ,主要是因 各种不确定性造成的。不确定性来源分为两类 : (1)偶然性或认知性带来的不确定性 ,主要是由于 未知知识造成的 ,即“你不可能知道什么是你不知 道的 ”; (2)选择性带来的不确定性 ,主要指选择参 数、模型以及隐含的完整性等过程中的不确定性 ,这 是对已知知识的应用产生的。 为了深入研究不确定性 ,欧盟在 BEMHA项目 的基础上 , 1998年又开展了一个 ASSURANCE项目 (化工设施风险分析中不确定性评价 ) ,于 2001年 春季结束 [ 11 ]。项目包括假想情景选择比较、后果评 估比较和最终概率评估比较。 由于方法存在的不确定性 ,特别是基于风险方 法在处理频率或者概率方面固有的不确定性 ,使得 人们曾一度怀疑和排斥该方法 [ 12 ]。但是随着研究 的进一步深入 ,人们对不确定性有了更加理性的认 识。先前的怀疑变成了如何减小不确定性的影响。 Jens Christian Refsgaard等总结了处理不确定性 的方法 [ 13 ]。现在大约有十四种处理不确定性的方 法 :数据不确定性引擎 (DUE) ,误差传播方程 ,专家 启发 ,同类回顾扩展 ,反转模拟 (参数估计 ) ,反转模 拟 (预测不确定性 ) ,Monte Carlo分析 ,多模型模拟 , NUSAP (多维不确定性评价 ) ,质量担保 ,情景分析 , 敏感性分析 ,有关利益方和不确定性矩阵。 Christian Kirchsteiger对确定性方法和概率性方 法进行了深入地对比研究 [ 6 ]。他认为所谓确定性 和概率性是相对的 ,也是统一的 ,确定性中有随机 ·75·　第 4期 　　　　　　　　　　　　　中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 　　　　　　　　　　 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 性 ,随机性中有确定性。要更加深入理解两者的关 系 ,则需从“混沌 ”学入手。 目前的实践一般是三种方法的结合使用。比 如用安全距离法先确定一系列的参照点 ,对于瞬 时爆炸、热辐射等破坏作用 ,主要使用基于后果的 方法 ,对于毒气云的扩散等主要使用基于风险的 方法 [ 3 ] 。 4　ARAM IS方法体系 2000年及其后几年发生了几起重大事故 ,如 Enschede ( 2000 ) 1、Toulourse ( 2001 ) 2 和 Lagos (2002) 3 等 ,促使人们反思风险分析方法。欧盟在 BEMHA项目、ASSURANCE项目的基础上 ,于 2002 年启动了 ARAM IS (工业意外事故风险评价方法体 系 )的项目 ,提出了一个综合性的评价方法 - ARA2 M IS方法体系。 1 2000年 5月 13日荷兰 Enschede发生烟花大爆炸 ,造成 23人死亡 , 900多人受伤 , 1250人无家可归。 2 2001年 9月 21日法国图卢兹 ( Toulouse)爆炸事故数据 :里氏 314级地震 ; 20～40 t TNT当量 ;直径 40m深 7m的弹坑 ; 30人死 亡 ;受伤 2500人 ; 2km半径以内数千幢建筑物房屋毁坏或严重破坏 ;爆炸 7km远玻璃破碎。 3 2002年 1月 27日 ,尼日利亚 Lagos军火库发生多起爆炸事故 , 1000多人死亡。 该项目的目标是建立一个新的工业意外事故风 险评价方法体系 [ 14 ]。ARAM IS方法体系认为风险 是部分区域遭到破坏的概率 (频率 )。为了观察这 种破坏 ,一个给定强度的危险现象必须打击脆弱要 素。期望的破坏水平由要素的脆弱性和现象的强度 决定 ,频率和强度联合起来叫做严重度。该方法分 别评估严重度和脆弱性 ,给决策者提供这些要素以 评估后果的风险。三个定义如下 : 频率 ×强度 =严重度 强度 ×脆弱性 =破坏力 风险 =频率 ×强度 ×脆弱性 ARAM IS方法分为五个主要步骤 :辨识主要事 故危险 (M IMAH) ,辨识安全屏障并评价其绩效 ,评 价针对屏障可靠性的 安全管理 企业安全管理考核细则加油站安全管理机构环境和安全管理程序安全管理考核细则外来器械及植入物管理 效力 ,辨识参考事故 假想情景 (M IRAS) ,评估和图示参考假想情景的风 险严重度和工厂周围环境的脆弱性。 基于后果方法的最大难点是确定最坏事故情 景 , ARAM IS运用一个“蝴蝶结 ”技术及“风险矩阵 ” 来确定事故情景 ,从而在一定程度上克服了基于后 果方法确定最坏事故情景的盲目性。同时提供了一 些工具和结构以改进频率数据的不确定性。目前该 方法在欧洲一些国家试用 [ 14 ] ,其提供的脆弱性数据 也被一些国家用于土地利用规划的参考 [ 15 ]。 相比 QRA, ARAM IS方法论明确地考虑了安全 行为 ,因此在安全管理系统的评估组成上更加清晰 , 其次 , ARAM IS方法论用有迹可循的方式使用环境 脆弱性 ,有助于最终风险评估结果的清晰表达 [ 16 ]。 当然 , ARAM IS并没有全部解决目前方法存在 的问题 ,比如在获得可靠的事故频率数据、量化管理 对事故概率的影响、减少脆弱性、确定影响的极限值 等方面还需要继续完善。 5　总结 综上所述 ,土地利用规划的主要方法有三类 :安 全距离法、基于后果方法、基于风险方法。严格讲 , 这三种方法有本质的区别。对这三种方法所做的比 较 ,是站在应用的角度对其效用的比较 ,而不是从其 物理意义上进行的本质比较。目前三种方法都在使 用 ,可用安全距离法先确定一系列的参照点 ,对于瞬 时爆炸、热辐射等破坏作用 ,主要使用基于后果的方 法 ,对于毒气云的扩散等主要使用基于风险的方法。 有一点是非常明显的 ,即这些方法主要考虑潜 在破坏力对人造成死亡或受伤等影响 ,但是这些破 坏力同时会对其他系统如设备设施、周围环境等造 成破坏。此外毫无疑问 ,安全管理系统、安全屏障对 设施发生事故的潜在频率、减弱事故后果都有直接 的影响。因此人们需要更加综合地看待风险 , ARA2 M IS方法体系在这些方面进行了有益的尝试 ,但是 还需要在获得可靠的事故频率数据、量化管理对事 故概率的影响、减少脆弱性、确定影响的极限值等方 面继续完善。 安全规划的方法会随着科学技术的发展而发 展 ,随着人们不断出现的新的需求而改进 ,以下方面 或许是需要进一步探索的领域。 ·85· 　　　　　　　　　　中 国 安 全 生 产 科 学 技 术 　　　　　　　　　　　　　　第 4卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net (1)对人的体系的评价。人在潜在风险面前不 是被动的 ,人或许也是潜在风险的一部分 ;人或许会 强化风险 ,当然人也可以减弱风险 ,如何量化评价人 的作用是需要研究的一个方面。 (2)经济损失的全面评估。应该承认 ,生产活 动首先是经济活动 ,只有将抽象的风险概念转换成 潜在经济损失 ,才能真正触动决策者的观念和决心。 尽管已经有一些评估经济损失的方法 ,如保险行业 通常使用边际收益等于边际损失的方法确定保险额 等方法 ,但是人们期望更加清晰地“看到 ”潜在经济 损失 ,因此需要研究更加清晰的风险经济表示方法。 (3)失效概率数据的积累和更新。失效概率与 生产技术水平、维护能力、运行环境等都有很大关 系 ,因此一方面需要积累数据 ,另一方面要及时更新 数据。 (4)环境脆弱性的清晰表达。安全规划中需要 准确辨识脆弱性对象 ,然后才能通过调整、设置屏障 等措施降低脆弱性 ,从而提高安全性 ,因此需要研究 辨识和表达脆弱性的方法。 参考文献 [ 1 ]　吴宗之. 城市土地使用安全规划的方法与内容探讨 [ J ]. 安全与环境学报 , 2004, (12) : 86～90 [ 2 ]　魏利军 ,多英全 ,于立见等. 化工园区安全规划方法与 程序研究 [ J ]. 中国安全科学学报 , 2007, (9) : 45～51 [ 3 ]　M ichalis D. Christou, Aniello Amendola, Maria Smeder. The control of major accident hazards: The land2use p lan2 ning issue. Journal of Hazardous Materials 65 ( 1999 ) : 151～178 [ 4 ]　B. J. M. A le. R isk assessment p ractices in The Nether2 lands. Safety Science 40 (2002) : 105～126 [ 5 ]　W illiam Keller, Mohammad Modarres. 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