液化天然气设施选址防火 59A 风险分析
Phani K.Raj Theodore Lemoff 文章历史: 文章历史:收到 2009 年 1 月 27 日
修订后的形式送达 2009 年 8 月 20 日 接受 2009 年 8 月 20 日
摘要
液化天然气(LNG)具有易燃有毒的特性。在美国,它的选址、处理和终端 操作是受联邦政府管理。 条例是由美国的管道和危险物质交通局的管理部颁布实 施。凡是具有易燃危险物质的存储和处理国家法律都对其有相关规定。2001 年 交通部按照 NFPA59A 出版了现行关于“LNG 的生产、加工、存储标准”的规 定就有 49 篇,193 个部分。这些规定相当规范和严格,液化天然气设施安全考 虑的不到位就不能通过上级的批准。 对事故评价的种类和大小的规定不允许出现 偏差。未考虑偶然事件的话,其发生和由此产生可能性的后果是缓解措施或应急 响应程序无法适当抢救的。对大多数事件进行合理的情景评价,有利于危险状况 时及时抢救财产和人员速散。 基于风险分析的要求,2009 年版的 NFPA59A 又对露天天然气设备的安全 交通部, 在关于洲际天然气运输管道的条例中规定其必须按照 “管 有了一些强制性规定。
道诚信管理”程序,要确保意外气体释放对公众的安全。即使是事故频率和设备故障无法考 虑,该规定在“风险为本”中也设了一些规定。公用事业监管专员(NARUC)和国家
协会全国联合会国家消防元帅(NASFM)最近通过 DOT(PHMSA)决议呼吁 采取步骤完善基于风险的液化天然气设施选址的安全规定。
本文论述了风险评估方法变成一项强制性的附件纳入 2009 年版的美国消防协会 59A 条 的过程, 以及改革液化天然气设施风险评估的其他可能方法。 还就社会对可接受的风险水平 要求确立一个标准。本文也阐述了风险评价在其他国家的使用情况,特别是欧洲。列举了一 些风险分析实例的应用结果。通过美国消防协会 59A(49 篇,193 部分)的指示风险评价 和现行的其他评价方法的比较的论证,在未来的使用中会不断完善至美。
关键词: 关键词: 液化天然气设施
风险分析 安全
液化天然气标准 概率 后果
1 简介
液化天然气(LNG)具有独特的区别是唯一受严格规格的燃料,联邦法规 (49 篇,193 部分)的美国运输部(美国交通部)对其贮存设施的选址和建设 就做了具体和详细的规定。 1979 年以来, 自 液化天然气设施一直使用这些规定。 59A 发布了 “LNG 的生产、 加工、 存储标准” 这 。 继后, 美国国家消防协会 (NFPA)
些标准对应遵守的准则、厂房选址和布局、工艺设备、存储位置、容器设计、安 全度评估计算、 禁区、 防火、 安全和保安、 维修、 人员培训等内容有明确的规定。 这些规定既涉及到液化天然气厂的建设,还有液化天然气厂的日常运作。美国国 家防火协会标准最初发表于 1971 年,它是建立在克利夫兰液化天然气 1944 年 发布的事故经验基础上。2001 年版是在美国国家防火协会标准 59A 基础上,轻 微改变形成目前的 49 篇, 193 部分, DOT 规章。 59A 条标准每三年修订一次 (最 近一次是 2009 年版)。 NFPA59A 条标准和美国运输部标准规定的最重要相似特征是都是强制行 的。 也就是说, 它们特别细化了事故的类型、 地点、 工期和潜在的天然气释放率、 量化工程设计要求,以及考虑到对市民的伤害类型等内容。此外,“地理独立” 的要求,在这的要求都适用,不论拟建设施是否是在人口稠密地区或人烟稀少的 郊区/农村。标准和规例不容许未取得具有项目特别许可证有管辖权的机关颁布 许可证的液化天然气设施选址应用其他安全减灾程序或技术。 在美国,针对人员伤害风险的标准和其他国家有鲜明的对比。在美国,可接 受的风险标准有明确的规定。 拟建的液化天然气厂的风险低于植物可接受的阈值 风险则可以建厂。但是,如果风险是在一个“灰色地带”之间上限和下限阈值可 接受的风险,那么额外缓解措施可予以强制执行,以减少对人员的伤害,也可建 厂。当然,如果计算风险高于最高允许风险,该厂是不允许的建设。 最近,美国国家防火协会 59A 委员会通过了一项基于风险的液化天然气条 例编入了在 2009 年版的标准之中。然而,对于这样的事实,这也是第一次符合 NFPA59A 条已涉足风险为基础的标准,委员会通过的文献包含在附件“强制性 要求’的风险中,而不是在编在该文件的主体中。这样做的目的是为了提供给有 管辖权机关(AHJ)对基于风险评估时进行参考。 本文的目的是:(一)选址在参照''规范''和''风险为本''标准中的比较(二) 以及阐述了委员会对 2009 年版的 讨论美国国家防火协会 59A 近期颁布的条例, 附件标准中讨论的内容,涉及到了风险为基础的替代标准、其他风险为本的监管 程序,还有讨论的目的以及特点和差异,这些在 2009 年版.NFPA59A 条.中全部 都有。 对安全评估的要求,NFPA 59A 条标准(2001 版)和美国 DOT 规章都几乎 相同。对于一个液化天然气工厂的安全评估,主要是确保来自储存罐和指定大气 条件的“设计溢出”的安全 。大气条件主要指(
  1)对植物热辐射的“安全间距” 或在就近的占有率建设不超过规定的水平,(
  2)平均浓度液化天然气在空气中 水汽不超过
  50%的最低燃烧浓度(LfL)的情况下,以防液化天然气产生的蒸汽 云挥发分散到大气中。甲烷在空气中 LfL 为
  5%。只有蒸汽的色散情况迁移的某 些消极影响的措施(如置备扣留蒸汽、用人蓄水表面绝缘、提供水幕等方法), 如果提供的设计当涉及到 AHJ 时, 就要考虑到以上措施的计算。 1 显示了 表 “设 计溢出”的规格。表 2 显示了 NFPA 59A 辐射热通量的危害标准。
据悉, 仅考虑 “泄漏” 的类型是从有洞的储罐渗漏到大小相等的水槽, 从管道传输(液 体提取管)全流量释放。 NFPA 标准假设没有释放潜力遏制水槽的二手集装箱。但是, 美国 联邦能源监管机构 (联邦能源管制委员会) 要求辐射热对屋顶倒塌和一对储罐液池火灾进行 评价。显然,对于场景、类型、 位置、大小和持续时间就要考虑释放的量化和具
体情形了,所有安全功能和系统都有可能被包括在工厂设计中。此外,没有确切 的释放频率(或年度概率)可以参考,随后将会产生怎样的液化天然气事故。对
所有的可能性进行重新确定。最后, 没有对蒸汽着火点明确规定,以及可能会 释放位置和最低允许的蒸汽浓度低于? LfL 的多少。

  1.2 基于风险评价的影响因素
关于风险评价有很多优秀的书籍和专著,其内容、程序最早来源于格利克曼 及歌赋,1990;摩根(1993 年);布雷尔(1993 年);关键控制点(19
  99))的 风险差异人口的暴露危险章节中, 他们计算了一个给定的风险人口从指定的活动、 风险沟通和对自愿和非自愿情况下的风险案例。本文并不是这样。因此,本文的 目的是详细讨论风险评价的概念, 以及液化天然气设施选址风险分析怎样易于理 解的实际应用。 应用于液化天然气设施选址的风险分析有五个组成部分。第一步是评估可能 导致液化天然气释放的潜在事故/事件类型。第二步骤是释放的位置、大小、速 度和持续时间的估计。 第三步是确定不同类型释放排放先后的概率和各类型相关 联液化天然气 (或危险) 类型。 第四步是计算每个类型对人员和财产的危害情况。 最后一步参照可接受的风险标准进行比较。这个过程示意图如图所示。 风险通常定义为产品发生故障的概率及其产生有害事件后果的可能性(可接 受的衡量单位)。总的风险是所有风险不同元素和潜在的释放模式的总和。概念 可用以下方程(
  1)和方程(
  2)以下的数学形式表示。 风险=发生事故的概率 X 事故的后果 总风险=各个事故的风险相加之和 对上述风险右边的两个要素方程分析:(
  1)对排放的后果评估有害材料已 受到多方关注。 尤其是在液化天然气选址和设备历史故障案例数据稀少或不存在 的状况下,该值对发生故障(机械或人员)的频率却难以估算。一般来说,在其 他类似行业的经验基础上,如设备和操作功能上故障类型也基本相似。液化天然 气的风险评估的部分故障率数据来源于英国政府机构的健康和安全执行局出版 的(HSE,2003 年,章 6 章)。

  1.3 可接受性的风险标准
可接受风险分析,是评估工厂对周边居民的个人风险和社会风险的接受程 度。按照(Bottelberghs,20
  00)文学,对风险有两种不同的定义。 对于一个点的位置来说,个人风险的定义是在一年的时间内,在没有任何保 护的情况下,人由于在各类设施事故或危险活动中会受到伤害危险水平(或患死 亡)的概率。 就设施和危险活动来看,社会风险是指一个团体的许多人暴露于危险场所或 者厂区每年受到伤害水平的概论。 “个人风险”仅仅取决于危险设施的距离,与设施周边的人口密度和个体的 特征无关。
“社会风险”不仅取决于设施周边的人口密度和个体的特征,也与危险设施 的距离有关。社会风险一般呈现对数曲线图,表现了平均每年的死亡人数占总伤 害人数的比例。 在大多数国家,风险评估取决于基础设施对暴露于其中人员的伤害程度。不 同国家风险的可接受程度标准略有不同。 在英国, 健康与安全执行委员会 (HSE) 把个体危险作为风险的评价标准,也作为社会的风险的评价标准。在英国,HSE 在 1989 年就制定了各项可接受的风险标准。只有当公众的标准达到满足后设施 才能运行。然而,在荷兰,无论是个人风险标准和社会风险标准都必须得到满足 的时候, 也就是说事件的影响不高于给定标准杀伤力的
  1% (Bottelberghs, 20
  00) 情况下,才能审批通过。不同国家对个人风险和社会风险的标准略有不同相见表 3 所示。

  1.4 基于风险的评估可能会更好的原因
在美国现行的液化天然气对单独暴露于危险场所的潜在危险标准 (如在火灾 暴露的情况下辐射热通量)、其他措施(如曝光或剂量时间)需要说明和完善。 此外,危险标准太过注重伤害阈值。计算损伤阈值的距离还没有考虑到自然情况 (如建筑物阴影和其他对象减少/消除了在火灾情况下的辐射热量,提高了蒸汽 与空气混合气的扩散, 以及工业的天然气扩散到城市街道遇到火源将引起燃烧) 。 最后,至于说液化天然气排放类型是不须考虑了。这些类型的液化天然气包括: (一)在点火分散蒸汽云中的障碍物的存在而增强动荡影响,并导致爆燃式蒸汽 云火灾。(二)点火在障碍物存在的分散蒸汽云加强动荡的影响,并导致蒸汽云 爆炸的可能。(三)在传输过程中泄漏(例如在码头),进入或将液化天然气水 相结合造成一些后果。(四)在液化天然气释放,从缺陷或泄漏管道和喷气式飞 机火灾等形成的射流 ,当这些限制在风险分析评估分析过程中未考虑到而引起 一些事故。可以看出,后一种现象是造成许多天然气事故的根本原因。当然了, 对特别厂址进行风险评价就相当重要,这就要考虑到特殊的地理条件、场内植被 的绿化数量、危险建筑物离居民区的安全距离(那可能减少不必要的危害),以 及工厂类型或者商业活动自身潜在的危险性等。一般来说,这些这些设施的缺陷 或者不足就将是直接的事故的根源。 坚持基本风险的方针,所有事故类型和导致事故的条件都应该考虑。更重要的 是要参考曾经出现过的事故, 那将对要考虑的条件和潜在的事故大小能够提供一 个合理的评价。也要考虑到当地标准和其他地方发生过的事故原因,以及周边的 人员密度情况。风险评价也提供了在极端情况下处理事故的程序、方法。这些程 序对当地官员对相关政策的制定也有参考价值。 基本风险评价要求在液化天然气 厂址建设的时候,要充分进行审查,这一做法在大数国家都受到了采纳并得到了 很好的宣传。
按照 FPA59A- 2009 标准的基本风险评价 (关于这个的更多细节) 充分体现 了其优越性和先进性。最近,监管公用事业协会专员(NARUC)和国家消防协 会元帅(NASFM)都已通过决议,支
 

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