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隨著我國工業化進程的加快, 危險化學品經營使用的品種和數量越來越多, 為改變危險化學品倉儲區“小而多”的倉儲格局, 降低危險化學品倉儲風險和運輸風險, 我國安全監管部門要求企業或化工園區的危險化學品要盡量集中布置, 設置專門的危化品倉儲區域。然而, 如果危險化學品倉儲區規劃選址不科學、安全布局不合理, 不僅對周邊的公眾生命、財產造成重大威脅, 同時也嚴重影響倉儲區后續的可持續發展。

為進行土地使用安全規劃, 國內外多以“分區制”為基本思想, 采用的方法大體分為三類:安全距離法、基于事故后果的方法和基于風險的方法[1,2,3]。安全距離法根據歷史的經驗或專家判斷, 給出不同工業活動或設施與其他場所或區域之間的安全距離, 方法簡單直觀, 容易理解和溝通, 但“粗曠性”的特點難以克服[4];基于事故后果的方法通過假設的“最壞事故情景”進行安全分區, 計算過程和計算結果都是系統確定的, 然而“最壞事故情景”通常又很難判斷, 適用性不強[5,6];基于風險的方法通過計算區域個人風險和社會風險, 結合風險標準進行分區。與前二種方法相比, 基于風險的方法除考慮事故后果外, 還計算事故發生的概率, 較為全面, 因此成為國內外普遍采用的區域安全規劃方法[7,8]。

然而采用基于風險的方法進行土地使用安全規劃, 只能對既定的危險源存在場所在某種平面布局條件下的個人風險和社會風險進行計算, 只要個人風險和社會風險符合風險推薦標準要求就是可行的, 無法對多個選址方案和平面布局方案進行優化選擇。因此, 本文以危險化學品倉儲區為研究對象, 在現有風險評價理論的基礎上, 引入危險源潛在生命損失 (PLL) 的概念, 研究提出基于移動危險源潛在生命損失的倉儲區規劃選址方法和基于固定危險源潛在生命損失的倉儲區安全布局方法。本方法相對于原有基于風險的土地使用安全規劃方法, 能夠更簡單、直觀的分析規劃選址和安全布局的合理性, 并確定最佳的選址和安全布局方案。

潛在生命損失 (Potential Life Loss, 簡稱PLL) 是指由于重大危險源發生火災、爆炸、中毒等意外事故單位時間內造成人員死亡的可能性, 最早用于重大危險源的風險排序[9,10,11]。潛在生命損失的大小用潛在生命損失值來衡量, 定義為個人風險和人口密度的乘積, 按式 (1) 進行計算[12,13]:

式中, PLL為潛在生命損失值, IR (x, y) 是點 (x, y) 處的個人風險, d (x, y) 是點 (x, y) 處的人口密度。

從式 (1) 可以看出, 潛在生命損失既考慮了危險源的個人風險指標, 同時結合周邊人口密度考慮了危險源的社會風險, 因此可以作為衡量區域風險水平的綜合考核指標。

通常危險源分為固定危險源和移動危險源兩種:固定危險源是指存儲危險化學品的固定設備、設施, 如儲罐、倉庫等;移動危險源是指用于危險化學品輸送的管道、車輛、船舶等。因此, 根據固定危險源和移動危險源個人風險的計算方法就可推導出固定危險源和移動危險源潛在生命損失的計算方法。

對于固定危險源j而言, 個人風險可用下式計算

因此, 倉儲區固定危險源總的潛在生命損失值為

式中, PLL—固定危險源潛在生命損失值;N—危險化學品庫區 (儲罐區) 的數目;IRj (x, y) —第個庫在 (x, y) 處的產生個人風險;—第j個庫的第t個容器設備泄漏事件發生的原始頻率;—第j個庫的設備修正系數;—第j個庫的安全管理、人員修正系數;—第j個庫的的氣象條件概率;—第j個庫中第k個點火源的點火概率;—第個庫中第t個事故情景在位置 (x, y) 處引起個體死亡的概率;Tj—第j個庫中的容器設備泄漏事件的個數;Wj—第j個庫的氣象條件的個數;Kj—第j個庫的點火源的個數;Dj—第j個庫的人口密度函數。

固定危險源潛在生命損失體現的是倉儲區固定危險源的風險大小, 潛在生命損失值越大, 說明倉儲區對周邊脆弱性目標產生的風險越大, 因此可作為倉儲區安全布局合理性的衡量指標。

移動危險源根據危險化學品運輸方式可分為的管道輸送、道路運輸、火車和船舶運輸等, 管道運輸和道路運輸的個人風險計算方法如式 (4) 和式 (5) 所示, 火車和船舶運輸個人風險的計算方法與道路運輸相似。

因此, 管道輸送和道路運輸總的潛在生命損失值為

式中, Vs, i (x, y) —第s個泄漏事件的第i種事故情景在位置 (x, y) 處引起的個體死亡概率;S—管道泄漏事件的個數;I—事故情景的個數;N—管道或道路分段的總數;P (I) —事故概率; ( (b, c) —事故后果概率函數。其他參數意義與式 (3) 相同。

移動危險源潛在生命損失體現的是倉儲區危險化學品的運輸風險, 倉儲區選址不同, 危險化學品運輸線路就不同, 進而運輸風險也不同。移動危險源潛在生命損失值越大, 倉儲區危險化學品運輸的風險也就越大, 因此移動危險源潛在生命損失可作為倉儲區選址的衡量指標。

單從安全的角度出發, 在倉儲區固定危險源產生的風險滿足個人風險和社會風險滿足標準要求的情況下, 通過比較倉儲區固定危險源潛在生命損失值的大小, 就可判斷哪一種倉儲區安全布局方法是最優的, 因此, 可建立如下倉儲區安全布局優化模型:

式中, IR—固定危險源整體個人風險限值;IRs—固定危險源最大可接受個人風險限值;FN—固定危險源整體社會風險限值;FNs—固定危險源最大可接受社會風險限值。

同樣, 在滿足移動危險源產生的個人風險滿足推薦標準要求的情況下, 通過比較不同倉儲區選址移動危險源潛在生命損失值的大小就可判斷倉儲區選址的合理性。因此, 根據管道輸送和道路運輸方式不同, 可分別建立如下倉儲區選址優化模型, 如式 (9) 和式 (10) 所示。

(1) 管道輸送

式中, IR—管道輸送個人風險計算值;IRs—管道輸送最大可接受個人風險值。

(2) 道路運輸

式中, IR—道路運輸個人風險的計算值;IRs—道路運輸最大可接受個人風險值。

在倉儲區選址和安全布局優化模型建立后, 本文采用《危險化學品重大危險源定量風險評價》軟件 (CASST-QRA 2.0) 進行選址和安全布局優化計算。

某城市為改變各企業危險化學品自有倉庫和租賃倉庫規模小、布局零散的現狀, 提出建設集中的危險化學品倉儲區, 該倉儲區擬存儲除油氣、民爆品之外的其他危險化學品, 包括分散在各危險化學品企業的乙炔、氫氣等易燃氣體、甲醇、苯、二甲苯等易燃液體、電石等遇水放出易燃氣體的物質, 另外還包括氧化性物質、毒性物質、腐蝕性物質以及全市自來水廠用液氯 (鋼瓶) 等。倉儲區規劃建設用地約13萬平米, 倉儲周轉量為40-50萬噸/年, 規劃庫容規模如表1所示。

表1 規劃庫容規模  下載原圖

經過初步選址論證、安全評估和環境評價, 確定了兩個選址方案:一是將危險化學品倉儲區建在城市東部的坪地, 二是建在西部的觀瀾。為有效指導倉儲區安全規劃, 本文將分別采用基于移動危險源和固定危險源的潛在生命損失的分析方法對倉儲區的選址和平面布局方案進行優化分析。

根據倉儲區危險化學品周轉量進行了統計結果, 倉儲區危險化學品總周轉量為50萬噸/年, 其中甲類危險化學品約占總運輸量的36.0%;乙類約占總運輸量的39.5%;丙類約占總運輸量的3.3%;丁、戊類約占總運輸量的21.2%。

根據危險化學品的種類、運輸量及不同選址條件下危險化學品的道路運輸路線, 對倉儲區的運輸風險進行計算, 如圖1和圖2所示。計算結果表明, 坪地倉儲區和觀瀾倉儲區僅出現1×10-6和3×10-7的風險等值線, 而且風險等值線覆蓋區域基本處于規劃運輸線路的限定寬度范圍內, 因此運輸風險都是可以接受的。

通過倉儲區選址優化模型 (式10) 對兩種選址方案進行計算, 得到坪地倉儲區和觀瀾倉儲區危險化學品道路運輸潛在生命損失值分別為6.41×10-7人/年和1.62×10-6人/年, 觀瀾倉儲區潛在生命損失值是坪地倉儲區的2.5倍, 這是由于觀瀾倉儲區規劃的危險化學品運輸線路要穿過一居民區 (居民約150人) , 因此潛在運輸風險較大, 根據基于移動危險源潛在生命損失的選址優化方法, 本研究建議危險化學品倉儲區選址在東部的坪地。

倉儲區選址坪地確定后, 根據擬存儲的危險化學品類別, 坪地倉儲區分為6類倉庫:壓縮氣體和液化氣體倉庫、易燃液體倉庫、易燃固體、遇濕易燃物品倉庫、氧化物倉庫、毒害品倉庫和腐蝕品倉庫, 倉儲區平面布置方案有兩種, 方案1是將毒性氣體倉庫建在腐蝕品倉庫地塊的南側;方案2是按照氣體類危險化學品集中布置的原則, 將氣體類危險化學品統一規劃到倉儲區的西北角, 即將方案1中毒性氣體倉庫布置在倉儲區的最北側, 緊鄰壓縮氣體倉庫, 其他倉庫布局與方案1相同。

根據倉儲區安全布局的基本原則, 倉儲區安全布局的前提條件是選址要符合《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》對倉儲區個人風險和社會風險水平的要求, 因此本研究根據倉儲區的布局方案, 結合當地自然條件、倉儲區周邊環境等對兩種平面布置方案的個人風險和社會風險分別進行了計算, 個人風險和社會風險曲線分別如圖3和圖4所示。計算結果表明, 由于坪地倉儲區周邊環境較為簡單, 現狀采石場和混凝土攪拌場也在倉儲區規劃搬遷范圍, 兩種平面布置方案的個人風險水平都在可接受范圍之內。另外, 兩種平面布置方案的社會風險曲線都在可忽略區范圍內, 沒有進入不可容許區, 社會風險也是可以接受的。因此, 兩種平面布置方案均符合《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》對倉儲區個人風險和社會風險水平的要求。

在兩種倉儲區平面布局方案均滿足個人風險和社會風險推薦標準要求的前提下, 本研究利用倉儲區布局優化模型 (式8) 對兩種布置方案的固定危險源潛在生命損失進行計算, 得到方案1的固定危險源潛在生命損失值為1.78×10-6人/年, 方案2的固定危險源潛在生命損失值為2.52×10-6人/年, 方案2的潛在生命損失是方案1的1.4倍, 風險較大, 因此本研究建議坪地倉儲區采用方案1的倉儲區平面布置方法。

綜上所述, 根據基于固定危險源潛在生命損失的倉儲區安全布局方法和基于移動危險源潛在生命損失的倉儲區規劃選址方法, 本文建議倉儲區選址在東部的坪地, 采用方案1提供的危險化學品倉儲區平面布置方法。

(1) 本文在基于個人風險和社會風險的土地使用安全規劃方法的基礎上, 引入了潛在生命損失 (PLL) 的概念, 確定了基于潛在生命損失的綜合風險評價指標, 建立了基于移動危險源潛在生命損失的危險化學品倉儲區規劃選址模型和基于固定危險源潛在生命損失的倉儲區安全布局優化模型, 提出了危險化學品倉儲區規劃選址和安全布局方法, 并通過案例分析對倉儲區選址和安全布局方法進行了驗證。

(2) 基于潛在生命損失的倉儲區選址方法和安全布局方法是對現有國內外普遍采用的基于個人風險和社會風險的土地使用安全規劃方法的改進, 該方法簡單實用, 提高了區域土地使用安全規劃的效率, 為城市重大危險源的規劃選址和安全布局優化提供了新的思路。本方法不僅適用于危險化學品倉儲區的規劃選址和布局優化, 對化工園區的規劃選址和安全布局同樣適用。另外, 國家安委辦《關于進一步加強化工園區安全管理的指導意見》要求化工園區要確定“安全容量”, 但衡量“安全容量”的指標很難確定, 是當前亟需解決的科研課題, 本項目提出的基于潛在生命損失指標也可作為確定化工園區安全容量的一個重要參考依據和輔助決策工具。