本发明涉及一种评估方法，具体涉及一种石化港区事故风险区域定量评估方法。
背景技术：
石化港区，是指石化品装卸和仓储相对集中的港口区域，是长江石化品储运安全的风险防控重点之一。近年来，随着大量石化品储运企业沿长江集中布局，长江干线的危险化学品运输量以年均10％的增速迅速增加，对石化港区的事故风险防控工作带来了严峻挑战。国外发达国家已广泛开展区域事故风险定量评估研究，并将其应用于风险管理、应急救援、土地利用安全规划等多个领域。由于区域事故风险定量评估的计算量大、计算过程复杂，通常可以采用专业软件。我国区域事故风险定量评估研究起步相对较晚。吴宗之等于2006年在城市危险源安全规划研究中率先采用了区域风险定量评估方法，将个人风险和社会风险作为风险指标参数，实现区域风险叠加；而后，一些学者陆续探讨了区域风险定量评估方法在我国化工园区的应用和改进。国内外学者主要围绕区域事故风险定量的评估模式开展研究。由于事故风险主要由事故概率和后果强度决定，部分学者也探讨二者的计算方法。现有研究往往针对“化工园区”开展风险评估模式研究，并未提出针对“石化港区”自身特点的评估模式。在对事故后果的预测过程中，研究者往往只针对一个或几个特定的事故场景，而忽略其他可能的事故场景，存在很大的认知不确定性，造成风险结果的不完整性。在事故后果强度模拟过程中，认知的不确定性往往表现为很多风险变量无法用某个单一数值表示，而变量不确定性的表征往往成为研究关键点。现有研究在这方面已经做了一些尝试，但更偏重于对泄漏事故引起的大气、水体扩散模型方面，针对火灾、爆炸等后果预测模型的风险变量不确定性表征研究还相对缺乏。
技术实现要素：
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种提高事故概率计算和后果模拟的准确性的石化港区事故风险区域定量评估方法。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种石化港区事故风险区域定量评估方法，包括以下步骤：(1)提出石化港区事故综合风险区域定量评估模式；(2)基于事故多米诺效应建立改进的事故概率计算模型；(3)基于不确定性分析建立改进的后果强度计算模型；(4)根据修正的事故综合风险区域定量评估模式、改进的事故概率计算模型及改进的后果强度计算模型得到石化港区事故风险的形成机理和整体分布特征，提出石化港区事故风险的控制措施。所述步骤(1)包括：a)辨识主要危险源针对独立装置，采用选择数值S来识别主要的危险评估对象；计算公式如下：式中：L是装置到考虑位置点的距离，最小为100m；A是衡量装置内在灾害性的指示参数，T、F、E分别表示毒性物质、易燃物质和爆炸性物质；指示参数A的具体计算公式如下：式中，Q是装置内化工品的数量(kg)；O1是表征储存装置或过程装置的参数；O2是表征装置位置的参数；O3是表征化工品释放后气相物质数量的参数；G是表征物质危险特性的极限值；b)定量评估区域安全风险采用个人风险(IR)和社会风险(FN)作为风险指标来定量区域安全风险；某网格点总的个人风险的计算公式如下：式中，fs是事件S的发生概率；PM是气象等级M的概率；是风向的概率；Pi是点火事件i的条件概率；Pd是网格点死亡概率。社会风险FN的计算公式如下：式中，Fd是在给定事件S、气象等级M、风向点火事件i的条件下计算得到的死亡系数；Ncell是网格内人口数量；是在给定事件S、气象等级M、风向点火事件i的条件下所有网格总的死亡人数；FN是造成大于或等于N的所有事件的累积频率；c)引入环境风险评估指标，建立综合风险区域定量评估模式选用水动力模型和水质模型来进行水体污染模拟；结合事故泄漏概率估算出事故环境风险，通过笛卡尔网格法和“风险叠加原理”的数学处理，将其与安全风险估算过程拟合，建立事故综合风险的区域定量评估模式；d)完善风险补偿系数的量化方法，修正仅考虑事故固有风险的区域定量评估模式现有区域风险值的补偿系数CP由消防救援补偿系数FCP和医疗救援补偿系数MCP两部分组成，公式如下：CP＝FCP×MCP在此基础上考虑石化储运企业自身的应急能力和海事等部门的社会水上应急能力对减少事故后果的积极补偿作用，完善风险补偿的定义，将公式转化为：CP＝WCP×LCP×CCP式中，WCP是社会水上救援补偿系数；LCP是社会陆上救援补偿系数；CCP是企业自身救援补偿系数；参照应急救援相关规定，并结合石化港区应急能力实地调研数据，确定上述补偿系数的具体量化方法，完善风险补偿的计算方法；将风险补偿系数引入提出的估算模式，进而修正仅考虑事故固有风险的区域定量评估模式；具体计算公式如下：RR＝NR×CP式中，NR是区域固有风险值；CP是补偿系数；RR是区域实际风险值。所述步骤(2)包括：a)识别与分析区域多米诺事故拓扑关系首先筛选出火灾、爆炸事故多米诺效应引发的二次风险事故；分析每个初始事故的扩展向量，并结合各类扩展向量的多米诺效应临界值标准，即可初步选择可能的二次目标；计算每个二次目标的扩展概率，计算公式如下：对于热辐射：Y＝12.54-1.847ln(ttf)对于超压：Y＝a+bln(Ps)其中，Y为初始事故的扩展概率；ttf为设备失效时间，单位为s，设备失效时间取决于作用于不同类型目标设备的热辐射强度和目标设备的容积；Ps为作用于目标设备的峰值超压，单位为kPa；a和b是与目标设备类型相对应的拟合系数，例如对于常压容器：a＝-18.96；b＝2.44；把二次风险事故作为初始事故，采用二次风险事故辨识流程进一步识别出三次风险事故；同一个初始事故与其二次事故、三次事故会构成树状结构，形成多米诺事故链；如果把区域内多个初始事故同时考虑，则进而形成区域多米诺事故拓扑关系；b)针对火灾、爆炸事故，建立改进的概率计算模型采用蒙特卡洛随机抽样的方法针对火灾和爆炸事故类型建立概率计算模型，即在足够多的事故场景下对各事故反复进行随机抽样，模拟初始概率、二次概率、三次概率综合作用的结果，实现事故的总体概率估算；c)针对泄漏事故，建立改进的概率计算模型基于火灾或爆炸事故的初始概率和考虑多米诺效应后的总体概率，推算出多米诺效应的引发概率；假定多米诺效应对二次目标火灾或爆炸事故概率的影响近似等同于其对二次目标泄漏事故概率的影响，结合泄漏事故初始概率，推导出改进的泄漏事故发生概率计算模型，获得三种事故类型同步改进的概率计算模型。所述火灾事故类型包括池火、喷射火、火球、闪火等，扩展向量主要是热辐射和火焰接触；爆炸事故类型包括机械爆炸、受限爆炸、蒸汽云爆炸等，扩展向量主要是冲击波超压和碎片。所述步骤(3)包括：a)识别风险变量针对火灾、爆炸、大气扩散、水体扩散等过程，考虑模型源码的开放性因素，确定合适的后果预测模型；针对每个后果预测模型，识别模型中需要输入的风险变量；风险变量大体分为事故变量和气象变量；事故变量主要包括泄漏概率、泄漏量等表征事故特性的要素；气象变量主要包括风向频率、风速、气温等表征事故发生外部条件的要素；b)量化表征风险变量的不确定性风险变量的不确定性由对应的概率密度函数表征；事故变量的概率密度函数需要结合实地调研结果做出相应假设；气象变量的概率密度函数通过历年气象数据分析得到；针对每个风险变量的特征，结合实地调研结果和历年统计数据，逐一确定相应的概率密度函数，作为蒙特卡洛分析方法的抽取样本；c)建立改进的后果强度计算模型采用蒙特卡洛分析方法，确定模拟次数N，利用计算机自动生成的随机数从表征风险变量的概率密度函数中随机抽样，得到后果模拟预测的N组输入参数集，每一组参数集都代表某种特定场景；将N组参数集输入后果预测模型，获得模拟结果的概率密度分布和累积分布函数，作为风险表征的重要基础。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的石化港区事故风险评估方法，为沿江、沿海石化港区这类特殊功能区的事故风险区域防控工作提供理论依据，也可以为石化港区区域应急能力配置、区域安全规划与布局工作提供科学支撑。主要表现在：1)本发明提出具有普遍意义的石化港区事故综合风险区域定量评估模式，能够考虑应急救援能力的风险补偿，在区域尺度下实现事故安全风险和环境风险的统一定量表征和综合定量评估；2)借助事故多米诺效应和不确定性分析方法，着重提高事故概率计算和后果模拟的准确性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的石化港区事故风险区域定量评估方法的流程图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参见图1，石化港区事故风险区域定量评估方法，包括以下步骤：1)提出石化港区事故综合风险区域定量评估模式a、主要危险源的辨识针对独立装置，采用选择数值S来识别主要的危险评估对象。计算公式如下：式中：L是装置到考虑位置点的距离，最小为100m；A是衡量装置内在灾害性的指示参数，T、F、E分别表示毒性物质、易燃物质和爆炸性物质。指示参数A的具体计算公式如下：式中，Q是装置内化工品的数量(kg)；O1是表征储存装置或过程装置的参数；O2是表征装置位置的参数；O3是表征化工品释放后气相物质数量的参数；G是表征物质危险特性的极限值。b、区域安全风险定量评估对单个危险源泄漏、火灾和爆炸事故的发生概率及其导致个体伤亡的后果强度实现定量评估的基础上，通过笛卡尔网格法和“风险叠加原理”的数学处理，并结合周边人口密度和分布情况，采用个人风险(IR)和社会风险(FN)作为风险指标来定量区域安全风险。某网格点总的个人风险的计算公式如下：式中，fs是事件S的发生概率；PM是气象等级M的概率；是风向的概率；Pi是点火事件i的条件概率；Pd是网格点死亡概率。社会风险FN的计算公式如下：式中，Fd是在给定事件S、气象等级M、风向点火事件i的条件下计算得到的死亡系数；Ncell是网格内人口数量；是在给定事件S、气象等级M、风向点火事件i的条件下所有网格总的死亡人数；FN是造成大于或等于N的所有事件的累积频率。c、引入环境风险评估指标，建立综合风险区域定量评估模式选用水动力模型和水质模型来进行水体污染模拟；为了将环境风险的定量表征指标与安全风险统一，选用合适的计量经济学方法来估算水体的污染损失，并使用生命价值评估法将水体污染损失进一步转换为个体死亡当量，从而实现安全风险和环境风险的统一定量表征。结合事故泄漏概率即可估算出事故环境风险，通过笛卡尔网格法和“风险叠加原理”的数学处理，将其与安全风险估算过程拟合，进而建立事故综合风险的区域定量评估模式。d、完善风险补偿系数的量化方法，修正仅考虑事故固有风险的区域定量评估模式现有区域风险值的补偿系数CP由消防救援补偿系数FCP和医疗救援补偿系数MCP两部分组成，公式如下：CP＝FCP×MCP本研究将在此基础上考虑石化储运企业自身的应急能力和海事等部门的社会水上应急能力对减少事故后果的积极补偿作用，完善风险补偿的定义，将公式转化为：CP＝WCP×LCP×CCP式中，WCP是社会水上救援补偿系数；LCP是社会陆上救援补偿系数；CCP是企业自身救援补偿系数。参照我国应急救援相关规定，并结合石化港区应急能力实地调研数据，确定上述补偿系数的具体量化方法，从而完善风险补偿的计算方法。将风险补偿系数引入本研究提出的估算模式，进而修正仅考虑事故固有风险的区域定量评估模式。具体计算公式如下：RR＝NR×CP式中，NR是区域固有风险值；CP是补偿系数；RR是区域实际风险值。2)基于事故多米诺效应建立改进的事故概率计算模型a、区域多米诺事故拓扑关系识别与分析首先筛选出火灾、爆炸事故多米诺效应引发的二次风险事故，火灾事故类型包括池火、喷射火、火球、闪火等，扩展向量主要是热辐射和火焰接触；爆炸事故类型包括机械爆炸、受限爆炸、蒸汽云爆炸等，扩展向量主要是冲击波超压和碎片。辨识过程为：选择一个初始事故并分析其扩展向量，通过扩展向量选择可能的二次目标，计算每个二次目标的扩展概率，判断是否有其他初始事故，如果是重复上述流程，即再选择一个初始事故并分析其扩展向量，继续以下流程，如果否，则确定为二次事故。具体地包括：分析每个初始事故的扩展向量，并结合各类扩展向量的多米诺效应临界值标准，即可初步选择可能的二次目标。二次目标的扩展概率计算公式如下：对于热辐射：Y＝12.54-1.847ln(ttf)对于超压：Y＝a+bln(Ps)其中，Y为初始事故的扩展概率；ttf为设备失效时间，单位为s，它取决于作用于不同类型目标设备的热辐射强度和目标设备的容积；Ps为作用于目标设备的峰值超压，单位为kPa；a和b是与目标设备类型相对应的拟合系数，例如对于常压容器：a＝-18.96；b＝2.44。把二次风险事故作为初始事故，即可采用上述流程进一步识别出三次风险事故。同一个初始事故与其二次事故、三次事故会构成树状结构，形成多米诺事故链；如果把区域内多个初始事故同时考虑，则进而形成区域多米诺事故拓扑关系。b、针对火灾、爆炸事故，建立改进的概率计算模型本项目考虑到区域范围内事故数量较多、概率方程较为复杂，为了较为精确的估算包含初始事故、二次事故和三次事故的总体概率，将采用蒙特卡洛随机抽样的方法针对火灾和爆炸事故类型建立概率计算模型，即在足够多的事故场景下对各事故反复进行随机抽样，模拟初始概率、二次概率、三次概率综合作用的结果，实现事故的总体概率估算。c、针对泄漏事故，建立改进的概率计算模型基于火灾或爆炸事故的初始概率和考虑多米诺效应后的总体概率，可以推算出多米诺效应的引发概率。假定多米诺效应对二次目标火灾/爆炸事故概率的影响近似等同于其对二次目标泄漏事故概率的影响，结合泄漏事故初始概率，可以推导出改进的泄漏事故发生概率计算模型，进而获得三种事故类型同步改进的概率计算模型。3)基于不确定性分析建立改进的后果强度计算模型a、识别风险变量针对火灾、爆炸、大气扩散、水体扩散等过程，考虑模型源码的开放性等因素，确定合适的火灾、爆炸或水体扩散后果强度模型。针对每个后果强度模型，识别模型中需要输入的风险变量。风险变量大体可分为事故变量和气象变量。事故变量主要包括泄漏概率、泄漏量等表征事故特性的要素；气象变量主要包括风向频率、风速、气温等表征事故发生外部条件的要素。风险变量均存在不确定性，会不同程度地影响风险评估结果。b、量化表征风险变量的不确定性风险变量的不确定性由对应的概率密度函数表征。事故变量的概率密度函数往往无法从历史经验中推测，需要结合实地调研结果做出相应假设，如假定瞬间泄漏量的取值服从某种平均分布；气象变量的概率密度函数往往可以通过历年气象数据分析得到，如风速基本符合正态分布。针对每个风险变量的特征，需结合实地调研结果和历年统计数据，逐一确定相应的概率密度函数，作为蒙特卡洛分析方法的抽取样本。c、建立改进的后果强度计算模型采用蒙特卡洛分析方法，确定模拟次数N，利用计算机自动生成的随机数从表征风险变量的概率密度函数中随机抽样，得到后果模拟预测的N组输入参数集，每一组参数集都代表某种特定场景。将N组参数集输入到火灾、爆炸或水体扩散的后果强度模型中，获得模拟结果的概率密度分布和累积分布函数，作为风险表征的重要基础。4)根据修正的事故综合风险区域定量评估模式、改进的事故概率计算模型及改进的后果强度计算模型得到石化港区事故风险的形成机理和整体分布特征，提出石化港区事故风险的控制措施。具体包括：a)选择典型石化港区，对危险源和应急能力开展数据调研综合考虑地理区位、港区布局、石化品储运量和储运货种等因素，选择一个典型石化港区作为研究对象。根据文献调研、官方统计数据、企业与管理部门实地走访、专家访谈等方式，考察该石化港区危险源信息和应急能力情况。应重点调研石化品储运企业的如下信息：①储运货种的年吞吐量、年周转量、物化性质等；②码头前沿石化品装卸船设备、石化品运输管线、石化品储罐和泵等设备的工作压力、温度、流速、年均使用时间、切断阀安装情况等；③石化码头平台、管道和罐区的安全检测设备、应急防污设备、消防设备等应急设备配备情况，以及应急力量组建情况；④企业内外的人员分布情况等。b)采用提出的风险评估模式，对典型石化港区事故综合风险进行区域定量评估与分析辨识港区主要危险源；基于改进的事故概率和后果强度计算模型，同步计算火灾、爆炸和泄漏等事故的总体发生概率和后果强度函数分布；通过笛卡尔网格法和“风险叠加原理”的数学处理，引入环境风险评估指标和完善后的风险补偿系数，获得典型石化港区事故综合风险的区域定量结果；结合可接受标准对风险计算结果进行评估与分析；基于可视化技术和指标染色法给出事故综合风险区域分布图。c)石化港区事故综合风险的形成机理、分布特征和控制措施研究基于事故综合风险的区域定量评估与分析结果，以及事故综合风险区域分布图，在分析和对比安全风险与环境风险形成机理和分布特征的基础上，揭示事故安全与环境风险的综合形成机理和整体分布特征，据此提出区域综合风险的控制措施。本部分成果可以为沿江、沿海石化港区这类特殊功能区的事故风险区域防控工作提供理论依据，也可以为石化港区区域应急能力配置、区域安全规划与布局工作提供科学支撑。本发明的方法是针对石化港区事故风险的独特性，提出的具有普遍意义的石化港区事故综合风险区域定量评估方法，考虑了应急救援能力的风险补偿，实现了事故安全风险和环境风险的综合定量评估；与此同时，借助事故多米诺效应和不确定性分析方法，着重提高了事故概率计算和后果模拟的准确性。在研究范畴方面，通过将环境风险评估指标纳入安全风险定量评估方法中，提高了事故风险研究的全面性和综合性；通过将企业自身的应急能力和海事等部门的社会水上应急能力纳入风险补偿系数中，增强了石化港区事故风险研究的针对性和实际意义。在计算模型方面，借助多米诺效应，同步改进泄漏、火灾和爆炸这三种事故类型的概率计算模型，提高了概率计算的准确性；基于不确定性分析，获得了火灾、爆炸、大气扩散和水体扩散等过程的概率分布，加强了后果强度计算结果的代表性。在实践应用方面，通过将所提出的方法应用于典型石化港区，可以揭示事故安全与环境风险的综合形成机理和整体分布特征，据此提出区域综合风险的控制措施；研究成果可以为沿江、沿海石化港区这类特殊功能区的事故风险区域防控工作提供理论依据。长远来看，风险评估方法的持续改进和实践应用有助于增强风险评估对风险防控工作的指导意义，而且对石化港区区域应急能力配置、区域安全规划与布局工作具有较好的决策支撑作用。在本发明上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。