爆炸碎片撞击下受保护层防护的储罐易损性规律分析

储罐保护层是降低化工园区爆炸碎片多米诺效应事故风险的一类关键安全屏障技术。为探讨不同规格的保护层对爆炸碎片引发储罐失效概率的降低程度,建立化工储罐在铝（Al）及超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE）纤维保护层防护条件下的极限状态方程与破坏失效概率模型,并用Monte-Carlo模拟方法绘制目标储罐受爆炸碎片撞击的易损性曲线,分析不同厚度、材料、层数及耦合方式的保护层对爆炸碎片事故破坏效应的影响规律。结果表明：两种材料的保护层均能显著降低目标储罐受爆炸碎片撞击的破坏失效概率,降低程度均在80%以上;保护层厚度是影响其降低程度的关键因素,在铝质保护层防护下储罐易损性对厚度变化的敏感性大于UHMWPE纤维保护层;对于总厚度相同的铝质保护层,随层数的增加,储罐破坏失效概率逐渐降低;两种材料耦合的多层保护层对储罐失效概率的降低程度大于多层铝质保护层。研究对实际工况中储罐保护层的合理选材与结构设计具有重要参考意义,并可有效提升化工设备韧性。     

过程装备控制系统安全完整性研究

基于IEC61511定义的风险降低原理,给出了一种可行的确定安全仪表系统安全完整性等级的流程。利用半定量方法 LOPA对实现安全功能的子系统或设备失效概率进行量化分析,得到安全功能的平均要求时失效概率PFD,并确定安全功能的安全完整性等级SIL。最后,给出了应用保护层分析LOPA方法分析了典型过程装备储罐的具体实例。     

失效频率修正对风险结果的影响分析

定量风险评估过程中失效频率对风险结果的影响一直都是研究的重中之重。通过修正事故发生概率来提高定量风险分析精度相对于修正事故后果来说是更为可行的一种方法。本文运用DNV(挪威船级社)开发的SATETI软件对某化工厂一液氯站的整体风险进行定量风险评估,并通过加持独立保护层的判定修正失效频率,对比修正前后风险影响的大小,量化失效频率修正对风险评估工作的影响。     

基于优化贝叶斯网络的油气管道失效风险安全评价

为提高油气管道失效风险评价的准确性,提出了基于蝴蝶结-优化贝叶斯网络模型的动态分析方法。采用蝴蝶结模型对油气管道的失效原因和管道失效后引发的事故后果进行了分类,利用噪声门模型和专家判断对贝叶斯网络进行优化,引入时间维度构建动态贝叶斯,通过实例对管道失效事故的易发性和后果严重性进行计算。结果表明,评价管道的失效概率为7.32×10^-3次/(km·a),后验概率中土层运移、管线标注不明确、介质中含有腐蚀物和介质中含有砂粒等因素是管道失效的关键因素;管道失效概率在1～2个时间步内的数值较大,风险较大;事故后果中燃爆风险大于扩散风险大于无后果风险,事故后果发生概率随时间步的增加而减小。     

基于蒙特卡洛模拟和动态事件树的储罐脆弱性评估

泄漏事件是化工罐区多米诺事故的主要原因，随着泄漏时间增加，其后续的演化有多种可能的场景，而每种场景中受影响储罐的脆弱性变化也不同。为了更全面地分析泄漏事件发生后化工储罐的脆弱性，本文基于蒙特卡洛模拟和动态事件树提出了一种动态脆弱性评估方法。该方法考虑点火概率、协同效应等因素，利用Probit模型计算储罐失效概率，通过蒙特卡洛模拟得到火灾和爆炸事故场景下的动态脆弱性；利用动态事件树将每种事故场景发生概率及对应的脆弱性变化按照时间序列结合，从而比较全面地描述泄漏事件的后续演化场景，得到考虑火灾和爆炸场景的总体脆弱性。使用两个案例验证说明了该方法的可行性，结果表明该方法能实现动态的预测和评估化工储罐的脆弱性。     

火灾环境液化石油气卧罐动态可靠性分析

沸腾液体扩展蒸汽云爆炸(BLEVE)是液化烃介质压力容器处于火灾环境而极易发生的一类多米诺效应灾难事故。在火灾环境液化石油气(LPG)卧罐两节点集中温度参数模型基础上,基于随机扩散过程和首次穿越失效理论,对其动态可靠性进行建模与分析。集中温度参数模型通过转化为一个二维伊藤随机微分方程,得到漂移与扩散系数表达式;根据首次穿越失效理论,定义条件动态可靠性函数,导出函数满足的后向柯尔莫哥洛夫方程(KBE);应用有限差分法并结合适当边界条件求解KBE,得到动态可靠性结果。与静态可靠性不同,动态可靠性方法可描述整个时间轴的破坏失效可能性,为多米诺效应定量风险评价提供更可靠、更精确的概率结果。     

压力管道失效的贝叶斯网络分析法研究

为加强对压力管道失效影响因素的安全管理水平,确保管道安全稳定运行。本文收集国内外压力管道事故数据,共收集国外事故数据信息10625例,国内事故信息数据668例,对数据信息进行对比统计分析,利用贝叶斯网络分析方法,对管道事故发生原因进行全面地、完整地分析,整理出一套具有实用性的影响因素分析总架构表格。建立贝叶斯网络,通过计算得到管道失效总概率以及各个因素的贡献概率,分析出影响最大、贡献最大的因素,对其提出关键的控制决策,进而降低管道失效可能性,从而保障管道安全。     

基于LOPA法的锅炉水处理系统风险评估研究

针对电站锅炉产能关键环节的水处理系统,从化工过程安全的视野提出将LOPA法用于锅炉防腐阻垢性能风险评估中,并对LOPA的基本程序和计算步骤作了新的注解。以锅炉水处理剂处理后的水质不达标等为初始事件,分析失效后果并计算事故后果概率,最后,对比分析采取本质更安全设计等保护层前后的风险等级值,确定是否需要另外增加安全措施。结果表明：利用LOPA法进行锅炉水处理系统防腐阻垢性能的风险评估是可行的,给出的建议措施可降低风险;将LOPA法融入锅炉产能环节的HAZOP分析中,能进一步丰富HAZOP的分析结果;＂保护层分析＋风险评估＋人本管理＂可成为有效的安全管理新途径。     

保护层分析方法在丙烯酸树脂生产工艺中的应用

介绍了保护层分析(LOPA)方法,阐述了利用LOPA方法对事故场景进行半定量分析的步骤。以丙烯酸树脂生产工艺中的事故场景为例,利用LOPA方法进行了拟采用措施实施前后事故要求失效概率(PFD)的分析,据此进行安全改造工作决策并落实改造措施。     

LOPA方法在加氢装置安全完整性等级上的研究

加氢单元由于其生产工艺、物料、环境等方面的特殊性,极易发生火灾爆炸、高压串低压、超温事故。为保障加氢装置的安全生产,减少事故的发生及其给企业带来的严重后果,企业通常会引入安全仪表系统(SIS)对装置进行安全保护。本文基于保护层分析LOPA分析技术的基础上,阐述了如何合理、有效地分析安全仪表系统的每一个回路的安全完整性等级(SIL),并将保护层作用下的事故风险与风险可接受准则做对比,最后以某加氢装置为例对该过程给出了具体的分析过程与合理结果。     

Study on risk assessment of chemical process based on an advanced layers of protection analysis method

This paper focuses on an advanced layers of protection analysis (LOPA) method to assess the risk of a chemical process. Based on the chemical accident statistics between 2001 and 2014 in China, an acceptable risk function was built for chemical processes to confirm the acceptable risk value for an accident scenario. The assessment index for an emergency system was developed to assess the protective function of emergency protection based on analytic hierarchy process (AHP), and the probability of failure on demand (PFD) of emergency protection was obtained by fuzzy comprehensive assessment method and fuzzy set theory. The proposed method was applied to a methanol distillation installation. The result showed that the protections, including emergency protection, were sufficient because the probability of mitigation protection (1×10^?8) was less than the acceptable risk value (3.04×10^?7). The advanced LOPA method was proven to be able to improve the integrity and accuracy of traditional LOPA.     

Plant-specific dynamic failure assessment using Bayesian theory

Abnormal events of varying magnitudes result in incipient faults, near-misses, incidents, and accidents in chemical plants. Their detection and diagnosis has been an active area of research [Venkatasubramanian, V., Rengaswamy, R., Kavuri, S.N., 2003a. A review of process fault detection and diagnosis, Part II: Quantitative model and search strategies. Computers and Chemical Engineering 27(3), 313-326; Venkatasubramanian, V., Rengaswamy, R., Kavuri, S.N., Yin, K., 2003b. A review of process fault detection and diagnosis, Part III: Process history based methods. Computers and Chemical Engineering 27(3), 327-346]. However, estimation of the failure probabilities of safety systems to predict these consequences (end-states), has received little attention in the CPI. In this work, methods for plant-specific, dynamic risk assessment are developed to predict the frequencies of abnormal events utilizing accident precursor data, helping to achieve inherently safer operations. These methods, which involve repetitive risk analysis after abnormal events occur, are especially beneficial for operations involving complex nonlinearities and multi-component interactions. Herein, the failure probabilities of safety systems and end-states are estimated using copulas and Bayesian analysis to ensure better predictions. The joint probability distribution for the failure probability of a safety system(s) having different consequences is modeled using the Cuadras and Auges copula [Nelsen, R.B., 1999. An Introduction to Copulas. Lecture Notes in Statistics, Springer, New York]. Accident precursor data are used to modify dynamically the initial estimates of failure probabilities to obtain posterior failure probabilities of the safety systems of an exothermic reactor. Finally, fuzzy memberships to various critical zones are formulated as a function of end-state probabilities to judge the safety status of a chemical plant.     

Quantitative fire risk assessment of cotton storage and a criticality analysis of risk control strategies

Although fires can easily occur during cotton storage, research on cotton storage fire risk assessment is limited. This work focuses on cotton storage fire risk assessment and investigates the criticality of risk control strategies. Bow-tie and Bayesian network models are established to investigate the relationships among accident causes, safety barriers, and possible consequences. The results show that the first safety barrier (detection and extinguishment before fire brigade arrival) is more controllable and more effective than the second safety barrier (fire brigade). Based on the collected probability data, the probability and risk of a common accident are higher than those of a large accident and severe accident when safety barriers succeed; when the first safety barrier fails, the probabilities and risks of large and severe accidents increase by more than 2000 times. The criticality of safety measures is investigated by analysing their structural importance, probability importance, and critical importance. The critical events for fire occurrence are an open flame and sparks during storage, and the critical events for detection and extinguishment before fire brigade arrival are watchkeeper monitoring, regular patrolling, and automatic fire alarm systems. For cotton storage safety, this work and its outcomes are used to support the decision-making of fire risk prevention and control.     

管线断裂失效概率模型选取及分析

以抽检得到的压力管线(样本)缺陷统计数据为依据,采用概率分析方法,通过合理选取不同概率模型,将缺陷分别按离散型及连续型随机变量进行处理,应用在役压力管道失效风险分析系统计算出管线的断裂失效概率。概率安全评定结果表明,这些缺陷引起管道系统的失效风险概率比较低,缺陷的存在不足以威胁安全生产,整个管线仍处于良好状态。     

基于FRAM的化工装置事故情景推演研究

由于过程风险态势高、安全管控难度大，化工装置易发生非计划停车停产、有毒有害物质泄漏以及火灾爆炸等事故，给社会、经济和环境造成了巨大的负面影响。事故致因模型是解决事故情景构建与推演问题的重要工具，但传统模型无法全面捕捉系统要素间的非线性交互关系或者拘泥于系统要素错误的原因分析及其消除措施的有效制定。因此，本工作引入功能共振分析方法(FRAM)，从整体系统的功能特征角度对化工装置事故情景开展推演研究。FRAM通过识别和描述基本功能、评估各功能的性能变化、确定功能共振的可能性以及制定性能变化的响应措施等步骤，能够深入回溯事故发生过程和演化情景，从而揭示化工装置事故的致因机理、挖掘化工装置的薄弱环节。以BP德克萨斯炼油厂爆炸事故为例，研究结果表明，该事故的主要原因是液位计B2、高液位报警器B3、加热炉S2和换热器S3产生了功能共振，从而引发了8种共振影响因素，并导致了12种功能失效连接。与时间与事件序列图(STEP)、事故地图(AcciMap)的分析结果进行了对比，验证了FRAM用于化工装置事故情景推演的可行性、有效性和合理性。     

装甲抗侵彻技术研究进展及对化工储罐保护层风险防控的借鉴

爆炸碎片对化工储罐的侵彻作用破坏性极强,储罐保护层技术作为侵彻事故风险防控的重要手段却仍处于起步阶段。典型的保护层技术,如军事装甲技术研究已经较为成熟,可为储罐保护层技术发展提供重要的借鉴意义。本文系统分析了国内外有关化工储罐保护层及军事装甲防护侵彻损伤的相关文献,指出化工储罐保护层技术研究亟待解决的问题,并参考装甲技术研究进展提出其进一步研究方向：在材料选取方面应考虑防弹金属、陶瓷以及一些新兴材料的应用及耦合设计;在结构设计方面可以采用实验及数值模拟两种方法,研究储罐保护层层数、各层厚度比、各层排列顺序、层间间隙等诸多关键参数对储罐保护层抗侵彻性能的影响。通过对侵彻事故发生概率及事故后果严重程度两方面的表征,为储罐保护层技术在爆炸碎片多米诺效应事故风险防控中的应用提供参考。     

A novel data-driven methodology for fault detection and dynamic risk assessment

This paper presents a novel methodology for dynamic risk analysis, integrating the multivariate data-based process monitoring and logical dynamic failure prediction model. This concept for dynamic risk analysis is comprised of the fault assessment and dynamic failure prognosis modules. A combination of the naïve Bayes classifier, Bayesian network, and event tree analysis is utilized to manifest the concept. The naïve Bayes classifier is used for fault detection and diagnosis; it also generates a multivariate probability for a fault class in each time-step, which is used for dynamic failure prognosis by different paths a fault can lead a process to failure. The proposed framework has been applied to two process systems: a binary distillation column and the RT 580 experimental setup in four fault scenarios, and it is found the developed technique can effectively monitor the process and predict the failure.     

基于维度事故载荷的控制室抗爆强度设计

设计事故载荷（design accident load）被广泛应用于化工厂关键设备、建筑物的强度设计,以最严重工况下能够承受的最大意外载荷为强度设计的参考值,然而风险是由概率和后果共同度量的,在强度设计时若只考虑事故后果则有可能造成过度设计。本文针对该问题提出了一种基于维度事故载荷（dimensioning accident load,DAL）的确定控制室抗爆强度的方法,构建事故场景集并计算了各场景发生概率,基于NORSOK Z-013和风险可接受标准进行场景的筛选以减小场景的数量和不确定性,对可信场景的泄漏模拟获得可燃气云的体积和位置分布,并通过爆炸模拟计算每一个场景的爆炸超压值,根据可接受风险标准确定控制室的DAL。以控制室的DAL作为峰值入射超压计算控制室的爆炸载荷,以此为依据判断控制室应采取的抗爆结构形式。厂区案例分析结果表明,基于维度事故载荷的确定控制室抗爆强度方法从概率和后果两个角度综合量化了控制室的抗爆载荷,克服了设计事故载荷的缺点,在满足个人可接受风险标准的条件下能够减小设计成本,避免过度设计,为控制室的强度设计和安全屏障设计提供一定的理论依据。