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隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快, 危險化學(xué)品經(jīng)營使用的品種和數(shù)量越來越多, 為改變危險化學(xué)品倉儲區(qū)“小而多”的倉儲格局, 降低危險化學(xué)品倉儲風(fēng)險和運(yùn)輸風(fēng)險, 我國安全監(jiān)管部門要求企業(yè)或化工園區(qū)的危險化學(xué)品要盡量集中布置, 設(shè)置專門的?；穫}儲區(qū)域。然而, 如果危險化學(xué)品倉儲區(qū)規(guī)劃選址不科學(xué)、安全布局不合理, 不僅對周邊的公眾生命、財產(chǎn)造成重大威脅, 同時也嚴(yán)重影響倉儲區(qū)后續(xù)的可持續(xù)發(fā)展。

為進(jìn)行土地使用安全規(guī)劃, 國內(nèi)外多以“分區(qū)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(fēng)險的方法[1,2,3]。安全距離法根據(jù)歷史的經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜遗袛? 給出不同工業(yè)活動或設(shè)施與其他場所或區(qū)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(diǎn)難以克服[4];基于事故后果的方法通過假設(shè)的“最壞事故情景”進(jìn)行安全分區(qū), 計算過程和計算結(jié)果都是系統(tǒng)確定的, 然而“最壞事故情景”通常又很難判斷, 適用性不強(qiáng)[5,6];基于風(fēng)險的方法通過計算區(qū)域個人風(fēng)險和社會風(fēng)險, 結(jié)合風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分區(qū)。與前二種方法相比, 基于風(fēng)險的方法除考慮事故后果外, 還計算事故發(fā)生的概率, 較為全面, 因此成為國內(nèi)外普遍采用的區(qū)域安全規(guī)劃方法[7,8]。

然而采用基于風(fēng)險的方法進(jìn)行土地使用安全規(guī)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(fēng)險和社會風(fēng)險進(jìn)行計算, 只要個人風(fēng)險和社會風(fēng)險符合風(fēng)險推薦標(biāo)準(zhǔn)要求就是可行的, 無法對多個選址方案和平面布局方案進(jìn)行優(yōu)化選擇。因此, 本文以危險化學(xué)品倉儲區(qū)為研究對象, 在現(xiàn)有風(fēng)險評價理論的基礎(chǔ)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(qū)規(guī)劃選址方法和基于固定危險源潛在生命損失的倉儲區(qū)安全布局方法。本方法相對于原有基于風(fēng)險的土地使用安全規(guī)劃方法, 能夠更簡單、直觀的分析規(guī)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(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒等意外事故單位時間內(nèi)造成人員死亡的可能性, 最早用于重大危險源的風(fēng)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(fēng)險和人口密度的乘積, 按式 (1) 進(jìn)行計算[12,13]:

式中, PLL為潛在生命損失值, IR (x, y) 是點(diǎn) (x, y) 處的個人風(fēng)險, d (x, y) 是點(diǎn) (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(fēng)險指標(biāo), 同時結(jié)合周邊人口密度考慮了危險源的社會風(fēng)險, 因此可以作為衡量區(qū)域風(fēng)險水平的綜合考核指標(biāo)。

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(xué)品的固定設(shè)備、設(shè)施, 如儲罐、倉庫等;移動危險源是指用于危險化學(xué)品輸送的管道、車輛、船舶等。因此, 根據(jù)固定危險源和移動危險源個人風(fēng)險的計算方法就可推導(dǎo)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(fēng)險可用下式計算

因此, 倉儲區(qū)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(xué)品庫區(qū) (儲罐區(qū)) 的數(shù)目;IRj (x, y) —第個庫在 (x, y) 處的產(chǎn)生個人風(fēng)險;—第j個庫的第t個容器設(shè)備泄漏事件發(fā)生的原始頻率;—第j個庫的設(shè)備修正系數(shù);—第j個庫的安全管理、人員修正系數(shù);—第j個庫的的氣象條件概率;—第j個庫中第k個點(diǎn)火源的點(diǎn)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(shè)備泄漏事件的個數(shù);Wj—第j個庫的氣象條件的個數(shù);Kj—第j個庫的點(diǎn)火源的個數(shù);Dj—第j個庫的人口密度函數(shù)。

固定危險源潛在生命損失體現(xiàn)的是倉儲區(qū)固定危險源的風(fēng)險大小, 潛在生命損失值越大, 說明倉儲區(qū)對周邊脆弱性目標(biāo)產(chǎn)生的風(fēng)險越大, 因此可作為倉儲區(qū)安全布局合理性的衡量指標(biāo)。

移動危險源根據(jù)危險化學(xué)品運(yùn)輸方式可分為的管道輸送、道路運(yùn)輸、火車和船舶運(yùn)輸?shù)? 管道運(yùn)輸和道路運(yùn)輸?shù)膫€人風(fēng)險計算方法如式 (4) 和式 (5) 所示, 火車和船舶運(yùn)輸個人風(fēng)險的計算方法與道路運(yùn)輸相似。

因此, 管道輸送和道路運(yùn)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(shù);I—事故情景的個數(shù);N—管道或道路分段的總數(shù);P (I) —事故概率; ( (b, c) —事故后果概率函數(shù)。其他參數(shù)意義與式 (3) 相同。

移動危險源潛在生命損失體現(xiàn)的是倉儲區(qū)危險化學(xué)品的運(yùn)輸風(fēng)險, 倉儲區(qū)選址不同, 危險化學(xué)品運(yùn)輸線路就不同, 進(jìn)而運(yùn)輸風(fēng)險也不同。移動危險源潛在生命損失值越大, 倉儲區(qū)危險化學(xué)品運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險也就越大, 因此移動危險源潛在生命損失可作為倉儲區(qū)選址的衡量指標(biāo)。

單從安全的角度出發(fā), 在倉儲區(qū)固定危險源產(chǎn)生的風(fēng)險滿足個人風(fēng)險和社會風(fēng)險滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下, 通過比較倉儲區(qū)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(qū)安全布局方法是最優(yōu)的, 因此, 可建立如下倉儲區(qū)安全布局優(yōu)化模型:

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

同樣, 在滿足移動危險源產(chǎn)生的個人風(fēng)險滿足推薦標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下, 通過比較不同倉儲區(qū)選址移動危險源潛在生命損失值的大小就可判斷倉儲區(qū)選址的合理性。因此, 根據(jù)管道輸送和道路運(yùn)輸方式不同, 可分別建立如下倉儲區(qū)選址優(yōu)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(fēng)險計算值;IRs—管道輸送最大可接受個人風(fēng)險值。

(2) 道路運(yùn)輸

式中, IR—道路運(yùn)輸個人風(fēng)險的計算值;IRs—道路運(yùn)輸最大可接受個人風(fēng)險值。

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

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

表1 規(guī)劃庫容規(guī)模  下載原圖

經(jīng)過初步選址論證、安全評估和環(huán)境評價, 確定了兩個選址方案:一是將危險化學(xué)品倉儲區(qū)建在城市東部的坪地, 二是建在西部的觀瀾。為有效指導(dǎo)倉儲區(qū)安全規(guī)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(qū)的選址和平面布局方案進(jìn)行優(yōu)化分析。

根據(jù)倉儲區(qū)危險化學(xué)品周轉(zhuǎn)量進(jìn)行了統(tǒng)計結(jié)果, 倉儲區(qū)危險化學(xué)品總周轉(zhuǎn)量為50萬噸/年, 其中甲類危險化學(xué)品約占總運(yùn)輸量的36.0%;乙類約占總運(yùn)輸量的39.5%;丙類約占總運(yùn)輸量的3.3%;丁、戊類約占總運(yùn)輸量的21.2%。

根據(jù)危險化學(xué)品的種類、運(yùn)輸量及不同選址條件下危險化學(xué)品的道路運(yùn)輸路線, 對倉儲區(qū)的運(yùn)輸風(fēng)險進(jìn)行計算, 如圖1和圖2所示。計算結(jié)果表明, 坪地倉儲區(qū)和觀瀾倉儲區(qū)僅出現(xiàn)1×10-6和3×10-7的風(fēng)險等值線, 而且風(fēng)險等值線覆蓋區(qū)域基本處于規(guī)劃運(yùn)輸線路的限定寬度范圍內(nèi), 因此運(yùn)輸風(fēng)險都是可以接受的。

通過倉儲區(qū)選址優(yōu)化模型 (式10) 對兩種選址方案進(jìn)行計算, 得到坪地倉儲區(qū)和觀瀾倉儲區(qū)危險化學(xué)品道路運(yùn)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(qū)潛在生命損失值是坪地倉儲區(qū)的2.5倍, 這是由于觀瀾倉儲區(qū)規(guī)劃的危險化學(xué)品運(yùn)輸線路要穿過一居民區(qū) (居民約150人) , 因此潛在運(yùn)輸風(fēng)險較大, 根據(jù)基于移動危險源潛在生命損失的選址優(yōu)化方法, 本研究建議危險化學(xué)品倉儲區(qū)選址在東部的坪地。

倉儲區(qū)選址坪地確定后, 根據(jù)擬存儲的危險化學(xué)品類別, 坪地倉儲區(qū)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(qū)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(cè);方案2是按照氣體類危險化學(xué)品集中布置的原則, 將氣體類危險化學(xué)品統(tǒng)一規(guī)劃到倉儲區(qū)的西北角, 即將方案1中毒性氣體倉庫布置在倉儲區(qū)的最北側(cè), 緊鄰壓縮氣體倉庫, 其他倉庫布局與方案1相同。

根據(jù)倉儲區(qū)安全布局的基本原則, 倉儲區(qū)安全布局的前提條件是選址要符合《危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》對倉儲區(qū)個人風(fēng)險和社會風(fēng)險水平的要求, 因此本研究根據(jù)倉儲區(qū)的布局方案, 結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件、倉儲區(qū)周邊環(huán)境等對兩種平面布置方案的個人風(fēng)險和社會風(fēng)險分別進(jìn)行了計算, 個人風(fēng)險和社會風(fēng)險曲線分別如圖3和圖4所示。計算結(jié)果表明, 由于坪地倉儲區(qū)周邊環(huán)境較為簡單, 現(xiàn)狀采石場和混凝土攪拌場也在倉儲區(qū)規(guī)劃搬遷范圍, 兩種平面布置方案的個人風(fēng)險水平都在可接受范圍之內(nèi)。另外, 兩種平面布置方案的社會風(fēng)險曲線都在可忽略區(qū)范圍內(nèi), 沒有進(jìn)入不可容許區(qū), 社會風(fēng)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(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》對倉儲區(qū)個人風(fēng)險和社會風(fēng)險水平的要求。

在兩種倉儲區(qū)平面布局方案均滿足個人風(fēng)險和社會風(fēng)險推薦標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下, 本研究利用倉儲區(qū)布局優(yōu)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(jìn)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(fēng)險較大, 因此本研究建議坪地倉儲區(qū)采用方案1的倉儲區(qū)平面布置方法。

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

(1) 本文在基于個人風(fēng)險和社會風(fēng)險的土地使用安全規(guī)劃方法的基礎(chǔ)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(fēng)險評價指標(biāo), 建立了基于移動危險源潛在生命損失的危險化學(xué)品倉儲區(qū)規(guī)劃選址模型和基于固定危險源潛在生命損失的倉儲區(qū)安全布局優(yōu)化模型, 提出了危險化學(xué)品倉儲區(qū)規(guī)劃選址和安全布局方法, 并通過案例分析對倉儲區(qū)選址和安全布局方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

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