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隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快, 危險(xiǎn)化學(xué)品經(jīng)營(yíng)使用的品種和數(shù)量越來越多, 為改變危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)“小而多”的倉(cāng)儲(chǔ)格局, 降低危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn), 我國(guó)安全監(jiān)管部門要求企業(yè)或化工園區(qū)的危險(xiǎn)化學(xué)品要盡量集中布置, 設(shè)置專門的?；穫}(cāng)儲(chǔ)區(qū)域。然而, 如果危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃選址不科學(xué)、安全布局不合理, 不僅對(duì)周邊的公眾生命、財(cái)產(chǎn)造成重大威脅, 同時(shí)也嚴(yán)重影響倉(cāng)儲(chǔ)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(guó)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(xiǎn)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(dòng)或設(shè)施與其他場(chǎng)所或區(qū)域之間的安全距離, 方法簡(jiǎn)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(jì)算過程和計(jì)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(xiǎn)的方法通過計(jì)算區(qū)域個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn), 結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分區(qū)。與前二種方法相比, 基于風(fēng)險(xiǎn)的方法除考慮事故后果外, 還計(jì)算事故發(fā)生的概率, 較為全面, 因此成為國(guó)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(xiǎn)的方法進(jìn)行土地使用安全規(guī)劃, 只能對(duì)既定的危險(xiǎn)源存在場(chǎng)所在某種平面布局條件下的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算, 只要個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)符合風(fēng)險(xiǎn)推薦標(biāo)準(zhǔn)要求就是可行的, 無法對(duì)多個(gè)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(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)為研究對(duì)象, 在現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論的基礎(chǔ)上, 引入危險(xiǎn)源潛在生命損失 (PLL) 的概念, 研究提出基于移動(dòng)危險(xiǎn)源潛在生命損失的倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃選址方法和基于固定危險(xiǎn)源潛在生命損失的倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)安全布局方法。本方法相對(duì)于原有基于風(fēng)險(xiǎn)的土地使用安全規(guī)劃方法, 能夠更簡(jiǎn)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(jiǎn)稱PLL) 是指由于重大危險(xiǎn)源發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒等意外事故單位時(shí)間內(nèi)造成人員死亡的可能性, 最早用于重大危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)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(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和人口密度的乘積, 按式 (1) 進(jìn)行計(jì)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(gè)人風(fēng)險(xiǎn), 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(xiǎn)源的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo), 同時(shí)結(jié)合周邊人口密度考慮了危險(xiǎn)源的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn), 因此可以作為衡量區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)水平的綜合考核指標(biāo)。

通常危險(xiǎn)源分為固定危險(xiǎn)源和移動(dòng)危險(xiǎn)源兩種:固定危險(xiǎn)源是指存儲(chǔ)危險(xiǎn)化學(xué)品的固定設(shè)備、設(shè)施, 如儲(chǔ)罐、倉(cāng)庫(kù)等;移動(dòng)危險(xiǎn)源是指用于危險(xiǎn)化學(xué)品輸送的管道、車輛、船舶等。因此, 根據(jù)固定危險(xiǎn)源和移動(dòng)危險(xiǎn)源個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算方法就可推導(dǎo)出固定危險(xiǎn)源和移動(dòng)危險(xiǎn)源潛在生命損失的計(jì)算方法。

對(duì)于固定危險(xiǎn)源j而言, 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可用下式計(jì)算

因此, 倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)固定危險(xiǎn)源總的潛在生命損失值為

式中, PLL—固定危險(xiǎn)源潛在生命損失值;N—危險(xiǎn)化學(xué)品庫(kù)區(qū) (儲(chǔ)罐區(qū)) 的數(shù)目;IRj (x, y) —第個(gè)庫(kù)在 (x, y) 處的產(chǎn)生個(gè)人風(fēng)險(xiǎn);—第j個(gè)庫(kù)的第t個(gè)容器設(shè)備泄漏事件發(fā)生的原始頻率;—第j個(gè)庫(kù)的設(shè)備修正系數(shù);—第j個(gè)庫(kù)的安全管理、人員修正系數(shù);—第j個(gè)庫(kù)的的氣象條件概率;—第j個(gè)庫(kù)中第k個(gè)點(diǎn)火源的點(diǎn)火概率;—第個(gè)庫(kù)中第t個(gè)事故情景在位置 (x, y) 處引起個(gè)體死亡的概率;Tj—第j個(gè)庫(kù)中的容器設(shè)備泄漏事件的個(gè)數(shù);Wj—第j個(gè)庫(kù)的氣象條件的個(gè)數(shù);Kj—第j個(gè)庫(kù)的點(diǎn)火源的個(gè)數(shù);Dj—第j個(gè)庫(kù)的人口密度函數(shù)。

固定危險(xiǎn)源潛在生命損失體現(xiàn)的是倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)固定危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)大小, 潛在生命損失值越大, 說明倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)對(duì)周邊脆弱性目標(biāo)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)越大, 因此可作為倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)安全布局合理性的衡量指標(biāo)。

移動(dòng)危險(xiǎn)源根據(jù)危險(xiǎn)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€(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法如式 (4) 和式 (5) 所示, 火車和船舶運(yùn)輸個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)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(gè)泄漏事件的第i種事故情景在位置 (x, y) 處引起的個(gè)體死亡概率;S—管道泄漏事件的個(gè)數(shù);I—事故情景的個(gè)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(dòng)危險(xiǎn)源潛在生命損失體現(xiàn)的是倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn), 倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)選址不同, 危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸線路就不同, 進(jìn)而運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)也不同。移動(dòng)危險(xiǎn)源潛在生命損失值越大, 倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)也就越大, 因此移動(dòng)危險(xiǎn)源潛在生命損失可作為倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)選址的衡量指標(biāo)。

單從安全的角度出發(fā), 在倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)固定危險(xiǎn)源產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)滿足個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下, 通過比較倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)固定危險(xiǎn)源潛在生命損失值的大小, 就可判斷哪一種倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)安全布局方法是最優(yōu)的, 因此, 可建立如下倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)安全布局優(yōu)化模型:

式中, IR—固定危險(xiǎn)源整體個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)限值;IRs—固定危險(xiǎn)源最大可接受個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)限值;FN—固定危險(xiǎn)源整體社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)限值;FNs—固定危險(xiǎn)源最大可接受社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)限值。

同樣, 在滿足移動(dòng)危險(xiǎn)源產(chǎn)生的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)滿足推薦標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下, 通過比較不同倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)選址移動(dòng)危險(xiǎn)源潛在生命損失值的大小就可判斷倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算值;IRs—管道輸送最大可接受個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值。

(2) 道路運(yùn)輸

式中, IR—道路運(yùn)輸個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算值;IRs—道路運(yùn)輸最大可接受個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值。

在倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)選址和安全布局優(yōu)化模型建立后, 本文采用《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)》軟件 (CASST-QRA 2.0) 進(jìn)行選址和安全布局優(yōu)化計(jì)算。

某城市為改變各企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品自有倉(cāng)庫(kù)和租賃倉(cāng)庫(kù)規(guī)模小、布局零散的現(xiàn)狀, 提出建設(shè)集中的危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū), 該倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)擬存儲(chǔ)除油氣、民爆品之外的其他危險(xiǎn)化學(xué)品, 包括分散在各危險(xiǎn)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(cāng)儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃建設(shè)用地約13萬平米, 倉(cāng)儲(chǔ)周轉(zhuǎn)量為40-50萬噸/年, 規(guī)劃庫(kù)容規(guī)模如表1所示。

表1 規(guī)劃庫(kù)容規(guī)模  下載原圖

經(jīng)過初步選址論證、安全評(píng)估和環(huán)境評(píng)價(jià), 確定了兩個(gè)選址方案:一是將危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)區(qū)安全規(guī)劃, 本文將分別采用基于移動(dòng)危險(xiǎn)源和固定危險(xiǎn)源的潛在生命損失的分析方法對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的選址和平面布局方案進(jìn)行優(yōu)化分析。

根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品周轉(zhuǎn)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)結(jié)果, 倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品總周轉(zhuǎn)量為50萬噸/年, 其中甲類危險(xiǎn)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(xiǎn)化學(xué)品的種類、運(yùn)輸量及不同選址條件下危險(xiǎn)化學(xué)品的道路運(yùn)輸路線, 對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算, 如圖1和圖2所示。計(jì)算結(jié)果表明, 坪地倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)和觀瀾倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)僅出現(xiàn)1×10-6和3×10-7的風(fēng)險(xiǎn)等值線, 而且風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)都是可以接受的。

通過倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)選址優(yōu)化模型 (式10) 對(duì)兩種選址方案進(jìn)行計(jì)算, 得到坪地倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)和觀瀾倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)危險(xiǎn)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(cāng)儲(chǔ)區(qū)潛在生命損失值是坪地倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的2.5倍, 這是由于觀瀾倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃的危險(xiǎn)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(xiǎn)較大, 根據(jù)基于移動(dòng)危險(xiǎn)源潛在生命損失的選址優(yōu)化方法, 本研究建議危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)選址在東部的坪地。

倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)選址坪地確定后, 根據(jù)擬存儲(chǔ)的危險(xiǎn)化學(xué)品類別, 坪地倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)分為6類倉(cāng)庫(kù):壓縮氣體和液化氣體倉(cāng)庫(kù)、易燃液體倉(cāng)庫(kù)、易燃固體、遇濕易燃物品倉(cāng)庫(kù)、氧化物倉(cāng)庫(kù)、毒害品倉(cāng)庫(kù)和腐蝕品倉(cāng)庫(kù), 倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)平面布置方案有兩種, 方案1是將毒性氣體倉(cāng)庫(kù)建在腐蝕品倉(cāng)庫(kù)地塊的南側(cè);方案2是按照氣體類危險(xiǎn)化學(xué)品集中布置的原則, 將氣體類危險(xiǎn)化學(xué)品統(tǒng)一規(guī)劃到倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的西北角, 即將方案1中毒性氣體倉(cāng)庫(kù)布置在倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的最北側(cè), 緊鄰壓縮氣體倉(cāng)庫(kù), 其他倉(cāng)庫(kù)布局與方案1相同。

根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)安全布局的基本原則, 倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)安全布局的前提條件是選址要符合《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)水平的要求, 因此本研究根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的布局方案, 結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)周邊環(huán)境等對(duì)兩種平面布置方案的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)分別進(jìn)行了計(jì)算, 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線分別如圖3和圖4所示。計(jì)算結(jié)果表明, 由于坪地倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)周邊環(huán)境較為簡(jiǎn)單, 現(xiàn)狀采石場(chǎng)和混凝土攪拌場(chǎng)也在倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃搬遷范圍, 兩種平面布置方案的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)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(huì)風(fēng)險(xiǎn)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(huì)風(fēng)險(xiǎn)也是可以接受的。因此, 兩種平面布置方案均符合《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)水平的要求。

在兩種倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)平面布局方案均滿足個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)推薦標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下, 本研究利用倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)布局優(yōu)化模型 (式8) 對(duì)兩種布置方案的固定危險(xiǎn)源潛在生命損失進(jìn)行計(jì)算, 得到方案1的固定危險(xiǎn)源潛在生命損失值為1.78×10-6人/年, 方案2的固定危險(xiǎn)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(xiǎn)較大, 因此本研究建議坪地倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)采用方案1的倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)平面布置方法。

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

(1) 本文在基于個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo), 建立了基于移動(dòng)危險(xiǎn)源潛在生命損失的危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃選址模型和基于固定危險(xiǎn)源潛在生命損失的倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)安全布局優(yōu)化模型, 提出了危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃選址和安全布局方法, 并通過案例分析對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)區(qū)選址方法和安全布局方法是對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外普遍采用的基于個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)的土地使用安全規(guī)劃方法的改進(jìn), 該方法簡(jiǎn)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(xiǎn)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(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的規(guī)劃選址和布局優(yōu)化, 對(duì)化工園區(qū)的規(guī)劃選址和安全布局同樣適用。另外, 國(guó)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(gè)重要參考依據(jù)和輔助決策工具。