粉尘爆炸多米诺效应的定量风险评估

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随着现代工业的飞速发展,企业的机械化水平、规模化程度日益提高,生产中涉及到的风险源越来越多,易形成多米诺效应,导致灾难性后果。现实中发生的事故错综复杂,安全处置措施有可能成为风险源导致环境事故,环境污染治理设施也有可能成为危险源导致安全事故,安全事故和环保事故相互传递导致区域安全风险和环境风险双重升级。但目前在我国,由于对多米诺效应认识上的不足,往往把风险事故看成单一事件,据此开展的风险评估忽略了连锁事故发生的可能性,低估了事故发生后的危害。企业本该一体考虑的环境和安全风险防控体系被人为割裂,这也进一步加剧了风险管理的难度。尤其在粉体工业领域,除尘器通过管道与生产设备连接,重大粉尘爆炸多米诺事故时有发生,所面临的风险形势严峻,但相应的风险评价体系却不完善。本研究结合国内外对多米诺效应定量风险评估和粉尘爆炸的研究成果,引入多米诺效应的概念,指出粉尘爆炸多米诺事故的传播机制,综合考虑事故环境风险和安全风险,建立了一套粉尘爆炸风险评价方法。论述了以粉尘爆炸为初始事故的多米诺事故链的识别过程,充分考虑环保治理设备和生产装置,基于生产工艺流程、粉尘爆炸形成条件以及单元特性,构建多米诺事故链(即贝叶斯网络结构);基于贝叶斯网络计算多米诺风险事故概率,在有效表示粉尘爆炸事故多米诺效应可能的传播路径后,通过风险单元初始事故概率和升级概率计算条件概率表,并将其分配给各个节点,从而计算出各单元事故的发生概率,以及各级多米诺效应的发生概率;从环境和安全两大方面分析不同事故类型的事故后果,在火灾爆炸等安全事故预测中,利用火灾爆炸模型,通过人体脆弱性模型估算死亡概率,并估算死亡人数。在环境影响预测中,采用SLAB大气扩散模型,结合污染物属性、污染源信息和气象数据,模拟每个事故的环境影响,根据人群暴露反应关系估算大气污染后果;若有液体储罐被击穿发生泄漏,采用EFDC水动力-WASP水质耦合模型,模拟污染物质在水体中的扩散情况,并根据计量经济学的方法计算产生的损失;综合上述步骤计算出个人安全风险值和环境风险值,将两者在同一空间坐标系中叠加,得出综合风险值,通过MatlabR2017a绘制综合风险曲线,并判断风险水平。从而从本质安全原则、工程设计安全、程序保护等方面对管理手段进行变革,对粉尘爆炸多米诺事故风险进行控制。将上述方法应用到昆山市中荣金属制品有限公司开展案例研究。该企业轮毂打磨抛光车间除尘系统是可燃铝粉尘收集、处理、排放和堆积的重要场所,且通过除尘管网与众多生产装置相连。1号除尘器集尘桶锈蚀破损,桶内铝粉受潮,发生氧化放热反应,达到粉尘云的引燃温度发生爆炸,爆炸冲击波得不到及时泄压,沿着管道或车间传播,扬起其他单元堆积的粉尘,形成多米诺效应,使得环保设备事故转化为重大安全事故,同时造成后续的环境影响。案例计算表明,由于多米诺效应的存在,单元之间相互影响,使得高层级单元发生粉尘爆炸的概率高于其固有概率,概率增加29%-79%。连锁粉尘爆炸,形成多个粉尘云,使事故中心区域环境风险升级,影响增大;多次爆炸冲击波超压效应叠加,导致的安全风险影响范围增大,风险升级显著;事故最高综合风险值为一次事故的67.39倍,在环境风险和安全风险的综合影响下,中心区域风险急剧升级。研究构建的粉尘爆炸多米诺效应风险评价方法能够更加真实地反映实际事故场景,高效可靠的计算出复杂情形下的风险事故概率,系统全面的评估事故后果,从而更合理、更有针对性的提出风险管理措施。研究结果表明,在进行定量风险评价时,要综合环境风险和安全风险,充分考虑环保治理设施的特点,尤其是在涉及粉体的工业企业,除尘系统应成为环保和安全管理的重要对象。此外,多米诺效应导致后果增加、风险升级,也是风险管理中一个不容忽视的因素,在制定粉尘爆炸预防措施和应急预案时需充分考虑多米诺效应。
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