化工行业作为中国的支柱产业之一,其产能及规模对于社会发展具有直接的推动作用,其产品影响着每个人生活的方方面面。危化品作为化工原材料,具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质,对人体、设施、环境具有危害性。数据显示:2021年中国危化品运输总量达到了1,85Gt,其中公路运输占整体危险化学品物流市场的比重达70%,其庞大规模决定危化品的道路运输安全成为危化品运输产业链重要保障部分。以危化品之一的液化石油气(liquefed petroleum gas，LPG)为例,据统计国内2020年LG的产量达44.48Mt，其公路运输主要以罐式车辆为载体,在内在因素(如罐体缺陷等)和外界因素(如外界气候条件等)共同作用下极易发生事故:同时LPG密度比空气大外加其本身具有易燃性、易爆性、毒害性,一旦发生泄漏易沿地面扩散并在低洼地段积聚,形成危险气体环境,极易发生燃爆事故;同时高速公路车流量大、车速快且常途径人口密集区域,一旦发生事故,后果都是十分惨重的。因此,LPG运输风险成为风险防控重点之一。

1 危化品运输风险分析方法现状

近年来,众多学者对危化品运输风险开展了一系列研究,采用事故统计、风险分析等手段,提出了针对危化品运输风险的建议措施,结合案例分析,为危化品运输安全防控提供了理论和数据支持。赵易佳!等将故障树一贝叶斯网络与领结图分析方法(Bow-tie)相结合,进行危化品道路运输风险分析,验证了安全屏障的有效性;汤智新[2]等采用Bow-tie模型分析罐车泄漏事故潜在风险和不同事故后果,并采用实例验证分析,提出预防性建议措施和对策;Huang等基于模糊领结建模系统研究铁路人侵风险,通过识别关键风险因素,采取积极措施保障铁路运输安全;Lu等采用风险矩阵和Bow-tie分析相结合的方法,对天然气管道进行风险评估,结合案例研究验证了提出方法的实用性。针对LPG风险,徐学波等采用三维模拟仿真技术对LPG槽车漏事故进行仿真,研究了LPG在不同风速、风向、环境温度下的泄漏规律;张志斌基于ANSYS平台对某段高速公路LPG罐车泄漏情景建立三维物理模型,研究LPG云团扩散规律,分析泄漏速度、环境温度、风速、风向、地面粗糙度对LPG云团扩散的影响,得到不同工况条件下LPG泄漏扩散的浓度分布情况。

通过文献调研可以得出,目前研究主要集中在 LPG 运输过程风险分析,缺少针对LPG装车运输、卸车的全流程分析,风险分析不够全面,覆盖范围不足,因此制定危化品道路运输全流程风险管控体系十分必要;同时，Bow-tie模型可以系统地辨识关键风险因素和事故后果,提出预防和控制措施,能够较好地满足危化品运输风险全流程分析要求。综上,本文采用Bow-tie模型分析LPG装车、运输、卸车全流程,确定各环节关键风险因素及事故后果,提出对应预防和缓解措施,针对各环节提出关键任务,最终形成以LPG为代表的危化品运输全过程风险管理模型。LPG危险分析流程如图1所示。

2 Bow-tie 分析方法

Bow-tie分析方法最早于1979年出现在澳大利亚昆士兰大学,英国壳牌公司于20世纪80年代将该方法作为安全管理工具应用于其业务(721世纪初被美国联邦航空局应用于风险分析与风险管控。由于其准确、全面和可视化等特点被广泛应用于石油化工、煤矿、航空、航海等领域,逐渐发展成为被人们广泛接受的风险评估方法[8]

Bow-tie分析方法是由事故树(FTA)和事件树(ETA)结合构成,包含顶上事件、事故原因事故后果、预防措施和控制措施等要素。以研究对象作为顶上事件,向前分析导致顶上事件发生的事故原因,向后分析导致的事故后果,即领结图左侧以事故树分析原理来构造,列举可能发展或导致特定顶上事件的危险源及有害因素,思考对于每一危险源相应的有害因素应该采取的预防措施;领结图右侧以事件树分析原理构造,列举危害事件进一步发展导致的事故后果,分析预防每一类事故发生对应的减缓措施”;同时,分析预防措施和减缓措施中的失效因素,并找出确保屏障有效的控制措施,提出关键行动和任务。Bow-tie分析模型如图2所示。

Bow-tie 分析方法是一种定性分析方法,同样也是基于头脑风暴的理念,该方法的精髓就在于发挥集体的智慧。分析小组由不同专业、不同知识背景的技术人员组成,使分析工作更具有创造性与系统性,能全面辨识事故原因及事故后果,发掘预防措施及控制措施。Bow-tie分析主要过程包括分析准备、分析议、分析结论。分析准备阶段包含组建分析小组政集风险管控行动分析所需资料、制定分析计划分析会议基本程序主要包括:

1) 确定危险源和顶上事件。危险源可根据危险化学品种类、能量等分类进行辨识和确定;顶上事件根据具体分析对象和分析目的进行确定,位于领结图的中心,可以是主要设备设施,也可以是高危作业等。

2) 分析可能的事故原因和事故后果。结合行业内同类装置典型事故案例和分析人员的现场经验,确定有害因素和主要后果。事故原因一般从工艺、环境、人为等因素进行考虑,事故后果分析主要考虑较为严重的事故后果,如火灾、爆炸等。

3) 分析事故预防措施和减缓措施。采用保护层原理分析预防措施和减缓措施,例如:预防措施可从本质安全设计、物理保护措施等方面进行考虑,减缓措施可从火灾保护措施、爆炸减缓措施等方面进行考虑。

分析关键行动和任务。根据安全屏障的失效因素、控制措施给出关键行动和任务,例如:力容器的检验、安全阀的校正等。分析结论包含风险管控行动分析结果,对应的建议措施。Bowtie分析流程如图3所示。

3 案例分析

选取LPG装车、运输、卸车过程作为分析案例,储罐区储存的液态LPG在装车区通过装车鹤管输送到LPG槽车,通过道路运输方式运送到LPG充装站供车辆加注使用,全程路段以高速公路为主,车流量较大,通行状况较为复杂。

统计分析了近年来的危化晶公路运输事故，其主要事故原因是驾驶员操作不当和交通事

故,其次是车辆故障、天气因素和其他未知因素。驾驶员操作不当,例如:司机违章驾驶、劳驾驶、操作失误等,约占事故总数的30%:交通事故约占事故总数的30%;车辆故障,例如:车辆爆胎、未定期检验,约占事故总数的18%:天气因素约占事故总数的2%,其余未知因素约占20%。事故后果主要包含火灾爆炸、人员伤亡、环境影响及声誉影响等。

采用Bow-tie 分析方法分别对装车区、运输过程以及卸车区LPG泄漏共计3个顶上事件进行分析,目的是识别运输全流程危险源和顶上事件,系统分析其顶上事件、有害因素及其预防措施、后果及其减缓措施,并进一步分析预防和减缓措施的失效因素,提出风险管控的关键行动和任务，有助于落实风险管控责任制、促进风险管理效率提升从而形成风险管理的长效机制。

4 Bow-tie 模型的事故原因及后果分析

以装车区LPG泄漏作为顶上事件,发生位置为装车鹤管、槽车以及管线连接处,主要原因包括罐体附件或管路损伤、罐体损伤、操作人员失误等。罐体附件或管路损伤主要包括快速接头失效、装车管线腐蚀穿孔等;罐体损伤主要包括槽车罐体缺陷或故障;操作人员失误主要包括快速接头压簧片未卡紧、充装过量及槽车驶离时鹤管未与槽车分离等。

以运输过程LPG泄漏为顶上事件,发生位置为 LPG 运输槽车,主要原因包括罐体损伤、操作人员失误、外界因素等。罐体损伤的危害因素主要包括槽车罐体(附件)缺陷或故障等;操作人员失误主要包括司机或押运员未关闭槽车上的内置阀;外界因素包括天气原因造成槽车超压安全阀起跳不能自动回落,交通事故造成槽车侧翻,货物被盗造成槽车损坏发生泄漏等。

以卸车区LPG泄漏作为顶上事件,发生位置为装车鹤管、槽车以及管线连接处,主要原因包括罐体附件或管路损伤、罐体损伤、操作人员失误等。罐体附件或管路损伤的危害因素包括快速接头失效、卸车管线腐蚀穿孔、采样装置密封点泄漏等;罐体损伤包括槽车缺陷或故障;操作人员失误主要包括快速接头未卡紧、残液就地排放、车辆驶离时装车鹤管未与槽车完全分离、车辆碰撞或侧翻等。

LPG发生泄漏的主要后果为火灾爆炸、人员伤亡、声誉影响及环境污染等。LPG一旦泄漏,遇到明火、静电等点火源极易形成喷射火或爆炸严重时会导致人员伤亡。泄漏的LPG扩散到周围环境中,对环境造成长期影响，人体吸人后可能引起中毒。同时，LG泄漏还会造成企业声誉影响损害企业形象和公众信任度，影响企业的正常运营因此,为了减少IG泄、火灾、爆炸事故的发生需要采取严格的安全措施,加安全管理。LPG装车/运输/卸车泄事故原因和后果如图4所示。

5 预防性及减缓性安全屏障分析

5.1 预防性安全屏障

预防性安全屏障从LPG装车、运输和卸车三个过程分别进行分析。

1) 装车过程。以装车过程LPG泄漏为顶上事件进行分析,确定危害因素及对应预防性屏障装车区主要危害因素分成罐体损伤、罐体附件或管路损伤和操作人员失误等三大类。罐体损伤的预防措施主要有安全检查、定期检测及承包商资质审核等;罐体附件或管路损伤的预防措施主要有定期检验、制定现场处置方案等;针对操作人员失误的主要预防措施有装设紧急拉脱阀、设置车辆防滑块、设置警示标志等。

2) 运输过程。以运输过程LPG泄漏为顶上事件,发生位置为LPG运输槽车,确定危害因素及对应预防性屏障。危害因素主要包含罐体损伤操作人员失误、外界因素等。罐体损伤的预防措施主要有现场检查、定期检验;针对操作人员失误主要预防措施包括制定安全操作规程等;针对外界因素的主要预防措施有定期检验、制定现场处置方案、加强培训教育等。

3) 卸车过程。以卸车过程LPG泄漏为顶上事件,分析危害因素及对应预防性屏障。卸车过程的主要危害因素有罐体损伤、附件损伤和操作人员失误等。罐体损伤的主要预防措施包括安全检查、定期检测及承包商资质审核等;附件损伤的主要预防措施为定期检验、制定现场处置方案等:针对操作人员失误的预防措施主要有设置紧急拉脱阀、设置防溜车设施、设置警示标志等。

5.2 臧缓性安全屏障

LPG一旦泄漏会迅速气化、体积膨胀,形成爆炸性混合气体,遇到点火源会发生火灾爆炸,造成人员伤亡,燃烧过程中会释放有毒、有害物质污染环境:同时事故也会导致企业口碑、声誉的负面影响针对火灾爆炸的事故后果,可以通过设置紧急切阀、消防设施及应急响应等措施进行缓解;对于人品伤亡的后果,可以通过设置警戒线和警示标志、人配备正压式空气呼吸器和化学防护服及设置应急生路线等措施进行缓解:对于环境污染,可以通过现场清理及应急响应等措施进行缓解;对于声誉影略可以通过舆情控制及舆论引导进行缓解。

6 构建 Bow-tie 模型图

装车过程Bow-tie 分析模型如图5所示,运输过程 Bow-tie 分析模型如图6所示,卸车过程Bow-tie 分析模型如图7所示。

通过图5~图7可知,在LPG运输全过程中主要危害因素集中在罐体/附件损伤、人员误操作及外界因素等,因此预防措施和减缓措施主要集中在减少人的不安全行为和物的不安全状态,分为工艺技术措施、管理措施和应急措施。

工艺技术措施主要有设备维护、温度和压力控制、装卸工具选择、静电消除和泄漏监测。首先应对LPG罐车及附件进行强制检测、定期检验,对装卸设备进行定期的维护保养和检查,确保设备的各项安全性能正常;装卸过程应采取温度、压力控制措施,在高温季节采取防晒、降温措施,避免出现超温、超压情况;装卸过程中选择具有相应防爆、防静电等功能的装卸设备,作业人员应穿着防静电鞋服,避免使用容易产生火花的工具和设备;LPG装卸区域设置可靠的接地装置,确保装卸设备、运输车辆和储存设施等都能有效接地,防止静电积聚引发火灾或爆炸事故;LPG装卸区域设置气体报警器和视频监控系统,实时监测装卸过程中的泄漏及违规操作情况。

管理措施主要有人员管理、车辆管理、作业过程管理。首先,对LPG装卸和运输的人员进行安全培训并考核合格,为作业人员配备符合国家标准的劳动防护用品,在装卸作业和运输过程中,对监督并及时纠正作业人员的违规操作和不安全行为;对车辆进行选型与维护,严格检查装卸车辆的相关证件,合理规划运输路线,避免在恶劣天气和交通高峰期进行运输;对于装卸过程需制定详细的操作规程,明确操作要求和注意事项,对装卸量进行检验与核对,完善现场安全管理,设置安全警示标志并划定作业区域,禁止明火和吸烟等违规行为。

应急措施主要有应急预案制定、应急物质设置及事故应急处置。首先,制定装卸、运输过程的综合应急预案,明确事故的应急处理方法和程序，定期演练与修订,提高人员应急处理能力;其次进行应急物资储备,定期检查应急物资情况,建立应急物资台账,确保在事故发生时能够及时投入使用;最后,一旦事故发生,例如人员突发疾病、装卸过程错误操作、交通事故、外界干扰等导致LPG泄漏,及时进行应急处置,通过事故报告与响应、现场应急救援与处置和事故后的清理与恢复程序,将事故损失降低至最小。

7 结束语

本文对LPG 罐车泄漏进行风险分析,搭建了Bow-tie分析模型,从罐车泄漏的危害因素和事故后果出发,分析预防性安全屏障及减缓性安全屏障,可以为预防、处置LPG罐车泄漏事故提供科学参考,对LPG运输的安全管理、现场操作具有较的指导意义。Bow-tie分析结果清晰、便于理解具有很强的实用价值,可以广泛应用于各类风评估分析中,对事故预防及控制措施进行全面语估。由于Bow-tie分析为定性的风险评估方法,续可以通过定量风险评估确定个人及社会风险。

文章来源：《石油化工自动化》