项目定量风险分析

项目定量风险分析（通用7篇）

项目定量风险分析 篇1

一、引言

PPP (Public-Private Partnerships, 公私合伙制) 项目融资是指公共部门通过与私人部门建立合作伙伴关系来提供公共产品或服务的一系列融资模式的总称, 包括BOT、DBFO等模式。其基本思路是通过政府授予私人部门在一定特许经营期内进行项目的融资、建设和运营, 同时取得投资回报, 特许经营期满再无偿交还给政府部门, 是缓解我国单一政府投资模式下的基础设施建设资金瓶颈压力的有效途径。

然而, 由于PPP项目往往投资额巨大、参与方众多、建设周期长、风险因素复杂多变, 不仅造成PPP项目融资前期谈判时间旷日持久和费用较高, 同时由于风险管理不善导致最终失败的项目也不乏其例, 如印度大博电厂项目、英法海底隧道项目等, 而风险定量评价方法的选取不当导致对项目的风险损失值估计不当无疑是其中一个重要的原因。

PPP项目的风险定量评估是指在风险识别的基础上, 运用一定的风险分析方法, 计算出风险因素发生的概率、损失程度, 并结合其他因素综合考虑, 得出项目的总体风险大小, 从而为后续风险控制提供依据。下面将介绍比较目前较流行的几种定量评估方法的优缺点和适用范围。

二、风险定量评估方法介绍

(一) 敏感性分析法。

敏感性分析是指在构造项目风险变量 (如建造成本、收入等) 关于目标变量 (如NPV等经济效益指标) 的数学模型基础上, 假定在保持其他风险变量不变的前提下, 分析其中一个风险变量变化一定范围时对目标变量的影响程度, 计算各个风险变量对于目标变量的敏感系数和临界点并据以排序, 从而找出敏感因子并作为重点风险管理对象。它是一种应用广泛、成熟的风险分析方法, 包括单因素敏感性分析和多因素敏感性分析。

(二) 决策树法。

决策树法的基本思路是利用决策树将不同的风险因素分解开来, 以目标变量 (如NPV指标) 为决策点出发, 逐项计算方案枝即各风险因子所有概率组合下的目标变量的期望值, 并画出概率分布图, 从而进行项目风险的评估和方案比选。这种方法以足够有效的数据作支撑, 计算量随风险变量个数及不同概率取值呈指数变化, 较适用于风险变量较少且变化不多的情况, 否则工作量将较大。

(三) 模糊综合评价法。

PPP项目涉及众多风险因素, 如政局不稳定、建设成本超支等, 各风险的影响因素本身就具有模糊性, 难以量化, 因此学术界积极地将模糊数学应用到PPP项目融资的风险评估中, 代表学者有:张星、陈敬武等。归纳起来, 模糊综合评价法是基于某些事物类属标准不明确, 而不能确切归类的模糊现象的假设, 利用隶属度及模糊推理的概念对风险事件进行排序, 以改进的模糊综合评价法为基础, 采用层次分析法 (Analytic Hierarchy Process, AHP) 构建风险因素递阶层次结构并据其确定各风险因素指标的权重, 同时综合专家经验对各风险因素影响程度进行打分评价, 然后从计算最末级层次的模糊评判结果开始, 根据最初确定的风险因素递阶层次结构进行逐级模糊运算, 如此反复直至计算出总目标层的模糊评判结果, 最终可获得项目各个层级风险的大小以及整体风险水平。它是一种能将难以量化的诸如政局稳定性、法规变化等风险因素定量化分析的有效方法, 而这正是其他方法无可比拟的优点。

(四) 蒙特卡洛模拟法 (Mont e-Car l o Si mul at i on) 。

蒙特卡洛模拟法 (M–C法) 由法国数学家John.ron.neuman创立并推广到科学研究中, 由于该方法与轮盘掷色子等赌博原理类同, 所以采用欧洲著名的赌城摩纳哥首都Monte Carlo命名, 是一种以统计学中的中心极限定理为原理, 以输入变量 (随机变量) 和输出变量之间的数学模型为基础, 借助计算机辅助按照给定输入随机变量的概率分布产生大量的随机数, 通过足够多次数的模型运算, 进而获取大量的输出变量的数据及其分布函数的计算机模拟技术。实际应用中可用EXCEL或Crystal Ball软件操作 (水晶球软件) 。国内不少学者对其在基础设施项目中的应用进行了积极的探索, 如孙建平 (2005) 、林君晓 (2006) 等。

在工程项目风险分析中, 当被用于描述工程项目风险发生概率或风险损失的数学公式或方程包含一些非初等的分布函数时, 往往问题变得较为复杂, 因而难以得到解析解。应用MC方法的主要优点在于:只要能正确用数学式描述项目风险发生的概率, 原则上说总可找到解, 当在计算机上做多次试验后, 其解将会取得满意的精度, 是实务中一种常用的风险量化方法。

(五) VAR方法。

VAR (Value at risk, 在险价值法) 是指在正常的市场条件下, 给定置信水平 (也即可靠度, 取决于评价者风险偏好) 下某一持有期间内某个投资组合的最大可能损失。可表示为Prob (△P>Va R) =1-c。其中:△P为投资组合在持有期△t内的损失, Va R值为置信水平c下处于风险中的价值。也就是说, 如果某项投资在99%的置信水平下的Va R值为5万美元, 那么可理解为能以99%的概率保证该投资最大损失不会超过5万美元。

VAR方法作为广泛应用的金融市场风险度量方法之一, 实际应用中又分为三种具体方法:一种是基于投资组合服从某个给定分布 (如正态分布) 假设而求解的方差-协方差法;一种是基于历史数据分析而求解的历史模拟法以及Monte-Carlo模拟法, 两者不同之处在于后者对历史数据的统计分析采取了Monte-Carlo计算机仿真模拟随机取数的方法。

采用VAR方法的最大优点在于, 通过VAR值的计算, 可以直观地了解到某项投资在给定置信度下可能发生的最大损失, 给我们评估PPP项目金融风险时提供了一种有益的参考。其不足之处在于:一是无论采用哪种方法, 都是建立在一定的假设条件之上, 比如实际中应用方差-协方差法常假设投资组合服从正态分布, 不同分布假设必然会带来评价结果上的偏差;二是无论使用历史模拟法还是Monte-Carlo模拟法时都蕴含着一个假设“历史会重演”, 据以历史数据推断未来某时的VAR值, 当市场风险波动剧烈时, VAR值失效;三是将其应用于PPP项目风险评估中时只能针对项目面临的金融市场风险 (如汇率、利率等) 而其他风险评估则需要其他方法的配合, 同时在我国应用还很不成熟。

三、风险定量评估方法比较

结合前述介绍可知, 敏感性分析、决策树法和蒙特卡洛模拟法是实务中广泛使用的项目风险定量评估方法, 从风险二维评价来看, 其中敏感性分析只能获取项目风险评价结果不能估计其发生概率;决策树法能获取项目损失发生值及概率, 但风险因子复杂多变时工作繁琐;蒙特卡洛模拟法借助于计算机仿真模拟通过随机抽样同样能获取项目风险损失及发生概率, 且结果准确度较高, 排除了人为干扰。而模糊评价法借助于模糊数学语言能将难以量化的风险因子实现量化分析, 能综合评估项目风险大小, 这正是其他方法无可比拟的优势。VAR方法能有效评估金融市场风险, 可作为其他项目风险评估方法的补充。 (表1)

四、结语

综上, 几种风险定量评估方法各有千秋, 实务中应遵循可操作性、可理解性、客观数据可获取性等原则灵活选用一种或多种方法组合应用, 比如在项目可行性研究时可在定性分析基础上应用敏感性分析、决策树等方法进行初步风险评估, 在项目谈判阶段可灵活选用模糊综合评价法、蒙特卡洛模拟法以及VAR法等进行详细深入的风险评估, 从而为后续风险管理提供可靠依据。

摘要：风险定量评估是实施PPP项目全寿命期动态风险管理的重要任务。本文总结比较了目前比较流行的几种风险评价方法, 为研究者和实务工作者选择合理的评价方法提供了依据。

关键词：PPP项目,模糊综合评价法,蒙特卡洛模拟,VAR方法

参考文献

[1]王灏.PPP的定义和分类研究[J].都市快轨交通, 2004.5.

[2]冯燕.PPP项目融资风险识别及量化研究[D].重庆大学, 2007.10.

[3]张星, 孙建平, 李胜.BOT项目风险的模糊综合评价[J].上海经济研究, 2004.1.

[4]陈敬武等.PPP项目风险的模糊综合评价方法研究[J].河北工业大学学报, 2006.5.

[5]冯文滔.基于Excel的随机决策模型:蒙特卡洛模拟[J].中国管理信息化, 2007.1.

[6]孙建平, 李胜.蒙特卡洛模拟在城市基础设施项目风险评估中的应用[J].上海经济研究, 2005.2.

[7]林君晓等.蒙特卡洛模拟技术在污水处理项目风险分析中的应用[J].科技管理研究, 2006.12.

[8]林舒.VaR风险模型在金融市场风险管理中的应用研究[D].厦门大学, 2007.

项目定量风险分析 篇2

资产证券化是20世纪70年代全球金融市场最具活力的金融创新之一, 欧美等西方发达国家最先使用这个金融创新工具进行融资, 成功地改善了金融环境和促进了金融制度的发展。中国资产证券化的实际运用还处于起步阶段。2005年11月, 以建行建元和开元一期为试点项目的信贷资产证券化在银行间债券市场上市交易, 标志着中国资产证券化的实施正式拉开序幕, 时至今日, 在将近两年的时间里, 中国资产证券化行进的脚步并非一帆风顺, 而是步履蹒跚、举步维艰。究其原因:除了市场因素, 不乏操作风险的影响。资产证券化结构烦琐、操作流程复杂, 要顺利实施这项工作, 对各参与方的协调配合、组织管理能力要求较高, 存在的操作风险较多。

操作风险是由不完善或有问题的内部程序、人员及系统或外部事件所造成损失的风险, (1) 2003年, 国际清算银行 (BIS) 下属的巴塞尔委员会 (Basel Committee) 将操作风险纳入风险资本的计算和监管框架。从而金融风险被定义为信用风险、市场风险和操作风险等三大主要风险[1]。

目前, 中国对资产证券化风险的研究还限于信用风险和市场风险, 而随着证券化实施项目的深入, 对操作风险的研究也事在必行、迫在眉睫。本文将操作风险理论运用到中国资产证券化的试点工作中, 文章试图从量化的角度对建行建元和开元一期的操作风险进行评估。并通过实际风险分析给予检验。使我们真正认识到操作风险的存在, 也为资产证券化的监管机构全面而系统分析金融风险提供一些理论依据。

一、操作风险研究文献综述

从全球范围看, 尽管操作风险近些年来给不少金融机构造成了相当严重的损失, 巴塞尔新协议也从制度化的角度对操作风险管理提出了近乎标准化的要求, 但迄今为止, 已经建立起有效操作风险管理体系的金融机构并不多见, 操作风险的管理结构、程序、方法、工具和模型也远远没有信用风险管理和市场风险管理那样成熟。特别是定量化研究, 还处在一个探索与发展的阶段。

尽管操作风险的定量管理难于其他风险管理, 但人类不畏困难、勇于追求的脚步一刻都不会停止。由于操作风险涉及到人的因素, 以及它涵盖了很多低概率但是损失程度大的损失事件, 在很长一段时间内, 操作风险一直被视为是不可度量的, 或者至少是很难用数量方法度量的。但是随着监管机构对操作风险的重视、更多成熟的统计方法和模拟计算技术的介入, 以及损失事件历史数据累积日益丰富, 最近两年出现了一些用来度量操作风险的数量模型。巴塞尔委员会2004年提出了计算操作风险监管资本要求的三种方法:基本指标法 (Basic Indicator Approach) 、标准法 (Standardised Approach) 和高级衡量法 (Advanced Measurement Approach) 。后来, 专家学者们也提出了一些不同于巴塞尔委员会的方法, 如在险价值方法, 极值理论, 波动率模型, 神经网络模型, CAPM模型, 信度理论、Delta-EVT模型等。但我们必须认识到这些模型的度量也不是万能的, 其效果还有待检验, 真正成熟、准确的模型还没有出现。按照操作风险度量的出发角度不同, 有学者将这些数量模型分成两个大类:由上至下模型和由下至上模型[2]。

由上至下模型 (Top-down Models) 是在假设对企业的内部经营状况不甚了解, 将其作为一个黑箱, 对其市值、收入、成本等变量进行分析, 然后计算操作风险的值。使用这种思路建立的模型包括:标准法、基本指标法、CAPM模型、波动率模型;由下至上模型 (Bottom-up Models) 是在对企业各个业务部门的经营状况及各种操作风险的损失事件有了深入的研究之后, 然后分别考虑各个部门的操作风险, 最终将其加总作为整个企业的操作风险。按照这种思路建立的度量模型包括:高级衡量法、在险价值方法、极值理论、神经网络模型、信度理论、Delta-EVT模型等。

21世纪以来, 国内学者对金融领域操作风险进行了积极的探索:巴曙松 (2002) 分析了操作风险的特点和巴塞尔新资本协议对于操作风险相关规定的演变, 并讨论了当前国际金融界通常采用的操作风险衡量方法;沈沛龙、任若恩 (2002) 对新巴塞尔协议中关于操作风险资本金计算的理论依据和计算框架进行了剖析;叶永刚、顾京圃 (2003) 等学者依托中国建设银行, 对国有商业银行内部控制体系进行了分析和设计, 其中专门论述了操作风险控制问题;中国工商银行总行 (2003) 也从自身实际出发对内部控制与评价的理论和实务问题进行了研究, 大量援引内部案例说明了操作风险防范问题;蒋东明等学者 (2004) 从管理程序和组织结构再造的角度研究了商业银行操作风险问题, 并设计了一种中国商业银行操作风险管理程序的模式[3]。

这些研究工作从操作风险的度量技术、管理机制、监管机制要求等方面出发, 对操作风险进行了系统的阐述和设计, 极大地推动了操作风险理论的发展。

二、定量研究

在金融领域的内部损失数据建立不完全的情况下, 对操作风险定量研究最好的选择是由上至下模型, 从公开报道中获取需要的数据达到我们的目的。本文使用CAPM模型, 针对中国资产证券化的试点项目:建行建元和开元一期在实施过程中可能存在的操作风险进行定量研究。

(一) 模型引入

CAPM即Capital Asset Pricing Model的缩写, 最早由Chase Manhattan Bank使用, 是金融领域广泛应用的资产定价模型, 最简单的CAPM模型讨论了特定资产的预期回报率或要求回报率同回报率的不确定性之间存在着某种关系, 即在有效市场上风险和收益的关系[4]。套用CAPM模型衡量操作风险时, 考虑各个风险因素对目标变量的影响。计算目标变量的方差, 然后将市场风险、信用风险因素所造成的方差从中剔除, 将剩余的方差作为操作风险值。因此, 按照选取目标变量的不同, 就依次有了证券因素模型、收入模型、成本模型等。其中, 收入模型的度量结果优于其他模型 (樊欣、杨晓光2003) , 因此, 本文实证分析所使用的研究工具是以收入为目标变量的CAPM模型。

收入因素模型将企业的净收入作为目标变量, 然后考虑可能影响净收入的市场风险、信用风险因素, 净收入的波动在很大程度上可以被这些因素解释, 而余下的那些不能解释的部分将被作为该企业由于操作风险引起的波动。模型如下:

其中, rt是企业的收益率, pti是第i个风险因素的收益率, bi代表了对这些因素的敏感程度, 即系数。由于操作风险引起的净收入波动:

σ2=σ2total (1-R2)

假设净收入的波动服从正态分布, 那么根据正态分布的特点, 我们将3.1倍标准差作为操作风险, 这样就包括了99.9%的置信区间。这样基本就可以包括了操作风险引起的未预期损失 (Unexpected Loss) 。

Op Risk=3.1σ

该方法的前提是市场的有效性, 即认为市场风险、信用风险等各种风险因素已经在净收入中表现出来。

(二) 数据选取及变量分析

2005年11月, 中国以建行建元和开元一期为试点的信贷资产证券化项目工作正式拉开了序幕, 建行建元发行有效期从2005.11.10~2037.11.26, 开元一期从2005.12.21~2007.6.30。为了交流和研究的需要, 专家和学者们专门建立了资产证券花网站 (http://www.chinasecuritization.cn) , 里面积累了大量的数据。本文从中选取了建行建元和开元一期受托机构公开报道的财务数据, 这些数据翔实、准确、可靠。

根据CAPM模型对数据的要求, 分别以建行建元和开元一期净收入为被解释变量, 一般来说, 影响净收入的因素是信用风险、市场风险以及操作风险等, 而操作风险的度量大小是除去信用风险和市场风险的剩余值, 因此, 文章转换为研究信用风险和市场风险对净收入的影响关系。在资产证券化项目中, 决定信用风险损失的因素是贷款人违约 (LGD) 或提前偿还贷款 (prepayment) ;决定市场风险损失大小的主要因素是利率变动或二级市场流动性不强以及国家GDP、CPI等。证券化项目的收入来源于资本和利差, 由经验与多次试算, 本文选取影响净收入的变量:违约率、提前偿付率、利差, 本金 (1) 等作为解释变量。因此, 模型的形式为:

Income=a+b1 (capital) +b2 (Loan-Deposit) +b3 (prepayment) +b4 (LGD)

(三) 统计结果

用SPSS软件对上述数据进行回归计算, 分别计算净收入总方差、R-Square.操作风险对应的方差、操作风险对应的标准差, 以及0.1%水平下操作风险的估计值。得出结果如下:

在上表中, 操作风险对应的方差=净收入的方差× (1-R2) , 操作风险对应的标准差为操作风险对应方差的平方根值, 0.1%水平下操作风险的估计值为3.1倍操作风险对应的标准差。

方差分析表中的R-Square值反映了因变量的方差在多大程度上可以被模型所解释, 它的值越接近于1, 说明模型的解释能力越强。在本文的模型中, 能被模型所解释的那部分是由于市场风险和信用风险造成的, 不能被模型解释的方差被认为是由操作风险引起的。在建行建元的结果中, R-Square值为0.859, 说明85.9%的方差可以由模型解释, 即操作风险占到总方差的14.1%。在开元一期的结果中, 回归模型的R-Square值为0.975, 即模型可以解释方差中的97.5%。同时也说明操作风险在总的方差中占到2.5%。在国际上, 业界一般认为操作风险在总风险中占有比例为10%~20%, 本文的实证结果与国际判断基本吻合, 无论是事实, 还是偶然, 至少我们可以断定, 目前中国资产证券化试点项目中存在操作风险。

表1还可以看出, 从操作风险的绝对值看, 开元一期大于建行建元, 但开元一期2005年11月发行证券化贷款额度为41.77亿元, 而建行建元发行额度为30.17亿元。从相对值来看, 开元一期单位资本金的操作风险小于建行建元。

三、实际风险分析

为了更进一步验证上面的统计结果, 我们可以考察实际的情况, 虽然不能取得内部损失数据, 但可以通过公开的信息资料作出判断。从2005年12月至2007年4月, 收集建行建元和开元一期两家受托公司披露的重大诉讼仲裁事项的信息情况, 对他们的经营管理水平有一个直观的了解。下表是截至2007年4月1日建行建元和开元一期的诉讼仲裁对比数据表 (见表2) :

从上表可以看出, 建行建元在2005年至到2007年初, 涉及到诉讼处置18起, 非诉讼处置39起, 而开元一期在这期间没有发生信贷资产中进入法律诉讼程序的情况。但开元在2007年第一期信贷资产支持证券发行收入数额因未能达到最低募集资金额而失败。

对建行建元来讲, 虽然每次报告几乎都有诉讼或非诉讼的司法程序出现, 并且时间越后情况越严重, 但多数是由于信贷资产拖欠、违约等情况, 应该归于信用风险;同时也不排除受托机构或贷款服务机构在运营过程中内部控制不足出现错误产生纠纷、或者资产选择的失误等, 这部分损失属于操作风险。

在上面的结果中, 我们惊讶地发现:开元一期在本文考察的时间段内没有发生一起诉讼或非诉讼的司法案件。难道真是开元的经营管理无可挑剔吗?通过对比, 建元的基础资产是15 162笔住房抵押贷款, 开元是由51笔涉及电力、电信、铁路、石油、采矿等行业的资产组成, 与建元相比, 开元基础资产优良、管理难度小, 因而经营管理中的操作风险小, 而这一基本事实能够在CAPM模型的定量分析中反应出来, 说明了模型的运用有其合理与可信的一面。

开元2007年发行的失败客观上归咎于市场因素, 发行时, 中国资本市场利空消息不断涌现, 已发行债券产品流动性不佳, 但主观上也反应了人员的操作失误:选择时机不成熟, 选择对象不合适, 产品设计不合理等等, 与操作风险有关。

结论

经过上面的统计分析, 我们可以得出以下几点结论: (1) 资产证券化的操作风险可以使用CAPM模型进行度量。尽管其结果可能不太准确, 但是仍然可以从结果中对证券化业务操作风险的数量有一个大致的了解。因为它毕竟给了操作风险一个可以衡量的工具。可以使用它来帮助监管机构或者投资者评估金融机构的操作风险管理水平;证券化机构也可以使用它来改善内部控制机制、提高管理水平。 (2) 以收入为被解释变量的模型可以在某种程度上反映操作风险值的大小。通过实证研究, 从2005年12月至2007年4月, 中国资产证券化试点项目所产生的操作风险在合理范围内。目前, 开元一期的操作风险小于建行建元。 (3) 损失数据的质量与数量是影响研究结果可靠性的一个重要因素。本文研究中获得的数据历史太短, 并且是公开报道的数据, 排除了内部欺诈、隐瞒的可能, 仅仅反应的是高频率低风险的那一类损失, 在操作风险中只能算是“冰山一角”, 影响了我们对结果可靠性的判断。资产证券化操作风险乃至于对其他金融机构的操作风险量化分析与评估还任重而道远。因此, 为有效地测定操作风险, 金融机构本着对自己负责的理念, 应当收集和积累“实话实说”的内部损失数据, 尽可能地让数据更加完整、更加真实, 为发展由下至上理论模型, 建立更加实用、有效的操作风险度量研究奠定基础。

参考文献

[1]Basle Committee on Banking Supervision.Operational Risk Management.www.bis.org, 1998-09.

[2]樊欣, 杨晓光.操作风险度量:国内两家股份制商业银行的实证分析[J].系统工程, 2004, (5) :44.

[3]盛军.中国国有商业银行操作风险研究:制度归因、实证分析与对策设计[D].上海:同济大学博士学位论文, 2005.

项目定量风险分析 篇3

近年来国内原油需求量不断上升, 中国作为全球第二大原油消费国, 国内商业原油储备库及大型炼油厂发展迅速, 但由于原油具有易燃、易爆、易蒸发及易产生静电的特点, 在生产储存过程中有潜在的事故风险, 因此原油储罐一旦发生泄漏爆炸, 将给厂区及周边社区造成巨大人员伤亡及财产损失。较为典型的事故包括:英国邦斯菲尔德油库火灾事故、大连新港码头油库爆炸事故、中国石油大连石化875 号柴油罐火灾事故等。严重火灾爆炸事故不仅造成巨大人员伤亡及经济损失, 也造成严重的社会影响, 制约石油行业健康发展。因此, 及时开展原油储罐定量风险分析研究, 对提高原油储罐风险管理水平、增强事故控制能力有重要意义。

本文依据定量风险分析相关规范, 结合原油处理厂现场实际情况, 确定典型泄漏场景, 利用定量风险分析软件计算个人风险值及社会风险曲线, 结合ALARP原则从风险的角度出发, 确定原油储罐风险等级, 为原油储罐风险管理提供数据支持, 为定量风险评估在原油储罐泄漏分析方面应用提供技术指导。

定量风险分析技术

定量风险分析方法概述

定量风险分析是对某一设备设施或作业活动中失效概率和失效后果进行量化表示的系统方法。计算典型场景风险水平, 依据相关标准规范分析风险可接受水平, 针对不可接受风险对设备设施设计及现场运行操作提出相应风险削减措施, 将风险维持在可接受水平。

风险评估标准

个人风险值是指因危险化学品重大危险源各种潜在的火灾、爆炸、有毒气体泄漏事故造成区域内某一固定位置人员的个体死亡概率, 即单位时间内 (通常为年) 个体死亡率。社会风险一般指能够引起大于等于N人死亡的事故累积频率 (F) , 也即单位时间内 (通常为年) 的死亡人数。通常用社会风险曲线 (F-N曲线) 表示。

国家安全监管总局颁布《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》 (安全监管总局令第40 号) , 针对危险化学品重大危险源首次明确了国内个人风险和社会风险可接受标准, 危险化学品单位及重大危险源周边重要目标和敏感场所承受的个人风险应满足可容许风险标准要求。危险化学品重大危险源产生的社会风险应符合可容许社会风险标准要求。

典型泄漏场景识别

本文分析的原油储罐为立式金属浮顶罐, 罐壁内径60 m, 罐壁高度19.32 m, 单罐容量5 万m3, 操作压力为常压, 操作温度80℃。罐体设有专门仪器仪表, 用来探测系统运行情况变化 (罐内液位、温度等) 。

依据国际油气生产者协会 (OGP) 制定的风险评估指南及SYT 6714—2008《基于风险检验的基础方法》相关要求, 常压原油储罐典型泄漏场景包括:

1. 从储罐的上侧小孔泄漏6.35 mm (1/4 in) , 中孔泄漏25.4 mm (1 in) 及大孔泄漏101.6 mm (4 in) ;

2. 储罐底内中孔泄漏25.4 mm (1 in) 及大孔泄漏101.6 mm (4 in) ;

3. 罐壁或罐底破裂, 并假定罐底破裂可以造成泄放介质顺畅地流到储罐周围的地面上。

定量风险分析

失效频率计算

针对原油储罐典型泄漏场景失效概率分析, 本文结合原油储罐自身材质、储罐及管道历史泄漏事件资料, 使用Leak软件对原油储罐泄漏频率进行计算分析。

Leak软件是用来计算工艺厂区和装置泄漏频率的专业软件, 软件采用了碳氢化合物泄漏的历史失效数据库 (HCRD) , 通过计算得到的泄漏频率可以为后续定量风险分析计算提供基础数据支撑。原油储罐典型泄漏场景失效频率计算结果如表2 所示。

定量风险评估

典型泄漏场景及输入参数根据对原油储罐典型泄漏场景辨识, 设定小孔泄漏、中孔泄漏、大孔泄漏及罐体破裂4 种泄漏场景。罐区所在地实际气象情况包括:年平均气温9.2℃, 最高气温39.8℃, 最低气温-26.3℃ ;相对湿度平均为61% ;年平均风速3.0 m/s, 最大风速20 m/s, 常风向SSW (南西南) , 全年风速大于6 级天数为26 天;年平均气压101.5 k Pa, 年最高气压104.5 k Pa, 年最低气压98.2 k Pa ;平均太阳辐射能0.5 k W/m2。

厂区北侧与西侧各有一处居住区, 厂区内所有生产设施及公用设施均集中布置且与罐区围墙隔离, 位于常年风向上风侧。现场统计厂区及周边人口数据汇总如表3 所示。

考虑点火源特性、典型泄漏场景及点火源可能处于可燃气体云团内概率, 点火源延迟点火概率可用以下公式计算:

式中P (t) 为0 ~ t时间内发生点火的概率;Present为当蒸气云经过时, 点火源存在的概率;ω为点火效率 (s-1) ;t为时间 (s) 。

经统计分析可知, 厂区周围不同点火源点火概率如表4 所示。

定量风险分析结果根据原油储罐典型泄漏场景失效概率、储罐所在地气象资料、人口数据及点火概率综合计算单个原油储罐泄漏个人风险等高线及社会风险曲线。

个人风险及社会风险分析依据个人风险和社会风险标准值, 风险分析结果如下。

一是, 1×10-6个人风险等高线主要集中在罐区范围内, 部分曲线超出界区, 存在安全隐患, 需采取相应措施降低其个人风险值。厂区其他区域及村庄A大部分区域个人风险等高线低于1×10-7, 已达到国家规范要求。

二是, 原油储罐泄漏社会风险曲线介于社会风险曲线范围内, 不存在不可接受风险。依据ALARP原则, 综合考虑事故影响范围及生产安全需要, 制定可行风险控制措施, 尽可能降低社会风险。

建议措施针对原油储罐典型泄漏场景下, 1×10-6个人风险等高线部分超出界区, 造成村庄部分区域个人风险值不满足国家规范要求, 且典型泄漏影响范围及后果事后控制措施相对不足, 建议厂区对泄漏风险实施预先控制, 考虑通过采取以下措施降低泄漏事故发生概率或控制事故后果, 以便在发生泄漏事故时, 个人风险值及社会风险值达到国家规范要求。

一是, 预防与控制原油储罐泄漏事故发生。依据储罐及管道泄漏事故统计, 加强对罐体及管道薄弱点检测, 定期开展罐底、罐壁及管道腐蚀检测、储罐及管道地基沉降检测工作, 防止由于腐蚀及地基沉降造成的管线穿孔或破裂。严格控制点火源, 装置区内禁止携带火种, 现场动火作业须按照工作许可制度执行, 作业期间要进行可燃气体检测等现场保护措施。

二是, 针对典型泄漏工况, 制定原油储罐泄漏及火灾爆炸现场处置方案及堵漏方案, 开展消防系统及探测系统评估, 提高罐区探测报警系统有效性, 改善厂区消防系统灭火控制能力。

结论

本文应用泄漏频率分析软件Leak及定量风险分析软件Phast Risk对原油储罐典型泄漏场景进行定量风险分析, 确定个人风险值及社会风险曲线, 提出了降低储罐风险建议措施, 为企业风险管理提供量化技术支撑。

项目定量风险分析 篇4

氯气广泛应用于氯碱工业、造纸业及医院、自来水的消毒等行业。为了方便储运,通常将氯气在常温下加压成液态。与气态相比,液氯一旦发生泄漏,可能造成更大的人员伤亡和经济损失,后果严重。如在2004年4月16日,重庆天原化工总厂发生氯气泄漏爆炸事故,造成9人死亡,3人受伤,周围15余万人紧急疏散;2005年“3·29”京沪高速淮安段液氯泄漏特大事故造成29人中毒死亡,大片农田被污染,组织疏散村民群众1万多人。

液氯储罐在储存和运输过程中,由于安全阀失效、机械损伤(包括罐体材料缺陷,材料疲劳,腐蚀以及边角、焊缝处的失效与强度降低)、热应力、压应力、操作不当等因素作用,可能造成罐体出现不同程度的破裂,在不同的环境下会引发不同形式的灾害。在化工过程定量风险评价中,事故情景是最有效而且广泛使用的概念之一[1,2,3],对液氯泄漏进行事故情景分析的主要目的在于评估液氯泄漏事故的危险性,判定各种事故情景对人体和周围设施的破坏强度和影响范围,提出防止和减轻事故危害的方法,将事故的损失降低到最低水平,这将有助于寻找更适合和更有效的风险预防、管理策略。

2 液氯泄漏危险性分析

液氯是一种非常容易气化的危险品,挥发后的氯气为黄绿色有强烈刺激性气味的有毒气体,本身不会燃烧,但可以助燃。一旦发生泄漏,通常由高处向低处流动,沉于空气的底层,顺风沿地面扩散,从而加剧对地面人群、动植物或其它器物的危害。据计算1 吨液氯可以污染高10m、方圆10km2的空气,污染半径3.16km,如果在3 级以上的风中,氯气的扩散速度会更快,1吨氯气的顺风污染距离将达到8km 以上[4]。氯气的理化性质见表1,危险浓度(体积分数)见表2。

注:CAS:7782-50-5 2.3类有毒气体

氯气会与植物细胞中的水分子结合,形成盐酸和次氯酸[5]。高浓度氯气对植物组织起烧伤性破坏作用,出现枝叶干枯和烧灼斑。低浓度氯气破坏植物叶片的叶绿素,使其退绿或出现白色斑点,从而降低了光合作用和生化过程。

3 液氯泄漏定量风险评价

3.1 事故情景定量风险评价

事故情景[3]是对预期情形的描述,它包含单独事件和复合事件。预期的情景并不是一定会发生,但可以根据合理的方法推断其有发生的可能性。事故情景既不是特定的情形也不是特定的事件,而是对一系列可能事件或情形的综合描述。事故情景分析是进行风险评价的基础,它会指出可能发生的事故,以便采取有效的方法和措施阻止事故的发生或是将事故的损失降到最低的水平。

事故情景定量风险评价程序如图1所示。首先依据操作数据、失效历史、化学品特性和环境参数等进行危险辨识[7],提出所分析单元所有可能发生的事故情景。第二步,通过数学模型进行损失半径的计算,比如,由于火球引起的爆炸情形,可以通过沸腾液体膨胀蒸气爆炸(BLEVE),蒸气云爆炸(VCE)等模型进行计算。接下来是估计每个事故情景发生的可能性,可以运用工业部门的专门数据(如过程单元的各元件故障率)、文献中可查询到的数据和故障树分析等。

一旦获得事故情景的损失半径和可能性,运用特定地点的信息,如人口密度、环境参数等,就可以评估事故情景风险指数。

本文的研究对象是液氯泄漏事故,只考虑气体毒性的影响,事故情景的风险指数RS2按式(1)-(3)进行计算。

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RS2=(E22+H22)1/2 (3)

式中:RS2—事故情景风险指数;H2—人员损失;E2—环境影响;r—损坏半径; f—事故频率,yr-1; h—生态系统脆弱性因子,它是r的函数,图2,; d—致死率,它是r的函数; p—人员密度,m-2; Ud—不可承受环境影响面积,m2·yr-1;Uf—不可承受死亡率,yr-1;θ —烟羽角度。

3.2 液氯泄漏事故情景定量风险评价

3.2.1 提出事故情景

根据液氯存储单元的操作数据、失效历史、氯气理化参数及专家的意见等对过程单元进行危险辨识,了解什么将会导致危险的出现。危险辨识包括调查所有可能引发事故的潜在因素,还要进一步分析这些因素的出现可能是由哪些具体条件综合导致的。对液氯运输储罐装置(情景参数设定见表4)进行危险辨识,典型的事故情景[11]见表3。

3.2.2 液氯事故情景的概率分析

液氯泄漏事故情景1、情景2和情景3的概率采用文献统计数据[11]。

3.2.3 液氯事故情景后果分析

在液氯泄漏中,主要考虑气体毒性对周围人员与环境的影响,利用式(4)对氯气泄漏进行气体扩散浓度分布计算,利用概率函数与概率方程[9]确立浓度与致死率的关系。

连续泄漏扩散方程(Pascal-Gifford)[9]:

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式中:〈C〉(x,y,z)—平均浓度;σx,σy,σz—x, y, z方向的扩散系数;G—连续泄漏速率;u—风速;y—横风向的距离;z—离地面的距离;H—烟羽的有效高度。

概率方程:

Y=a+bln(Cntc) (5)

式中: a, b, n-取决于毒物性质的常数,氯气的为[10]:a=-8.29, b=0.92, n=2;C—接触毒物的浓度(ppm);t—接触毒物的时间(min)。

3.2.4 液氯事故情景风险指数RS的计算

根据事故情景的概率分析及后果分析,用式(1)～(3)计算事故情景风险指数RS。

3.2.5 结果与讨论

本文利用事故情景分析的方法对液氯泄漏事故情景进行风险指数的计算,结果在表5中列出。风险指数RS2的值由H2和E2两部分组成。情景1具有最高风险指数值,其次是情景2和情景3。相对于情景1(164m)和情景2(47m)的伤害半径,情景3(175m)的伤害半径最大,但是情景3的发生频率很低,它并不是风险指数最高的事故情景。表5中分别列出了三个事故情景的E2,它们的值都处于10-5～10-3之间,对RS2的影响可以忽略,这是由于本文在进行后果分析时采用致命率为1的气体扩散浓度的半径作为伤害半径。致命率为1条件下毒气的伤害半径一般相对较小[3],在半径内毒气对环境的影响作用很小。在计算事故情景风险值的基础上,情景1被识别为具有最高风险的事故情景,有必要对其进行进一步后果分析,该情景的后果分析如图3所示,在离储罐周围半径大约333m的区域内存在很高的死亡危险(致死率50%)。

4 结束语

本文概述了液氯泄漏的危险性,利用事故情景风险指数方程,通过对液氯泄漏事故情景进行定量风险评价,指出事故情景1的风险最大,并对该情景进行了详细的后果分析,得出半数致死浓度(LC50)的危害半径。

需要指出的是,由于液氯泄漏的复杂性,随机性和不确定性,都会导致事故后果分析的中采用的数学模型以及模拟计算的偏差,参数的设定也会影响到结果的准确性,在实际应用中还需要结合当时具体的环境和条件加以分析。

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项目定量风险分析 篇5

液化天然气 (Liquefied Natural Gas, 简称LNG) 具有无色无味、无毒、无腐蚀性的特点, 大力发展天然气产业符合国家能源战略, “十二五”规划指出2030年天然气将占到一次能源的10%[1]。航运业每年消耗20亿桶燃油, 排放超过12亿吨CO2, 占全球总排放量的6%[2], LNG替代原有船舶动力技术问题亟待解决。欧洲国家在LNG燃料动力船舶方面走在世界前列, 2000年, 世界首艘以LNG为燃料的渡轮完工并投入运营, 与此同时, DNV率先出台了全球首个LNG用作船舶燃油的规范[3]。然而我国在天然气开发利用方面起步较晚, 内河船舶LNG燃料动力改造和应用尚处于探索阶段。交通运输部发布的《“十二五”水运节能减排总体推进实施方案》提出逐步增加节能减排技术应用试点并推广项目, 把“低能耗, 低物耗, 低排放, 低污染”的内河航运建设作为重大课题。我国于2010年推进内河柴油—LNG双燃料动力船舶在长江水域的改造试点, 芜湖某试点船作为典型改造船舶于今年4月份获得验证证书, 但仍然存在违章改动管路等问题, 且由于LNG具有易燃、易爆的特性, 有很大的安全隐患[4], 对LNG燃料动力船舶的定量安全分析至关重要。

1 LNG泄漏及事故情景分析

1.1 危险事件致因分析

LNG的主要成分为甲烷, 而甲烷气体的危险特性有燃烧性, 易燃;闪点 (℃) :-188;爆炸下限 (%) :5.3;引燃温度 (℃) :538;爆炸上限 (%) 15;最小点火能 (m J) :0.28;与空气混合能形成爆炸性混合物, 遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。因此天然气泄漏属于一种比较严重的事故, 一旦泄漏 (液态的迅速挥发成气态) , 遇空气形成混合物, 就有可能发生火灾爆炸事故, 能对LNG设备造成进一步的损坏, 扩大事故的严重性。

1.1.1 LNG泄漏分析

LNG储罐系统泄漏分为三大部分:储罐泄漏、管道泄漏和阀门等附件泄漏。LNG储罐及管道可能因为表面裂纹、破损、穿孔等原因造成泄漏, 而阀门、法兰、接头和容器与管道的连接处等, 是LNG最容易产生泄漏的地方。造成泄漏的主要原因包括如下几方面:

(1) 设计缺陷。如储罐、管道材质与壁厚的选用、计算等不符合标准要求。

(2) 加工、施工缺陷。如储罐、管道在加工、安装等时, 由于技术或经验不足, 加之施工质量监督不力, 造成储罐、管道损伤等。

(3) 腐蚀因素。包括由于气体质量不符合气质标准等造成的内腐蚀及海水浸满等腐蚀。

(4) 运行维护不当。如超压运行、误操作等。

(5) 船舶在运行过程与其他船只、固定设施等其他设施发生碰撞, 造成罐体及管道破裂。

1.1.2 点火源分析

LNG燃料动力船中的点火源主要包括如下类型:

(1) 船上吸烟。燃烧着的烟头表面温度为200-300℃, 中心温度高达700-800℃, 远高于天然气的自然点, 打火机、火柴点火时散发的能量也大大超过天然气的最小点燃能量。

(2) 静电放电。LNG燃料动力船由于流动和受扰动、冲击, 易产生和积聚静电荷, 作业人员等着装不当也会带来静电, 当静电积累到一定电位会发生放点并出现火花;

(3) 电火花和电弧。电器设备故障产生电火花、电弧或表面高温时, 温度可高达3000℃以上。

(4) 金属甲板机械摩擦以及船体遭到撞击产生火花;

(5) LNG燃料动力船舶及泊位附近水域的其他船只上生活设施用火或排烟口夹带火焰。

1.2 事故情景分析

对于化学危险品事故泄漏模式主要包括两种情况:瞬时泄漏和连续泄漏。影响泄漏源源强的主要因素是泄漏口的尺寸和形状[5], 准确定义泄漏口的尺寸和形状对于计算事故后果的影响范围、确定事故发生的概率很重要。典型的泄漏尺寸通常分为小型、中型、大型及特大型几个等级。世界银行提供的评价方法中推荐选择管路的20%和100%破裂为典型的泄漏尺寸。

依据上述泄漏模式和泄漏场景, 结合LNG的危险特性以及LNG燃料动力船舶的储存、气化、混气等过程的操作条件、物质状态分析。LNG一旦发生泄漏, 若温差较大会瞬间汽化, 其余部分会在低洼地方形成液池, 池内液体发生初始闪蒸汽化, 瞬时产生大量蒸汽。蒸汽云内的物质难以在短时间内自发均匀分布, 其分布特性由泄漏量、泄漏速度及泄漏地点等因素确定。当其体积比在爆炸极限 (5%-15%) 以内并遇点火源时, 会发生闪火或发生蒸汽云爆炸事故。若泄漏量相对很大, LNG没有蒸发完全, 蒸汽云处于液池上方, 便有可能迅速向液池回火燃烧, 形成池火火灾。

2 定量风险分析

风险的大小表征为事故后果和的事故发生频率乘积[6], 因此定量风险评价主要由事故后果分析和事故频率分析两部分组成。

2.1 事故后果模型

2.1.1 液相泄漏速率的确定

泄漏速率取决于容器内部的压力、液压头以及孔的大小。液体泄漏速率可以采用柏努力方程计算:

式中, Q是液体泄漏速率 (kg/s) , Cd是无量纲泄漏系数, (是液体密度 (kg/m3) , A是泄漏孔面积 (m2) , P是罐压 (Pa) , P0是大气压力 (Pa) , g是引力常数 (9.8m/s2) , h是液压高度 (m) 。

发生泄漏的设备及管道的裂口往往是不规则的, 对于管道及设备接口等的全管径破裂, 泄漏时的压力降较小, Cd的典型取值为0.8[7]。对于选定的代表性泄漏孔径, 通常是不规则裂口, 泄漏时的压力降较大, 需采用等效圆尺寸代替。以此为基础, 确定危险源的代表性泄漏孔径的液相泄漏速率。

2.1.2 气相泄漏速率的确定

气相泄漏根据气体流动状态的不同, 可分别用临界流 (最大出口速度等于声速) 或亚临界流来描述[8]。判断准则:式 (2) 成立时属音速流动;式 (3) 成立时属亚音速流动。

式中, P0为环境大气压力 (Pa) , P为容器压力 (Pa) , k为气体的绝热指数, 即定压比热CP和定容比热Cv之比。

临界流的质量泄漏速率可按式 (4) 计算:

气体呈亚音速流动时, 其泄漏速率按式 (5) 计算:

式中, Q是气体泄漏速率 (kg/s) , Cd为气体泄漏系数, A为裂口面积 (m2) , M是气体相对分子质量, R是普适气体常数, T是气体的储存温度 (K) , Y为气体膨胀因子, 可按式 (6) 计算。

2.1.3 气体扩散计算模型

对于可燃气体在空气中扩散能否发生蒸气云爆炸 (VCE) , 需要计算其扩散后能否存在爆炸极限浓度的云团。对于连续泄漏, 给定位置的气体浓度用式 (7) 计算:

式中, c (x, y, z) 为连续排放时, 给定地点 (x, y, z) 的浓度 (mg/m3) ;Q为连续排放的物料流量 (mg/s) ;u为平均风速 (m/s) ;x为下风向距离 (m) ;y为横风向距离 (m) ;z为离地面的距离 (m) ;σy, σz为y, z方向的扩散系数。

2.1.4 蒸气云爆炸的冲击波超压计算模型

蒸气云爆炸的超压使用TNT当量法[9]进行计算。TNT当量可用式 (8) 估算:

式中, A为蒸气云的TNT当量系数, 取值范围0.02%-14.9%, 这个范围的中值是3%-4%, 取4%;WTNT为蒸气云的TNT当量, kg;Wf为蒸气云中燃料的总质量, kg;Qf为燃料的燃烧热, MJ/kg;QTNT为TNT的爆热, 4.12-4.69 MJ/kg, 取4520 k J/kg。

蒸气云爆炸的死亡半径按式 (9) 计算:

2.1.5 池火热辐射计算模型

火灾通过热辐射方式影响周围环境, 当火灾产生的热辐射强度足够大时, 可使周围的物体燃烧或变形, 强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等[10]。普遍认为入射通量为37.5 (W/m2) 1%死亡 (10s) , 25 (W/m2) 时重度烧伤 (10s) 或100%死亡 (1min) 。

液池燃烧的总热辐射通量可按式 (10) 计算:

式中, Q为总热辐射通量W;r为液池半径, m;h为火焰高度, m;dm/dt为燃烧速度, kg/s;η为效率因子, 可取0.13-0.35;Hc为液体燃烧热, J/kg。

距离池中心某一距离 (r) 处的入射热辐射强度为:

式中, q为热辐射强度, W/m2;Q为总热辐射通量, W;为辐射率, 此处取1.0;r为目标点到液池中心距离。

2.2 个人风险计算

定量风险分析以量化的个人风险作为决策依据, 在风险评价尤其是石化领域的风险评价方面有广泛应用。所谓个人风险[10] (individual risk) 是指在某一特定位置长期生活的未采取任何防护措施的人员遭受特定危害的频率, 对于区域内的任一危险源, 其在区域内某一空间地理坐标为 (x, y) 处产生的个人风险可由式 (12) 计算:

式中选取的各参数来自文献[12]《石化装置定量风险评估指南》, 其中:R (x, y) 为危险源在位置 (x, y) 处产生的个人风险;Fs, o为第s个容器设备泄漏事件发生的原始频率, 本计算选择典型设备失效模式, 具体数据见表1;FE为设备修正系数, 取值见文献[11];FM为安全管理、人员修正系数, 取值见文献[11];Pw为气象条件概率, 取值见文献[11];Pi为点火源的点火概率, 此处取0.09;Vs (x, y) 为第s个事故情景在位置 (x, y) 处引起个体死亡的概率, S为容器设备泄漏事件的个数, 具体由2.1中各模型计算得到;W为气象条件的个数;I为点火源的个数。

考虑到自然环境复杂, 气象的多样性, 采用较为理想的条件模拟长江内河气象进行计算。拟时间为白天, 大气稳定度较为稳定的状况。其中大气湍流程度为D级, 太阳辐射等级为2级, 外界温度为20℃, 风速为3m/s, 方向为单一风向, 风速为相对船的航行速度, 芜湖某试点船的航行速度为6kn。依据安监局[40]号令文件中风险标准, 应用中国安全生产科学研究院自行编制的重大危险源区域定量风险评价软件 (V1.0) , 输入所需数据, 即可自动完成个人风险的计算、等值线的追踪和绘制, 见图1。

从图1中可以得出:

(1) 没有出现大于1×10-6的风险等值线, 即也没有出现1×10-5及更高风险区域, 中密度和低密度场所接受此风险范围, 说明改造船体内部的作业人员所面临的风险是可以接受的。

(2) 1×10-6风险等值线超出船体两侧不超过7m, 考虑到水路运输过程中船体距离河道两边高密度场所不可能小于7m, 说明改造船体对周边高密度场所人员所面临的风险是可以接受的。

(3) 3×10-7风险等值线超出船体最远距离不超过20m, 考虑到水路运输过程中船体距离河道两边高敏感或特殊高密度场所不可能小于20m, 说明改造船体对周边高敏感和特殊高密度场所人员所面临的风险是可以接受的。

3 结语

(1) LNG是一种清洁环保的新型燃料, 但其也存在一定危害性, 由制因分析可知, 针对LNG燃料动力船舶的规范设计及操作是十分重要的。船上作业人员, 应当全面熟悉LNG燃料动力船舶的安全知识、操作规程与应急预案, 为LNG燃料动力船舶提供安全保障。

(2) 计算得到各种场所人员面临的风险是可接受的, 说明改用天然气作为船舶燃料后满足安全推荐标准要求。同时, 得到的风险范围图对基于安全的岸边建筑设计和LNG改造船舶航线规划提供了依据。

摘要：近年来航运耗油产生的CO2排放量很大, 发展液化天然气替代原有船舶动力成为需要。在中国天然气开发应用较晚, 试点改造船舶存在安全隐患。分析了危险事件的一般导致原因, 确定危害影响因子对改造船舶的设计和操作有指导作用。基于个人风险, 分析了各类事故发生概率, 选择了合适的后果模型, 考察了长江气象条件, 以芜湖某试点改造船进行了定量风险计算, 得到了个人风险等值线, 确定船体距离河道两边高敏感或特殊高密度场所不应小于20m, 指出改用天然气作为船舶燃料后满足安全推荐标准要求。

关键词：液化天然气,船舶,个人风险,定量风险分析

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项目定量风险分析 篇6

随着全球航运的发展, 船舶排放的污染物已经成为大气环境污染的重要因素。2013年, 全球船舶的NOX和含硫化合物排放总量分别占全球总排放量的30%和20%[1]。根据2008年IMO (国际海事组织) MARPOL (国际船舶防污染公约) 附则VI[2]的规定, 在近海排放控制区船舶排放到2015年尾气SOX含量须小于0.1%, 到2016年NOx的排放须满足NOx Tier3标准[2]。在此背景下, 液化天然气 (LNG) 成为船舶清洁燃料的首选和发展趋势。同常规柴油/重油船用发动机相比, LNG燃料可使排放污染物大大减少, 根据全球第一艘LNG-柴油双燃料动力船“Bit Viking”实际运行数据, 完全使用LNG做燃料时, SOx和颗粒物的排放几乎减少为零, NOx排放减少90%, CO2的排放减少20%~30%[3,4]。

我国内河船舶使用LNG开始于2010年[5], 随着国家对内河环保的高度重视, 未来必将出现大量的LNG燃料船。燃料船的快速发展, 配套的LNG加注设施也需要大量建设, 包括LNG加注船、沿岸陆地站、海上浮动站等[6]。LNG加注船以其工作灵活, 适合我国内河船舶加注, 近两年被社会各界广泛关注。如何保障加注船的安全, 已受到我国海事部门和船运行业的高度重视。研究LNG加注船的安全评价方法, 具有重要意义。

目前, 我国LNG设施安全标准主要的参照美国NFPA-59A标准中提供两种安全评估方法[7]:

1) 预设性的事故后果分析法。根据预设事故场景, 建立数学模型计算事故的后果, 确定安全防火间距。

2) 基于风险的定量风险评价法。通过一系列的标准步骤计算LNG设施的风险, 再和风险可接受标准对比确定安全性。

国际上对陆地加注站采用成熟的计算防火间距的方法进行安全评价。但按计算防火间距评估LNG加注船的安全性, 加注船布置空间有限, 严格按照防火间距将使得加注船的体型过于巨大, 实际工程设计很难满足防火间距要求。基于以上背景, 本文根据国际定量风险评价 (QRA) 的通用理念, 研究适用于我国内河LNG加注船的安全评价方法。

1 LNG加注船QRA方法研究

定量风险评估 (Quantitative Risk Assessment, QRA) 是一种广泛应用的安全评价方法[8]。本文采用的基本评价步骤如图1所示。

LNG船的安全风险主要为火灾事故, 主要危险区域划分如图2所示。火灾事故类型包括储罐火、设备管道喷射火和加注区火灾三类。

1-LNG储罐;2-工艺管道;3-加注工作区域

1.1 加注船各类LNG火灾事故概率分析

为确定加注船各类LNG火灾事故发生概率, 采取事故树分析方法, 如图3所示。

由事故树分析可见, LNG火灾事故的概率Ai可由相应的事件概率Xi来确定, 即式 (1) ~ (3) 。

储罐火:

管道喷射火:

加注区火灾:

我国储罐和管道工艺设备的设计制造均按国际标准, 产品出口到世界各国, 因此设备基础失效概率可参考国际上公开发布的数据统计。参考OGP (国际石油生产者协会) 统计[10], 将储罐失效概率X4取为3.0×10-6, 管道失效概率X6取为3.1×10-5。

LNG加注船储罐的设计制造标准与LNG槽车罐相同, 因此槽车历史事故极具参考价值。通过深圳大鹏液化天然气销售有限公司交流, 对2004到2012年发生的槽车事故进行了统计, 如表1所示。

统计表明, 交通事故中储罐和管道破损发生LNG泄漏的概率分别为0.1和0.5。设某市航运管理部门对境内河段所有船舶事故统计概率为4.0×10-4/船年, 则、该河段LNG加注船运由于事故引起储罐和管道的泄漏概率分别为X5=4.0×10-5、X7=2.0×10-4。

根据油气加注设施的运行经验, 加注过程泄漏也是发生频率较高的事故类型, 其发生概率X8可取为3.0×10-3, 该概率参考国际海事组织对LNG运输船装卸货事故的统计[11]。

LNG被点燃的概率X1、X2、X3综合参考文献[11-12]取为0.24。综上可获得LNG加注船各种类型火灾的概率A1、A2、A3分别为1.0×10-5、5.5×10-5、7.0×10-4。

1.2 LNG火灾热辐射模型

对于LNG加注船, 其LNG储罐一般采用卧式储罐, 储罐区火灾平面形状一般为矩形。对于矩形固体火焰, 特别当长宽比较大时, 使用圆形固体火焰辐射模型会有较大误差。因此在计算矩形火灾热辐射时, 将长宽比为N方形火焰看成由N个当量面积的圆形固体火焰源, 辐射场内某点A的热辐射值为所有当量圆形火源辐射叠加, 如图4所示。

引入遮挡系数对NFPA-59A推荐的LNG固体火焰模型[14]修正后, 某点A实际热辐射强度qA由式 (4) 计算:

其中:ki为遮挡系数, Ei为表面辐射力, τi为空气投射率, Fi为视角系数。对于每一个圆形固体火焰源的热辐射强度计算, 文献[13]提供了具体计算模型, 并对该计算模型的准确性和可靠性进行了验证。

采用上述模型计算, 对于10m宽, 长宽比N分别为1、3、5的矩形火焰, 其辐射值与距离的关系如图5所示。由计算结果可见矩形火焰的长轴方向和短轴方向的热辐射强度有所不同。在距火焰中心较近处, 长轴方向辐射强度大于短轴方向;而在较远处, 短轴方向的辐射强度则大于长轴方向。这是由于在离火焰中心较近处, 各固体火焰源的相互遮挡效应较大导致的。

对于带压LNG工艺管道, 火灾事故一般为喷射火, 其计算可采用文献[14]中推荐的喷射火模型。

1.3 热辐射人体伤害概率模型

LNG火灾事故热辐射对人员伤害一般由死亡率表征。当处于危险区域内的人以某一速度向安全辐射值处逃散时, 期间内承受的总热辐射剂量Q是对人造成死亡的根本因素。热辐射强度安全值设为地面太阳辐射强度1 k W/m2。人在逃生过程中, 离火焰中心越远辐射越弱, 所受总热辐射剂量由下式计算:

其中:q0为人员初始位置热辐射通量, qs为离火焰中心s处的热辐射通量, L为1kw/m2热辐射与火焰中心的距离, x0为初始距火焰中心距离, tr为人的反应时间, u为人奔跑的速度。为方便统计和计算, 将辐射剂量转化为概率单位Pr[15], 如式 (6) :

概率单位Pr与死亡率的对应关系如表2所示[15]。

1.4 风险值确定

依据火灾事故概率和事故危害 (事故造成的人员死亡率, 可定量确定事故的风险值, 进行QRA评价。风险评价结果分为个人风险和社会风险两类。

1.4.1 个人风险

个人风险为所有潜在的事故对某一位置点 (x, y) 的无防护措施个人死亡发生的年概率。由式 (7) 计算:

其中, R (x, y) 为位置 (x, y) 处的个人风险;ft为第t个事故情景发生的概率;Vt (x, y) 为第t个事故在位置 (x, y) 处引起个体死亡的概率;N表示事故数量。

我国内河LNG加注船的个人风险可接受准则可参考IMO海上安全委员会推荐的SAFEDOR准则, 如表3所示[11]。

根据事故发生概率、事故后果和后果伤害模型, 计算得出船员个人风险计算结果如图6所示。

根据图6计算结果, LNG加注船的最高风险为7.0×10-4。同表3的SAFEDOR准则对比, 风险落于ALARP区间, 需要采取必要的风险缓解措施。

1.4.2 社会风险

社会风险用累积频率 (F) 和死亡人数 (N) 双对数坐标曲线图F-N表示, 描述可能受到灾难性事件影响的人数。我国LNG加注船的社会风险F-N图可参考IMO海上安全委员会2007年通过的“LNG运输船安全评价指南”[16]。

LNG加注船在加注过程中恰好发生储罐破裂或者设备腐蚀失效造成LNG泄漏的可能性极低。因此加注船社会风险只考虑发生概率高误操作引起的事故。根据个人风险计算结果, 加注船对周边区域影响结果如表4。

将区域风险用F-N曲线图表示如图7所示。

F-N曲线表明, 加注船社会风险落于“ALARP”区间, 需要采取一些必要的风险缓解措施。如:设置紧急切断阀, 工作人员穿戴专用工作服等。

2 预设事故防火间距对比分析

根据NFPA-59A的预设场景火灾事故防火间距确定方法, 对LNG加注船储罐围堰池火事故场景进行计算, 获得热辐射值结果示于图8。对于外部设施允许热辐射强度[7]及到围堰上下边缘的防火间距和对于内部设施允许热辐射强度[7]及到围堰左右边缘的防火间距分别列于表5和表6。

根据以上计算结果, 对外部须划定5k W/m2的热辐射值作为安全区域范围, 其安全距离为52m, 对内部至少需要将船身增加37m, 显然在实际工程应用中无法满足, 只能人为地缩短防火间距。因此, NFPA-59A预设性计算防火间距的方法较难适用于我国LNG内河加注船的安全评价。而根据QRA评价结果, 其可控制风险范围要远小于预设性分析的防火间距要求, 可以通过适当的安全措施将风险控制在可接受的范围之内。因此采用QRA评价方法更适合我国LNG船的实际工程应用。

4 结语

论文研究了QRA在我国LNG加注船的应用方式, 得到相关火灾事故概率和事故后果的定量数据和计算方法, 并确定了个人风险和社会风险, 定量给出了风险控制范围和评价结果, 为新兴LNG船得安全分析和评价提供了可行的思路和方法。同时指出常规应用于岸上设施的NFPA-59A预设性火灾热辐射计算确定防火安全间距难以符合船舶设计所要求空间限制。相比较QRA方法更适合我国LNG船的工程实际应用。

摘要：液化天然气 (LNG) 加注船是一种为LNG动力船提供燃料的新型船舶, 国内目前尚处于起步阶段, 缺乏相关安全标准和规范。采用国际定量风险评价 (QRA) 的通用理念, 研究适用于我国LNG加注船的安全评价方法, 提出具体实施步骤和依据准则, 并以国内某LNG加注船作为实例分析说明。建立加注船LNG火灾事故树, 确定相关火灾事故概率;研究适合加注船火灾事故后果的方形火焰模型, 以及LNG火灾热辐射对人体伤害的计算方法;参考国际海事组织 (IMO) 的风险准则, 确定LNG加注船个人风险和社会风险;最后与按NFPA-59A计算的防火间距作对比分析。通过计算, 例中加注船的风险位于须采取相关安全措施的ALARP区域, 风险控制区域半径20m。若按NFPA-59A要求计算防火间距, 该加注船对外部须划定半径52m区域作为安全区域, 且须将船身增长37m以满足内部防火要求, 在实际工程中无法实现, 相比较QRA方法更适合我国LNG加注船的安全评价工作。

项目定量风险分析 篇7

伴随着社会对LNG需求的不断增长,LNG接收站的储存规模及储罐均呈现大型化的趋势。同时,由于LNG具有低温、易挥发、易燃、易爆的特点,LNG接收站的安全问题随之突显,尤其是大型LNG储罐聚集的储罐区,一旦泄漏,将造成站场及周边区域人员伤亡和财产损失。因此,对大型LNG储罐区潜在主要风险进行定量风险分析,依据风险分析结果提出经济、合理并且有效的措施,对LNG接收站及周边区域的安全具有重大意义。

1 定量风险分析

1.1 方法概述

定量风险分析是采用系统的风险分析识别危险性设施潜在的危险,定量描述事故发生的可能性和后果,计算风险水平,分析风险的可接受性,对企业设施的设计和运行操作进行修改和完善,有效减少重大危险产生的影响[1,2]。风险最常用的表现形式主要包括个体风险和社会风险。个体风险常用风险等值线图表征;社会风险通常F/N曲线(累积频率/死亡人数曲线)表示[3]。

1.2 风险评估标准

1.2.1 个人风险标准

我国目前尚没有权威部门制定的个人风险标准,世界各地不同权威部门制定的个人风险标准见表1。

我国化工系统个人死亡概率在2004年前其数量级是10-6,之后上升为10-5[5];中国石油2008年度企业社会责任报告中显示该企业2004-2008年近5年来的平均死亡率为2.4×10-5;中国石化2008年度企业社会责任报告显示该企业全年事故死亡率为1.1×10-5[4]。国外权威部门推荐的个人风险最大可接受值除了英国健康安全局针对现存危险工业推荐的10-4,其余都低于1×10-5。因此,结合国内统计数据和国外制定标准,建议我国新建LNG接收站最大可接受风险为1×10-5,可忽略风险为1×10-8,而10-8-10-5之间的人员风险应使用ALARP原则,即在合理的可行的情况下尽可能越低越好。结果如表2所示。

1.2.2 社会风险标准

我国目前没有权威部门制定社会风险标准,因此借鉴国外的社会风险标准进行分析。表3为国际地区的社会风险可接受标准。

对各国标准进行比较,以最严格的标准作为LNG接收站的社会风险标准。结合风险上下限和斜率水平进行比较,荷兰标准最为严格。因此,选取荷兰标准作为LNG接收站的社会风险标准,见图1。

1.3 风险识别方法

在对风险进行识别时,采用风险评价指数(RAC)矩阵法,对潜在风险进行分级,在进一步的分析时排除小的风险,重大的事故风险采用QRA加以分析。表4为事故危险等级表。

注:Ⅰ—可能引起人员死亡或设备损伤;Ⅱ—可能引起人员严重受伤、严重职业病或严重财产损失;Ⅲ—可能引起人员轻度受伤、轻度职业病导致几个工作日的损失或轻度财产损失;Ⅳ—可能不会引起人员安全和健康问题,少于一个工作日的损失;A—频繁发生;B—在寿命期内出现若干次;C—在寿命期内有时可能发生;D—在寿命期内不易发生,但有可能发生;E—极不易发生,甚至于可以认为不发生。

表4中的元素为风险评价指数,风险指数从高到低依次排列分别为1、2、3、4,其对应的危险程度依次为:高度危险,不可接受的危险等级;危险较大,不期望发生的危险等级;危险较小,可接受的危险等级;安全的,可接受的危险等级。

2 大型LNG储罐区风险识别

2.1 罐区概述

某大型LNG接收站对LNG储罐区进行规划建设,其中储罐区选用全容式混凝土储罐,该类储罐具有较好的安全、技术经济性能和综合性能[8]。

LNG储罐区布置在接收站的最右侧,与工艺区相邻。LNG储罐区规划建设6个储罐,分两排布置,每排3个储罐;两排储罐中间布置LNG管排,所有储罐输入/输出管线均沿罐壁垂直固定,并与中间管排相连。罐区储罐均为160,000m3,外径为82.4m;LNG卸料输入管线管径为30″(762mm),罐区内长度为421m。LNG储罐的操作条件:操作温度-162℃,操作压力0.025MPa。

2.2 大型LNG储罐区潜在风险

通过对LNG罐区的危险性分析,LNG储罐及储罐区的潜在风险主要包括以下几种情况:

(1)储罐的全面破裂泄漏

导致该类事故发生有如下几种情况:①自然灾害原因(如地震、地质灾害等)引起结构的全面失效,罐体大面积开裂。②储罐保冷层出现大裂隙,保冷失效内压缓慢增高,一切防护措施同时失效,最终内压超过极限,引起罐体大面积开裂。③内罐破裂或者内罐制造存在缺陷(如焊接缺陷等),发生内罐破裂LNG外泄,冻坏混凝土层,进一步撑破外包钢,引发罐体全面失效。根据荷兰CPR出版的紫皮书,发生该类事故的推荐概率为1×10-8y-1[9]。

(2)罐顶全面失效

LNG储罐超压冲顶或是LNG罐顶受到外力的冲击,均可能会造成罐顶全面失效。但LNG储罐操作属于微正压,并且LNG储罐设置有压力报警装置、安全阀、BOG压缩机调节罐内压力;混凝土强度≧25MPa,罐顶能够抵御外部的意外冲击。针对罐顶池火灾的发生概率,全容式金属顶储罐发生概率为5×10-7y-1[10],但是随着大型LNG储罐技术的发展,全容式LNG储罐已由混凝土顶替代了金属顶,罐顶的安全性更高,并且EN1473-2007认为全容式混凝土顶储罐无需考虑罐顶全面失效,即认为该事故并不会发生。对于全容式混凝土顶储罐罐顶失效池火灾,保守认为发生概率为1×10-8 y-1[9]。

(3)储罐附件安全阀泄漏火灾分析

安全阀在事故状态下作为一个潜在的释放源,具有一定的火灾可能性,依据荷兰CPR出版的紫皮书压力释放装置失效概率为2×10-5y-1[9]。但由于其热影响范围十分小,即使发生这种事故,也不会对临近设备造成危害,其事故后果影响为轻度。

(4)LNG输入/输出管线破裂泄漏分析

LNG的输入/输出管线如受到外界的撞击、振动或者是材质的缺陷等,均有可能发生破裂。荷兰CPR出版的紫皮书中对管线的不同失效形式的概率给出了推荐的失效概率值。其中对于管线的失效分为两种情况:一种是管线完全断裂;另一种则是管线泄漏,即泄漏物从有效直径达管线公称直径10%的泄漏口流出,但最大不超过50 mm。对于公称直径大于150mm的管线,完全断裂的概率的是1×10-7m-1y-1,管线泄漏的概率是5×10-7 m-1y-1 [9]。

罐区内卸料管线总长421m,将每一米管线看作一个单元,第i个单元的失效概率为pi,则卸料管线总的失效概率P为:

undefined

由于pi=1×10-7或5×10-7 m-1y-1,失效概率很小,则其多项相乘可以忽略,此时上式可简化成:undefined

完全断裂的概率为1×10-7×421=4.21×10-5 y-1,泄漏的概率为5×10-7×421=2.1×10-4 y-1,由此可以得出管线破裂的可能性远远超过其他类型的事故。

2.3 风险识别结果

首先应用RAC法对安全阀泄漏火灾事故危险进行辨识,事故可能性为C,事故后果为Ⅲ,其危险等级为3,属可接受的风险等级。罐体全面破裂、罐顶全面失效及管线破裂泄漏造成的事故后果较严重,采用PHAST模拟三种事故可能发生的池火灾后果进行预测,用以识别三种风险危险程度,模拟结果见表5。

结合事故的可能性和严重程度,对事故危险等级进行判定,判定结果如表6所示。根据风险识别的原则,选取重大的事故风险进行定量风险分析。所以,选取LNG卸料管线全口径断裂事故场景对LNG储罐区进行定量风险分析。

注:死亡半径、重伤半径、轻伤半径分别指有衣服保护时(20%皮肤裸露)对应的辐射强度为18.42kW/m2、12.20kW/m2、5.36kW/m2[11]。

3 定量风险分析

挪威船级社(DNV)的SAFETI软件是一种多功能定量风险评估的计算软件,可对任何一种石油化工装置可能发生的火灾爆炸事故的影响范围及程度进行计算,并生成图形文件,用于评估个人及社会风险[12]。因此,应用SAFETI软件对该LNG储罐区进行定量风险分析。

3.1 事故情景构成及输入参数

根据风险识别结果选取LNG卸料管线全口径断裂事故进行定量风险分析,该事故情景构成及各种输入参数见表7。

卸料管线速率8000m3/h,LNG密度430kg/m3,其流量为956kg/s,假设泄漏1min,则泄漏量为57360kg。 同时,根据项目所在地的实际情况,选择如下环境数据:①环境温度:20.8°C;②相对湿度:78%;③风速:5m/s; ④大气稳定度:D;⑤太阳能辐

射:1kW/m2;⑥地面粗糙度:0.1m。

3.2 模拟结果

根据LNG储罐区事故场景及概率、环境数据等基本数据,计算LNG储罐区卸料管线全口径断裂池火灾对接收站的风险,个人风险等值线图及社会风险F/N曲线如图2、图3所示。

3.3 结果分析

结合确定的风险标准,风险分析结果如下:

(1)10-6个人风险等值线延伸到配有人员的建筑,如:储罐区、装车区、BOG压缩厂房、气化器区,这部分区域的个人风险水平需要采取有效措施提高。

(2)站内其他区域的个人风险均符合个人风险标准,即储罐区对站内其他区域个人风险在可接受区域内。

(3)10-7风险等值线延伸到接收站外部,但因接收站东西南方向三面环海,在北面600m处有个村庄,该村庄承受储罐区的个人风险低于10-8,即储罐区对站外区域的个人风险在可接受区域内。

(4)储罐区对接收站的社会风险没有达到不可接受区域,处于风险水平的上下限间。根据ALARP原则,考虑风险的成本与效益分析,可以进一步采取降低风险的措施,使风险水平“尽可能低”。

3.4 建议措施

在卸料管线全口径泄漏池火灾事故状态下,根据模拟结果分析得出,10-6个人风险等值线延伸到配有人员的建筑区域,不满足LNG接收站个人风险标准。因此针对该事故状态,必须防止卸料管线全口径泄漏池火灾事故的发生以及提高部分区域的个人风险水平。

第一,预防和控制卸料管线泄漏事故的发生。首先,严格控制LNG的泄漏。定期对LNG管线状况进行检查,防止因腐蚀、意外碰撞等原因造成的管线断裂或穿孔。其次,严格控制点火源,加强安全管理。加强安全检查和监管,严格控制人员携带火种,装置厂区内严禁吸烟;动火作业必须严格按照动火手续办理动火票证,并采取防范措施;加强管理机动车辆,进入生产区及库区必须戴好阻火器等。

第二,提高10-6个人风险等值线延伸到的区域,储罐区、装车区、BOG压缩厂房、气化器区的个人风险水平,建议采取的措施如下:

(1)储罐区内消防水应能够提供保障,同时在储罐附近设置可燃气体探测器,监测LNG是否泄漏。

(2)装车区消防水系统的设置和喷淋强度应能够保障火灾发生时的安全防护;根据LNG接收站的操作经验,停车区域可以停滞5-6辆卡车等待装载;装车站区设置收集池收集意外泄漏的LNG,能够产生覆盖水池1m深的泡沫。

(3)BOG压缩厂房应当考虑通风设计或者采用有效的通风设备,在厂房顶部的适当位置设置可燃气体探测器。

(4)气化器区的开架式气化器附件安装可燃气体探测器,并考虑安装在气化器的顶部位置;消防水系统能够为这个区域提供保障。

4 结论

(1)根据国外权威部门制定的个人风险并结合中国石化行业的实际情况,制定出针对LNG接收站的个人风险标准;同时,借鉴国外制定的社会风险标准,选取最严格的标准作为LNG接收站的社会风险标准。

(2)通过对大型LNG储罐区潜在危险分析,结合事故发生频率及应用PHAST软件模拟的事故后果,应用风险评价指数(RAC)矩阵法,确定储罐区LNG卸料管线的全口径断裂作为事故场景对储罐区进行定量风险分析。

(3)应用DNV的SAFETI软件对储罐区事故进行定量风险分析,通过与确定的风险标准进行比对,储罐区、装车区、BOG压缩厂房、气化器区的个人风险需要提高,并提出了相应的建议措施;储罐区对接收站的社会风险处于可容忍区域,在考虑成本和效益的综合因素下,使风险水平“尽可能低”。

摘要：伴随着LNG接收站储罐区规模的不断增大,对大型LNG储罐区潜在风险进行定量风险分析意义重大。针对大型LNG储罐区定量风险分析,根据国外权威部门制定的风险标准,结合中国石化行业实际情况,制定出适于LNG接收站的个人及社会风险标准;应用风险评价指数(RAC)矩阵法对储罐区潜在风险进行识别,确定对储罐区LNG卸料管线的全口径断裂事故场景进行定量风险分析。在此基础之上,应用挪威DNV的SAFETI软件对储罐区LNG卸料管线全口径断裂进行定量风险分析,得出对接收站的个人及社会风险图表,根据分析结果并提出相应的建议措施,从而为LNG接收站的安全设计提供指导。

关键词：LNG储罐,定量风险,个人风险,社会风险,风险识别

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