石油化工过程安全风险动态评估方法及装置与流程

1.本发明涉及石油化工技术领域，具体地涉及一种石油化工过程安全风险动态评估方法以及一种石油化工过程安全风险动态评估装置。

背景技术：

2.石油化工过程涉及各种有毒、易燃危险介质，是一个连续、动态的过程。石油化工过程中大量的设备设施、组件和安全保护层也都有一定的泄漏或失效频率，且该频率会随着石油化工过程系统的运行而动态变化。另一方面，不同的运行条件，潜在的事故后果损失也不同，且后果损失也会随着运行参数动态变化。当过程特征变量(如压力、温度、液位、流量等)偏离正常运行条件时，称为过程偏差，这些偏差即为事故前兆。在计算石油化工过程总体风险时，除了应考虑正常运行条件下的潜在固有风险，还应考虑过程偏差导致的风险累加。
3.现有的风险评估方法存在的主要问题有：失效频率仅采用的了一套基于失效数据库的固定频率，缺乏考虑具体工厂装置的实际运行条件。事故后果计算没有考虑石油化工过程运行参数的变化。现有的后果损失函数参照质量损失，将所有过程偏差全部等效为经济损失，且考虑了过多的产品质量损失问题。而针对石油化工企业的安全风险，应更多关注人员生命方面的损失。

技术实现要素：

4.本发明实施方式的目的是提供一种石油化工过程安全风险动态评估方法及装置，充分考虑了石油化工过程安全的后果损失。将人员生命损失作为风险评估的后果损失表征方式，更符合石油化工过程安全的关注重点。避免了现有技术因过多考虑质量损失和环境风险等非安全因素而造成的评估目的不明确、不同类结果叠加混乱等问题。将后果损失与动态失效频率相结合，建立了动态风险评估模型，评估方法和结果更符合石油化工过程特点，考虑更全面。
5.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种石油化工过程安全风险动态评估方法，所述方法包括：
6.确定目标石油化工过程中的关键安全变量以及所述关键安全变量的异常事件，根据所述异常事件分析失控后果；
7.根据所述失控后果计算不同事故后果计算场景下的后果损失；
8.分析所述关键安全变量的异常事件的安全保护层，确定不同安全保护层的初始失效概率和后果损失；所述不同事故后果计算场景下的后果损失与不同安全保护层的后果损失一一对应；
9.根据所述不同安全保护层的初始失效概率和历史数据计算异常事件在不同安全保护层的动态发生概率；
10.根据所述不同安全保护层的后果损失和所述动态发生概率，计算是有化工过程安
全动态风险。
11.进一步地，所述根据所述失控后果计算不同事故后果计算场景下的后果损失，包括：
12.根据失控后果识别后果损失类型；
13.根据事故后果计算场景计算预估泄漏量；
14.根据预估泄漏量和设备设施内的物料存量确定最终物料泄漏量；
15.根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失；
16.根据所述潜在生命损失计算后果损失，每一事故后果计算场景对应一个后果损失。不同的事故后果计算场景会产生不同的预估泄漏量，最终会造成的后果损失也不相同，饭事故后果计算场景进行计算使得计算得到的后果损失更准确。
17.进一步地，所述事故后果计算场景包括仪表接管孔泄漏以及不同孔径的设备、工艺管道、泛滥和阀门的孔泄漏；所述根据事故后果计算场景计算预估泄漏量，包括：根据事故后果计算场景对应的孔径计算预估泄漏量。预估泄漏量根据泄漏物料的物态而采用不同的公式进行计算，泄漏量预估更准确。
18.进一步地，所述根据预估泄漏量和设备设施内的物料存量确定最终物料泄漏量，包括：
19.取预估泄漏量和设备设施内的物料存量中的较小值作为最终物料泄漏量qr：
20.qr＝min(q1,q2)；
21.其中，q1为预估泄漏量，q2为设备设施内的物料存量，单位均为kg。取预估泄漏量和设备设施内的物料存量中的较小值作为最终物料泄漏量，有效避免预估泄漏量超出设备设施内的物料存量这种明显误差出现。
22.可选的，所述后果损失类型包括爆炸事故后果，所述潜在生命损失包括爆炸事故潜在生命损失；所述根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失，包括：
23.根据最终物料泄漏量计算物料泄漏后形成的蒸气云体积vc：
[0024][0025]
其中，蒸气云体积单位为m3，ρ为物质在环境温度下的密度，单位为
㎏
/m3，cs为燃料与空气混合物的化学计量浓度，单位为v％；
[0026]
根据所述蒸气云体积计算爆炸超压，获得爆炸超压随距离的变化曲线；
[0027]
根据所述爆炸超压随距离的变化曲线和人员聚集场景的位置计算人员死亡概率：
[0028]
当人员聚集场景位于室外时，人员死亡概率p
exp
为：
[0029]
p
exp
＝0.0212e
0.0768pi
；
[0030]
当人员聚集场景位于室内时，人员死亡概率p
exp
为：
[0031]
[0032]
其中，pi为人员聚集场景所在位置对应的爆炸超压，单位为kpa；p
exp
∈(0,1)；
[0033]
根据所述人员死亡概率和人员聚集场景中的人数计算爆炸事故潜在生命损失pll
explosion
：
[0034]
pll
explosion
＝p
exp
×
ni；
[0035]
其中，ni表示人员聚集场景中的人数。建立了爆炸事故潜在生命损失模型的计算方法，并且根据环境位置不同提供了不同的计算方法，能够准确预估爆炸事故中的潜在生命损失。
[0036]
可选的，所述后果损失类型包括中毒事故后果，所述潜在生命损失包括中毒事故潜在生命损失；所述根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失，包括：
[0037]
根据最终物料泄漏量和人员聚集场景的位置计算物料泄漏后的气体浓度：
[0038]
当人员聚集场景位于室外时，气体浓度为co：
[0039][0040]
其中，c(x,y,z,h)为人员聚集场景的坐标(x，y，z)的浓度，单位为kg/m3；t为泄漏时间，单位为s；u为风速，单位为m/s；σyσz为侧风向和垂直风向的扩散系数，单位为m；h为泄漏有效高度，单位为m；x为下风向距离，单位为m；y为侧风向距离，单位为m；z为垂直风向距离，单位为m；
[0041]
当人员聚集场景位于室内时，气体浓度ci(t)：
[0042]ci
(t)＝c0(1-e-γt
)；
[0043]
其中，ci(t)为在时间t时室内的毒气体浓度，单位为mg/m3或ppm；co为室外的浓度，单位为mg/m3或ppm；γ为每小时换气次数；t为毒性物质到达建筑物后的持续时间，单位为h；
[0044]
根据所述气体浓度计算毒性暴露下的死亡概率单位值p
r毒
：
[0045]
p
r毒
＝a+bln(cn×
t)；
[0046]
其中，a,b,n为描述物质毒性的常数；c为人员所处位置的浓度，对于室外人员为co，对于室内人员则为ci(t)，单位为mg/m3或ppm；t为暴露于毒物环境中的时间，单位为min；
[0047]
根据所述毒性暴露下的死亡概率单位值计算人员死亡概率p
t
：
[0048][0049]
式中，
[0050]
根据所述人员死亡概率和人员聚集场景中的人数计算中毒事故潜在生命损失pll
toxic
：
[0051]
pll
toxic
＝p
t
×
ni；
[0052]
其中，ni表示人员聚集场景中的人数。建立了中毒事故潜在生命损失模型的计算方法，并且根据环境位置不同提供了不同的计算方法，能够准确预估中毒事故中的潜在生
命损失。
[0053]
可选的，所述后果损失类型包括火灾事故后果，所述潜在生命损失包括火灾事故潜在生命损失；所述根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失，包括：
[0054]
根据最终物料泄漏量计算物料燃烧的热辐射通量q
sep
，单位为w/m2：
[0055][0056]
其中，fs为火焰表面的热辐射比例；δhc为燃烧热，单位为kj/kg；af为火焰面积，单位为
㎡
；t为泄漏时间，单位为s；
[0057]
根据所述热辐射通量计算热辐射暴露下的死亡概率单位值p
r热
：
[0058]
p
r热
＝-36.38+2.56ln(q
4/3
×
t)
[0059]
其中，t为暴露时间，单位为s；
[0060]
根据所述热辐射暴露下的死亡概率单位值计算人员死亡概率pf：
[0061][0062]
式中，
[0063]
根据所述人员死亡概率和人员聚集场景中的人数计算火灾事故潜在生命损失pll
fire
：
[0064]
pll
fire
＝pf×
ni；
[0065]
其中，ni表示人员聚集场景中的人数。建立了火灾事故潜在生命损失模型的计算方法，能够准确预估火灾事故中的潜在生命损失。
[0066]
同时给出了爆炸、中毒和火灾三种事故后果损失类型，满足所有火灾事故的安全风险评估。
[0067]
进一步地，所述根据所述潜在生命损失计算后果损失，包括：
[0068]
使用反向beta损失函数iblf根据所述潜在生命损失计算后果损失：
[0069]
iblf(x,t)＝pll{1-c[x(1-x)
(1-t)/t
]
(α-1)
}；
[0070]
式中，c＝[t(1-t)
1-t/t
]
1-α
，x是安全变量，t是安全变量目标值，pll是每个事故场景的潜在生命损失，α是调整与目标值偏离程度的形状参数；
[0071]
形状参数α根据下式确定：
[0072][0073]
其中，m表示异常事件的数量，lm表示第m个异常事件数据时的后果损失；iblf
xm
表示在数据xm时的损失函数值。
[0074]
进一步地，所述根据所述不同安全保护层的初始失效概率和历史数据计算异常事件在不同安全保护层的动态发生概率，包括：
[0075]
根据历史数据计算每个周期内不同安全保护层的似然失效概率
[0076][0077]
其中，n
sj
,n
fj
分别为保护层第j层的累积成功次数和失败次数；
[0078]
采用贝叶斯理论，根据似然失效概率和初始失效概率计算安全保护层的后验失效概率
[0079][0080]
其中，p(xj)表示第j个保护层的初始失效概率；
[0081]
根据所述后验失效概率计算异常事件在安全保护层的动态发生频率fj(t)：
[0082][0083]
其中，k＝1,2,3,4,5，为第k级严重级别的动态发生概率，sbk为与该级别相关的保护层；θ
j,k
＝1，如果k级故障通过保护层j的下分支,即第j级别保护层失效，发生了下一级别危害；θ
j,k
＝0,如果k级故障通过保护层j的上分支，即第j级别保护层有效，成功阻止更高级别的危害。据贝叶斯理论更新和预测的事故发生频率更能真实反映出石油化工过程运行安全状态，还可以实时计算和更新过程风险。
[0084]
进一步地，所述根据所述不同安全保护层的后果损失和所述动态发生概率，计算石油化工过程安全动态风险，包括：
[0085]
通过下式对石油化工过程安全动态风险rj(t)进行计算：
[0086][0087]
其中，n表示安全变量的数量，j表示失效的保护层。将后果损失与动态失效频率相结合，建立了动态风险评估模型，评估方法和结果更符合石油化工过程特点，考虑更全面。
[0088]
本发明第二方面提供一种石油化工过程安全风险动态评估装置，所述装置包括：
[0089]
安全变量分析单元，用于确定目标石油化工过程中的关键安全变量以及所述关键安全变量的异常事件，根据所述异常事件分析失控后果；
[0090]
后果损失计算单元，用于根据所述失控后果计算不同事故后果计算场景下的后果损失；
[0091]
安全保护层分析单元，用于分析所述关键安全变量的异常事件的安全保护层，确定不同安全保护层的初始失效概率和后果损失；所述不同事故后果计算场景下的后果损失与不同安全保护层的后果损失一一对应；
[0092]
动态发生概率计算单元，用于根据所述不同安全保护层的初始失效概率和历史数
据计算异常事件在不同安全保护层的动态发生概率；以及
[0093]
安全动态风险计算单元，用于根据所述不同安全保护层的后果损失和所述动态发生概率，计算石油化工过程安全动态风险。
[0094]
进一步地，所述后果损失计算单元包括：
[0095]
损失类型分析模块，用于根据失控后果识别后果损失类型；
[0096]
预估泄漏量计算模块，用于根据事故后果计算场景计算预估泄漏量；
[0097]
最终物料泄漏量计算模块，用于根据预估泄漏量和设备设施内的物料存量确定最终物料泄漏量；
[0098]
潜在生命损失计算模块，用于根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失；以及
[0099]
后果损失计算模块，用于根据所述潜在生命损失计算后果损失，每一事故后果计算场景对应一个后果损失。不同的事故后果计算场景会产生不同的预估泄漏量，最终会造成的后果损失也不相同，饭事故后果计算场景进行计算使得计算得到的后果损失更准确。
[0100]
可选的，所述潜在生命损失计算模块包括爆炸事故潜在生命损失计算模块、中毒事故潜在生命损失计算模块和火灾事故潜在生命损失计算模块。同时给出了爆炸、中毒和火灾三种事故后果损失类型的计算模块，满足所有火灾事故的安全风险评估。可以根据石油化工过程进行随机组合，满足不同的应用环境的需求。
[0101]
进一步地，所述动态发生概率计算单元，包括：
[0102]
似然失效概率计算模块，用于根据历史数据计算每个周期内不同安全保护层的似然失效概率；
[0103]
后验失效概率计算模块，用于根据所述似然失效概率和初始失效概率计算安全保护层的后验失效概率；以及
[0104]
动态发生概率计算模块，用于根据所述后验失效概率计算异常事件在安全保护层的动态发生概率。据贝叶斯理论更新和预测的事故发生频率更能真实反映出石油化工过程运行安全状态，还可以实时计算和更新过程风险。
[0105]
另一方面，本发明提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本技术所述的石油化工过程安全风险动态评估方法。
[0106]
通过上述技术方案，充分考虑了石油化工过程安全的后果损失。将人员生命损失作为风险评估的后果损失表征方式，更符合石油化工过程安全的关注重点。将后果损失与动态失效频率相结合，建立了动态风险评估模型，评估方法和结果更符合石油化工过程特点，考虑更全面。
[0107]
另一方面，同时给出了爆炸、中毒和火灾三种事故后果损失类型，并建立了不同类型损失的计算过程和方法。避免了现有技术因过多考虑质量损失和环境风险等非安全因素而造成的评估目的不明确、不同类结果叠加混乱等问题。
[0108]
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0109]
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限
制。在附图中：
[0110]
图1是本发明一种实施方式提供的石油化工过程安全风险动态评估方法流程图；
[0111]
图2是本发明一种实施方式提供的爆炸超压随距离的变化曲线示意图；
[0112]
图3是本发明提供的通用保护层类型示意图；
[0113]
图4是本发明提供的原料油缓冲罐压力高事件树示意图；
[0114]
图5是本发明一种实施方式提供的石油化工过程安全风险动态评估装置框图。
具体实施方式
[0115]
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0116]
图1是本发明一种实施方式提供的石油化工过程安全风险动态评估方法流程图。如图1所示，所述方法包括：
[0117]
第一步、确定目标石油化工过程中的关键安全变量以及所述关键安全变量的异常事件，根据所述异常事件分析失控后果。
[0118]
关键安全变量指的是石油化工过程中可能造成装置和灌区发生安全事故的重点参数，不同的石油化工过程具有不同的关键安全变量。关键安全变量的异常事件指的是关键安全变量可能引发的事件改变，失控后果则是关键安全变量的这些改变可能造成的后果。
[0119]
在一些实施例中，根据石油化工过程，从预置的数据库中获取到该石油化工过程对应的关键安全变量、所述关键安全变量的异常事件以及所述异常事件分析失控后果。
[0120]
在其他一些实施例中，通过从行业标准中规定的重点监控参数和安全控制基本要求，以及构成重大危险源的罐区工艺危害分析成果(如hazop报告等)中识别出关键安全变量(如压力，温度，流量，液位，等)，再根据危险与可操作性分析(hazop)，重大危险源评估结果，事件树分析(eta)和故障树分析(fta)等方法判断关键安全变量的异常事件(如流量低、压力高，等)，分析提取过程可以使用神经网络语言识别方法。
[0121]
以油品加氢工艺(渣油加氢、馏分油加氢、加氢脱蜡)为例，应重点监控的关键安全变量及其事故后果如表1所示。
[0122]
关键安全变量的异常事件失控后果分馏塔釜液位低塔底泵抽空损坏，热油泄漏，引发火灾循环氢脱硫塔液位低高压循环氢窜至低压胺液系统，引发火灾爆炸贫胺液泵出口流量低低压侧物料泄漏，引发火灾爆炸注水泵出口流量低低压侧物料泄漏，引发火灾爆炸加热炉燃料气压力低加热炉熄火，闪爆
[0123]
表1油品加氢工艺的关键安全变量及失控后果
[0124]
第二步、根据所述失控后果计算不同事故后果计算场景下的后果损失。
[0125]
1)根据失控后果识别后果损失类型。
[0126]
针对石油化工过程安全风险，其后果损失统一采用表示人员伤害的“潜在生命损失”表征。根据不同类型的危险介质和风险场景，主要考虑三种具体的后果：
[0127]
第一种是以爆炸超压表示的爆炸事故后果，用爆炸事故潜在生命损失pll
explosion
表示；
[0128]
第二种是以毒性浓度表示的中毒事故后果，用中毒事故潜在生命损失pll
toxic
表示；
[0129]
第三种是以热辐射通量表示的火灾事故后果，用火灾事故潜在生命损失pll
fire
表示。
[0130]
2)根据事故后果计算场景计算预估泄漏量。
[0131]
对于石油化工装置，主要考虑各类设备(含工艺管道)、法兰与等量的阀门发生孔泄漏、相连管道断裂和仪表接管泄漏。常见的后果损失计算场景如表2所示。
[0132][0133]
表2后果损失计算场景
[0134]
预估泄漏量根据不同事故后果计算场景的泄漏孔径和泄漏物料的物态来计算。例如，气态物料泄漏采用如下公式计算：
[0135][0136]
式中，q1为根据泄漏孔径计算的预估泄漏质量，单位为kg；cg为气体泄漏系数；d为泄漏孔径，单位为m；m为气体的摩尔质量，单位为kg/mol；p为容器内压力，单位为pa；k为气体绝热系数；r为理想气体常数，单位为j/mol
·
k，取r＝8.31436；t为容器内气体初始温度，单位为k。
[0137]
又如，液体泄漏量可以根据泄漏速度和泄漏时间计算，泄漏速度可用流体力学的伯努利方程计算：
[0138][0139]
式中，q0为液体泄漏速度，单位为kg/s；cd为液体泄漏系数；d为泄漏孔径，单位为m；ρ为泄漏液体密度，单位为kg/m3；p为容器内压力，单位为pa；p0为环境压力，单位为pa；g为重力加速度；h为泄漏孔之上液位高度，单位为m。
[0140]
其他物态的泄漏量根据现有技术可以计算得到，这里不再一一列举。预估泄漏量根据泄漏物料的物态而采用不同的公式进行计算，泄漏量预估更准确。
[0141]
3)根据预估泄漏量和设备设施内的物料存量确定最终物料泄漏量。
[0142]
设备设施内的物料存量也可以通过业内统一的原则进行计算得到。例如，如果各设备设施内的物料都为液相，则液体体积计算原则表3所示。
[0143][0144]
表3设备设施内液体物料存量确定原则
[0145]
如果设备设施内全部为气相物料，则：气相物料体积＝设备容积。
[0146]
如果设备设施内部仅有部分物料为气相，则气相物料体积＝设备容积-液相物料体积。
[0147]
计算得到设备设施内物料存量后，取预估泄漏量和设备设施内的物料存量中的较小值作为最终物料泄漏量qr：
[0148]
qr＝min(q1,q2)；
[0149]
其中，q1为预估泄漏量，q2为设备设施内的物料存量，单位均为kg。取预估泄漏量和设备设施内的物料存量中的较小值作为最终物料泄漏量，有效避免预估泄漏量超出设备设
施内的物料存量这种明显误差出现。
[0150]
4)根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失；
[0151]
在本发明中，采用事故发生时预计的伤亡人数表示事故造成的潜在生命损失。具体的，根据不同类型的事故后果造成的伤害程度(如爆炸超压值、毒性浓度值和火灾热辐射值)和所在位置的人口数量确定。不同类型的事故后果也具有不同的严重程度，不同的严重程度造成的人员死亡概率不同。如前所述，潜在生命损失包括爆炸事故潜在生命损失、中毒事故潜在生命损失和火灾事故潜在生命损失。
[0152]
对于爆炸事故潜在生命损失pll
explosion
，首先需要根据最终物料泄漏量计算物料泄漏后形成的蒸气云体积vc：
[0153]
其中，蒸气云体积单位为m3，ρ为物质在环境温度下的密度，单位为
㎏
/m3，cs为燃料与空气混合物的化学计量浓度，单位为v％；
[0154]
然后根据所述蒸气云体积，采用tno多能法或者采用软件模拟计算爆炸超压，获得爆炸超压随距离的变化曲线，如图2所示。不同的事故后果计算场景对应不同的爆炸超压随距离的变化曲线。
[0155]
根据爆炸超压随距离的变化曲线可以获得与爆炸源有一定距离的人员聚集场所的爆炸超压p。例如图2中某人员聚集场所于距离爆炸源60m的位置，则该场景下的爆炸超压约为79kpa。
[0156]
然后根据所述爆炸超压随距离的变化曲线和人员聚集场景的位置计算人员死亡概率。
[0157]
将人员所在位置/区域按照室外、室内分别考虑。
[0158]
当人员聚集场景位于室外时，人员死亡概率p
exp
为：
[0159]
p
exp
＝0.0212e
0.0768pi
；
[0160]
当人员聚集场景位于室内时，人员死亡概率p
exp
为：
[0161][0162]
其中，pi为人员聚集场景所在位置对应的爆炸超压，kpa；p
exp
∈(0,1)；
[0163]
最后根据所述人员死亡概率和人员聚集场景中的人数计算爆炸事故潜在生命损失pll
explosion
：
[0164]
pll
explosion
＝p
exp
×
ni；
[0165]
其中，ni表示人员聚集场景中的人数。建立了爆炸事故潜在生命损失模型的计算方法，并且根据环境位置不同提供了不同的计算方法，能够准确预估爆炸事故中的潜在生命损失。
[0166]
对于中毒事故潜在生命损失pll
toxic
，首先根据最终物料泄漏量和人员聚集场景的位置计算物料泄漏后的气体浓度，在本发明中采用高斯烟羽模型计算气体浓度。
[0167]
由于位于室外不会影响气体的扩散，因此通过高斯烟羽模型计算得到的气体浓度就是室外位置的气体浓度。
[0168]
当人员聚集场景位于室外时，气体浓度为co：
[0169][0170]
其中，c(x,y,z,h)为人员聚集场景的坐标(x，y，z)的浓度，单位为kg/m3；t为泄漏时间，单位为s；u为风速，单位为m/s；σyσz为侧风向和垂直风向的扩散系数，单位为m；h为泄漏有效高度，单位为m；x为下风向距离，单位为m；y为侧风向距离，单位为m；z为垂直风向距离，单位为m；
[0171]
当人员聚集场景位于室内时，气体浓度ci(t)：
[0172]ci
(t)＝c0(1-e-γt
)；
[0173]
其中，ci(t)为在时间t时室内的毒气体浓度，单位为mg/m3或ppm；co为室外的浓度，单位为mg/m3或ppm；γ为每小时换气次数，默认为3次/h；t为毒性物质到达建筑物后的持续时间，单位为h；
[0174]
根据所述气体浓度计算毒性暴露下的死亡概率单位值p
r毒
：
[0175]
p
r毒
＝a+bln(cn×
t)；
[0176]
其中，a,b,n为描述物质毒性的常数；c为人员所处位置的浓度，对于室外人员为co；对于室内人员则为ci(t)，单位为mg/m3或ppm；t为暴露于毒物环境中的时间，单位为min；
[0177]
根据所述毒性暴露下的死亡概率单位值计算人员死亡概率p
t
：
[0178][0179]
式中，
[0180]
根据所述人员死亡概率和人员聚集场景中的人数计算中毒事故潜在生命损失pll
toxic
：
[0181]
pll
toxic
＝p
t
×
ni；
[0182]
其中，ni表示人员聚集场景中的人数。建立了中毒事故潜在生命损失模型的计算方法，并且根据环境位置不同提供了不同的计算方法，能够准确预估中毒事故中的潜在生命损失。
[0183]
对于火灾事故潜在生命损失，首先根据最终物料泄漏量计算物料燃烧的热辐射通量q
sep
，单位为w/m2：
[0184][0185]
其中，fs为火焰表面的热辐射比例；δhc为燃烧热，单位为kj/kg；af为火焰面积，单位为
㎡
；t为泄漏时间，单位为s；
[0186]
根据所述热辐射通量计算热辐射暴露下的死亡概率单位值p
r热
，在本发明中主要
考虑池火和喷射火的火灾热辐射，计算公式如下：
[0187]
p
r热
＝-36.38+2.56ln(q
4/3
×
t)；
[0188]
其中，t为暴露时间，单位为s，最大值为20s；
[0189]
根据所述热辐射暴露下的死亡概率单位值计算人员死亡概率pf：
[0190][0191]
式中，
[0192]
根据所述人员死亡概率和人员聚集场景中的人数计算火灾事故潜在生命损失pll
fire
：
[0193]
pll
fire
＝pf×
ni；
[0194]
其中，ni表示人员聚集场景中的人数。建立了火灾事故潜在生命损失模型的计算方法，能够准确预估火灾事故中的潜在生命损失。
[0195]
5)根据所述潜在生命损失计算后果损失。
[0196]
使用反向beta损失函数iblf根据所述潜在生命损失计算后果损失：
[0197]
iblf(x,t)＝pll{1-c[x(1-x)
(1-t)/t
]
(α-1)
}；
[0198]
式中，c＝[t(1—t)
1-t/t
]
1-α
，x是安全变量，t是安全变量目标值，pll是每个事故场景的潜在生命损失，α是调整与目标值偏离程度的形状参数，α越大表示可容忍的偏差越小；
[0199]
形状参数α根据下式确定：
[0200][0201]
其中，m表示异常事件的数量，lm表示第m个异常事件数据时的后果损失；iblf
xm
表示在数据xm时的损失函数值，在无确切数据时，α可取1.03，一般情况下，α∈(1,2)。
[0202]
需要说明的是，每一事故后果计算场景对应一个后果损失。
[0203]
此外，由于不同的石油化工过程可能涉及到的事故类型不相同，因此同一个泄漏事故可能同时造成一种或多种事故。对于同时造成多种事故的泄漏，需要分别计算不同的潜在生命损失，然后取最大值用于计算后果损失。另外，根据事故经验，一般情况下中毒事故潜在生命损失＞爆炸事故潜在生命损失＞火灾事故潜在生命损失，因此在计算时可以先计算中毒事故潜在生命损失，再计算爆炸事故潜在生命损失，最后计算火灾事故潜在生命损失。
[0204]
第三步、分析所述关键安全变量的异常事件的安全保护层，确定不同安全保护层的初始失效概率和后果损失。
[0205]
1)根据第一步中确定的关键安全变量的异常事件，根据保护层分析法(lopa)确定各类事件的安全保护层及其失效模式。通用保护层主要考虑如图3所示的5种类型，其中初始事件即为关键安全变量的异常事件，后果事件根据事件安全程度分为5种类型，如表4所示。
[0206][0207]
表4后果事件类型
[0208]
2)分析关键安全变量的异常事件在保护层作用下的事件演化路径，构建异常事件的事件树。以识别出的“原料油缓冲罐压力高”为例，事件树如图4所示。
[0209]
3)将过程事件每次对不同保护层的挑战都赋予相应的初始失效概率和后果损失，所述不同事故后果计算场景下的后果损失与不同安全保护层的后果损失一一对应。sb1～sb5分别对应微孔～灾难性破裂5种事故场景。初始失效概率根据保护层分析方法计算得到，初始保护层初始失效概率如表5所示。
[0210]
保护层sb1sb2sb3sb4sb5失效概率px1px2px3px4px5[0211]
表5保护层初始失效概率
[0212]
第四步、根据所述不同安全保护层的初始失效概率和历史数据计算异常事件在不同安全保护层的动态发生概率。
[0213]
1)根据历史数据计算每个周期内不同安全保护层的似然失效概率
[0214][0215]
其中，n
sj
,n
fj
分别为保护层第j层的累积成功次数和失败次数，通过监控系统数据可以直接获得；
[0216]
2)采用贝叶斯理论，根据似然失效概率和初始失效概率计算安全保护层的后验失效概率
[0217][0218]
其中，p(xj)表示第j个保护层的初始失效概率；
[0219]
3)根据所述后验失效概率计算异常事件在安全保护层的动态发生频率fj(t)，当最后一级保护层失效时将会发生事故，第i个保护层失效引发事故的频率为fi(t)，将最后
一级保护层失效引发事故的频率作为动态风险集成中的事故发生频率。
[0220][0221]
其中，k＝1,2,3,4,5，为第k级严重级别的动态发生概率，sbk为与该级别相关的保护层；θ
j,k
＝1，如果k级故障通过保护层j的下分支,即第j级别保护层失效，发生了下一级别危害；θ
j,k
＝0,如果k级故障通过保护层j的上分支，即第j级别保护层有效，成功阻止更高级别的危害。据贝叶斯理论更新和预测的事故发生频率更能真实反映出石油化工过程运行安全状态，还可以实时计算和更新过程风险。
[0222]
第五步、根据所述不同安全保护层的后果损失和所述动态发生概率，计算石油化工过程安全动态风险，包括：
[0223]
通过下式对石油化工过程安全动态风险rj(t)进行计算：
[0224][0225]
其中，n表示安全变量的数量，j表示失效的保护层。将后果损失与动态失效频率相结合，建立了动态风险评估模型，评估方法和结果更符合石油化工过程特点，考虑更全面。
[0226]
需要说明的是，在实际应用过程中，需要计算所有事故后果计算场景的后果损失，也需要计算所述事故场景的事故发生频率，最后进行集成计算得到石油化工过程安全动态风险。此外，本方案中计算后果损失的步骤和分析计算动态发生概率的步骤可以替换顺序，也可以同时进行。
[0227]
图5是本发明一种实施方式提供的石油化工过程安全风险动态评估装置框图，如图5所示，所述装置包括：
[0228]
安全变量分析单元，用于确定目标石油化工过程中的关键安全变量以及所述关键安全变量的异常事件，根据所述异常事件分析失控后果；
[0229]
后果损失计算单元，用于根据所述失控后果计算不同事故后果计算场景下的后果损失；
[0230]
安全保护层分析单元，用于分析所述关键安全变量的异常事件的安全保护层，确定不同安全保护层的初始失效概率和后果损失；所述不同事故后果计算场景下的后果损失与不同安全保护层的后果损失一一对应；
[0231]
动态发生概率计算单元，用于根据所述不同安全保护层的初始失效概率和历史数据计算异常事件在不同安全保护层的动态发生概率；以及
[0232]
安全动态风险计算单元，用于根据所述不同安全保护层的后果损失和所述动态发生概率，计算石油化工过程安全动态风险。
[0233]
进一步地，所述后果损失计算单元包括：
[0234]
损失类型分析模块，用于根据失控后果识别后果损失类型；
[0235]
预估泄漏量计算模块，用于根据事故后果计算场景计算预估泄漏量；
[0236]
最终物料泄漏量计算模块，用于根据预估泄漏量和设备设施内的物料存量确定最终物料泄漏量；
[0237]
潜在生命损失计算模块，用于根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在
生命损失；以及
[0238]
后果损失计算模块，用于根据所述潜在生命损失计算后果损失，每一事故后果计算场景对应一个后果损失。不同的事故后果计算场景会产生不同的预估泄漏量，最终会造成的后果损失也不相同，饭事故后果计算场景进行计算使得计算得到的后果损失更准确。
[0239]
可选的，所述潜在生命损失计算模块包括爆炸事故潜在生命损失计算模块、中毒事故潜在生命损失计算模块和火灾事故潜在生命损失计算模块。同时给出了爆炸、中毒和火灾三种事故后果损失类型的计算模块，满足所有火灾事故的安全风险评估。可以根据石油化工过程进行随机组合，满足不同的应用环境的需求。
[0240]
进一步地，所述动态发生概率计算单元，包括：
[0241]
似然失效概率计算模块，用于根据历史数据计算每个周期内不同安全保护层的似然失效概率；
[0242]
后验失效概率计算模块，用于根据所述似然失效概率和初始失效概率计算安全保护层的后验失效概率；以及
[0243]
动态发生概率计算模块，用于根据所述后验失效概率计算异常事件在安全保护层的动态发生概率。据贝叶斯理论更新和预测的事故发生频率更能真实反映出石油化工过程运行安全状态，还可以实时计算和更新过程风险。
[0244]
另一方面，本发明提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本技术所述的石油化工过程安全风险动态评估方法。
[0245]
通过上述技术方案，充分考虑了石油化工过程安全的后果损失。将人员生命损失作为风险评估的后果损失表征方式，更符合石油化工过程安全的关注重点。将后果损失与动态失效频率相结合，建立了动态风险评估模型，评估方法和结果更符合石油化工过程特点，考虑更全面。
[0246]
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0247]
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0248]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

技术特征：

1.一种石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述方法包括：确定目标石油化工过程中的关键安全变量以及所述关键安全变量的异常事件，根据所述异常事件分析失控后果；根据所述失控后果计算不同事故后果计算场景下的后果损失；分析所述关键安全变量的异常事件的安全保护层，确定不同安全保护层的初始失效概率和后果损失；所述不同事故后果计算场景下的后果损失与不同安全保护层的后果损失一一对应；根据所述不同安全保护层的初始失效概率和历史数据计算异常事件在不同安全保护层的动态发生概率；根据所述不同安全保护层的后果损失和所述动态发生概率，计算石油化工过程安全动态风险。2.根据权利要求1所述的石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述根据所述失控后果计算不同事故后果计算场景下的后果损失，包括：根据失控后果识别后果损失类型；根据事故后果计算场景计算预估泄漏量；根据预估泄漏量和设备设施内的物料存量确定最终物料泄漏量；根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失；根据所述潜在生命损失计算后果损失，每一事故后果计算场景对应一个后果损失。3.根据权利要求2所述的石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述事故后果计算场景包括仪表接管孔泄漏以及不同孔径的设备、工艺管道、泛滥和阀门的孔泄漏；所述根据事故后果计算场景计算预估泄漏量，包括：根据事故后果计算场景对应的孔径计算预估泄漏量。4.根据权利要求3所述的石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述根据预估泄漏量和设备设施内的物料存量确定最终物料泄漏量，包括：取预估泄漏量和设备设施内的物料存量中的较小值作为最终物料泄漏量q
r
：q
r
＝min(q1,q2)；其中，q1为预估泄漏量，q2为设备设施内的物料存量，单位均为kg。5.根据权利要求3所述的石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述后果损失类型包括爆炸事故后果，所述潜在生命损失包括爆炸事故潜在生命损失；所述根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失，包括：根据最终物料泄漏量计算物料泄漏后形成的蒸气云体积v
c
：其中，蒸气云体积单位为m3，ρ为物质在环境温度下的密度，单位为
㎏
/m3，c
s
为燃料与空气混合物的化学计量浓度，单位为v％；根据所述蒸气云体积计算爆炸超压，获得爆炸超压随距离的变化曲线；根据所述爆炸超压随距离的变化曲线和人员聚集场景的位置计算人员死亡概率：当人员聚集场景位于室外时，人员死亡概率p
exp
为：
p
exp
＝0.0212e
0.0768pi
；当人员聚集场景位于室内时，人员死亡概率p
exp
为：其中，p
i
为人员聚集场景所在位置对应的爆炸超压，单位为kpa；p
exp
∈(0,1)；根据所述人员死亡概率和人员聚集场景中的人数计算爆炸事故潜在生命损失pll
explosion
：pll
explosion
＝p
exp
×
n
i
；其中，n
i
表示人员聚集场景中的人数。6.根据权利要求3所述的石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述后果损失类型包括中毒事故后果，所述潜在生命损失包括中毒事故潜在生命损失；所述根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失，包括：根据最终物料泄漏量和人员聚集场景的位置计算物料泄漏后的气体浓度：当人员聚集场景位于室外时，气体浓度为c
o
：其中，c(x,y,z,h)为人员聚集场景的坐标(x，y，z)的浓度，单位为kg/m3；t为泄漏时间，单位为s；u为风速，单位为m/s；σ
y
σ
z
为侧风向和垂直风向的扩散系数，单位为m；h为泄漏有效高度，单位为m；x为下风向距离，单位为m；y为侧风向距离，单位为m；z为垂直风向距离，单位为m；当人员聚集场景位于室内时，气体浓度c
i
(t)：c
i
(t)＝c0(1-e-γt
)；其中，c
i
(t)为在时间t时室内的毒气体浓度，单位为mg/m3或ppm；c
o
为室外的浓度，单位为mg/m3或ppm；γ为每小时换气次数；t为毒性物质到达建筑物后的持续时间，单位为h；根据所述气体浓度计算毒性暴露下的死亡概率单位值p
r毒
：p
r毒
＝a+bln(c
n
×
t)；其中，a,b,n为描述物质毒性的常数；c为人员所处位置的浓度，对于室外人员为c
o
，对于室内人员则为c
i
(t)，单位为mg/m3或ppm；t为暴露于毒物环境中的时间，单位为min；根据所述毒性暴露下的死亡概率单位值计算人员死亡概率p
t
：式中，
根据所述人员死亡概率和人员聚集场景中的人数计算中毒事故潜在生命损失pll
toxic
：pll
toxic
＝p
t
×
n
i
；其中，n
i
表示人员聚集场景中的人数。7.根据权利要求3所述的石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述后果损失类型包括火灾事故后果，所述潜在生命损失包括火灾事故潜在生命损失；所述根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失，包括：根据最终物料泄漏量计算物料燃烧的热辐射通量q
sep
，单位为w/m2：其中，f
s
为火焰表面的热辐射比例；δh
c
为燃烧热，单位为kj/kg；a
f
为火焰面积，单位为
㎡
；t为泄漏时间，单位为s；根据所述热辐射通量计算热辐射暴露下的死亡概率单位值p
r热
：p
r热
＝-36.38+2.56ln(q
4/3
×
t)；其中，t为暴露时间，单位为s；根据所述热辐射暴露下的死亡概率单位值计算人员死亡概率p
f
：式中，根据所述人员死亡概率和人员聚集场景中的人数计算火灾事故潜在生命损失pll
fire
：pll
fire
＝p
f
×
n
i
；其中，n
i
表示人员聚集场景中的人数。8.根据权利要求2所述的石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述根据所述潜在生命损失计算后果损失，包括：使用反向beta损失函数iblf根据所述潜在生命损失计算后果损失：iblf(x,t)＝pll{1-c[x(1-x)
(1-t)/t
]
(α-1)
}；式中，c＝[t(1-t)
1-t/t
]
1-α
，x是安全变量，t是安全变量目标值，pll是每个事故场景的潜在生命损失，α是调整与目标值偏离程度的形状参数；形状参数α根据下式确定：其中，m表示异常事件的数量，l
m
表示第m个异常事件数据时的后果损失；iblf
xm
表示在数据x
m
时的损失函数值。9.根据权利要求1所述的石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述根据所述不同安全保护层的初始失效概率和历史数据计算异常事件在不同安全保护层的动态发生概率，包括：根据历史数据计算每个周期内不同安全保护层的似然失效概率
其中，n
sj
,n
fj
分别为保护层第j层的累积成功次数和失败次数；采用贝叶斯理论，根据似然失效概率和初始失效概率计算安全保护层的后验失效概率采用贝叶斯理论，根据似然失效概率和初始失效概率计算安全保护层的后验失效概率其中，p(x
j
)表示第j个保护层的初始失效概率；根据所述后验失效概率计算异常事件在安全保护层的动态发生频率f
j
(t)：其中，k＝1,2,3,4,5，为第k级严重级别的动态发生概率，sb
k
为与该级别相关的保护层；θ
j,k
＝1，如果k级故障通过保护层j的下分支,即第j级别保护层失效，发生了下一级别危害；θ
j,k
＝0,如果k级故障通过保护层j的上分支，即第j级别保护层有效，成功阻止更高级别的危害。10.根据权利要求1所述的石油化工过程安全风险动态评估方法，其特征在于，所述根据所述不同安全保护层的后果损失和所述动态发生概率，计算石油化工过程安全动态风险，包括：通过下式对石油化工过程安全动态风险r
j
(t)进行计算：其中，n表示安全变量的数量，j表示失效的保护层。11.一种石油化工过程安全风险动态评估装置，其特征在于，所述装置包括：安全变量分析单元，用于确定目标石油化工过程中的关键安全变量以及所述关键安全变量的异常事件，根据所述异常事件分析失控后果；后果损失计算单元，用于根据所述失控后果计算不同事故后果计算场景下的后果损失；安全保护层分析单元，用于分析所述关键安全变量的异常事件的安全保护层，确定不同安全保护层的初始失效概率和后果损失；所述不同事故后果计算场景下的后果损失与不同安全保护层的后果损失一一对应；动态发生概率计算单元，用于根据所述不同安全保护层的初始失效概率和历史数据计算异常事件在不同安全保护层的动态发生概率；以及
安全动态风险计算单元，用于根据所述不同安全保护层的后果损失和所述动态发生概率，计算石油化工过程安全动态风险。12.根据权利要求11所述的石油化工过程安全风险动态评估装置，其特征在于，所述后果损失计算单元包括：损失类型分析模块，用于根据失控后果识别后果损失类型；预估泄漏量计算模块，用于根据事故后果计算场景计算预估泄漏量；最终物料泄漏量计算模块，用于根据预估泄漏量和设备设施内的物料存量确定最终物料泄漏量；潜在生命损失计算模块，用于根据最终物料泄漏量和所述后果损失类型计算潜在生命损失；以及后果损失计算模块，用于根据所述潜在生命损失计算后果损失，每一事故后果计算场景对应一个后果损失。13.根据权利要求12所述的石油化工过程安全风险动态评估装置，其特征在于，所述潜在生命损失计算模块包括爆炸事故潜在生命损失计算模块、中毒事故潜在生命损失计算模块和火灾事故潜在生命损失计算模块。14.根据权利要求11所述的石油化工过程安全风险动态评估装置，其特征在于，所述动态发生概率计算单元，包括：似然失效概率计算模块，用于根据历史数据计算每个周期内不同安全保护层的似然失效概率；后验失效概率计算模块，用于根据所述似然失效概率和初始失效概率计算安全保护层的后验失效概率；以及动态发生概率计算模块，用于根据所述后验失效概率计算异常事件在安全保护层的动态发生概率。15.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本申请权利要求书1-10中任一项所述的石油化工过程安全风险动态评估方法。

技术总结

本发明提供一种石油化工过程安全风险动态评估方法及装置，属于石油化工技术领域。所述方法包括：确定目标石油化工过程中的关键安全变量以及所述关键安全变量的异常事件，根据所述异常事件分析失控后果；根据所述失控后果计算不同事故后果计算场景下的后果损失；分析所述关键安全变量的异常事件的安全保护层，确定不同安全保护层的初始失效概率和后果损失；根据所述不同安全保护层的初始失效概率和历史数据计算异常事件在不同安全保护层的动态发生概率；根据所述不同安全保护层的后果损失和所述动态发生概率，计算石油化工过程安全动态风险；所述不同事故后果计算场景下的后果损失与不同安全保护层的后果损失一一对应。失与不同安全保护层的后果损失一一对应。失与不同安全保护层的后果损失一一对应。