道化学法在石油库安全评价示例

道化学法在石油库安全评价示例 唐开永

道化学法在石油库安全评价示例

唐开永

（注册安全工程师、一级安全评价师）

道化学法，又称火灾、爆炸危险指数评价法，是美国道（DOW）化学公司19964年开发的，现普遍采用的是1993年推出的第七版。该评价方法的计算程序如下： 选取工艺单元 确定物质系数（MF） 计算特殊工艺危险系数（F2） 计算一般工艺危险系数（F1） 确定工艺单元危险系数（F3= F1×F2） 计算安全措施补偿系数 （C=C1×C2×C3） 确定火灾、爆炸系数 （F＆EI= F3×MF） 确定暴露面积 确定MPDO 确定暴露面积 确定暴露区域内财产的更换价值 确定基本MPPD 确定实际MPPD 确定危害系数 确定BI 图8-1 风险分析计算程序

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1选择工艺单元

本评价方法涉及的对象主要是易燃液体汽油和柴油的储存装置及相关设施（油品长输管道不考虑在内，铁路卸油栈桥在库区防火墙外也不考虑）；也就是油库的储油区。该区域1#、2#、3#、4#油罐均为柴油，共用一道防火堤和一个消防棚，堤坝基本呈圆形，圈定面积为1863㎡； 5#、6#油罐均为汽油，共用一道防火堤和一个消防棚，堤坝基本呈圆形，圈定面积为1364㎡；8#储存汽油、9#油罐为柴油，共用一道防火堤和一个消防棚，堤坝基本呈圆形，圈定面积为2846㎡；7#油罐为柴油，单独用一道防火堤和一个消防棚，堤坝基本呈圆形，圈定面积为1860㎡；储油区固定资产约1100万元（人民币），约占油库固定资产总值的45%。按照评价方法确定的选择原则，主要以罐区防火堤圈定的相对独立区域来区分工艺单元。同时评价所涉及的工艺单元，能较集中地反映了库区物质潜在的化学能、数量、资金密度等。具体选择4个工艺单元作为评价对象。

表1 工艺单元划分一览表 序号 1 2 3 4 单元名称 1#罐区 2#罐区 3#罐区 4#罐区 主要装置 1#、2#、3#、4#柴油罐 5#、6#汽油罐 8#汽油罐，9#柴油罐 7#柴油罐 危险物质及最大容积、数量 柴油：4000 m3，3320，000㎏。 汽油：2000m3，1460，000㎏。 汽油：5000m3，3650，000㎏； 柴油：5000 m3，4150，000㎏。 柴油3000 m3，2490，000㎏。 1#罐区确定MF的物质为柴油，2#罐区确定MF的物质应为汽油，3#罐区确定MF的代表性物质为汽油（因汽油潜在的化学能较柴油大）。4#罐区确定MF的物质应为柴油。

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2各危险指数的确定

1、物质系数MF：

经查《物质系数和特性表》得：汽油为16；柴油为10。 2.一般工艺危险系数F1 （表2）

根据本评价项目工艺单元实际，经现场勘验和对其工艺流程进行分析，确定一般工艺危险系数主要涉及有：

(1)油品处理与输送，根据评价方法取值原则，汽油为NF=3的易燃液体，应取0.85;柴油为闪点＞37.8℃的易燃液体，应取取0.25。

(2)通道：考虑发油区未与储油区设防火墙隔离并未设置单独出入口，取0.35。

(3)排放和泄漏控制：罐区设有堤坝防泄漏，且属于露天储罐，应取0.5。

其余危险系数因不涉及此处不再叙述。

表2 一般工艺危险系数取值

序号 1 2 3 4 项目内容 物料处理与输送 通道 排放和泄漏控制 基本系数 F1 工艺单元 1#罐区 0.25 0.35 0.5 1.00 2.1 2#罐区 0.85 0.35 0.5 1.00 2.7 3#罐区 0.85 0.35 0.5 1.00 2.7 4#罐区 0.25 0.35 0.5 1.00 2.1 3、特殊工艺危险系数F2（表3）

根据本评价项目工艺单元实际，经现场勘验和对其工艺流程进行分析，本项目涉及的特殊工艺危险主要有

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（1）毒性物质：汽油=0.2Nh=0.2×1=1；柴油为0。

（2）爆炸极限范围内或其附近的操作：汽油（NF=3）储罐在泵出油品或者突然冷却时可能吸入空气，危险系数为0.5。柴油为0.3。

（3）压力释放：经计算取0.2。 （4）易燃物质和不稳定物质的数量：

查《物质系数和特性表》，柴油燃烧热为18.7×103Btu/lb，汽油

燃烧热为18.8×103Btu/lb。得

1#罐区柴油总能量=3320000㎏×18.7×103Btu/lb×

1055.056/0.45359237=3320000㎏×43.5×106J/㎏=1.444×1014J=136.87×109Btu

危险系数: lgY=－0.558394+0.363321(lgX)－0.057296(lgX)2 －0.010759(lgX)3=2.17。

2#罐区气油总能量=1460000㎏×18.8×103Btu/lb×

1055.056/0.45359237=1460000㎏×43.7×106J/㎏=6.38×1013J=60.47×109Btu

危险系数: lgY=－0.403115+0.378703(lgX)－0.046402(lgX)2 －0.015379(lgX)3=2.51。

3#罐区气油总能量=3650000㎏×18.8×103Btu/lb×

1055.056/0.45359237=3650000㎏×43.7×106J/㎏=1.59×1014J=150.7×109Btu

危险系数: lgY=－0.403115+0.378703(lgX)－0.046402(lgX)2 －0.015379(lgX)3=2.62。

4#罐区柴油总能量=2490000㎏×18.7×103Btu/lb×

1055.056/0.45359237=2490000㎏×43.5×106J/㎏=1.08×1014J=102.66×109Btu

危险系数: lgY=－0.558394+0.363321(lgX)－0.057296(lgX)2 －0.010759(lgX)3=2.15。

（5）泄漏连接头和填料处：油泵和密封可能产生轻度泄漏，危险

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系数为0.10。

其余危险系数因不涉及此处不再叙述。 特殊工艺危险系数取值如下表：

表3 特殊工艺危险系数取值

序号 项目内容 工艺单元 1#罐区 0 0.30 2#罐区 0.2 0.50 3#罐区 0.2 0.50 4#罐区 0 0.30 1 毒性物质 2 爆炸极限范围内或其附近的操作 3 压力释放 4 易燃物质和不稳定物质的数量 0.2 2.17 0.2 2.51 0.2 2.65 0.2 2.15 5 泄漏连接头和填料处 6 基本系数 F2 4、工艺单元危险系数

0.1 1.00 3.77 0.1 1.00 4.51 0.1 1.00 4.65 0.1 1.00 3.75 F3：

F3= F1·F2

F3的值一般不超过8.0。如果F3大于8.0，也按最大值8.0计。 工艺单元危险系数汇总如下表：

表4 工艺单元危险系数汇总表

序号 1 2 3 项 目 F1 F2 F3 工艺单元 1#罐区 2.1 3.77 7.9 2#罐区 2.7 4.51 8 3#罐区 2.7 4.65 8 4#罐区 2.1 3.75 7.9

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3计算火灾、爆炸危险指数F＆EI

F＆EI=MF·F3

火灾、爆炸指数被用来估计生产过程中的事故可能造成的破坏。它与后面的暴露半径有关。

根据工艺单元F＆EI值可以初步确定其危险等级，判定标准如下表。

表5 F＆EI及危险等级

F＆EI值 1～60 61～96 97～127 危险等级 最轻 较轻 中等 F＆EI值 128～158 ＞159 危险等级 很大 非常大 工艺单元火灾、爆炸指数及危险等级见下表：

表6 工艺单元F＆EI和危险等级汇总表

序号 1 2 3 4 项 目 F3 MF F＆EI 危险等级 工艺单元 1#罐区 7.9 10 79 较轻 2#罐区 8 16 128 很大 3#罐区 8 16 128 很大 4#罐区 7.9 10 79 较轻 4确定单元危害系数DF

危害系数是由单元危险系数F3和物质系数MF按单元危害系数计算图来确定的。它代表了单元中物料泄漏或反应能量释放引起的火灾、爆炸事故的综合效应。也可用方程式计算法。本次评价采用方程式计算法。结果如下：

1、1#罐区、4#罐区单元危害系数：因该2单元均MF=10，F3=7.9，

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所以

DF=0.098582+0.017596×7.9+0.000809×7.92－0.000013×7.93 =0.28

2、2#罐区、3#罐区单元危害系数：因该2单元均MF=16，F3=8，所以

DF=0.256741+0.019886×8+0.011055×82－0.00088×83 =0.67

5计算暴露半径（R）和暴露区域（S）

暴露半径由F＆EI转换而成。从评价单元的中心位置算起，在一定程度上表明了影响区域的大小，在这个区域内的设施、设备会在火灾、爆炸中遭受破坏。

R=0.84×F＆EI (ft,英尺) =0.84×F＆EI×0.3048 (m) S=πR2

由各单元F＆EI可得暴露半径和暴露区域如下表：

表7 单元暴露半径和区域

序号 1 2 单元 项目 暴露半径R 暴露区域S 1#罐区 20 m 1256 m2 2#罐区 33 m 3419 m2 3#罐区 33 m 3419 m2 4#罐区 20 m 1256 m2 暴露区域意味着其内的设备将会暴露在本单元发生的火灾或爆炸环境中。为了评价这些设备在火灾、爆炸中遭受的损坏，要考虑实际影响的体积。该体积是一个围绕着工艺单元的圆柱体的体积，其面积是暴露区域，高度相当于暴露半径。

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6计算暴露区域的财产价值

1、暴露区域财产范围确定

根据以上的计算，对照各罐区防火堤圈定面积情况，1#、4#罐区暴露区域在其罐区防火堤范围内；2#罐区暴露区域超出其罐区防火堤范围，与1#、3#罐区有所覆盖；3#罐区暴露区域超出其罐区防火堤范围，与2#罐区有所覆盖。为避免重复计算，确定以罐区防火堤为界划分。

各单元暴露区域内财产更换价值主要考虑：1）罐内油品损失，按照惯例，以储罐容量的80%计算，油品密度取最大值，价值取市场现值（0#柴油5000元/吨，90#汽油5080元/吨，93#汽油5120元/吨）。2）罐区固定资产总值为1100万元，属于多年分期技改投入，采用罐区面积分摊推算方法测算。考虑事故发生时有些成本不会遭受损失或无需更换，如场地平整、道路、地下管线和地基、工程费等，按照惯例采用0.82作为更换系数。由于资料所限，本次计算未采用增长系数。人民币与美元汇率按1:8.1计算。

2、各单元暴露区域财产价值计算 1）1#罐区暴露区域财产价值计算：

按罐区面积分摊，该区域固定资产约260万元人民币。 固定资产更换价值=260×0.82=213.2万元(人民币)=26.3万元(美元)

罐内油品更换价值=1000×4×0.83×80%×5000=1328万元(人民币)=163.95万元(美元)

以上2项合计为1541.2万元人民币，折合190.25万元美元。 2）2#罐区暴露区域财产价值计算：

按罐区面积分摊，该区域固定资产约140万元人民币。 固定资产更换价值=140×0.82=114.8万元(人民币)=14.17万元(美

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元)

罐内油品更换价值=(1000×0.73×80%×5080)+ (1000×0.73×80%×5120)=595.68万元(人民币)=73.54万元(美元)

以上2项合计为710.48万元人民币，折合87.71万元美元。 3）3#罐区暴露区域财产价值计算：

按罐区面积分摊，该区域固定资产约400万元人民币。 固定资产更换价值=400×0.82=328万元(人民币)=40.49万元(美元)

罐内油品更换价值=(5000×0.73×80%×5080)+ (5000×0.83×80%×5000)=3143.36万元(人民币)=388.07万元(美元)

以上2项合计为3471.36万元人民币，折合428.56万元美元。 4）4#罐区暴露区域财产价值计算：

按罐区面积分摊，该区域固定资产约300万元人民币。 固定资产更换价值=300×0.82=246万元(人民币)=30.37万元(美元)

罐内油品更换价值=3000×0.83×80%×5000=996万元(人民币)=122.96万元(美元)

以上2项合计为1242万元人民币，折合153.33万元美元。 3、工艺单元暴露区域财产价值汇总（见表8）

表8 工艺单元暴露区域财产价值汇总表

工艺单元 1#罐区 2#罐区 3#罐区 4#罐区 暴露区域财产价值 人民币（万元） 1541.2 710.48 3471.36 1242 美元（万元） 190.25 87.71 428.56 153.33

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7计算基本最大可能财产损失(基本MPPD)

确定了暴露区域、暴露区域内财产和危害系数之后，有必要计算按理论推断的暴露面积（实际是暴露体积）内有关设备价值的数据。暴露面积代表了基本最大可能财产损失（Bese MPPD）。基本最大可能财产损失是根据美国DOW化学公司多年来开展损失预防积累的数据确定的。是假定没有任何一种安全措施来降低损失的前提下可能发生的基本最大可能财产损失。

基本最大可能财产损失=暴露区域财产价值×DF。 工艺单元基本最大可能财产损失计算结果见下表（见表9）

表9 工艺单元基本最大可能财产损失汇总表

工艺单元 1#罐区 2#罐区 3#罐区 4#罐区 基本最大可能财产损失 人民币（万元） 431.54 476.02 2325.81 347.76 美元（万元） 53.27 58.76 287.13 42.93 8安全措施补偿系数C计算

安全措施补偿包括工艺控制、物质隔离、防火措施三方面。 1、工艺控制补偿系数C1取值：

（1）应急电源：油库配置了应急电源且能自动切换。取值0.98。 （2）冷却系统：能保证在出现故障时维持正常的冷却10min以上，取值为0.99。

（3）计算机控制：采用计算机控制并有备用控制系统，取值0.93。 （4）操作指南或操作规程：油库操作规程健全，取值0.93。 （5）其他工艺过程危险分析：油库建立了QHSE体系，对各类事故后果做了详尽分析，取值0.93。

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其余补偿系数因不涉及此处不再叙述。

表10工艺控制安全补偿系数C1取值表 序号 项 目 1、应急电源 2、冷却 1 工艺控制C1 3、计算机控制 4、操作指南或操作规程 5、其他工艺过程分析 C1=C11C12????

安全措施 补偿系数值 0.98 0.99 0.93 0.93 0.93 C1=0.780387 2、物质隔离补偿系数C2取值：

（1）远距离控制阀：油库有中央控制远距离操作闸阀系统，取值为0.98。

其余补偿系数因不涉及此处不再叙述。 C2=0.98

3、防火措施补偿系数C3取值：

（1）泄漏检测装置：安装了可燃气体检测器,但只能报警和确定危险范围，取值为0.98。

（2）钢质结构：单独安装了大容量水喷洒系统来冷却钢结构，取值为0.98。

（3）消防水供应：有消防水池做备用水，能保证连续供应最大需水量4h。取值为0.97。

（4）喷洒系统：有洒水灭火系统，取值为0.97。

（5）泡沫装置：设置了远距离手动控制泡沫喷洒系统，取值为0.94。

（6）手提式灭火器/水枪：设置了有泡沫喷射能力的水枪（炮），取值为0.93。

（7）电缆保护：电缆管埋在地下的电缆沟内，取值为0.94。

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其余补偿系数因不涉及此处不再叙述。

表11防火措施安全补偿系数C3取值表 序号 项 目 安全措施 1、泄漏检测装置 2、钢质结构 3、消防水供应 3 防火措施C3 4、喷洒系统 5、泡沫装置 6、手提式灭火器/水枪 7、电缆保护 C3=C31C32C33???? 0.98 0.98 0.97 0.97 0.94 0.93 0.94 C3=0.742565 补偿系数值 4、计算安全补偿系数C：

C=C1C2C3=0.780387×0.98×0.742565=0.567898

由于4个罐区布置均相同，因此各工艺单元安全补偿系数均为0.57。

9实际最大可能财产损失（实际 MPPD）

基本最大可能财产损失与安全措施补偿系数的乘积就是实际最大可能财产损失（Actual MPPD），它表示在采取适当的（但不完全理想）防护措施后所造成的财产损失。如果这些防护装置出现故障，其损失应接近于基本最大可能财产损失。

工艺单元实际最大可能财产损失计算结果见下表（见表12）

表12 工艺单元实际最大可能财产损失汇总表

工艺单元 1#罐区 2#罐区 3#罐区 实际最大可能财产损失 人民币（万元） 245.98 271.33 1325.71 美元（万元） 30.36 33.49 163.66 道化学法在石油库安全评价示例 唐开永

4#罐区 198.22 24.47 10最大可能工作日损失（MPDO）

估计最大可能工作日损失（MPDO）是评价停产损失（BI）必需的一个步骤。最大可能工作日损失利用DOW公司最大可能工作日损失计算方程式或计算图得出，主要与实际最大可能财产损失相关，并考虑备用系统和材料供应等条件差异，给出了正常值及其上下70%幅度可能范围的3斜线。本次评价为从最大风险考虑取正常值斜线查插图。

1、最大可能工作日损失计算（Actual MPPDD按DOW公司要求以百万美元为单位）：

1）1#罐区：

Actual MPPDD为0.3百万美元，查DOW公司火灾爆炸危险指数评价法（第七版）“最大可能工作日损失（MPDO）计算图”，得：最大可能工作日损失11天。

2）2#罐区：

Actual MPPDD为0.33百万美元，查DOW公司火灾爆炸危险指数评价法（第七版）“最大可能工作日损失（MPDO）计算图”，得：最大可能工作日损失12天。

3）3#罐区：

Actual MPPDD为1.63百万美元，查DOW公司火灾爆炸危险指数评价法（第七版）“最大可能工作日损失（MPDO）计算图”，得：最大可能工作日损失26天。

4）4#罐区：

Actual MPPDD为0.24百万美元，查DOW公司火灾爆炸危险指数评价法（第七版）“最大可能工作日损失（MPDO）计算图”，得：

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最大可能工作日损失9天。

工艺单元最大可能工作日损失结果见下表（见表13）

表13 工艺单元实际最大可能财产损失汇总表

工艺单元 1#罐区 2#罐区 3#罐区 4#罐区 实际最大可能财产损失(天) 11 12 26 9

11停产损失(BI)

停产损失按下式计算:

BI=(MPDO/30)VPM×0.7 式中: VPM为每月产值， 0.7为固定成本和利润。

由于油库经营的特点，与被评价单位研究，确定采用2005年月均产值约1000万元/月，按罐区库容分摊，则1#、2#、3#、4#罐区月产值依次为人民币210万元、105万元、526万元、159万元；折合美元依次为30万元、13万元、65万元、20万元。

各工艺单元停产损失计算结果见下表（见表14）

表14 工艺单元停产损失汇总表

工艺单元 1#罐区 2#罐区 3#罐区 4#罐区 停产损失 人民币（万元） 1205.3 664.75 16270.88 735.39 美元（万元） 21.25 10.16 248.22 11.42 道化学法在石油库安全评价示例 唐开永

12火灾、爆炸危险分析汇总

12.1道化学火灾、爆炸指数评价法分析数据表汇总

1、1#罐区工艺单元分析数据表

表15 1#罐区火灾、爆炸指数（F&EI）表

地区/国家：XX县/中国 位置：油库库区内 生产单元：储油区 工艺单元：1#罐区 部门：中油XX油库 场所：油库库区 日期：200X年X月X日 工艺设备中的物料：柴油 操作状态 确定MF的物质：柴油 正常操作 1、一般工艺危险 基本系数 （1）放热化学反应 （2）吸热反应 （3）物料处理与输送 （4）密闭式或室内工艺单元 （5）通道 （6）排放和泄漏控制 一般工艺危险系数（F1） 2、特殊工艺危险 基本系数 （1）毒性物质 （2）负压(<500mmHg,66.661kPa) （3）易燃范围及接近易燃范围的操作 惰性化— 末惰性化— 1）罐装易燃液体 2）过程失常或吹扫故障 3）一直在燃烧范围内 1.00 0.20~0.80 0.50 0.50 0.30 0.80 危险系数范围 1.00 0.3~1.25 0.20~0.40 0.25~1.05 0.25~0.9 0.20~0.35 0.25~0.50 采用危险系数 1.00 0.25 0.35 0.5 2.1 1.00 0.3 ①

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/108d.html