超臨界二氧化碳輸送管道定量風險評估規范Specificationforquantitativer中國國際科技促進會I Ⅲ 1 13術語和定義 14基本程序 25基礎數據 25.1數據收集 25.2氣象條件 45.3人口數據 45.4介質物性 56危險場景辨識 56.1站場危險場景辨識 56.2線路危險場景辨識 57失效頻率 57.1站場泄漏頻率 57.2線路泄漏頻率 68失效后果 68.1后果類型 68.2后果模擬 69風險評估 69.1傷害準則 69.2致死率計算 69.3風險評估 79.4風險判定 79.5風險減緩 7附錄A(資料性)基礎資料收集示例 8附錄B(資料性)泄漏頻率計算方法 附錄C(資料性)CO?濃度對人類安全的影響 附錄D(資料性)死亡概率與概率值對應關系 附錄E(資料性)風險可接受基準 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國石油天然氣管道工程有限公司提出。本文件由中國國際科技促進會歸口。本文件起草單位：中國石油天然氣管道工程有限公司、中國石油管道局工程有限公司第三工程分公司、中鐵十四局西北工程有限公司、大連理工大學、中石化國家石化項目風險評估技術中心有限公司、大慶石化建設有限公司、中國石油管道焊接培訓中心、陜西化建工程有限責任公司、中石油云南銷售分公司、中博瀚云(北京)科技有限公司、中有智慧(北京)標準技術有限公司。本文件主要起草人：吳鳳榮、孟凡鵬、安永勝、方杰、張效研、朱坤鋒、李廣群、林寶輝、丁建華、超臨界二氧化碳輸送管道距離長，沿途地質復雜，常經過人口密集的高后果區或重要防護目標區域，其設計、施工和運行過程中面臨工程投資高、工期長、泄漏風險高以及運營維護難度大等多種因素。對超臨界二氧化碳輸送管道開展定量風險評估，充分識別和評估其輸送風險，以輔助風險決策和風險管理，提升超臨界二氧化碳輸送管道的安全性，顯得尤為重要。因此，亟待制定超臨界二氧化碳輸送管道定量風險評估規范，提高超臨界二氧化碳管道的本質安全。本文件的制定將統一并規范超臨界二氧化碳輸送管道的風險評估及其接受準則，為二氧化碳輸送管道的危險因素識別、危害后果模擬、風險評估以及風險減緩措施的設計提供指導，降低工程事故的發生，確保超臨界二氧化碳輸送管道工程建設和運營的安全。1超臨界二氧化碳輸送管道定量風險評估規范本文件規定了超臨界二氧化碳(CO?)管道定量風險評估中的技術要求、工作程序和基本方法。本文件適用于陸上超臨界CO?輸送管道工程的定量風險評估。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。AQ/T3046—2013化工企業定量風險評價導則3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。輸送壓力高于臨界壓力的二氧化碳輸送形式。[來源：SH/T3202—2018,3.2,有修改]某一個體持續出現在某一特定場所所遭遇的某種危險發生的頻率，通常以每年個人死亡率來表示。個人年度死亡風險individualriskperannum;IRPA考慮個體平均暴露于不同作業或活動場所的時間，在某特定固定工作地點的人員年度死亡率。大于或等于N人死亡及其累計發生頻率的曲線F。[來源：SH/T3226—2024,3.1.13,有修改]導致暴露人群50%死亡(LD50)的劑量。2定量風險評估的基本程序應符合圖1。資料收集資料收集危險場景辨識與評價單元劃分失效頻率分析失效后果分析風險計算與結果評價風險減緩措施報告編制資料類別1自然條件大氣參數(氣壓、溫度、濕度等)2平面布局區域位置圖平面布置圖設備布局立面圖3表1站場基礎資料收集清單(續)資料類別3設計數據工藝流程圖(PFD)管道和儀表流程圖(P&ID)設備和管道數據設計說明4工藝危害信息工藝物料信息56口分布/站場內的人員分布及工作時間7運行時間8管理數據根據項目所處不同階段，收集不同深度的設計說明書。對設計階段，運行時間取每年最大設計運行時間，對運行階段取每年實際最大運行時間當需要根據現場管理水平，對通用頻率進行修正時，應收集評估管理數據，包括：管理制度、操作和維護。資料類別1自然條件大氣參數(氣壓、溫度、濕度、太陽熱輻射等)2平面布局線路走向圖區域位置圖設計說明4表2線路基礎資料收集清單(續)資料類別3工藝危害信息工藝物料信息456運行時間管道的檢測數據7管理數據根據項目所處不同階段，收集不同深度的設計說明書。b對設計階段，運行時間取每年最大設計運行時間，對運行階段取每年實際最大運行時間。當需要根據現場管理水平，對通用頻率進行修正時，應收集評估管理數據，包括：管理制度、操作和維護。5.2.1氣象數據應由建設單位確認，且和評估目標所在地氣象部門提供的數據一致。5.2.2氣象數據的基本參數包括風速、溫度、相對濕度等。示例參見附錄A中的表A.1。5.2.3自然風速條件為風速、風向和大氣穩定度的組合，組合至少選擇3種氣象條件，且應涵蓋高風速(8m/s~9m/s)、中風速(3m/s~5m/s)、低風速(1m/s~2m/s)及大氣穩定度的穩定、中性、不穩定范圍，并且風速選擇適當參考當地平均風速，見表3。表3風速條件類別風速范圍大氣穩定度類型大氣穩定度D(中等)和F(穩定)中風速大氣穩定度B(較不穩定)、D(中等)和E(較穩定)大氣穩定度D(中等)注：大氣穩定度通常采用Pasquill分類，分為A、B、C、D、E和F六類，其中A為最不穩定，5.2.4風頻宜采用8項或16項，若無，參考當地風玫瑰圖。5.3.1人口數據可采用實地統計數據，并應符合AQ/T3406—2013中6.2.2的規定。5.3.2站場人口分布統計包括站場內人員和站場外人員，線路人口分布統計為管道周邊人口。統計應遵循以下原則：5a)考慮人員輪班情況；b)考慮人員在不同時間上的分布，如白天與晚上；d)考慮已批準的規劃區內可能存在的人口；e)根據評估目標，確定人口統計的地域邊界。5.3.3人員數據應包括人員存在位置、人員分布時間(白天和晚上，或不同的時期段)、人員在室內外的暴露時間比例等。示例見附錄A。5.4.1應列出介質的物性參數作為模擬計算的基本物性參數。5.4.2應列出輸送介質的組分、性質和危險性等級，介質組分示例見表A.5。6危險場景辨識6.1站場危險場景辨識6.1.1站場風險評估應按照主要工藝系統、功能分區布置和隔離系統等并結合地形等物理因素劃分若干評估單元。6.1.2評估單元宜以緊急切斷閥門、放空閥門、正常條件下關閉的閥門、安全閥等常用設施為邊界。6.1.3評估單元的泄漏場景根據泄漏孔徑大小可分為完全破裂、孔泄漏。6.1.4危險場景為設備設施典型的失效場景，失效場景應同時滿足以下2個條件：a)泄漏發生的頻率≥10-8次/年；b)至少導致1%的致死率。6.1.5完全破裂應包括分析CO?管道的縱向破裂。6.1.6孔泄漏的泄漏孔徑宜根據站場設備設施的實際情況具體分析，包括評估單元內設備設施和管線6.2線路危險場景辨識6.2.1線路風險評估應按照線路截斷閥的位置劃分若干評估單元。6.2.2評估單元的泄漏場景根據泄漏孔徑大小可分為完全破裂、孔泄漏。6.2.3完全破裂應包括分析CO?管道的縱向破裂，孔泄漏的泄漏孔徑取值范圍和代表性值推薦見附7.1站場泄漏頻率管線等。7.1.2各評估單元泄漏頻率應為部件數量和部件基礎泄漏頻率的乘積，計算步驟見附錄B。7.1.3基礎泄漏頻率分析方法包括數學模型、歷史數據統計、事件樹和故障樹等；推薦采用歷史數據統計法，管線或設備的基礎泄漏頻率推薦見附錄B。7.1.4基礎泄漏頻率宜使用本規范推薦的通用頻率，當使用其他失效數據庫或企業失效數據時，應進行專項說明。67.1.5基礎泄漏頻率可根據提高安全系數、壁厚、材料等級等技術措施等進行修正，并進行7.1.6部件數量應按照部件類型、尺寸等逐一統計。統計原則如下：a)區分泄漏介質、初始泄漏壓力。液相介質的部件和氣相介質的部件分別統計；不統計處理水、惰性氣體或其他無危害介質的部件；只統計帶壓部件，不統計一些常壓對風險無貢獻的部件；b)區分管道的長度和尺寸，管道上的焊縫不單獨統計，管道上的閥門、法蘭和儀表另外統計；c)法蘭統計應包括兩個法蘭面、一個墊圈和兩道焊縫。7.2.1線路評估單元的失效頻率為管道的泄漏頻率，推薦采用統計法。7.2.2線路泄漏頻率及不同泄漏場景的占比推薦見表B.1。8.1.1CO?氣體泄漏后的后果影響為人員窒息、低溫凍傷。8.1.2CO?氣體雜質的后果影響應單獨分析。8.2.1泄漏、擴散后果評估可根據評估目的和輸人條件選擇數值計算或實驗評估。8.2.2泄漏位置應根據設備(設施)實際情況確定，各泄漏場景有對應的泄漏位置；泄漏位置應分析周邊地形情況。8.2.3泄漏方向應根據設備安裝的實際情況和周邊阻塞情況確定。泄漏方向宜設為水平方向，與風向相同。8.2.4泄漏量計算應選用初始泄漏速率和最大泄漏速率的最大值。8.2.5泄漏時間應根據評估單元和相連單元中的薦量、探測和隔離時間以及可能采取的任何反應措施等工藝條件確定有效泄漏時間，最大泄漏時間不宜大于30min。8.2.6CO?氣體擴散計算應依據實際氣體特性，如擴散氣體的初始密度、溫度、理查德森數等條件選擇重氣擴散。8.2.7CO?氣體擴散計算應充分結合周邊地形。9風險評估9.1.1傷害/破壞判定準則反映CO?濃度對人體造成危害的嚴重程度，影響見附錄C。9.1.2可使用單值準則判定CO?濃度對人員的影響。9.1.3可采用SLOD、SLOT和毒性致死概率等指標來評估毒性物質對人員的生命安全和健康影響。當定量風險評估結果用于制定有毒氣體泄漏應急計劃時，可使用ERPG。9.2致死率計算9.2.1CO?氣體氣體暴露下人員死亡概率的Probit數可按公式(1)計算：P,=-90.8+1.0ln(1048·C?·t)…………7P,——死亡概率的probit數；C——空氣中CO?濃度(%v/v);9.3.1風險評估應包括個人風險和社會風險。個人風險可表示為特定地點的個人風險等值線(LSIR)9.4.2站場內有人值守建筑物的個人年度死亡風險不宜大于4.0×107次/年。9.4.3站場內有人值守建筑物的個人年度死亡風險大于1010-3次/年時應進行專門的防窒息設計。9.5風險減緩8(資料性)基礎資料收集示例基礎資料收集示例見表A.1～表A.5。表A.1氣象參數示例溫度/℃風速/(m/s)多年平均極端最低多年平均12…表A.2站場內人口統計示例崗位設置暴露時間比例表A.3站場內人口分布示例崗位設置暴露時間比例門衛…表A.4站場外人口數據示例地點與站場距離m白天白天129表A.4站場外人口數據示例(續)地點與站場距離m白天白天34商場表A.5介質組分表示例××氣源(資料性)泄漏頻率計算方法B.1站場泄漏頻率B.1.1單元泄漏頻率計算各單元泄漏頻率計算為首先統計單元內泄漏部件的數量，然后累加各部件的基礎泄漏頻率。單元泄漏頻率計算按照下列步驟進行：a)識別每個泄漏單元的設備類別(如容器、閥門、法蘭、儀表接頭和管線等);b)統計泄漏單元內特定設備的數量c)合計所有設備的基本泄漏頻率。泄漏單元的泄漏頻率由公式(B.1)給出：F—泄漏單元的泄漏頻率；f;—設備i的基礎泄漏頻率。B.1.2基礎泄漏頻率計算方法基礎泄漏頻率計算方法主要有2種，一種是統計法。數據從數據庫獲得或供應商提供；另一種是計算法，通過經驗公式計算。站場內管線或設備基礎泄漏頻率推薦采用OGP數據庫(見表B.3),缺失數據采用經驗公式模擬。目前石油天然氣行業普遍使用的歷史數據庫包括美國CCPS的PERD數據庫、DNy的OREDA數據庫、UKOPA的UKHCRD數據庫、UKHSEFRED數據庫和OGP數據庫。經驗公式(B.2)是挪威船級社DNV、Scandpower等機構對UKHCRD數據庫其中17個設備類型的泄漏數據進行處理，擬合形成的泄漏頻率計算公式。通過下面的泄漏頻率函數來分析設備或管道隨孔徑的泄漏頻率變化：F(d)——孔徑尺寸d的頻率，單位為次/年；f(D)——隨著D變化的泄漏孔徑函數；D——設備直徑，單位為毫米(mm);d——孔直徑，單位為毫米(mm);Frup——附加的破裂頻率，單位為次/年；C,a,n——設備類型常數(對于容器、壓縮機等大型設備，參數“D”為進氣管的尺寸)。泄漏頻率計算公式的常量見表B.1。表B.1泄漏頻率計算公式的常量Camn總泄漏注：D=1mm~600UKHCRD數據庫篩選其中2551件與定量風險分析相關的泄漏事件，將泄漏情形劃分為全壓泄漏(fullpressureleak)和零壓泄漏(zeropressureleak),全壓泄漏進一步分為全部泄漏(Fullleak)和有限泄漏(LimitedLeak)。零壓泄漏場景為設備內壓力近似零壓(0.001MPa或者更低)條件下的所有泄漏，此類事件不可能產生嚴重后果，認為對整體風險的貢獻不明顯，定量風險分析QRA通常不考慮零壓泄漏事件。B.1.3推薦基礎泄漏頻率設備設施推薦基礎泄漏孔徑見表B.2。表B.2基礎泄漏孔徑類別小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏管線(站場)5Min(D.400,當量直徑)515155一一—5設備設施推薦基礎泄漏頻率見表B.3。表B.3基礎泄漏頻率數據小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏手動閥門表B.3基礎泄漏頻率數據(續)小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏電動閥門管道儀表(小孔)過濾器(DN≤150)過濾器(DN>150)空冷器壓力容器(DN≤150)壓力容器(DN>150)離心泵(DN≤150)離心泵(DN>150)往復泵(DN≤150)往復泵(DN>150)離心壓縮機(DN≤150)離心壓縮機(DN>150)往復式壓縮機(DN≤150)往復式壓縮機(DN>150)表B.3基礎泄漏頻率數據(續)小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏管殼式換熱器(殼程內為烴類介質)(DN≤150)管殼式換熱器(殼程內為烴類介質)(DN>150)管殼式換熱器(管程內為烴類介質)(DN≤150)管殼式換熱器(管程內為烴類介質)(DN>150)板式換熱器(DN≤150)板式換熱器(DN>150)空冷式換熱器(DN≤150)空冷式換熱器(DN>150)收發球筒(DN≤150)收發球筒(DN>150)B.2線路泄漏頻率超臨界CO?輸送管道平均失效概率優先選擇運營單位統計的歷史失效數據。無法依據相關歷史數據確定推薦采用6.1×10-?次/(km·a)[2]。超臨界CO?輸送管道線路部分泄漏孔徑可分為小孔、中孔、大孔和完全破裂4種情景，不同孔徑的泄漏頻率按照表B.4中占比計算[3]。表B.4管道泄漏孔徑與頻率選取152中孔34(資料性)CO?濃度對人類安全的影響CO?的分類見表C.1。表C.1CO?的分類詳細內容分類(GHS)毒性標準6CO?是一種“未分類的”物質體”吸入濃度高于7%左右的CO?能造成人的傷亡吸入高濃度CO?對健康的影響見表C.2,表C3表C.2吸入高濃度CO?對健康的影響(一)空氣中的CO?濃度暴露時間對人類健康的影響1分鐘內1到幾分鐘頭昏眼花、有睡意、肌肉嚴重抖動、無意識幾分鐘幾小時聽覺和視覺受干擾幾分鐘內頭痛、頭昏眼花、血壓升高、呼吸不舒服(相當于人呼氣的濃度)中度頭痛、發汗和在靜止狀態下呼吸困難幾小時注：資料來源見美國環境保護署(2000)。表C.3吸入高濃度CO?對健康的影響(二)暴露時間空氣中的CO?濃度空氣中的CO?濃度%%51(資料性)死亡概率與概率值對應關系