1、 2013 Department of Safety Engineering 第4章 事故多米诺效应 主讲：颜 峻 所谓多米诺事故，也称连 锁事故、多米诺事件，是指在危 险品储存区、装运区或者含有危 险设备的生产区，一个设备或者 危险单元发生事故而影响到临 近设备或单元，从而导致事故蔓 延，引发次生事故发生的事故。 一、什么多米诺事故 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 初始事件 ， 也称为导火索事件 （ 向良云， 2011 ） ， 是最开始发生的事故或事件 ， 即所谓 的 触发事件 。 二次事件是由初始事件通过某种能量作用方式 引
2、发的现场和邻近设备发生的事故或事件。 多米诺场景是指二次事件发生的可能情况。 术语解析 案例1 案例2 案例3 1984年11月19 日 墨西哥 首都墨 西哥城 国 家石油 公司液 化气管 道泄漏 发 生蒸气 云爆炸 ，接连 大约15次 爆炸。 1997年6 月27日北京东 方化工 厂由于 操作工 误操作 导致大 量石油 冒顶外 溢，挥 发成可 燃性气 体，遇 到明火 引起火 灾，火 灾引发 邻近的 乙烯罐 爆炸。 1997年9 月14日，印 度HPCL炼 油厂一 个 球罐发 生 泄漏， 着 火并爆 炸， 引发25球 罐爆炸 。 案例4 2005年11月13 日 ，吉林 石化公 司双苯 厂 因
3、T-102塔发生 堵塞， 导致循 环 不畅， 因处理 不当， 在几个 小 时内相 续4 次爆 炸。 1、化工多米诺事故 苯胺工艺流程简图 P ：0.07 0.074MPa P ：0.075 0.10MPa 200m 蒸汽阀 爆炸 预热器 进料泵 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 2 、 多米诺事故特征 一般认为，多米诺事故/ 事件有4 要素： 一个能引发多米诺效应的初始事故场景 ； 由初始事件对二次目标引发的扩大因素而导致了后 果的连锁效应。 由于初始事件的传播使得在相同和不同的单元中产 生1 个或多个多米诺事故场景。 由于二次事
4、件的发生而导致总体后果扩大 。 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 3、引发多米诺事故的物料调查 低严重度初始事件 （Low Severity Initiating Event ，LSIE ） 的传播 。 这 种事件的传播主要是由一 些平时不太容易注意到的 较小事件所引发 。 例如直 径很小的管道 、 阀门处发 生的小 型喷射 火； 事大重事故 （ Maior Accident Events ，MAE ） 的相互作用 。 由较严重的 初始事故的作用导致二次 事故发生 。 由于MAE破坏距 离大 ， 经常会导致临近设 备和单元发生较为
5、严重的 二次事 故 。 国 内外学者给出了其不同定义，一般认为多米诺效 应是一个连锁性事件、初始事故的后果因为空间和时 间上引发其他次生事故而扩大，导致一个大的事故。 简单而言知，多米诺效应，是指在一个相互联系的系 统中，一个很小的初始能量就可能产生一连串的连锁 反应。多米诺事故的产生就是由多米诺效应所引发， 一般认为多米诺效应是一种事故的连锁和扩大效应。 二、多米诺效应产生机理 1、多米诺效应触发因素 火灾- 热负荷 池火(Poolfire) 闪火(Flashfire) 火球(Fireball) 喷射火(Jetfire) 1、多米诺效应触发因素 爆炸冲击波、热负荷、抛射破片 受限空间蒸汽云爆
6、炸(CvCE) 沸腾液体扩展蒸汽云爆炸(BLEVE) 蒸汽云爆炸(UVCE) 粉尘爆炸 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 2 、多米诺效应引 发过程 危险源产生初 级事故；初级 事故作用在附近 的危险源上； 附近危险源产生 二级事故；二 级事故再次传播 ，引起三级事故 ，依次类推。 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 在发生火灾或爆炸的单元的 损害范围内存 在其它危险单元, 火灾爆炸产生的能量足以导致邻近单元发 生故障 3 、 多米诺效应发生的必要条件 行 业安全特 色
7、课程 2013 Department of Safety Engineering 单元-重大危险源 重大危险源场所分为7 类 易燃、易爆、有毒物质的储罐区( 储罐) 易燃、易爆、有毒物质的库区( 库) 具有火灾、爆炸、中毒危险的生产场所 企业危险建( 构) 筑物 压力管道 锅炉 压力容器 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 热辐射的损害半径 损害范围能量 热辐射的不同入射通量所造成的损失 入射通量/ （kWm -2 ） 对设备的损害 对人的伤害 37.5 操作设备全部 损 坏 1%死亡10s 100%死亡/1min 25 在无火焰、
8、长 时 间辐 射 下， 木 材燃 烧 的最 小能量 重大烧伤/10s 100%死亡/1min 12.5 有火焰时，木 材 燃烧 ， 塑料 熔 化的 最 地能 量 1 度烧伤/10s 1%死亡/1min 4.0 20s以上感觉疼痛 ， 未必 起 泡 1.6 长期辐射无不 舒 服感 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 爆炸的损害半径 损害范围能量 1000kgTNT 爆炸时的冲击波超压 距离R 0 /m 5 6 7 8 9 10 12 14 超压 /MPa 2.94 2.06 1.67 1.27 0.95 0.76 0.50 0.33
9、距离R 0 /m 16 18 20 25 30 35 40 45 超压 /MPa 0.235 0.17 0.126 0.079 0.057 0.043 0.033 0.027 距离R 0 /m 50 55 60 65 70 75 超压 /MPa 0.0235 0.0205 0.018 0.016 0.0143 0.013 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 爆炸的损害半径 损害范围能量 冲击波超压对人体的伤害作用 超压/MPa 伤害作用 0.020.03 轻微损伤 0.030.05 听觉器官损伤或 骨 折 0.050.10 内脏严重
10、损伤或 死 亡 0.10 大部分人员死亡 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 爆炸的损害半径 损害范围能量 冲击波超压对建筑物的破坏作用 超压 /MPa 破坏作用 超压 /MPa 破坏作用 0.0050.006 门、窗玻璃部分 破 碎 0.060.07 木建筑厂房房柱 折 断 ，房 架 松动 0.0060.015 受压面的门窗玻 璃 大 部分 破 碎 0.070.10 砖墙倒塌 0.0150.02 窗框损坏 0.100.20 防震钢筋混凝土 破 坏 ，小 房 屋倒塌 0.020.03 墙裂缝 0.040.05 墙大裂缝，屋瓦 掉 下
11、 0.200.30 大型钢架结构破 坏 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 4 、 多米诺效应事故顺序 统计表明, 并非所有的重 大事故都会触发多米诺效 应, 只有当火灾和爆炸产 生的能量足够大, 其危害 波及范围内存在其他危险 单元时, 才可能发生重大 事故的多米诺效应。其中 火灾主要靠强烈的热辐射 作用对人和设备产生危害, 常用热负荷表征；爆炸则 主要是靠冲击波 、 抛射碎 片 及热负荷的作用。 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 行 业安全特 色课程 2013 De
12、partment of Safety Engineering 由 泄 漏 事 故 引 发 多 米 诺 效 应 事 故 顺 序 分 析 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 气 体 和 两 相 泄 漏 事 故 框 图 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 液 体 泄 漏 事 故 框 图 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 5 、基于多米诺效应的定量风险 评价过程 化工事故多米诺效应主要是 由火灾热辐射、爆炸冲击波以及
13、 爆炸碎片引发的（为什么不考虑 中毒事故？）必须要对化工厂或 园区进行事故风险分析：选择工 艺设施 事故情景分析 后果分 析 计算阈值距离 选择附近设 施 计算传播概率 计算事故情 景频率 风险计算、判断风险是 否可接受 结束。 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 后 果分 析的 一般 程序 选定危险单元 计算单元中有害物质存量 找出设备的典型故障 计算泄漏量 分析事故可能造成的瞬时或连续的泄漏, 计算泄漏量 或泄漏流量 计算后果 分析泄漏可能造成的火灾! 爆炸等后果, 选择合适的模 型计算事故对生产现场内或现场外的影响 整理结果
14、将计算结果整理成表格, 并在单元平面图上划出其影 响范围 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 后果 分析 所需 参数 例题 事故风险分析方法 风险的表征 基本概念 2-2 事故风险分析方法 一、 风险的定义 根据美国化学工程师学会（Institute of Chemistry Engineers，简称ICE）的定义，风险是某一事件在一 个特定的时段或情境中产生人们所不希望的后果的可 能性，也即不幸事件发生的概率。 ( ) 后果 概率 风险 , F = 什么是事故风险 从定性上说，事故风险指某系统内现存的或潜在的可 能导致事故的妆态，
15、在一定条件下，它可以发展成为 事故。 从量上说，事故风险指由危险转化为事故的可能性， 常以概率表示。 总之，事故风险通常被用来描述未来事件可能造成的 损失，就是说它总涉及不可靠性和不能肯定的事件。 问：什么样的风险是人们可接受的？ 什么是风险的可接受水平 接受风险是指一个人在特定情况下的行为，此时他估 计收益高于（或低于）付出，而决定参与（或不参与） 某个行动。这种行为过程可能极快，甚至还没有达到 有意识地做出决定的水平；也可能属于另一种极端情 况，即可能很慢，经过了深思熟虑及讨论，才做出决 定。 一般说来，工作任务、风险的特性、个体差异、文化 因素等都是影响接受风险的重要因素。 在风险的可接
16、受方面，合理可接受水平 （As Low As Reasonable Practicable ，ALARP）的概念被越来越多地提及。在确定风险的合理可 接受水平时，不仅考虑到人们的心理因素和当前社会的技术可行性，还 考虑到经济上的可行性和降低风险的效益问题等诸多方面。依据这种定 义可把风险分为三个区域：不可接受区、合理可接受区（ALARP区）和 可忽略区。 ALARP原则 as low as reasonably practice 在 当 前的技 术条件 和合理 的费用 下，对 风险的 控制要 做到“ 尽可能 得低” 。 二 、 风 险的表征 由于社会、文化、个性等因素的影响，人们对 于风险的态
17、度和看法是大相径庭的。也就是说，风 险是一个主观性很强的概念。对风险的表征，根据 所考虑的后果不同，主要从个体风险 和 社会风险 两 个方面着手。 风险计算 个体风险可表现为个人风险等高线 ， 社会风险可表现为F- N 曲线和潜在生命损失（PLL ） 。 个体风险和社会风险结果应满足： 个体风险应在标准比例尺地理图上以等高线的形式给 出 ， 宜表示出频率大于10 -8 / 年的个体风险等高线。 社会风险应绘制F-N 曲线 。 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 1 、个人风险 个人风险（Individual Risk，简称可IR）
18、是指假设 个体100%处于某一危险场所且无保护，由于发生事故而 导致的死亡频率，单位为次/ 年。 由以上定义可知：个人风险只表示某一位置的风险 水平，而与人的存在与否无关。个人风险的大小与距风 险源的远近有关，距风险源越近，个人风险越大，反之 亦然。个人风险在图上通常用风险等值线直观表示。 危 险 设 施 （点）和运输路线（直线）的风险等值线 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 2 、 单位时间死亡率法 单位时间死亡率是指参与某一具体活动时单位时间内的死 亡人数。一般情况下，个人风险可以表示为： P-单位时间死亡率具体可用事故死亡率
19、和年死亡率来表方 便表示。 P P = 个体风险 个体风险 P P = 社会风险 社会风险 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 死亡概率修正因子取值 场景 个体风险 社会风险 室外 室外 室内 爆炸 爆炸超压0.03 MPa 1 1 1 爆炸超压 0.010.03 MPa 另见化工企业定量风险评价导则 爆炸超压0.01 MPa 0 0 0 闪火范围内 1 1 1 闪火范围外 0 0 0 热辐射通量 37.5 KW/h 火球 1 0.14 0 喷射火 1 0.14 0 池火 1 0.14 0 热辐射通量 37.5 KW/h 火球 1
20、1 1 喷射火 1 1 1 池火 1 1 1 个体风险 社会风险 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 3 、 事故死亡率 事故死亡率（Fatal Accident Frequency Rate，简称 FAFR）指的是1000个劳动力在其一生的劳动时间（约合 10 5 小时）内的预期死亡数，也即暴露时间为10 8 小时内的 平均死亡率。 将单位时间设为一年，则得到年死亡率。对于个人风险， 最为简洁的 方 式 就 是 用年中由于某一特定活动引起的 死亡率来表示风险。用年死亡率表示个人风险的一个 缺 点 是没有考虑年龄因素。 例2.1 ，
21、 ， 某地拟建一个库容510 4 m 3 的液化天然气(Liquid Natural Gas ，简 称LNG)储备库，由一个低温LNG 储罐盛装。选取LNG 储罐整体破裂情况下 ，可能发生的危害严重的沸腾液体扩展蒸气爆炸进行讨论。根据对历年 事故的统计结果，LNG储罐发生该种事故的频率为10 -5 。LNG储罐爆炸时 ，造成人员死亡的概率与距储罐距离的关系如图所示。试分别计算距 LNG储罐120 m 、240 m 、280 m处的个人风险。 解：依据题意，LNG储罐发生沸腾液体扩展蒸气爆炸 事故的频率为10 -5 。由图可知，距LNG储罐120m 、240m、 280m处人员死亡概率分别为1
22、、0.98、0.88。由此得： 距LNG储罐120m处个人风险为： 距LNG储罐240m处个人风险为 ， ， 距LNG储罐280m处个人风险为 5 5 10 1 10 = = = f d f p p IR4 5 10 8 . 9 98 . 0 10 = = = f d f p p IR4 5 10 8 . 8 88 . 0 10 = = = f d f p p IR 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 4、其它常用方法 预期寿命损失值法（Loss of Life Exeectancy，简称LLE） 是指于各种原因造成预期寿命的减少。
23、 年死亡概率增值法（Delta Yearly Probability of Death，简称DYPD）表示年死亡概率增加10 6 时 对应的活 动强度。 行 程风险 是比较 交通事 故带来 的个人 风险的 最好方 法，通 常使用 的行 程 数是10 9 。 三 、 社 会风险的表征 1 、什么是社会风险 社会风险(Social Risk，简称SR)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 （通常每年）的死亡人数。常用社会风险曲线（F-N 曲线）表示。 F-N曲线 F-N curve 表示累积频率（F ）和死亡人数（N）之间关系的曲线 图。 潜在生命损失（PLL）
24、potential loss of life 表示单位时间某一范围内全部人员中可能死亡人员的 数目。 问：社会风险与个人风险的区别？ 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 2 、F/N曲线 一种表示社会风险的方法 是采用F/N 曲线，其中N 表 示该事件引发的死亡人数 ，F 表示死亡人数 N 的事 故发生的累计频率。右图 显示了一组实际与估算相 结合的好N 曲线，它基于 来自美英两国的数据，适 用于多种活动。图中， PWR(Pressurized-Water Reactor)是指压水反应堆 ，压水核反应堆。 行 业安全特 色课程 20
25、13 Department of Safety Engineering 3、其它常用方法 基于个人风险的方法 。Piers提出用一定区域内家庭数量与个人风险 水平乘积的积分(AWR)来计算会风险： ( ) ( ) dxdy y x h y x IR AWR A = , , 基于伤亡人数的概率密度函数的方法 。 由每年伤亡人数的概率密度 函数pdf(the probability density function) 推导出每年伤亡人数 的期望值E(N)，通常也叫做潜在生命的损失PLL来量化社会风险。 ( ) ( )dx x xf N E N = 0 行 业安全特 色课程 2013 Departm
26、ent of Safety Engineering 四、事故风险分析方法 定量风险评价法是利用在大量分析实验结果 和统计资料基础上得到的指标或规律（数学 模型），对系统的各个方面的安全状况进行 定量的计算，其评价结果是一些定量的指标， 如事故发生概率、事故伤害范围、定量危险 性等。 根据风险分析方法的特征可将事故风险分析 方法分为：风险概率评价法 、风险后果评价 方法。 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 1 、 风险概率评 价法 风险概率评价法是根据事故基本因素的发生概率，应用 概率分析方法，求取整个系统事故发生概率的风险评价 方
27、法。其评价结果是计算出事故发生的概率或频率，再 和风险评价标准来比较，判断是否达到规定的安全要求。 简单的风险概率评价法主要有事故树分析法和事件树分 析法 。 考虑风险分析中不确定性的风险概率评价法中，应用范 围最广泛的两种方法是贝叶斯估计和蒙特卡罗模拟 。 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 2 、 风险后果评 价方法 风险后果评价法是应用数学方法，根据事故的数学模型， 求取事故对人员的伤害范围或对物体的破坏范围的风险 评价方法。 本书中用到的主要数学模型包括： 泄漏模型（气相、液 相或气液两相泄漏）；扩散模型（高斯扩散模型、重气 扩散模型、计算流体力学模型）； 毒物伤害模型 ； 火灾 伤害模型（池火灾、火球，闪火、喷射火）；爆炸伤害 模型( 蒸气云爆炸、BLEVE) 。 行 业安全特 色课程 2013 Department of Safety Engineering 本章思考题 1 、什么是多米诺效应？如何解释化工事故 多米诺效应。 2 、简述事故风险表征的基本方法。 3 、事故风险分析方法分为哪几类？每种方 法在应用时的注意事项是什么？
