抗爆計算
轉載。
什么是QRA？
QRA是Quantitative Risk Assessment的縮寫，直譯為定量風險評估，顧名思義，使用量化的風險值決定風險是否可接受。如同HAZOP/LOPA/SIL，QRA也是風險評估的一種方法，但不同于LOPA的半定量分析，它與SIL計算有些相似之處，QRA屬于量化風險分析，是一項復雜而廣泛的研究，也是一項對軟件依賴比較強的工作。
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QRA用來解決哪些問題？
QRA技術大量應用于安全設計、安全評價、安全現狀評估、土地規劃、工程項目總體規劃、應急預案輔助及事故后果模擬等領域，能對石油、化工等涉及危險化學品生產、儲存的區域進行火災、爆炸、泄漏、中毒等多種災難事故后果和風險進行可視化模擬分析，集特定地點爆炸沖擊波、火災熱輻射、毒性濃度影響、個人風險、社會風險、PLL、多米諾評估等多種功能于一體。具體來說，有如下的應用場景：
? 建筑物抗爆評估 GB/T50779-2022
? 防火間距評估 GB 55037-2022
? 土地規劃（如周邊居民的拆遷范圍的評估）
? 工廠選址和工廠平面布置的優化
? 污染的控制與應急計劃
? 構建筑物的影響分析
? 廠內危險化學品的儲存量的評估
? 設計方案的優化
? 成本效益的分析
? 風險降低措施有效性的評估
? 工廠并購對工業安全風險的盡職調查等
03 QRA的相關法規有哪些？
根據法規的發布時間，執法檢查頻次及專家檢查力度等多個維度，列出近年來的相關QRA法律法規：
? GB/T 50779-2022《石油化工建筑物抗爆設計標準》
? GB 36894-2018 《危險化學品生產裝置和儲存設施風險基準》
? GB/T37243-2019《危險化學品生產裝置和儲存設施外部安全防護距離確定方法》
? 安委辦 2020-3號文《危險化學品安全專項整治三年行動實施方案》
? SH/T ****《石油化工過程風險定量分析標準》報批稿
? AQ/T 3034-2022 《化工過程安全管理導則》
? GB 55037-2022《建筑防火通用規范》
? GB 50016-2014（2018 版）《建筑設計防火規范》
? GB50183-2004 《石油和天然氣工程防火設計規范》
? GB 50160-2008（2018 年版）《石油化工企業設計防火標準》
04 誰參與QRA？
目前開展QRA的主要專業人員主要有：
1、化工設計院的工藝、安全、自控、結構專業人員
2、化工安全咨詢、安全評價行業專家
3、化工企業安全管理人員，安全技術人員
4、科研機構專家，應急管理局監管人員等
05 QRA是什么樣的分析流程？
執行QRA的典型過程包括以下步驟：
一、確定分析范圍。這一步的主要目標是確定分析對象，比如針對目前熱門的抗爆評估，需要分析甲、乙類裝置、操作溫度超過閃點的丙類裝置。針對外部防護距離評估，需要分析涉及甲、乙、丙類裝置，有毒物料裝置。
其他情況分析對象包括了其他涉及危險化學品的生產單元、生產活動和設備設施。
二、分析資料收集
不同的QRA分析用途，以及不同的階段，收集的資料是不同的，大體來說包含如下表格的數據。
三、危險辨識分析。這一步是對可能發生的可能事故的定性評論，基于以往的事故經驗或必要的判斷。常用的方法有：危險度評價法、設備選擇數法、HAZOP、HAZID、LOPA、SCL、FMEA、WI、FTA等等。
四、泄露單元劃分。石油化工過程定量風險評估應根據工藝流程圖、工藝管道儀表流程圖、系統隔離設施的設置情況和操作工況將分析對象劃分為不同的泄漏單元。
來自RiskCloud-QRA軟件泄露單元劃分截圖
五、泄漏單元泄漏場景確定
? 國標37243要求模擬不同泄漏孔徑的泄漏場景：小孔、中孔、大孔、破裂等；
? 基于后果模擬，可以選擇泄漏場景進行建模，嚴謹一些還要進行可信事件的判斷；
? 基于風險一般需要模擬所有可能的場景；
六、泄露頻率和可信事件
? 基于后果可以有選擇的模擬可信事件場景，基于風險模擬的話需要所有泄漏單元的所有泄漏場景
? 基于后果進行可信事故判斷和基于風險方法，都需要進行不同孔徑泄漏失效頻率的計算（可查相關資料手工計算，也可采用專門的泄漏頻率計算軟件計算）
來自RiskCloud-LFC泄露頻率計算軟件截圖
七、天氣場景選擇
后果模擬時不需要分白天晚上，風險模擬需要分白天晚上的天氣場景。
來自RiskCloud-QRA天氣場景截圖
八、爆炸阻塞區（障礙區）
VCE 計算應分析氣云的受約束和受阻礙狀況，可采用 TNO 多能法、BST模型、Shell- CAM 或者 CFD 方法等，不應采用 TNT 當量法計算氣體爆炸。常用TNO多能法，TNO多能法需要識別爆炸阻塞區：
? 阻塞區按裝置單元的框架邊界劃分；密閉車間按車間整體劃分；
? 多層車間如果各層直接氣云能流動，則劃為一個障礙區；各層獨立單層作為障礙區；
? 原則上廠內所有敞開/半敞開的建筑物都需要建立障礙區；
? 兩個裝置單元距離很近時需要作為一個阻塞區。
九、其他步驟
其他剩余流程還有阻塞區阻塞比確定、重要建筑物的確定（觀測點的選擇）、點火源、人口數據。
06 QRA結果
QRA的計算結果主要有火災（熱輻射）、爆炸（超壓）、毒性（濃度）如下圖。
以RiskCloud-QRA軟件輸出結果為例，主要有：
1、圖表結果
包含單個場景的泄漏、蒸發、擴散側視圖、擴散俯視圖、擴散濃度對應距離、火災熱輻射半徑、火災熱輻射對應距離、超壓對應距離、超壓影響半徑、傷亡半徑、超壓超量曲線，F-N社會風險等。
來自RiskCloud-QRA圖表結果
2、表格結果
包含不同場景的泄露速率、超壓影響距離、爆炸超壓對應后果、爆炸超壓對應風險頻率、熱輻射影響距離、熱輻射風險、建筑物爆炸安全評估表、多米諾半徑、潛在生命損失PLL等。
來自RiskCloud-QRA表格結果
3、GIS地圖結果
包含單個場景的側視圖、俯視圖、超壓影響半徑，熱輻射半徑，傷亡半徑等。
來自RiskCloud-QRA-GIS地圖結果-熱輻射
4、等值線結果
包含所有場景合并計算后的超壓等值線、熱輻射等值線、個人風險等值線、超壓頻率等值線、熱輻射頻率等值線。
來自RiskCloud-QRA-所有場景合并后超壓等值線
來自RiskCloud-QRA-個人風險等值線
5、分析報告
軟件可輸出一份完整的QRA報告。
來自RiskCloud-QRA一鍵輸出的QRA報告
07 QRA軟件工具
QRA是極其項復雜且需要依賴眾多模型的系統性工作，比如物料模型、泄露模型、擴散模型、爆炸模型、蒸發模型、火災模型、風險模型等。
工程師們早就意識到借助于軟件工具的幫助才能更加有效便捷準確應對繁瑣的模型。
輔助定量風險分析軟件，通過內嵌的模型模塊，化學物質數據庫，數據統計分析模塊等，可準確、高效的進行計算及結果輸出。
高端的QRA軟件之所以難以研發，主要在于其大量運用了化學、熱力學模型、物理守恒過程、微分和積分的聯立求解、過程安全理論。比如剛性微分方程、隨時間變化的空氣傳熱、對流傳熱、太陽輻射、液池溫度等重要過程、模型水平垂直動量、射流卷吸、近場卷吸、重氣卷吸、遠程卷吸、云團溫度變化，云團密度變化、云團速度變化、中心線上升下降、觸地等過程的數學與物理知識結合的求解?？傊?，需要數學、物理學、過程安全、熱力學與軟件專家共同長期研究。