基于风险的危险品道路运输安全容量研究*

刘 刚，吴宗之，王如君，多英全 ，杨春生

(1.北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083；2.国家卫生健康委员会职业健康司，北京 100044；3.中国安全生产科学研究院 危险化学品安全技术研究所，北京 100012；4.国家应急管理部 重大危险源监控和事故应急技术重点实验室，北京 100012)

0 引言

近年来，我国危险品道路运输规模逐年增加，危险品道路运输事故也日益增多，统计分析结果表明，危险品道路运输事故在所有危险品事故总量中占比较大，学者们[1～4]分析了2010—2015年我国发生的2 636起危险化学品泄漏事故，发现运输和储存阶段占危险品事故总数的93%。国内外学者对危险品运输安全做了大量研究，Fabiano等[5-6]基于运输事故基础数据研究了道路类型、天气状况、交通状况对运输风险的影响，建立了事故发生概率和死亡人数评估模型；Erkut等[7-8]以运输距离、影响人数、社会风险、风险指标值、事故概率、事件概率最小化为标准，研究多种危险品的运输选线问题；吴宗之等[9-11]针对危险品道路运输优化选线问题做了系统的研究。近年来，国内一些学者围绕化工园区安全容量确定问题开展了研究，但仅限于化工园区内的固定危险设施，陈晓董等[12]从风险角度来确定安全容量，认为化工园区的安全容量应是一个与风险相关的临界量；王蕊等[13]从事故多米诺效应方面研究了化工园区安全容量；李传贵等[14]将化工园区安全容量定义为在园区正常的生产活动、园区人们的正常生活水平不遭受任何损害的条件下，园区能承受的最大危险量；Chen等[15]研究了基于区域可接受风险的化工园区安全容量。上述研究分析了危险品道路运输事故相关规律，建立了危险品道路运输风险评估及优化选线模型，提出了化工园区安全容量计算方法，但在危险品道路运输风险评估涉及的影响因素和风险管控方面仍存在缺陷。本文建立了改进型危险品道路运输风险评估模型，基于风险提出了危险品道路运输安全容量确定方法，并在管控运用中进行了检验。

1 危险品道路运输风险基准和评估模型建立

危险品运输风险通常使用个人风险和社会风险进行表征。个人风险是危险源周边固定位置处单个人的死亡概率，社会风险表示事件发生可能性与死亡人数之间的关系，与周边人员分布密切相关[16]。

1.1 危险品道路运输风险基准确定

个人风险的常见表现形式是风险轮廓图，由地图上的具有相同个人风险的位置连接而成，可以直观地展示运输线路周边的风险分布情况，如图1所示。从图1可以看出，个人风险是某一位置处受危险品道路运输所有潜在可能事故风险的叠加。距离道路中心线越近的等值线对应的个人风险等级越高，等值线的幅宽与危险品运输车辆的风险高低成正相关。

图1 危险品道路运输个人风险示意Fig.1 Personal risk map for road transportation of hazardous goods

危险品道路运输要经过不同路段和地区，沿途敏感目标更加复杂，很难一一确定，我国《公路安全保护条例》等法规也对一些保护目标提出了明确的距离要求，有些保护目标与《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准(试行)》(国家安全生产监督管理总局公告2014年第13号)的防护目标不一致，因此不能简单依据现行风险基准作为危险品道路运输的风险基准。《公路安全保护条例》第十一条规定：公路建筑控制区的范围，从公路用地外缘(公路用地可解释为公路规划红线，包括车道宽度和绿化带宽度)起向外的距离标准为：国道不小于20 m；省道不小于15 m；县道不小于10 m；乡道不小于5 m。《公路安全保护条例》第十四条规定：新建村镇、开发区、学校和货物集散地、大型商业网点、农贸市场等公共场所与公路建筑控制区边界外缘的距离应当符合下列标准，并尽可能在公路一侧建设：国道、省道不小于50 m；县道、乡道不小于20 m。

通过以上条文可以看出，第十一条规定的内容类似于一般防护目标中的3类防护目标，第十四条的内容类似于防护场所人数、规模更大的目标。为此，根据《公路安全保护条例》相关规定，结合《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准(试行)》，本论文提出危险品道路运输个人风险基准如表1所示。

表1 危险品道路运输个人风险基准(公路用地外缘定义为最外侧车道)Table 1 Personal risk benchmark for road transport of dangerous goods(The outer edge of road is defined as the outermost lane)

1.2 危险品道路运输风险评估模型

定义危险品道路运输风险为危险品运输过程所有可能事故与潜在损失后果(火灾、爆炸、中毒等)的风险总和，表示为[16]：

R=PC

(1)

式中：R为危险品道路运输风险；P为事故发生的概率；C为事故后果严重程度。

对于运输路线沿线的区域，不能简单以平面上的点进行处理，需要采用笛卡尔两维坐标进行分析，其计算原理如图2所示。以运输路线线段s通过人口聚集区I为例，从a点至d点，路段(a,d)的影响范围由运输危险品类型m的影响距离确定；当危险品运输车辆通过路段(b,c)时，风险影响范围内的e点可能受到危险品运输风险的影响，其长度由e点确定，与运输路段的垂直距离有关。

图2 运输风险计算原理示意Fig.2 Diagram of transportation risk calculation principle

以a点为原点，ad为x轴正向建立笛卡尔坐标系，e点的笛卡儿坐标为(xe,ye)，则根据本论文提出的风险评估模型，e点的个人风险和运输路线s线段的社会风险可表达如下：

(2)

(3)

P(I)=(1+a)P0，s×Pl，s×Pi，s×As

(4)

式中：IRe为危险品运输经过路线线段ad时影响区内点e的个人风险；SRI为危险品运输路线s线段的社会风险；P(I)为危险品运输经过人口聚集区I的联合事件概率；φ(b,c)为由e点确定的可能影响运输路段bc的e长度；POPe为e点的影响人员密度；POPArea为影响区内的影响人员总数；a为非交通事故引发危险品泄漏的修正因子；P0,s为危险品运输交通事故基础概率；Pl,s为交通事故引发泄漏概率；Pi,s为点火概率；As为综合修正影响因子。

2 通过风险基准确定危险品道路运输安全容量

危险品的种类繁多，性质复杂，不同类别的化学品有不同的危险特性，产生的事故后果形态不同。本文对给定的运输路线确定单一类别和多种类别危险品运输安全容量。

2.1 确定一路线运输单一类别危险品的安全容量

我国按照危险品具有的危险特性分为8大类、19小类，但从物理形态上，基本可以分为固体、液体和气体，因此，可以把风险的计算简化为3大类：固体，主要考虑爆炸和火灾危险性；液体，主要考虑爆炸和火灾危险性；气体(包括液化气体)，主要考虑火灾、爆炸和中毒危险性。大类中还可分为若干小类，如气体还可分为毒性气体、易燃气体、液化气体等。

对于给定的运输路线，每类危险品最大运输规模(运输安全容量)计算公式可表达为如下：

(5)

式中：Mi为第i类别危险品运输安全容量，t/a；IRC为危险品道路运输的个人风险基准要求；p(I)为i类危险品单车次运输经过人口聚集区I的联合事件概率；i为危险品类别，通常分为毒性气体、易燃气体、易燃液体、易燃固体等；λm为运输事故后果的最大影响距离，m；ye为计算点到运输路线中心线的垂直距离，m；TTi为第i类别危险品运输车辆平均荷载质量，kg。

2.2 确定一路线运输多类别危险品的安全容量

当一条运输路线运输多种危险品时，多种危险品产生的个人风险叠加后，应满足风险基准要求，可表示如下：

(6)

进一步推算可得：

(7)

由式(5)推算可得：

(8)

将上式带入式(7)可得：

(9)

上式处理后可得出：

(10)

式中：mi为第i类别危险品的实际年运输量，t/a；Mi为第i类别危险品运输安全容量，t/a。

从式(6)～(10)可以看出，对于给定的危险品运输路线，其危险品运输安全容量与运输物料类别密切相关，是不同类别危险品运输安全容量mi的组合数。这是因为毒性气体、易燃气体、易燃液体等不同类别的危险品，其危险特性、事故后果，产生的风险大小各不相同，不能用一种物质代替。给定路线的危险品运输安全容量可以有多种组合，如毒性气体运输车次增加后，就需要减少易燃气体或易燃液体的运输量；同理，当毒性气体运输量减少后，可以增加易燃气体或易燃液体的运输量。另外，mi的组合不是随意的，一组mi的组合数要满足式(10)的要求。

3 实例分析

某城市化工集聚区是华南地区重要的油品和天然气供应基地。2012—2017年间，该化工集聚区危险品年均运输量约为498万t，年均增长24%。2017年危险品运输规模达到798万t，危险品运输车辆日均800余次，主要运输危险品为液化石油气、甲类易燃液体和乙类易燃液体。经过优化选线，即使选择最优路线，个人风险也超出可允许标准。本文采用表1确定的危险品道路运输风险基准，运输道路为双向四车道，道路规划红线宽45 m，甲乙类液体运输车辆平均运输能力为30 t/车，液化石油气运输车辆平均运输能力为25 t/车，采用式(5)进行计算，分别得出上述3种类危险品的道路运输安全容量为：Ml=57 千车次/a；Mj=440 千车次/a；My=910 千车次/a。

同时，根据式(10)，给出化工集聚区危险品道路运输整体安全容量组合公式为：

(11)

式中：ml为液化石油气的年控制运输次数，千车次/a；mj为甲类易燃液体的年控制运输次数，千车次/a；my为乙类易燃液体的年控制运输次数，千车次/a。从式(11)可以看出，对于所选定的运输路线，如果单独运输液化石油气，最大的年运输规模为57千车次；单独运输甲类易燃液体，最大的年运输规模为440千车次；单独运输乙类易燃液体，最大的年运输规模为910千车次。同时，按照上述安全容量进行控制，个人风险满足本文提出的风险基准要求。根据式(11)，结合化工集聚区现有运输种类和规模，确定化工集聚区的3种类别危险品的最大合理运输规模为：ml=30.7 千车次/a；mj=153.0 千车次/a；my=95 千车次/a；m=278.7 千车次/a。

按照上述安全容量，对该城市化工集聚区进行危险品运输实施管理，经过近一年的管控， 集聚区危险品道路运输潜在生命损失(PLL)从3.72×10-5降低到6.31×10-6，下降了83.0%，效果明显。

4 结论

1)危险品道路运输经过不同路段、地区，沿途敏感目标复杂，比较分析了现行有关法规要求和固定危险源风险基准，提出了危险品道路运输个人风险基准。

2)将非交通事故引发危险品泄漏等修正因子引入，建立了改进型危险品道路运输定量风险评估模型。

3)基于风险提出了危险品道路运输安全容量确定方法，危险品运输安全容量与运输物料类别密切相关，总安全容量是不同类别危险品运输安全容量的组合数。

4)将危险品道路运输安全容量方法运用到某城市化工集聚区进行危险品运输管控，集聚区危险品道路运输潜在生命损失大幅度降低，效果较为明显。