合肥學(xué)院教案

課程名稱：環(huán)境風(fēng)險分析與評估

課程編碼：120021604

總學(xué)時(周學(xué)時):32(4)

開課時間：2013年4月22日

適用年級：2012級

專業(yè)：環(huán)境工程碩士班

使用教材：環(huán)境風(fēng)險評價實用技術(shù)、方法和案例

授課教師：張金流

教學(xué)目的：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握環(huán)境風(fēng)險評價的一般流程，方法，為學(xué)

生進(jìn)入工程實踐學(xué)習(xí)打下堅實的理論基礎(chǔ)。

教學(xué)方法：本課程教學(xué)采取課堂PPT與板書相結(jié)合的教學(xué)方式，以授課老師傳授為

主，同時發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，使學(xué)生在課堂上積極參與到課堂教學(xué)中。

教學(xué)要求：見各章節(jié)

考核方式：課堂考核與期末考試相結(jié)合

目錄

第一章概論...................................................2

第二章可靠性工程............................................11

第三章源項分析..............................................19

第四章有毒有害害物質(zhì)在大氣中的彌散..........................36

第五章有毒有害物質(zhì)在湖泊的稀釋擴(kuò)散..........................56

第六章污染物在食物鏈中的動態(tài)轉(zhuǎn)移............................63

第七章環(huán)境污染健康風(fēng)險評價..................................75

第八章環(huán)境風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)......................................95

第一章概論

教學(xué)要求：

1掌握風(fēng)險及環(huán)境風(fēng)險評價概念及其計算方法；

2了解環(huán)境風(fēng)險評價研究進(jìn)展及研究重點；

3掌握環(huán)境風(fēng)險評價主要內(nèi)容及程序；

4了解ERA與EIA、ESA區(qū)別。

教學(xué)重點:

環(huán)境風(fēng)險評價主要內(nèi)容及程序

教學(xué)方法：

課堂授課

學(xué)時數(shù)：2

1環(huán)境風(fēng)險評價基本概念及其計算方法

風(fēng)險

①生命與財產(chǎn)損失或損傷的可能性；

②用事故的可能性或損失的幅度來表達(dá)的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷害的度量；

③不確定危害的度量；

④災(zāi)難發(fā)生的幾率；

⑤某種危害發(fā)生的可能性或幾率，以及發(fā)生這種風(fēng)險所造成后果的影響程度。

計算方法

風(fēng)險（R）是事故發(fā)生概率（P）與事故造成的環(huán)境（或健康）后果（C）的乘

積,即：

風(fēng)險評價是指對某一過程或情況涉及的潛在危害引起的風(fēng)險在量或質(zhì)上進(jìn)行評

價的過程。

環(huán)境風(fēng)險評價

環(huán)境風(fēng)險評價則是對由自發(fā)的自然原因或人為活動引發(fā)的，通過環(huán)境介質(zhì)傳播

的、能對人類社會及環(huán)境產(chǎn)生破壞、損害等嚴(yán)重不良后果事件的危害（R）程度的評

價；

環(huán)境風(fēng)險評價（ERA）是對那些造成生成生態(tài)系統(tǒng)、動物或人類威脅的技術(shù)所

引起的風(fēng)險進(jìn)行的考察。它包括人類健康風(fēng)險評價，生態(tài)或生態(tài)毒理學(xué)風(fēng)險評價以

及特定的工業(yè)應(yīng)用風(fēng)險評價，考察其在人類、生物群或生態(tài)系統(tǒng)中的終點。

2環(huán)境風(fēng)險評價研究進(jìn)展及研究重點；

與現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的同時，突發(fā)性的重大事故頻發(fā)，給人類健康和環(huán)境帶來

嚴(yán)重后果，因此，人們越來越重視重大突發(fā)性事故造成的環(huán)境危害的評價問題，這

類危害的評價常稱為事故風(fēng)險評價，它主要考慮與項目連在一起的突發(fā)性災(zāi)難事故,

包括易燃易爆和有毒物質(zhì)、放射性物質(zhì)失控狀態(tài)下的泄漏；大型技術(shù)系統(tǒng)（如化工

生產(chǎn)、橋梁、水壩等）的故障或跨塌；發(fā)生這種災(zāi)難事故的概率雖然很小，但影響

的危害程度往往是巨大的。

（2012年12月31日，山西天脊煤化工集團(tuán)股份有限公司8.7噸笨胺發(fā)生泄漏流

入濁漳河；山西省以及位于河水下游的河北、河南兩省共2萬多人受到影響。

2013年2月15日7時，山西省洪洞縣曲亭水庫的灌溉輸水洞洞頂發(fā)生垮塌，導(dǎo)

致下游壩體出現(xiàn)管涌。雖然當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了全力搶修，但最終還是因為大壩涵管老化嚴(yán)

重而漏水，形成壩體塌陷，致大壩在涵管處坍塌過水；事故導(dǎo)致上萬群眾緊急疏散

同時導(dǎo)致南同蒲線8趟列車停運）

（其它例子見教材82頁3.若干最大可信事故實例。）

關(guān)于事故風(fēng)險（或事故后果）評價，國際上是沿著三條線發(fā)展的。

其一稱為概率風(fēng)險評價（PRA,ProbabilityRiskAssessment）,它是在事故發(fā)生前、

預(yù)測某設(shè)施（或項目）可能發(fā)生事故及其可能造成的環(huán)境（或健康）風(fēng)險。其最好

的范例是美國核管會（NRC）于1975年完成的對核電站所進(jìn)行的極其系統(tǒng)的安全研

究，其研究成果就是著名的巨著WASH-1400報告，其中系統(tǒng)地發(fā)展和建立了所謂的

概率風(fēng)險評價方法。

其二為實時后果評價（Real-time）,其主要研究對象是在事故發(fā)生期間給出實時

的有毒物質(zhì)的遷移軌跡及實時濃度分布，以便作出正確的防護(hù)措施決策，減少事故

的危害。主要象征之一是國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）于1988年10月于美國利物莫國

立實驗室所在所聯(lián)合召開的第一屆實時劑量評價國際研討會。

其三稱為事故后果（Over-event或PastAccident）評價，主要研究事故停止后對

環(huán)境的影響；其主要象征是1988-1994年由IAEA及歐盟共同發(fā)起主持的有20多個

國家參加的大型長期國際協(xié)調(diào)調(diào)研項目“核素在陸地、水體、城市諸環(huán)境中遷移模

式有效性研究”，簡稱VAMP,主要研究前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故停止后對中、

西歐影響的后果。

環(huán)境風(fēng)險評價學(xué)科的研究內(nèi)容，不但包括突發(fā)性事故的環(huán)境風(fēng)險影響，也包括

長期低濃度排放累積效應(yīng)的風(fēng)險；不但研究突發(fā)性事故和長期低濃度排放對人體健

康的危害影響，也研究它們對生態(tài)系統(tǒng)的危害影響，而后者正是目前這門學(xué)科研究、

發(fā)展的重點。目前國內(nèi)外開展較多、較成熟，也是本課程和國內(nèi)導(dǎo)則主要討論的環(huán)

境風(fēng)險評價可以歸屬于事故風(fēng)險評價的第一類，即預(yù)測某設(shè)施（或項目）建成后可

能造成的風(fēng)險。

環(huán)境風(fēng)險評價研究重點

本課程研究重點主要是經(jīng)濟(jì)開發(fā)項目對人群產(chǎn)生的危害風(fēng)險，主要包括化學(xué)風(fēng)

險（來自產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的有毒、易燃、易爆物的風(fēng)險）和物理風(fēng)險（來自極

端條件下的風(fēng)險）；物理風(fēng)險來自潛在的運輸事故、水壩潰塌、會導(dǎo)致物理損傷與危

害的機(jī)械事故或其他事故。

產(chǎn)生上述風(fēng)險的危害主要來自經(jīng)濟(jì)開發(fā)項目中：

①釋放對人、動物與植物有毒的化學(xué)物質(zhì)；

②易燃易爆物質(zhì)；

③危及生命財產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備故障；

④構(gòu)造物（例如橋梁、水壩）垮、塌；

⑤生態(tài)危害（例如富營養(yǎng)化、土壤侵蝕）。

上述風(fēng)險類型的主要環(huán)境途徑如下：

有毒化學(xué)物環(huán)境風(fēng)險評價中貯量、釋放、環(huán)境濃度、人員受照射劑量及其健康

效應(yīng)關(guān)系見下圖:

環(huán)境風(fēng)險評價從其評價范圍而言又可分成三個等級，即微觀風(fēng)險評價（Micro

Assessment）>系統(tǒng)風(fēng)險評價（SystemRiskAssessment）和宏觀風(fēng)險評價（MacroRisk

Assessment）o所渭微觀風(fēng)險評價是指對某單一設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險評價；所謂系統(tǒng)風(fēng)險評

價即對整個項目中所包含的相關(guān)聯(lián)的各個設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險評價，它可以包含項目中的

不同設(shè)施（例如運輸、貯藏、加工）、涉及不同的活動（例如建造、運行、拆除）、

包含不同的風(fēng)險種類（例如致癌、事故損傷）及不同的人群（公眾、職業(yè)人員）?？?/p>

定其邊界的四個要素是：關(guān)心的空間范圍；關(guān)心的時間長度；關(guān)心的人群；關(guān)心的

效應(yīng)。宏觀的風(fēng)險評價是指規(guī)劃或政策的風(fēng)險評價，例如某一行業(yè)規(guī)劃的風(fēng)險評價。

本書討論的重點是第一類即微觀風(fēng)險評價。

3環(huán)境風(fēng)險評價的主要內(nèi)容及評價程序

狹義的環(huán)境風(fēng)險評價的主要內(nèi)容包括如下三個部分：

①第一階段為源項分析。這一階段的主要任務(wù)首先通過危害識別確定是火災(zāi)、

爆炸、垮壩、還是有毒有害物質(zhì)的釋放。若是后者，則應(yīng)給出釋放何種物質(zhì)、釋放

量、釋放方式、釋放時間等數(shù)據(jù)，并應(yīng)給出其發(fā)生頻率；此外確定評價的等級、評

價范圍、評價時間跨度、評價人群（如只評價居民還是包含工作人員）等。（詳細(xì)內(nèi)

容將在第3章講解。）

②第二階段為環(huán)境后果分析。此階段的主要任務(wù)是估算有毒有害物在環(huán)境中的

遷移、擴(kuò)散、濃度分布及人員受到的暴露與劑量。（詳細(xì)內(nèi)容將在第4-6章講解。）

③第三階段為風(fēng)險表征或風(fēng)險評價。此階段的主要任務(wù)是給出風(fēng)險的計算結(jié)果

及評價范圍內(nèi)某給定群體的致死率或有害效應(yīng)的發(fā)生率。（詳細(xì)內(nèi)容將在第7章講

解。）

在上述風(fēng)險評價中,最困難的是估算在一年或某一規(guī)定時間內(nèi)的設(shè)施運行中某

一情景出現(xiàn)的頻率（或概率）。

廣義的環(huán)境風(fēng)險評價或稱為環(huán)境風(fēng)險評價與管理還包括第四個階段——風(fēng)險管

理。

風(fēng)險管理是指在一系列的選項中選擇一個可以達(dá)到“所需結(jié)果”的決策過程，

這種“所需結(jié)果”可以在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中予以明確，也可以通過正式的風(fēng)險-成本-效益分

析或者“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”或“慣例”等其它過程決定。其結(jié)果應(yīng)該是在現(xiàn)有資源的限制

條件下，將風(fēng)險降到“可接受”的水平。

風(fēng)險可以通過多種方式進(jìn)行管理：

風(fēng)險可以被消除：完全禁止某種化學(xué)品的使用或銷售就是風(fēng)險消除的一個例子。

然而，風(fēng)險消除通常是不可能的，因為這就需要用另外一種化學(xué)品來代替被禁止的

產(chǎn)品，在這種情況下，一種風(fēng)險要被另一種風(fēng)險所代替。

風(fēng)險可以被轉(zhuǎn)移到其他實體上：如工廠可以將環(huán)境責(zé)任風(fēng)險轉(zhuǎn)移到保險公司上。

風(fēng)險可以被降低：在很多政策和法規(guī)決策中，降低風(fēng)險都是風(fēng)險管理常用的方

法。雖然降低風(fēng)險通常與法規(guī)相關(guān)聯(lián)，但降低風(fēng)險還可以通過許多其他方法來實現(xiàn)。

如自然簽訂行業(yè)協(xié)議以及為消費者提供良好的風(fēng)險信息，以便他們選擇較低風(fēng)險的

產(chǎn)品。

風(fēng)險可以被公司或政府保留：這可以是在知情的情況下動作，例如當(dāng)某公司作

了風(fēng)險評價并且作出相關(guān)的規(guī)定承擔(dān)可能由此風(fēng)險造成的一切損失；然而，風(fēng)險通

常是在未被認(rèn)知的情況下被保留，例如評價未被執(zhí)行或者危害物未被鑒定。

4ERA與EIA、ESA區(qū)別

環(huán)境風(fēng)險評價與環(huán)境影響評價的主要區(qū)別見下表：

表環(huán)境風(fēng)險評價與環(huán)境影響評價的主要不同點

次項目事故風(fēng)險評價(ERA)正常工況環(huán)境影響評價

序(RIA)

1分析重點突發(fā)事故正常運行工況

2持續(xù)時間很短很長

3應(yīng)計算的物理效火、爆炸、向空氣和地向空氣、地面水、地下水

應(yīng)面水釋放污染物釋放污染物、噪聲、熱污

染等。

4釋放類型瞬時或短時間連續(xù)釋長時間連續(xù)釋放

放

5應(yīng)考慮的影響類突發(fā)性的激烈的效應(yīng)連續(xù)的、累積的效應(yīng)

型以及事故后期的長遠(yuǎn)

效應(yīng)

6主要危害受體人和建筑、生態(tài)人和生態(tài)

7危害性質(zhì)急性受毒；災(zāi)難性的慢性受毒

8大氣擴(kuò)散模式煙團(tuán)模式、分段煙羽模連續(xù)煙羽模式

式

9照射時間很短很長

10源項確定較大的不確定性不確定性小

11評價方法概率方法確定論方法

12防范措施與應(yīng)急需要不需要

計戈IJ

ERA與ESA的主要區(qū)別

環(huán)境風(fēng)險評價與安全評價的主要區(qū)別是：①環(huán)境風(fēng)險評價主要關(guān)注事故對廠（場）

界外環(huán)境和人群的影響，而安全評價主要關(guān)注事故對廠（場）界內(nèi)環(huán)境和職工的影

響；②拿火災(zāi)和爆炸事故來講，環(huán)境風(fēng)險評價不關(guān)注火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射和爆炸產(chǎn)生

的沖擊波帶來的破壞影響，而關(guān)注火災(zāi)和爆炸產(chǎn)生或伴生的有毒有害物質(zhì)的泄漏造

成的危害，而安全評價主要關(guān)注火災(zāi)產(chǎn)生的熱輻射和爆炸產(chǎn)生的沖擊波帶來的破壞

影響；③我國目前環(huán)境風(fēng)險評價導(dǎo)則關(guān)注的是概率很小或極小但環(huán)境危害最嚴(yán)重的

最大可信事故，而安全評價主要關(guān)注的是概率相對較大的各類事故，并不能包括最

大可信事故。

第二章可靠性工程

教學(xué)要求：

1.了解系統(tǒng)可靠性含義；可靠性、安全性、風(fēng)險性定義；

2.掌握系統(tǒng)可靠性計算；

3.掌握系統(tǒng)可靠性分析方法（事件樹、故障樹分析方法）。

教學(xué)重點：

系統(tǒng)可靠性計算

授課方式：

課堂授課

學(xué)時數(shù)：4

1.系統(tǒng)可靠性含義；可靠性、安全性、風(fēng)險性定義

可靠性工程是系統(tǒng)工程的重要分支，它的任務(wù)是定性與定量的分析、控制、評

估和改善系統(tǒng)或設(shè)備在設(shè)計、生產(chǎn)和使用的各個階段的可靠性，并在設(shè)計中達(dá)到可

靠性與經(jīng)濟(jì)性綜合平衡。

環(huán)境風(fēng)險評價的重要任務(wù)之一是識別系統(tǒng)可能發(fā)生的一切事故序列的頻率，在

概率風(fēng)險評價（PRA）中統(tǒng)稱為第一級任務(wù)；系統(tǒng)可靠性分析與事故序列分析，從

系統(tǒng)的設(shè)計運行資料、部件失效的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、實驗資料、規(guī)程等技術(shù)資料定性與定

量地取得各類系統(tǒng)的故障頻率，為計算系統(tǒng)的風(fēng)險提供數(shù)據(jù)。

可靠性（經(jīng)典定義）：系統(tǒng)或設(shè)備在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定

功能的能力。規(guī)定條件包括使用條件、維護(hù)條件、環(huán)境條件等；規(guī)定時間是可靠性

定義中的核心，不談時間就無可靠性可言；可靠性指標(biāo)與任務(wù)時間是緊密相關(guān)的；

而規(guī)定功能一般指用戶提出的技術(shù)指標(biāo)和要求。

由于系統(tǒng)或設(shè)備失效的形式和過程不同，因此評價它們的可靠度也會有不同的

方法。一個系統(tǒng)怎樣才算是失效呢？有兩類常用的失效準(zhǔn)則。瞬時型失效是指系統(tǒng)

在工作過程中隨機(jī)地在某時刻突然地失去功能。另一種失效準(zhǔn)則是非突發(fā)性的，它

伴隨性能衰退、老化和磨損過程，很難明確指出它的確定壽命，這類失效又稱耗損

失效或漂移失效。

安全性（經(jīng)典定義）：建立一種環(huán)境，使人們在這種環(huán)境下生活與工作感受到的

危害或危險是已知的，清楚的，并且是可控制在可接受的水平上。安全性以風(fēng)險值

（風(fēng)險水平）或接受的危險概率來定量描述程度。

風(fēng)險性是以事故發(fā)生概率與該事故后果（人員死亡或者財產(chǎn)損失）的乘積表示。

以核電站為例，定量的安全目標(biāo)是：①對電站1英里邊界上的居民所產(chǎn)生的平

4

均瞬時死亡風(fēng)險不應(yīng)超過美國風(fēng)險本底（5X10/a）的0.1%,也就是說，瞬時風(fēng)險

的定量設(shè)計目標(biāo)為5X10-7/a；②在50英里范圍的致癌風(fēng)險不能超過本底致癌風(fēng)險的

0.1%,而美國癌本底風(fēng)險值為5X10-3,所以因核電站而造成的致癌風(fēng)險設(shè)計目標(biāo)為

2X10-6/ao

2.系統(tǒng)可靠性計算

可靠度函數(shù)

如果用隨機(jī)變量T來表示系統(tǒng)從開始工作到發(fā)生故障的連續(xù)工作時間，用t表

示規(guī)定時間，則系統(tǒng)在時刻t的可靠度R(t)是隨機(jī)變量，為T大于時間t的概率。

R(t)=P(T>t)

不可靠度F(t)=l-R(t)=P(TWt)

假設(shè)有同一種類的產(chǎn)品No個，在t=0時開始使用或試驗，

令：Ns(t尸工作到時間t存活的數(shù)目；

N4t尸工作到時間t失效的數(shù)目；

Ns(t)+Nf(t)=N°根據(jù)物理意義，產(chǎn)品的可靠度由下式給出：

不可靠度F(t)由下式給出：

典型系統(tǒng)可靠性計算的框圖法

1串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

這網(wǎng)絡(luò)表示一個由元件(或分系統(tǒng))串聯(lián)連接的系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)中

任一個元件工作不正常，它將引起整個系統(tǒng)失效，一種k個元件串聯(lián)的系統(tǒng)如圖2.3

所示：

對于k個獨立不相同元件串聯(lián)系統(tǒng)，依賴于時間t的可靠性R(t)為：

式中：艮①——第i個單元或元件失效的概率(i=l,2,3,-?■,k);

(

K(t)——第i個單元或元件的可靠性i=l,2,3,-?■,k)o

常用的R(t)表示式為(指數(shù)分布)：

式中入為失效系數(shù)。

所以串聯(lián)系統(tǒng)可靠性可以表示為：

定義多個連接或單個元件的失效前平均時間(MTTF)為：

［例題2」：10個獨立和相同的分系統(tǒng)組成一個串聯(lián)系統(tǒng)。每個分系統(tǒng)的失效時

間符合指數(shù)分布，其MTTF為2000h,假定在時間t=0時系統(tǒng)開始工作，計算50h

時工作系統(tǒng)的可靠性。

已知k=10,t=503=2000T失效/h,所以

此串聯(lián)系統(tǒng)工作50h后的可靠性為0.7788o

2并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

一種k個元件并聯(lián)的系統(tǒng)如圖2.4所示:

為了導(dǎo)出這種模型的可靠性方程，假定：①系統(tǒng)中所有單元同時工作并且負(fù)載

均分；②各單元在統(tǒng)計上獨立。在時間t時，具有不相同元件并聯(lián)結(jié)構(gòu)的不可靠性

為：

式中：F8——第i個元件不可靠性(失效概率)；

k——系統(tǒng)的元件數(shù)目。

因為Rp(t)+Fp(t)=l,所以并聯(lián)系統(tǒng)可靠性為：

系統(tǒng)可靠性分析方法

(1)事件樹分析(ETA)

事件樹分析(EventTreeAnalysis)法是一種邏輯演繹法，它在給定一個初因事件

的情況下，分析此初因事件可能導(dǎo)致的各種事件序列的結(jié)果，從而定性與定量地評

價系統(tǒng)的特性，并幫助分析人員獲得正確的決策，它常用于安全系統(tǒng)的事故分析和

系統(tǒng)的可靠性分析，由于事件序列是以圖形表示的，并且呈扇狀，故得名事件樹。

事件樹可以描述系統(tǒng)中可能發(fā)生的事件，特別是安全分析中，在尋找系統(tǒng)可能

導(dǎo)致的嚴(yán)重事故時,是一種有效的方法;比如有兩個系統(tǒng)組成的事件樹如圖2.4所示:

由上圖可知，該系統(tǒng)的可能事件數(shù)目為2n=4。

事件樹分析的步驟如下：

①確定或?qū)ふ铱赡軐?dǎo)致系統(tǒng)嚴(yán)重后果的初因事件，并進(jìn)行分類，對于那些可能

導(dǎo)致相同事件樹的初因事件可劃分為一類;

②建造事件樹，先建功能事件樹，然后建造系統(tǒng)事件樹；

③進(jìn)行事件樹簡化；

④進(jìn)行事件序列的定量化。

下面以一個例子來說明事件樹的建立及定量化。

［例2.2］圖2.5是一個連續(xù)工藝過程的冷卻系統(tǒng)，當(dāng)正常冷卻水管道斷裂時造成系統(tǒng)

失水，失水信號探測器（D）將啟動泵P1和泵P2;如果兩臺泵均啟動成功，則系統(tǒng)

成功（S）,如果只有一臺被啟動成功，那么系統(tǒng)是50%的部分成功（P）;第三種情

況是系統(tǒng)失敗。那么系統(tǒng)的最終狀態(tài)有三種：完全成功（S）、部分成功（P）、系統(tǒng)

失敗（F）,若已知事件發(fā)生概率均為0.99,請計算它們各自的發(fā)生概率：

該過程的事件樹建造如下：

故各自發(fā)生概率計算如下：

（2）故障樹分析（FTA）

故障樹分析（FaultTreeAnalysis）是較為適用于大型復(fù)雜系統(tǒng)安全性與可靠性分析

的常用有效方法，它是以圖形的方式表明“系統(tǒng)是怎樣失效的”？它是一種適用于

設(shè)計人員、運行人員和管理人員有效地進(jìn)行系統(tǒng)分析的方法。

FTA是用圖形的方法有層次地描述系統(tǒng)在失效的進(jìn)程中，各種中間事件的相互

關(guān)系，并告訴人們系統(tǒng)是通過什么途徑發(fā)生失效的。

FTA的步驟

FTA是把系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件(失效狀態(tài))作為故障樹的頂事件(Topevent)o

用規(guī)定的邏輯符號表示，找出導(dǎo)致這一不希望事件發(fā)生的所有可能的直接因素和原

因，它們是處于過渡狀態(tài)的中間事件，并由此逐步深入分析，直到找出事故的基本

原因，即故障樹的底事件為止。這些底事件又稱為基本事件，它們的事件是已知的

或者已經(jīng)有過統(tǒng)計或?qū)嶒灥慕Y(jié)果。FTA一般可分為以下幾個階段：①選擇合理的頂

事件、系統(tǒng)的分析邊界和定義范圍，并且確定成功與失效的準(zhǔn)則；②建造故障樹，

這是FTA的核心部分之一，通過對已收集的技術(shù)資料，在設(shè)計、運行管理人員的幫

助下，建造故障樹；③對故障樹進(jìn)行簡化或者模塊化；④定性分析，求出故障樹的

全部最小割集，當(dāng)割集的數(shù)量太多時，可以通過程序進(jìn)行概率截斷或割集階截斷；

⑤定量分析，這一階段的任務(wù)是很多的，它包括計算頂事件發(fā)生概率即系統(tǒng)的點無

效度和區(qū)間無效度；此外還要進(jìn)行重要度分析和靈敏度分析。目前已經(jīng)發(fā)展了多種

功能的軟件包進(jìn)行FTA的定性與定量研究。

FTA的術(shù)語與符號

⑴頂事件，頂事件是被分析的系統(tǒng)的不希望發(fā)生的事件，它位于故障樹頂端。

⑵中間事件，它位于頂事件和底事件之間，又稱故障事件，以矩形符號表示，并且

由一個邏輯門跟著。

⑶底事件，位于故障樹底部的事件，在已建成的故障樹中，不必再要求分解；故障

樹的底事件又分為：基本事件和菱形事件。基本事件，已經(jīng)探明或尚未探明其發(fā)

生原因，而有失效數(shù)據(jù)的底事件；菱形事件，又稱為未探明事件，一般可分為兩

種情況，一種是在一定條件下可以忽略的次要事件，畫在故障樹中是為了提醒設(shè)

計人員或管理人員，或者暫時保留它；還有一種情況就是未能探明的二次失效，

對它的影響不清楚，無法繼續(xù)分解下去，只能看做一種假想的基本事件。

(4)房形事件，它也位于故障樹底部，它起開關(guān)作用，有時表示一種系統(tǒng)中的正常條

件或故障條件，房形事件的狀態(tài)只能發(fā)生或不發(fā)生，通過使用房形事件，可以描

述各種不同條件下的系統(tǒng)故障樹。

⑸與門，表示事件關(guān)系的一種邏輯門，僅當(dāng)所有輸入與門的所有輸入事件同時發(fā)生

時，門的輸出事件才發(fā)生。

⑹或門，表示事件關(guān)系的一種邏輯門，僅當(dāng)輸入事件中至少有一個發(fā)生時，則門的

輸出事件發(fā)生。

⑺表決門，例如k/m門，表示一種表決的邏輯關(guān)系，僅當(dāng)m個輸入事件中的k個

以上事件發(fā)生時，門的輸出事件才發(fā)生。

⑻禁門，表示在一定條件下才打開的邏輯門，當(dāng)禁門的條件事件存在時，輸入禁門

的事件發(fā)生才會導(dǎo)致輸出事件的發(fā)生。同與門的情況相比，禁門條件事件不僅可

以是故障事件，而且可以是系統(tǒng)的一種狀態(tài)和條件。

⑼異或門，表示僅當(dāng)單個輸入事件發(fā)生時，而其余輸入事件不發(fā)生，異或門的輸出

事件才能發(fā)生，異或門也稱互斥或門。

(10)非門，表示門的輸出事件是輸入事件的對立事件。

(11)優(yōu)先與門，表示與門的輸入事件僅當(dāng)按由左至右的順序依次發(fā)生時，門的輸出事

件發(fā)生。

(12)轉(zhuǎn)移符號，有轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出符號，便于畫樹過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)頁和查找。

［例2.8］房形事件使用。房形事件又稱開關(guān)事件，它能表示故障樹結(jié)構(gòu)上的變換。如

圖2.8故障樹所示。

當(dāng)房形事件(D發(fā)生時，則故障樹可變換成圖2.8(a)。

當(dāng)房形事件⑴不發(fā)生時，則故障樹變?yōu)閳D2.8(b)的結(jié)構(gòu)。

第三章源項分析

教學(xué)要求：

1了解源項分析內(nèi)容和目的；

2了解源項分析程序；

3掌握風(fēng)險識別(系統(tǒng)、危險物質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、工藝過程危險性識別)

4掌握事故源項分析方法(事件樹，故障樹，原因-結(jié)果分析)

教學(xué)重點：

風(fēng)險識別和事故源項分析方法

授課方式:

課堂授課

學(xué)時數(shù)：4

3.1概述

3.1.1了解源項分析內(nèi)容和目的

源項分析是環(huán)境風(fēng)險評價的首要任務(wù)和基礎(chǔ)工作，其分析的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系

到環(huán)境風(fēng)險評價的質(zhì)量。

（內(nèi)容）源項分析是通過將一個工廠或工程項目的大系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，

識別其中哪些物質(zhì)、裝置或部件具有潛在的危險來源，判斷其危險類型，了解事故

發(fā)生的概率，確定毒物釋放量及其轉(zhuǎn)移途徑等。

（目的）源項分析的目的是通過對評價系統(tǒng)進(jìn)行危害識別和分析，正確地篩選

出最大可信事故及確定其源項，為其后果估算提供依據(jù)和基礎(chǔ)資料。

源項分析最重要而又最困難的工作是（事故概率的估算）；任何一個工廠，存在

各種潛在事故，而每一個事故又具有諸多的誘發(fā)因素，帶有隨機(jī)性。事故概率的計

算目前在可靠性工程研究中已發(fā)展了眾多方法，但（歷史事故的實際調(diào)查）仍為計

算的基礎(chǔ)。

風(fēng)險評價中的源項分析與安全生產(chǎn)和管理中的事故分析和安全評價分析方法相

同，但目的各有側(cè)重。

安全生產(chǎn)中的事故分析是為了找出事故原因，提出預(yù)防事故的對策，從而減少

和防止同類事故的發(fā)生；通過事故分析了解發(fā)生事故的特點和規(guī)律；發(fā)現(xiàn)新的危險

因素和管理缺陷；從事故中引出新工藝新技術(shù)。

安全管理中的安全評價是通過分析了解系統(tǒng)中薄弱環(huán)節(jié)和潛在危險、發(fā)生事故

的概率和可能產(chǎn)生的后果，從而對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，消除潛在危險，

以達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)化和安全。

風(fēng)險評價中的源項分析是通過系統(tǒng)存在的潛在危險識別及其事故概率計算，篩

選出最大可信事故，進(jìn)而計算事故可能危害，確定本系統(tǒng)的風(fēng)險值，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比

較，評價能否達(dá)到可接受風(fēng)險水平。

3.1.2了解源項分析程序

源項分析分兩階段，首先是危險識別，其次是風(fēng)險事故源項分析。前一階段以

定性分析為主，后一階段以定量為主。源項分析所包括的范圍和對象是全系統(tǒng)，從

物質(zhì)、設(shè)備、裝置、工藝到與其相關(guān)的單元。與之相應(yīng)的要進(jìn)行物質(zhì)危險性、工藝

過程及其反應(yīng)危險性、設(shè)備裝置危險性、儲運危險性等方面分析與評價。

源項分析主要步驟包括：

①系統(tǒng)、子系統(tǒng)及單元等的劃分；

②危險識別。由物質(zhì)危險性識別，篩選出可能的風(fēng)險評價因子；由工藝過程危

險性識別，篩選出重大危險源。

③對篩選出的重大危險源，依據(jù)其在線量或貯量，以及所涉及的有毒有害物的

毒性，篩選出最終的風(fēng)險評價因子和相應(yīng)的最大可信事故。

④對最大可信事故進(jìn)行定量分析，確定有關(guān)源項參數(shù)，包括事故概率、毒物泄

漏量及其進(jìn)入環(huán)境的可能轉(zhuǎn)移途徑和危害類型等。

3.1.3源項分析中的相關(guān)術(shù)語：

危險性：指在各類生產(chǎn)活動中能造成人員傷亡和財物損失的潛在性原因，它

的發(fā)展會成為實際的危險，即事故。

事件的發(fā)生概率：危險性發(fā)展成為事故的概率。即隨機(jī)事件在一定時間內(nèi)統(tǒng)

計取得的發(fā)生次數(shù)稱為頻率，經(jīng)過實踐證明的、穩(wěn)定的頻率值即為事件的發(fā)生

概率。必然發(fā)生的事件概率為1,不可能發(fā)生的事件概率為0,所以一般隨機(jī)事

件的概率介于。與1之間。

危險源：評價系統(tǒng)內(nèi)某一部分或部件，因為各種原因受到損壞或失去控制導(dǎo)

致毒物泄漏或引起火災(zāi)爆炸事故，構(gòu)成危險源。潛在的危險源需要通過分析評

價對象所涉及的有毒有害物質(zhì)的理化特性和毒理特性及其貯量來識別。

危險類型：危險類型可分為：①人為災(zāi)害，如工廠的火災(zāi)、爆炸、毒物釋放

等；②自然災(zāi)害，如區(qū)域性的地震、海嘯等；③準(zhǔn)自然災(zāi)害，由于自然和人為

共同誘發(fā)，如雷擊引起球罐爆炸、污染事故等。

危險程度：綜合考慮危險源導(dǎo)致的事故可能產(chǎn)生的后果及其出現(xiàn)頻率。對危

險強(qiáng)度進(jìn)行分類，總體而言可分為三類：①低頻率一一嚴(yán)重后果的危險性；②

偶然一一中等后果的危險性；③高頻率——低危險水平的危險性。與之相對應(yīng)

即為高風(fēng)險、中等風(fēng)險和低風(fēng)險三種水平風(fēng)險源。對項目環(huán)境風(fēng)險評價而言，

局風(fēng)險是重點對象。

最大可信事故：在所有可能發(fā)生的重大事故中，對環(huán)境（或健康）危害最嚴(yán)

重的即事故后果最大的事故。在所評價的系統(tǒng)中，如其最大可信事故風(fēng)險值在

同類系統(tǒng)的可接受風(fēng)險值范圍內(nèi)，則認(rèn)為該系統(tǒng)從風(fēng)險角度來講是可以接受的。

3.2風(fēng)險識別

3.2.1風(fēng)險識別及其基礎(chǔ)

風(fēng)險識別是風(fēng)險評價的基礎(chǔ)，它是通過定性分析及經(jīng)驗判斷，識別評價系統(tǒng)的

危險源或事故源、危險類型和可能的危險程度及確定其主要危險來源。

1系統(tǒng)風(fēng)險識別

系統(tǒng)風(fēng)險識別（可靠性）詳見第二章；系統(tǒng)安全性分析其一是對涉及的物質(zhì)，

如工業(yè)原料等的分析，其二是對系統(tǒng)的可靠性、安全性進(jìn)行評價。圖3.1是一個工廠

安全評價系統(tǒng)的例子。

由前面第二章可知，系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)（設(shè)備）在規(guī)定條件下，在規(guī)定時間

內(nèi)完成規(guī)定功能的能力；系統(tǒng)安全性指系統(tǒng)的失效和人員失誤的概率及由于失效可

能導(dǎo)致的危害（人員傷亡和財產(chǎn)損失）。

任何一個系統(tǒng)，其可靠性、安全性與成本、效益之間的關(guān)系是在保證系統(tǒng)的可

靠性指標(biāo)的前提下，使系統(tǒng)的成本費用最小。圖3.2為可靠性R與成本費用之間的

一般關(guān)系。系統(tǒng)(設(shè)備)的可靠性提高，會導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加，但安全費用成本

隨著可靠度的增加而降低，A點則為優(yōu)化點。系統(tǒng)安全分析即求取優(yōu)化點A。

由前面第二章可知，系統(tǒng)的可靠度隨時間變化，在穩(wěn)定狀態(tài)下或在確定的周期

內(nèi)，系統(tǒng)的可靠度可用隨機(jī)事件的概率來計算，系統(tǒng)穩(wěn)定模型可靠度計算方法如下:

①串聯(lián)系統(tǒng)：假設(shè)系統(tǒng)S由n個獨立單元A1，A2,A,,…A。組成，當(dāng)其中有一

個失效時，系統(tǒng)就失效，則S為串聯(lián)系統(tǒng)。已知單元A,的可靠度為R1G=1,2,3,…n),

則系統(tǒng)S的可靠度Rs為：

由于0<RiW1,因此串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度小于等于其各組成單元的可靠度。

②并聯(lián)系統(tǒng)：當(dāng)系統(tǒng)S中，n個單元都失效后，系統(tǒng)S才失效，則S為并聯(lián)系統(tǒng),

已知單元A,的可靠度為R(i=l,2,3,…n),則Aj的不可靠度耳二1黑。由于所有的單元都

失效后系統(tǒng)S才失效，故系統(tǒng)S的不可靠度F為：

故系統(tǒng)的可靠度Rs為：

③串聯(lián)、并聯(lián)復(fù)合系統(tǒng)：當(dāng)系統(tǒng)由串聯(lián)單元、并聯(lián)單元綜合組成時，其可靠度

計算是先將系統(tǒng)分解為若干個子系統(tǒng)，根據(jù)串聯(lián)、并聯(lián)單元分別算出各個子系統(tǒng)的

可靠度，然后復(fù)合計算系統(tǒng)的可靠度：

2事故分析技術(shù)

事故分析是用來防止事故，提高事故防治對策的有效性的方法之一。事故分析

在風(fēng)險評價中則是識別危險因素，了解各種工藝條件下發(fā)生事故的特點和規(guī)律，是

確定源項的重要依據(jù)；在風(fēng)險評價中，對所評價的行業(yè)系統(tǒng)要用大量的事故統(tǒng)計調(diào)

查分析，以提高評價的可靠性和準(zhǔn)確度。

(1)事故原點理論事故原點指事故隱患轉(zhuǎn)化為事故的具有初始性突變特征并與

事故發(fā)展過程有直接因果聯(lián)系的點。它是構(gòu)成事故的最初起點，如火災(zāi)事故的第一

起火點，爆炸事故的第一起爆點。事故原點只有一個，它不是事故原因，亦不是責(zé)

任分析，是研究潛在隱患轉(zhuǎn)化為突變的聯(lián)結(jié)點，是事故定性定量分析的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

所以事故原點理論是事故調(diào)查分析工作的基礎(chǔ)。

事故原點的確定有定義法、邏輯推理法和技術(shù)鑒定法。根據(jù)不同的事故選用不

同的方法。

(2)事故分析事故分析具體地講就是對危險因素的性質(zhì)、能量和感度三個基本

要素的分析。從評價的角度對事故分析采用的技術(shù)有：

①事故結(jié)構(gòu)分析：找出事故原點，它存在于事故的發(fā)生、發(fā)展過程中，由此而

建立事故模型圖。

②事故的數(shù)理統(tǒng)計分析：通過對一定時間、空間和系統(tǒng)中發(fā)生的大量的偶然事

故進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析，以找出某些必然性的規(guī)律。

③事故過程分析：對同類事故，從發(fā)生發(fā)展過程找出與事故的有關(guān)因素，進(jìn)行

定性定量分析。常用的方法有因果分析圖、事故樹分析圖、事件樹分析和邏輯分析

圖。

④事故的綜合分析：在一定的時間空間內(nèi)，對某種或多種事故進(jìn)行綜合分析，

以確定評價的重點。例如日本和我國一段時間事故分析如下圖所示：

3.2.2物質(zhì)危險性識別

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，要使用不同材料制成的設(shè)備、裝置；處理處置、使用、貯

存和運輸各種不同原料、中間產(chǎn)品、副產(chǎn)品、產(chǎn)品和廢棄物。這些物質(zhì)具有不同的

物理和化學(xué)性質(zhì)及毒理特性，其中不少物質(zhì)屬于易燃、易爆和有毒物質(zhì)，因此，具

有潛在的危險性，為了評價某一生產(chǎn)系統(tǒng)的風(fēng)險性，有別要對這些危險物質(zhì)進(jìn)行識

別。

1.易燃易爆物質(zhì)

具有火災(zāi)爆炸危險性物質(zhì)可分為爆炸性物質(zhì)、氧化劑、可燃性氣體、自燃性物

質(zhì)、遇水燃燒物質(zhì)、易燃與可燃液體、易燃與可燃固體等。

(1)爆炸性物質(zhì)爆炸性物質(zhì)是指凡受到高熱、摩擦、撞擊或受到一定物質(zhì)激

發(fā)能瞬間發(fā)生急劇的物理、化學(xué)變化，且伴有能量快速釋放、急劇轉(zhuǎn)化為強(qiáng)壓縮能,

強(qiáng)壓縮能急劇絕熱膨脹對外做功，引起被作用介質(zhì)的變形、移動和破壞的物質(zhì)。

爆炸性物質(zhì)的爆炸具有三個顯著特點：①變化速度非?？?。爆炸反應(yīng)一般在

10-5?io七間完成，爆炸傳播速度一般在2000?9000m/s之間；②反應(yīng)中釋放出大量

的熱或快速吸收熱量，反應(yīng)熱一般在3000?6300J/kg之間；③生成大量的氣體產(chǎn)物,

lKg炸藥爆炸時能產(chǎn)生700?1000L氣體，壓力達(dá)數(shù)萬兆帕，使周圍介質(zhì)受到壓縮或

破壞。

爆炸性物質(zhì)按組分分為爆炸化合物和爆炸混合物兩大類。前者具有一定的化學(xué)

組成，其分子中含有不穩(wěn)定的爆炸基團(tuán)，這中基團(tuán)容易被活化，在外界能量作用下

其化學(xué)鍵易破裂，引起爆炸反應(yīng)。這類化合物包括硝基化合物、硝基酯、硝胺、疊

氮化合物、重氮化合物、雷酸鹽、乙快化合物、過氧化物和氮氧化物、氮的鹵化物、

氯酸鹽和高氯酸鹽等。后者通常由兩種或兩種以上的爆炸組分和非爆炸組分經(jīng)機(jī)械

混合而成；這類混合物如硝胺炸藥等。

(2)氧化劑氧化劑具有較強(qiáng)的氧化性能，能發(fā)生分解反應(yīng)并引起燃燒或爆炸。

其分解溫度均在500℃以下。氧化劑分為無機(jī)氧化劑和有機(jī)氧化劑，其分類如下表

3.1o氧化劑的危險性在于其遇酸堿、潮濕、強(qiáng)熱、摩擦、撞擊、或與易燃物、還原

劑等接觸時，發(fā)生分解反應(yīng)，放出氧，有些反應(yīng)急劇，引起燃燒和爆炸。

類別級別舉例危險性

無機(jī)一級，能引堿金屬過氧化物類；含本身不燃不爆(大多數(shù))；

氧化起燃燒和或堿土氯酸及其鹽類；受熱、受撞擊、摩擦易分

劑爆炸金屬的硝酸鹽類；高鎰解出氧；接觸易燃物、有

過氧化酸鹽類等。機(jī)物引起燃燒爆炸；有些

物和鹽氧化劑在遇酸、遇水等引

類起劇烈反應(yīng)，引起燃燒或

爆炸。

二級，能引除一級以外的無機(jī)氧化

起燃燒。齊1」。

有機(jī)一級，能引有機(jī)過氧化物，如過氧化本身是氧化劑，同時具有

氧化起燃燒和苯甲酰、過氧化二叔丁醇燃燒和爆炸性；為過氧化

劑爆炸等；有機(jī)硝酸鹽等，如硝物，能進(jìn)行自身氧化-還原

酸服、硝酸月尿等。反應(yīng)，反應(yīng)生成氣體，反

應(yīng)迅速時引起燃燒、爆炸。

二級能引除一級以外的有機(jī)氧化

起燃燒劑。

（3）可燃?xì)怏w可燃?xì)怏w指遇火、受熱或與氧化劑接觸能引起燃燒或爆炸的氣體。

可分為一級和二級可燃?xì)怏w；凡著火（爆炸）濃度下限W10%為一級可燃?xì)怏w，下

限＞10%的為二級可燃?xì)怏w。

可燃?xì)怏w的危險性主要為其燃燒性、爆炸性和自燃性，同時由于其具有高度的

化學(xué)活潑性，易于氧化劑等物質(zhì)起反應(yīng)，引起火災(zāi)爆炸。當(dāng)其比空氣輕時，可逸散

在空氣中無限制擴(kuò)散，易與空氣形成爆炸性化合物；當(dāng)其比空氣重時，聚集于地表

和管溝不散，遇火源時燃燒或爆炸。有些可燃?xì)怏w同時具有腐蝕性或毒性、帶電性。

可燃?xì)怏w的燃燒爆炸性以其燃燒（爆炸）極限表征。在一定的溫度和壓力下，

可燃?xì)怏w與空氣混合，形成混合氣體，當(dāng)其中可燃?xì)怏w濃度達(dá)到一定范圍才能在遇

火源時發(fā)生燃燒或爆炸。這個可燃?xì)怏w濃度范圍即是該氣體燃燒（爆炸）極限。通

常以可燃?xì)怏w在空氣中的體積百分比表示。燃燒極限的下限即著火下限，燃燒極限

的上限即著火上限。

可燃?xì)怏w的燃燒爆炸危險度H計算為:

式中R-燃燒（爆炸）上限；

L——燃燒（爆炸）下限；

H——危險度。

可燃?xì)怏w的危險度H值越大，表示其危險性越大，表3.2列出部分可燃?xì)怏w的

危險度。

可燃?xì)怏w受熱到一定溫度，可發(fā)生自燃，能發(fā)生自燃的最低溫度即為該氣體的

自燃點。通常以反映當(dāng)量深度時的自燃點作為標(biāo)準(zhǔn)自燃點。自燃點越低，自燃的危

險性越大。自燃點與壓力、密度、容器直徑、濃度等因素有關(guān)。

計算可燃?xì)怏w的危險度？

（4）自燃性物質(zhì)自燃性物質(zhì)即不需要明火作用，由于本身受空氣氧化或外界

溫度、濕度影響發(fā)熱達(dá)到自燃點而發(fā)生自行燃燒的物質(zhì)。

根據(jù)自燃點的高低，自燃性物質(zhì)分為一、二兩級；一級物質(zhì)其在空氣中能發(fā)生

劇烈氧化，自燃點低，易于自燃，而且燃燒猛烈、危險性大；如黃磷、三乙基鋁、

硝化棉、鋁鐵熔劑等；二級物質(zhì)在空氣中氧化比較緩慢，自燃點較低，在積熱不散

的條件下能夠自燃，如油脂等物質(zhì)。

影響自燃性物質(zhì)自燃的因素包括：①熱量的積累，如導(dǎo)熱率、堆積狀態(tài)、空氣

的流通性等；②熱量發(fā)生率，如溫度、發(fā)熱量、濕度、表面積、催化劑等；③壓力，

壓力越高，自燃點越低；④分子結(jié)構(gòu)；⑤粒度，粒徑越細(xì)，自燃點越低。

(5)遇水燃燒物質(zhì)遇水燃燒物質(zhì)指凡遇水或潮濕空氣能分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w，

并放出熱量而引起燃燒或爆炸的物質(zhì)。通常分為一、二級。一級物質(zhì)遇水后發(fā)生劇

烈反應(yīng)，產(chǎn)生易燃?xì)怏w，放出大量熱，容易引起自燃或爆炸。這類物質(zhì)主要為鋰、

鉀等金屬及其氫化物和硼烷等。

遇水燃燒物質(zhì)在遇酸或氧化劑情況下亦發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)劇烈。

請指出上述五類物質(zhì)分為一二級的分級依據(jù)？

(6)易燃與可燃液體易燃與可燃液體指凡遇火、受熱或與氧化劑接觸能燃燒

和爆炸的液體、溶液、乳狀液或懸浮液等燃燒液體。

燃燒液體的分類，不同地區(qū)和目的(運輸、消防)不同，分類亦有差異，一般

而言，凡閃點W61℃的燃燒液體均屬易燃與可燃液體。

易燃與可燃液體具有特性：①易揮發(fā)性，在任何溫度下都會蒸發(fā)，當(dāng)加熱到沸

點時，迅速變?yōu)闅怏w；②易燃性，其揮發(fā)性蒸氣與空氣的混合物一旦接觸火源即易

于著火燃燒；③易燃液體通常具有毒性；④大部分易燃液體密度小于水。

易燃和可燃液體的危險性表征采用：①閃點和燃點：液體能發(fā)生閃燃的最低溫

度叫閃點，它是液體燃燒難易程度的表征。閃點越低，該液體越易起火燃燒。液體

表面上的蒸汽與空氣的混合物發(fā)生著火的最低溫度為燃點，它亦是鑒別液體火災(zāi)危

險性大小的一個標(biāo)志。易燃液體閃點和燃點很接近，差1?5℃;可燃液體，其差別

可達(dá)到30℃以上。②爆炸極限：易燃與可燃液體的蒸汽與氣體一樣，以爆炸有限表

片爆炸危險性，可采用何種百分比（％）表示爆炸濃度極限，亦可采用爆炸溫度極

限（℃）表示。通過計算危險度來衡量爆炸危險性。③自燃點：與液體的壓力、濃

度、容器直徑、分子量、分子結(jié)構(gòu)和粒度有關(guān)。④比重：大多數(shù)均小于水，且液體

比重越小，閃點越低。⑤沸點：蒸汽壓力等于大氣壓時的溫度。沸點越低，越易與

空氣形成爆炸性混合物，危險性越大。⑥飽和蒸氣壓力：在密閉容器中液體蒸發(fā)成

飽和蒸氣所具有的壓力。飽和蒸氣壓力越大，閃點越低，當(dāng)超過沸點時的蒸氣壓力

可導(dǎo)致容器炸裂。⑦受熱膨脹：易燃屯可燃液體受熱后，體積膨脹，蒸氣壓力增高,

可能產(chǎn)生炸裂。⑧流動擴(kuò)散性：流動和擴(kuò)散性使易燃可燃液體很快擴(kuò)散，危險性增

大。⑨帶電性：大部分易燃與可燃液體都是電解質(zhì)，易產(chǎn)生靜電，引起火災(zāi)和爆炸。

⑩分子量和化學(xué)結(jié)構(gòu)：分子量越低，沸點越低。危險性與化學(xué)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。⑩毒

性：具有一定毒性。

（7）易燃與可燃燃固體易燃與可燃燃固體指燃點低、對熱、撞擊、摩擦敏感

及與氧化劑接觸能著火燃燒的固體?？煞譃橐?、二級兩級，一級易燃固體燃點低、

易于燃燒和爆炸，燃燒速度快，并能放出劇毒的氣體，如磷及含磷的化合物、硝基

化合物等。二級易燃固體較一級易燃固體的燃燒性能差，速度慢。如各種金屬粉末、

堿金屬、氨基化合物等。

易燃與可燃固體的危險性以下列指標(biāo)表征：①熔點：由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的最低

溫度，熔點低的固體有較強(qiáng)的揮發(fā)性，閃點較低。對低熔點的固體可用閃點評價其

易燃性的大小，且閃點大都在100℃以下。②燃點：即物質(zhì)發(fā)生持續(xù)燃燒的最低溫度,

燃點越低，危險性越大。一般300℃以下為易燃固體，在300?400℃為可燃固體。

③自燃點：由于易燃固體受熱時蓄熱條件好，其自燃點在180?400℃之間，低于可

燃液體和氣體的自燃點。④比表面積：單位體積的表面積，其值越大，危險性越大。

粉狀可燃固體，其粒度小于10%m時，懸浮在空氣中有爆炸危險。⑤熱分解：受熱

分解溫度越低，火災(zāi)危險性越大。

2.毒性物質(zhì)

毒性物質(zhì)指物質(zhì)進(jìn)入機(jī)體后，累積達(dá)一定的量時，能與體液和組織發(fā)生生物化

學(xué)作用或生物物理變化，擾亂或破壞機(jī)體的正常生理功能，引起暫時性或持久性的

病理狀態(tài)，甚至危及生命的物質(zhì)。在工業(yè)生產(chǎn)中有些原料，如苯和氯；有些中間體

或副產(chǎn)物，如硝基苯；有些產(chǎn)品如氨、有機(jī)磷農(nóng)藥；有些輔助原料，如作溶劑的汽

油；有些廢棄物，如硫化氫等，均為工業(yè)毒物。

以工業(yè)毒物為例，其形態(tài)主要包括五種：①粉塵：飄浮于空氣中，直徑大于0.1

的固體微粒；②煙塵：懸浮在空氣，直徑小于O.gm的煙狀固體微粒；③霧：混懸

于空氣中的液體微滴。煙和霧編稱為氣溶膠；④蒸氣：液體蒸發(fā)或固體物升華形成;

⑤氣體：散發(fā)于空氣中的氣態(tài)物質(zhì)。

毒物的毒性表征毒物的劑量與反應(yīng)之間的關(guān)系，其單位一般以化學(xué)物質(zhì)引起實

驗動物某種毒性反應(yīng)所需劑量表示。毒性反應(yīng)通常是動物的死亡數(shù)，采用的指標(biāo)有:

①絕對致死量或或濃度（LDioo或LG。。），即全組染毒動物全部死亡的最小劑量

或濃度。

②半致死量或濃度（LD50或LCQ,即染毒動物半數(shù)死亡的劑量或濃度。

③最小致死量或濃度（MLD或MLC）,即全組染毒動物中個別動物死亡的劑量

或濃度。

④最大耐受量或濃度（LD0或LC。），即全組染毒動物全部存活的最大劑量或濃

度。

對毒物的攝入方式分為三種：經(jīng)呼吸道吸收；經(jīng)皮膚吸收；經(jīng)消化道吸收。

毒物危害程度分級以急性毒性、急性中毒發(fā)病情況、慢性中毒患病情況、慢性

中毒后果、致癌性和最高允許濃度等六項指標(biāo)為基礎(chǔ)，分為極度危害、高度危害、

中度危害和輕度危害四級。

對危險化學(xué)品毒理性質(zhì)的較科學(xué)的描述可依據(jù)美國國家職業(yè)安全與健康研究所

（NIOSH）給出的生命和健康即時危險暴露水平（IDLH）給出，它定義為如果在

30min的時間內(nèi)不采取防護(hù)措施將可能導(dǎo)致死亡或立即或延遲的永久性有害健康效

應(yīng)的數(shù)值或限值。

對所考慮的每一種化學(xué)品，在IDLH限值下可以容忍2min而一般不會對工作人

員的工作能力產(chǎn)生嚴(yán)重的影響（例如，嚴(yán)重的咳嗽、眼熱或嚴(yán)重皮膚疼痛）。NIOSH

認(rèn)為,將IDLH數(shù)值用作毒性限值是適宜的。

3.2.3化學(xué)反應(yīng)危險性識別

化學(xué)反應(yīng)分為普通化學(xué)反應(yīng)和危險性化學(xué)反應(yīng)，后者包括爆炸反應(yīng)、放熱反應(yīng)、

生成爆炸性混合物或有害物質(zhì)的反應(yīng)。

在化工生產(chǎn)運轉(zhuǎn)中經(jīng)常遇到等溫反應(yīng)、絕熱反應(yīng)和非等溫非絕熱反應(yīng)，這些反

應(yīng)如果控制不當(dāng)有可能產(chǎn)生事故危險。具體見教材62頁表3.10o

3.2.4工藝過程危險性識別

工業(yè)生產(chǎn)中，一套裝置是由許多個單元過程和單元操作組成的工藝集成的。每

個工藝過程又有各種不同的階段，每個階段之間相互存在影響。所以工藝過程存在

各種潛在危險性。對工藝系統(tǒng)的危險性識別需要采用安全系統(tǒng)分析方法。

安全系統(tǒng)分析方法有多種，如安全檢查表（CL）、初步危險性分析（PHA）、故

障模式影響分析（FMEA）、危險性操作法（HAZOP）、致命度分析（CA）、道化學(xué)

（Dow'sChemicalCo.）指數(shù)法、蒙德（ICI.Mend）等。

1.安全檢查表

安全檢查表是識別潛在危險的簡單實用的工具。先將評價系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)、

單元等，利用已有的經(jīng)驗和知識，擬定好安全問題清單，附以有關(guān)規(guī)范要求，按順

序編制成表。具體編制根據(jù)評價對象、目標(biāo)和相關(guān)因素的不同而靈活運用。表3.11

為一般形式。

3.3事故源項分析

3.3.1源項分析及其基礎(chǔ)

（風(fēng)險事故）源項分析是對通過風(fēng)險識別出的主要危險源作進(jìn)一步分析、

篩選，以確定最大可信事故，并對最大可信事故確定其事故源項，為事故對環(huán)境造

成的影響計算提供依據(jù)。

源項分析要定性和定量分析相結(jié)合，以定量為主，采用邏輯推導(dǎo)法。這些方法

建立在統(tǒng)計學(xué)和概率論的基礎(chǔ)上。任何一個系統(tǒng)，其危險性發(fā)展成為事故都存在一

定的概率，事故后果有可能對人員和環(huán)境造成影響。將事故特征（設(shè)備、人員、環(huán)

境條件）、受體特征（大氣、水體、生物）和影響特征（數(shù)量、持續(xù)時間、轉(zhuǎn)移途徑

及形式）視為一定時間、空間條件下隨機(jī)變化的變量，即隨機(jī)變量。事故的風(fēng)險值

即為這些變量的函數(shù)，［R=f（Xl、X2、X3）］o以統(tǒng)計學(xué)方法可得到在一定時空條件下

的事故概率，這個概率仍適用于未來，而且受體承受風(fēng)險的機(jī)會是均等的，從而使

風(fēng)險分析預(yù)測具有運用邏輯推導(dǎo)的理論基礎(chǔ)。

邏輯推導(dǎo)法就是基于大量的實踐經(jīng)驗和生產(chǎn)知識采用邏輯推理的過程去識別危

險性并進(jìn)行定量計算分析。事故源項分析所采用的事件樹（ETA）、故障樹（FTA）

及原因-結(jié)果（CC）分析方法均屬邏輯推導(dǎo)法。

3.3.2原因一結(jié)果分析

原因-結(jié)果分析是綜合事件樹（ETA）和故障樹（FTA）分析的方法。

分析程序包括：

①選出初因事件，作出事件樹圖；

②將事件樹的初因事件和失敗事件的環(huán)境事件作為故障樹的頂事件，分別作出

故障樹；

③進(jìn)行定性或定量分析。

圖3.7列出典型的示意圖。圖中⑴A為初始事件，(2)?(5)為事件樹分析。

由圖可以得出：后果事件G1?G5的概率分別為：

P(G1)=P(A)P(B1)=P(A)[1-P(B2)]

P(G2)=P(A)P(B2)P(C1)=P(A)P(B2)[1-P(C2)]

P(G3)=P(A)P(B2)P(G)P(DI)=P(A)P(B》P(C2)[1-P(DJ

P(G4)=P(A)P(B2)P(C2)P(D2)P(E1)=P(A)P(B2)P(C2)P(D2)[1-P(E2)

P(G5)=P(A)P(B2)P(C2)P(D2)P(E2)

如果每一后果事件的損失G已知，則可得到每一后果事件的風(fēng)險值R：

R二P(G)XGj

從而可篩選出最大可信事故(即風(fēng)險值最大的事故)，確定其源項。

第四章有毒有害物質(zhì)在大氣中的彌散

教學(xué)要求：

1了解大氣污染物擴(kuò)散基本常識；

2掌握大氣污染物擴(kuò)散模式；

3掌握大氣穩(wěn)定度分類;

4掌握污染物的干濕沉降。

教學(xué)重點：

大氣污染物擴(kuò)散模式

授課方式：

課堂授課

學(xué)時數(shù)：4

1大氣彌散

包括大氣輸運和大氣擴(kuò)散，大氣輸運指污染物在大氣中隨風(fēng)運動現(xiàn)象；大氣擴(kuò)

散指污染物在大氣湍流作用下在大氣運動的垂直和橫向方向上與周圍大氣混合的過

程。

大氣穩(wěn)定度（指大氣在垂直方向上的穩(wěn)定程度）是衡量大氣擴(kuò)散能力的一項重

要氣象因素；大氣穩(wěn)定度與氣溫垂直遞減率（r）和干絕熱遞減率（均有密切關(guān)系，即

大氣是否穩(wěn)定，垂直運動是加大還是減小，取決于氣溫垂直遞減率和干絕熱遞減率

的對比（r/rd>l,=l,<l）；

2診斷風(fēng)場

2.1概述

風(fēng)場的時空變化情況和大氣的流動特性是研究局部區(qū)域大氣污染擴(kuò)散規(guī)律的重

要信息；不論是定性分析污染物輸送擴(kuò)散狀況，還是進(jìn)一步進(jìn)行污染擴(kuò)散的模式計

算，都需要用到當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)場數(shù)據(jù)。

對于復(fù)雜地形上風(fēng)速分布和邊界層結(jié)構(gòu)，一般用數(shù)值模式去解，目前所采用的

數(shù)值模式可以分為兩種：第一種為預(yù)報模式，即用數(shù)值計算方法解在模擬區(qū)邊界條

件下的大氣運動方程組；第二種是診斷模式，即利用現(xiàn)場觀測的部分資料構(gòu)造出模

擬區(qū)的整個風(fēng)場。

在實際應(yīng)用中，特別是要求較高的空間分辨率時，用預(yù)報模式建立能精確描述

的、質(zhì)量守衡的風(fēng)場時計算耗費較大，所以一般不采用；而診斷風(fēng)場具有方法簡單、

計算花費少等特點，利用它可以有效地獲得接近客觀真實的三維風(fēng)場，因此該方法

應(yīng)用較為廣泛。

診斷風(fēng)場模式是通過內(nèi)插地表面和高空風(fēng)觀測資料初步估算模擬區(qū)風(fēng)場。

2.2客觀診斷風(fēng)場模式及方法

1.初始風(fēng)場的獲得

初始風(fēng)場是由有限數(shù)量的觀測數(shù)據(jù)插值到整個模擬區(qū)網(wǎng)格點而得到的，插值分

為垂直向插值和水平向插值。

垂向插值按下述方法處理：

(1)有探空資料的測點，根據(jù)實測的風(fēng)速、風(fēng)向內(nèi)插，求得各給定高度的網(wǎng)速、

風(fēng)向值。

(2)僅有10m高度風(fēng)資料的測點，按昂次律將風(fēng)速算得到200m高度，即:

式中u10——10m高度的風(fēng)速；

z——所求風(fēng)速的高度；

P——大氣穩(wěn)定度和地面粗糙度的函數(shù)。

如果有現(xiàn)場近地面層風(fēng)觀測資料，最好采用適合特定區(qū)域的P值。如果缺少這

方面結(jié)果，可以采用下表推薦的P值。通常在200m以下不考慮風(fēng)向的變化。

表4.1不同穩(wěn)定度下風(fēng)速廓線指數(shù)P值

P值

地面粗糙度/m

ABCDEF

0.030.030.050.090.140.200.27

0.10.050.070.120.180.250.33

0.30.070.100.160.250.350.45

1.00.100.150.250.350.450.55

200m以上各高度，用上層地轉(zhuǎn)風(fēng)和從地面外推的200m高度層風(fēng)場線性內(nèi)插而

得。

水平方向內(nèi)插是把觀測資料內(nèi)插到較細(xì)的網(wǎng)格點上，有多種方法，一般這類插

值問題沒有唯一的解，因此當(dāng)對同樣的離散數(shù)據(jù)組采用不同的計算方法，產(chǎn)生的場

也是不同的。目前，權(quán)重內(nèi)插法和多項式內(nèi)插法是計算效率較高的方法：

(1)權(quán)重內(nèi)插法若觀測站坐標(biāo)為(Xk,yQ,k=l,2,…乩觀測風(fēng)速矢量為

%和丫卜分別為速度矢量5的二維速度分量。則對于模擬區(qū)任一網(wǎng)格

點(xk,yk)風(fēng)速為Ui=iui+jvi,則:

式中f(fk)——權(quán)重函數(shù)；

4——網(wǎng)格點(七用)到測量點(xk,yk)的距離。

常用的權(quán)重函數(shù)有下列一些形式：

式中R-權(quán)重因子為零時的距離r,即“影響半徑”；

n——大于等于1的整數(shù)；

a——系數(shù)。

權(quán)重函數(shù)(4-3)隨距離r的增大而迅速減小，最大值在f(0)時等于1,且n越大減

少的程度越大。權(quán)重函數(shù)(4-4)主要是用來消除網(wǎng)格點完全受其鄰近測量點影響的

這一現(xiàn)象。對于權(quán)重函數(shù)(4-5),當(dāng)n=2時，則為最常見的反距離平方內(nèi)插。無論

是在計算精度還是計算耗時方面，它都是較理想的方法。因此，反距離平方權(quán)重法

應(yīng)用的最為廣泛。

(2)多項式內(nèi)插法為了在區(qū)域網(wǎng)格上產(chǎn)生連續(xù)的表面，除了權(quán)重內(nèi)插法，還

可以采用多項式的最小二乘法擬合。該技術(shù)要求x2最小，即較好地擬合數(shù)據(jù)。例如,

在一個二次多項式中，設(shè)

式中Ck——點(xk