基于Monte Carlo分析的储罐失效概率计算.pdf

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1、第12期一5一基于MonteCarlo分析的储罐失效概率计算宋兵，刘宁，华振东，杨立新(江苏省南京南瑞集团公司，江苏南京210003)[摘要]石化企业储罐区内储罐的失效原因可能来自储罐自身，也可能来自储罐外部，例如多米诺效应影响，在计算储罐失效概率中考虑多米诺效应非常必要。依据可靠性理论得到的储罐失效概率的计算公式，计算过程复杂且存在较大误差。本文采用分析计算法和蒙特卡洛模拟算法分别计算了储罐的瞬时失效概率。通过对分析计算法和蒙特卡洛模拟算法所得结果的比较，验证了蒙特卡洛模拟算法的可行性。[关键

2、词]储罐失效；多米诺效应；瞬时失效概率；分析计算法；蒙特卡洛模拟算法；对比美国化学工程师协会化工过程安全中心对事章中提出事故多米诺效用的概率计算可以作为事故的多米诺效应给出了定义：事故多米诺效应由故多米诺影响分析步骤中的一部分。2005年科扎初始事故引发，通过热辐射、冲击波和爆炸破片尼等人[6】发展了事故多米诺效用的风险定量评估方等方式作用于附近设备，导致一系列事故发生并法，并将其引入到多米诺场景结果和易损性评估造成严重后果[】】。科扎尼等人[2认为“事故的多米技术中。诺效用可视为一次事故传播到

3、临近设备，引发一以上为事故概率计算的分析方法，然而由于个或多个二次事故，致使事故后果比一次事故更分析方法难以处理，尤其是对于拥有大量储罐的加严重的现象”。由多数定义分析可知，事故的储罐区来说，分析计算方法比较耗时。此外，分多米诺效用一般分为三部分：首先是一个引发事析计算方法中的舍入误差会导致计算结果与实际故多米诺效用的初始事故；其次初始事故通过载计算值偏差较大。体对周围产生影响：最后受到影响的储罐发生事l储罐失效概率理论分析故(例如储罐发生火灾、爆炸和储罐内部的有毒物质发生扩散)。事故的多米诺效

4、用的另一个特1．1储罐不受事故多米诺效用影响的失效概率征是，事故后果的严重程度比一次事故高得多。实践证明，储罐的故障率是时间的函数。储在实践中，为便于化工过程操作管理，高效罐处于偶然故障期时，故障率为：利用公用工程，降低物料、能量在传递过程的损入i(t)=i(1)失，储罐的空间布局愈发密集，且储罐的体积愈其中入i为常数，在时间间隔0到t内，储罐i的发向大型化发展，由此提高了事故多米诺效应出可靠度为：现的概率，导致事故灾害后果更加严重[3】。因此，R(，)=P一(2)石化企业中事故多米诺效用的风险

5、评估是定量风在时间间隔0到t内，储罐i的不可靠度：险评估(QRA)中不可或缺的一部分。事故的风险评估中会考虑到每种效用的影响，针对不同事Q《t)=1一(3)故效用的影响都有一套对应的评估方法[4]。本研根据以上公式可以看出，储罐的可靠度与不究旨在估算事故多米诺效应下储罐的瞬时失效概可靠度具有时间依赖性。因此，对于储罐i瞬时失率。效概率可写出：对于储罐区内的某储罐的事故概率计算，可=(1一一)P(4)以依据事故树进行分析，该方法始于1978年的演示安全分析中，2000年，它作为一定量风险评估方法被

6、引进到化工过程安全中心【”。1998年可汗和作者简介：宋兵(196O一)，男，江苏启东人，大学本科。高级工程师。南京南瑞集团公司安全质量部副主任。阿巴斯等人[5在关于事故多米诺影响模型的一篇文6一■论文广场，I石20油13和年化第工16设卷备△。LJl，』l—F式(4)qbPi是在时间间隔0到t内储罐没有失效但一(例如过程输出概率)。过程输出可以根据不同4在随后的At时间内发生失效的概率。同时，它也、I，应用进行定义。与分析计算方法相比，蒙特卡洛日一是储罐i不受事故多米诺效用影响时的瞬时失效概{

7、模拟应用更加广泛。此外，蒙特卡洛模拟提供不，-l●、搴。l同范围的输出参数，包括不同的概率函数。理论一1．2多米诺效应下设备失效概率，PI方面，通过蒙特拉罗模拟增加迭代次数可以获得l—任何水平的精度，而且计算维度的增加不会影响考虑事故的多米诺效用，其它储罐发生事故gA误差。继而引发二次事故的概率(例如i对储罐i)为Pji。、l_，—设有n个储罐，每个储罐故障率为入，储罐i故储确失效而造成储罐i失效的概率为：、ll，十受其它储罐(例如储罐j)影响的概率为P_i，迭代=PJ，·1一P一e-4,(5)

8、，』●次数为N，时间步长At，最终时问为t。同时，设一当储罐i仅受储罐j影响时，储罐i的瞬时失效概／L失效矩阵F，它表示每个储罐在每个时间步长内的6率为：、l，、J失效概率，失效矩阵的初始值为0。图1是两个储罐组成的系统，对于每个时间步长和储罐i(i是随{机选取的，不考虑储罐其它的失效情况)，瞬时失效概率(Pi)通过计算获得之后与自动生成的随式(61由两部分组成(一般两个储罐同时发生机数(r)进行比较，如果Pi>r。，则表明储罐在这一一次事故的概率很小，因此忽略两个储罐同时发时间步长内失效，失效