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西安石油大学本科毕业设计

石油对于任何一个国家都是一种生命线,它对政治、经济、军事和人民生活的影响极大。

而石油工业是一个大的产业体系,与其他产业体系相比,对安全生产的要求有些是共同的,也有些是不同的。

对于与其他产业体系相同的安全要求,应借鉴引用;对于特殊的要求,则必须针对石油工业的特点,认真加以研究,从而实施行之有效的安全对策;借以防止和消除一切不安全因素。

油气集输是把油井生产的油气收集、输送和处理成合格原油的过程。

油气集输系统一般包括:

油井、计量站、接转站、集中处理站(联合站),这叫三级布站。

也有的是从计量站直接到集中处理站,这叫二级布站。

集中处理、注水、污水处理及变电站建在一起的叫联合站。

油井、计量站、集中处理站是收集油气并对油气进行初步加工的主要场所,它们之间由油气收集和输送管线联接。

我国各油田目前普遍采用由采油井场、分井计量站、接转战、集中处理站(联合站)等站场组成油汽集输流程。

各大油田中,在使用过程中除了会受到人为和石油中的杂质腐蚀等因素的影响,设计和施工环节中对集输站环境条件和工作条件掌握不准确,或对有关设计、施工技术标准的相关规定应用失度,或在设计和施工过程中可能出现的各种人为误差等等,都在一定程度上增大了集输站的风险水平,而联合站在其中起着重要的枢纽作用,其潜在的事故危险性极大。

本课题来自延长集团股份有限公司定边采油厂樊学油区樊一联合站,本文对集输联合站进行安全评价研究,采用合理而适当的方法对联合站实施安全评价,对提高联合站的设计、施工和管理水平,以及提高联合站的安全可靠性、樊一联合站的使用寿命具有非常重大的现实意义。

重点分析了樊一联合站的工艺流程,结合工艺流程和工艺特点,对联合站的危险危害因素进行了分析,并对之进行了归类;重点介绍该联合站评价单元的划分和评价方法的选择,并对其单元完成了定性定量评价;提出了樊一联合站的安全评价技术对策措施。

2安全评价简介2.1安全评价的目的意义安全评价是以实现工程、系统安全为目的,应用安全系统工程原理和方法,对工程系统中存在的危险、有害因素进行识别与分析,判断工程、系统发生事故和职业危害的可能性及其严重程度,提出安全对策建议,制定防范措施和管理决策的过程。

具体包括以下四个方面。

(1)促进实现本质安全化生产。

通过安全评价,系统的从工程、设计、建设、运行等过程对事故和事故隐患进行科学分析,并针对其发生的各种原因事件和条件,提出消除危险的最佳措施方案。

(2)实现全过程安全控制。

进行安全预评价,可避免选用不安全的工艺流程和危险的原材料以及不合适的设备、设施,提出降低或消除危险的有效方法。

(3)建立系统安全的最优方案,为决策者提供依据。

通过安全评价,分析系统存在的危险源及其分布部位、数目,预测事故发生的概率、事故严重度,提出应采取的安全对策措施等,决策者可以根据评价结果选择系统安全最优方案和管理决策。

(4)为实现安全技术、安全管理的标准化和科学化创造条件,通过对设备、设施或系统在生产过程中的安全性是否符合有关技术标准、规范以及相关规定进行评价,对照技术标准和规范找出其中存在的问题和不足,以实现安全技术、安全管理的标准化和科学化。

2.2安全评价的基本内容安全评价是利用系统安全工程原理和方法识别与评价系统、工程中存在的危险有害因素及其导致事故的危险性,并制定安全对策措施的过程,樊一联合站工艺流程分析3.1.联合站简介联合站简介3.1.1樊一联合站联合站,亦称油气集输站,油气集输站是从油井开始经计量站到转油站、再到油库,不同尺寸的管网和各种专用设备组成。

油井产出的油、气、水混合物经出油管线进入计量站,经初级的油、气、水三相分离后,分别计量出油井的油、气、水日产量;然后再经集油管线合并混输进入集油站(联合站),经过终极的油、气、水三相分离和原油脱水净化后,再经加热和加压输向油库。

油井产出的油气产物经过上述过程集输处理后,原油即成为商品油外销或出口,天然气则加压输往气体处理厂进行加工处理,成为商品气外供。

原油净化脱出的含油污水又送往含油污水处理站进行处理,处理合格后加压回注到油田地下。

这个过程就是油气集输的全过程,这个流程就是油气集输流程。

油气集输,是将油田开采出来的原油和天然气进行收集、储存、输送和初步加工、处理的生产经营活动。

它主要担负三个方面的任务:

一是负责将油井采出的石油气、液混合物经过管道输入油气处理站进行气、液分离和脱水,使处理后的原油能够符合国家的标准;二是由油气处理站,把合格的原油输送到油田原油库进行储备,将分离出的天然气输送到天然气处理厂(天然气压气站)进行再次脱水,脱氢和脱酸处理或深加工;三是由油田原油库、天然气压气站以不同的方式将处理合格的原油、天然气外输给用户。

樊一联合站站址位于距樊学乡政府西北方向1000m的一处山前台地,地形平坦,南北长300m左右,东西宽200m左右。

站址选择靠近公路,交通便利,方便边远井组的拉油卸运及早期净化油装车外运。

主要接收单井来油。

具有来油计量、原油加热、原油储存、原油外输及污水处理等功能。

该站脱水总规模40×104t/a,外输能力110×104t/。

消防区油罐区油气设备区生活区污水处理、回注区供热区装卸区

(1)占地总面积:

32920.9㎡(约50亩);

(2)总建筑面积:

2164.69㎡;(3)建、构筑物面积:

8827.69㎡;(4)厂区绿化面积:

4938.14㎡;(5)厂内道路及回车场面积:

5094;(6)土地利用系数:

63.10%;(7)绿地率:

15%。

3.2樊一联合站工艺分析3.2.1樊一联合站工艺简介樊一联合站是樊学油区的骨架站场,该站总体设计规模为100×104t/a,该站主要采用三相分离器脱水。

脱水后的净化油和樊二联、樊三联来净化油,经过计量后外输泵加压、换热器换热,再经过计量后输至东仁沟输油首站。

生产工艺流程如图3-2所示:

9西安石油大学本科毕业设计(论文)增压点来油三相分离器井组来油总机关收球装置换热器三相分离器卸车来油卸油箱卸油泵樊二来油流量计溢流沉降脱水罐净化油罐樊三来油流量计脱水站樊一转卸车来油流量计三相分离器流量计卸油箱流量计换热器三相分离器外输换热器流量计外输油泵图3-1樊一联合站工艺流程图以下将对联合站各工艺单元进行分析

(1)换热器工艺分析单量换热器运输带有一定压力的高温水蒸气,并为其提供一个密闭的空间,目的是将井场来的低温原油通过温度交换加热至高温原油,从而提高原油在管线内的流动性。

作为输送具有一定压力的容器,要保证设备的安全运行必须正确使用。

首先是使用的压力不能超过容器的设计压力。

否则会使容器超压爆炸,为防止此类事故的发生,在容器上都设置安装了安全泄压装置或超压报警装置,以便在容超压时处理或报警;输送介质的温度变化与选择必须要在容器原设计温度允许范围内;而且,换热器出厂时都带有产品合格证,容器上所有焊接缺陷一般都已经过处理,但在投产一段时间后,焊缝中往往会产生延迟性、裂纹或其他缺陷,所以换热器必须定期检查、维护,保证设备正常运行,生产正常进行。

(2)双容积量油分离器工艺分析双容积单量是一种容积式流量计,是直接测量体积流量的流量计,用来测量不含固体杂质的液体、油、冷凝液等的体积流量,尤其是高粘度液体的体积流量。

双容积量油分离器的工作原理是双容积量油分离器内的液体从上室靠自重往下室流动时,阀的下部出口被凡尔堵死。

液面到达上液位时,上液位继电器动作发出讯号启动牵引电磁铁带动阀杆上移,中部进口被凡尔堵死,阻止上室液体继续往下室流动。

同时,三通阀下部出口开启,双容积下室液体被齿轮泵排出直至下液位时,下液10西安石油大学本科毕业设计(论文)位继电器动作发出讯号,牵引电磁铁电路被切断,阀杆下落下部出口关闭,阻止下室液体的排出,中部进口被打开,双容积上室液体继续往下室流动,完成1次计量。

重复上述过程,单位时间内所完成的计量次数由控制仪器记录,达到计量油井产量的目的。

(3)沉降罐工艺分析沉降罐是依靠重力作用完成油水分离的目的,是原油集输生产中的重要环节,常用的脱水方法主要有热化学脱水,电化学脱水和破乳沉降脱水等。

该联合站主要采用的是破乳沉降脱水法。

原油破乳沉降脱水是利用破乳剂具有高效能的表面活性的特性,使其吸附在油、水界面上,降低界面膜的表面自由能,形成“油包水”(W/O)型的乳化液。

该乳化液的性质很不稳定,它的界面膜在外力作用下极易破裂,从而使乳化液微粒内相的水突破界面膜进入外相,达到油、水分离的目的。

(4)外输泵工艺分析在油田输油生产中,将原油从首站输送到末站,或由一套生产装置输送到另一套生产置,是经常进行的一项单元操作。

一般而言,要想让液体从能量低的地方流向能量高的地方是不可能的,这就需要借助于机械设备的动能来完成,即把机械设备产生的动能传递给液体。

泵就是用来抽吸、输送液体,并向其提供能量的一种通用机械,是油田原油集输生产中不可缺少的重要动力设备之一。

(5)工艺设备选型油气集输工艺设备选型如表3-1所示。

表3-1油气集输设备选型表序号123主要设备5000m?

钢制拱顶储罐5000m?

溢流沉降脱水罐外输泵污油泵卸油泵4三相分离器单台处理能力900m?

/d三相分离器单台处理能力1200m?

/d56789立式气液分离器外输换热器双容积量油分离器加药装置污油箱单位具具台台台台台具台套套具数量21312111322111西安石油大学本科毕业设计(论文)1011快速收球装置减压阀具个113.2.2水处理工艺水处理工艺油田采用水处理的目的主要是去除水中的悬浮物和油粒以保证回注通道的畅通,避免堵塞地层孔隙。

同时通过药剂控制细菌滋生,减少腐蚀。

(1)工艺流程:

工艺流程如图3-1所示。

杀菌剂沉降罐来水自然除油罐调节罐加压泵PH调节剂反应罐注水系统净化水罐含油污水处理装置图3-1斜板除油器

(2)主要设备介绍①自然除油罐自然除油罐主要是利用油水密度差对污水中的浮油和悬浮物进行分离沉降,有效水力停留时间为6h。

②调节罐由于油田采出水多为汽车拉运,水量波动大,调节罐的作用主要为匀质调节,并初步对污水中的浮油和悬浮物进行分离沉降。

③斜板除油器采用出水在反应罐中生成大量絮状物后进入斜板除油器,经过侧向流斜板全部沉淀去除,斜板有效水力停留时间为0.5h。

④含油污水处理装置该设备主要由油水分离器、改性纤维球过滤器、PE管式过滤器组合而成,PE管式过滤器为表层过滤,其去除悬浮物机理是机械筛除,过滤液体通过烧结管上的1um微孔,从而能够保证水质达标。

(3)工艺设备选型水处理工艺设备选型如表3-2所示表3-2水处理工艺设备选型表序号1设备材料FL-8含有污水处理装置12数量1单位台西安石油大学本科毕业设计(论文)23456789101112FL-6含油污水处理装置箱式压滤机加药装置300m?

钢制自然除油罐200m?

钢制自然除油罐100m?

钢制自然除油罐套管式换热器斜板除油器污油箱污泥浓缩池污水调节池12124222222台套套具具具台台具座座13西安石油大学本科毕业设计(论文)4樊一联合站危险危害因素分析4.1联合站工作介质(原油、伴生气)危险危害因素分析联合站工作介质(原油、伴生气)4.1.1危险危害因素分析.联合站的工作介质主要是原油和天然气。

原油的危险性主要表现在:

易燃性、易产生静电,油蒸汽密度较大,不易扩散,若聚集在低洼处不但对职工的身体健康有损害,还容易和空气混合遇火发生爆炸或引起火灾;易受热膨胀、沸溢,若储油温度不稳定,蒸汽压升高会造成储存容器凸鼓,降低产生负压会使容器被大气压瘪而损坏;天然气不但易燃易爆,还有较大的毒性,因其含有一定量的硫化氢等有机硫化物,长时间工作在含有天然气的作业场所,容易对职工的健康造成一定的影响。

4.1.2原油的危险性①化学组成原油的组成元素主要有C、H、S、O和N等五种,其中C约占83~87%,H约占11~14%,S、O、N合计约占1~4%。

原油中还含有Ni、V、Fe、K、Na、Ca等微量元素和矿物质,但含量极其微少,这些元素或以游离态或组成化合物的形式存在于重的组分中。

②物理性质颜色:

墨绿色。

颜色与原油中含有的胶质沥青数量的多少有密切关系,深色原油密度大、粘度高,液性明显的原油多呈淡色,甚至无色;粘度感强的原油,大多色暗,从深棕、墨绿到黑色。

气味:

微臭。

臭味由于原油中所含的不同挥发组分而引起,芳香属组分含量高的原油具有一种醚臭味,含有硫化物较高的原油则散发着强烈刺鼻的臭味。

密度:

0.8437g/㎝?

粘度:

原油动力粘度在4.72~14.4MPa·s,平均粘度7.66MPa·s含腊量:

原油含腊量在12.48%~18.86%,平均含腊量15.92%凝固点:

21℃~26℃之间,平均23.4℃初馏点:

62.8℃~103.3℃,平均81.3℃③燃烧爆炸危险性燃烧性:

易燃闪点(℃):

-28℃~30℃建筑规范火灾危险等级:

乙类危险特性:

遇明火高热或与氧化剂接触有燃烧爆炸危险。

燃烧产物:

一氧化碳,二氧化碳,水,二氧化硫等。

14西安石油大学本科毕业设计(论文)稳定性:

稳定聚合危害:

不聚合禁忌物:

氧化剂灭火方法:

泡沫、二氧化碳、干粉、砂土④包装与运输储运注意事项:

远离火种、热源、密闭运输、防止曝晒、勿与氧化剂混装混运。

⑤毒性及健康危害侵入途径:

吸入、食入、经皮吸收毒性:

具有刺激作用健康危害:

皮肤接触可引起接触性皮炎油性痤疮,吸入可引起吸入性肺炎,能经胎盘进入胎儿血中,原油废气可引起眼、鼻刺激症状头晕头痛。

4.1.3伴生气的危险性伴生气的危险性①化学组成天然气的主要成分为CH4,油田天然气中除CH4外还含有较多的烷族重碳氢化合物。

在天然气中各种碳氢化合物的含量高达90%以上。

②物理性质颜色:

无色气味:

无味③燃烧爆炸危险性燃烧性:

易燃建筑规范火灾危险等级:

二级爆炸上限(V%):

16.0爆炸下限(V%):

4.0危险特性:

遇明火高热或与氧化剂接触有燃烧爆炸危险。

燃烧产物:

一氧化碳,二氧化碳,水等。

稳定性:

稳定聚合危害:

不聚合禁忌物:

氧化剂灭火方法:

泡沫、二氧化碳、干粉、砂土④包装与运输储运注意事项:

远离火种、热源、密闭运输、防止曝晒、勿与氧化剂混装混运。

⑤毒性及健康危害侵入途径:

吸入、经皮吸收毒性:

具有刺激作用15西安石油大学本科毕业设计(论文)4.2危险源辨识4.2.1联合站工作设备危险危害分析经过对樊一联合站的生产工艺的分析,从安全的角度去分析其工艺过程,发现其生产工艺过程存在的潜在危险是:

储罐区存在雷电及静电引起的火灾爆炸,罐顶坍塌,罐壁腐蚀泄漏的危险。

换热器换热工艺过程中存在加热介质泄漏引起灼伤,炉管受热不均结焦而引起发生炉膛火灾,加热炉熄火或燃料阀内漏引起炉膛爆炸的危险。

三相分离器工艺过程则存在容器内进空气后的爆炸,容器超压或损坏后的油气泄漏火灾的危险。

装车外输时则存在旋转部位机械伤害,流速过高引发静电灾害等危险。

污水处理系统可能泄露的硫化氢气体,会导致中毒。

工艺中还存在水罐内挥发气遇火爆炸,排液管线冻堵,污油泄漏,收油管线冻堵,触电,高压管汇物理爆炸等危险以下章节则对各危险源着一进行分析4.2.2储罐区在石油化工生产中,罐内储存着大量易燃易爆且易流散的石油,更重要的是罐区静电的产生和雷电的影响,都是引起事故的因素。

所以罐区的危险危害因素主要有罐间距,罐体上的上、下限液体,同时罐区的静电和雷电的危害也是至关重要的。

其主要的危险危害因素有:

电性质、热效应的破坏作用以及机械性质的破坏作用,静电效应和电磁效应以及防雷装置上高电压对建筑物的反击作用也能造成罐区事故的发生。

罐区储油,一是由油罐车经卸油槽后储存到罐区;二是单井来油,要经过分离装置、计量装置、抑制剂注入装置、脱水装置、抑制剂再生装置,二次沉降装置等,进入储油罐。

由于操作压力较高,且操作介质具有易燃易爆性,故罐区的主要危险因素是原油或原油伴生气泄漏引起的火灾、爆炸。

造成泄漏的主要原因有:

(1)设计失误:

基础设施错误,如地基下沉造成容器底部产生裂缝或设备变形、错位等;选材不当,如强度不够、耐腐蚀性差、规格不符等;布置不合理。

(2)设备原因:

加工不符合要求;加工质量差;施工和安装精度不高;阀门损坏或开关泄漏;设备附件质量差,或长期使用后材料老化、腐蚀或破裂等。

(3)人为失误:

违反操作规程、误操作;擅自脱岗;异常情况未正常处理等。

储罐危险因素及导致事故如图4-1所示:

16西安石油大学本科毕业设计(论文)储罐主要危险因素分析结构火灾、爆炸原油泄漏原油及其挥发物火源储罐密封不良储罐体腐蚀穿孔材质、焊接质量误操作进罐作业登罐作业中毒窒息高处坠落图4-1储罐危险因素分析4.2.3管道单井集油管线和集油干线输送的介质为易燃、易爆的原油。

管线都承受较高压力。

在下列情况下,可能导致火灾、爆炸事故的发生:

(1)管线材质低劣或施工质量差,导致管线强度达不到技术要求而出现裂缝或断裂,使得输送介质泄漏。

(2)因地下水或输送介质的腐蚀,导致管线穿孔造成泄漏。

(3)外部原因导致管线破裂,如在管线上方或附近施工,使管线遭受意外损伤,导致发生泄漏事故。

(4)操作失误或人为破坏而使管线发生泄漏事故。

(5)地震等不确定外界因素导致管线断裂而发生泄漏事故。

管道危险因素如表4-1所示。

表4-1管道危险危害因素危险物质泄露火源设计误差天然气、凝析油、甲醇、乙二醇阀门泄露、接头泄露、气体放空、管线爆炸或穿孔、其他静电火花、雷电、撞击火花、电气火花、机械火花、检修动火、其他管线走向、埋深、壁厚、材质、加工制造、抗震设计、防腐层、阴极保护、防雷、标志桩设施不完善防护等级不够、自动控制系统故障、超压保护装置失效、安全放空系统故障、阴极保护故障、防冻设施故障操作与管理危险措施控制不充分、应急能力不足、操作规程不完善、工人技能低、违章指挥操作、蓄意破坏施工焊接缺陷、管沟不符合要求、防腐层损伤、管线本体机械损伤、管沟回填不符合要求17西安石油大学本科毕业设计(论文)4.2.4换热设备樊一联合站的换热设备主要有:

管壳式换热器三台。

换热设备的作用是对两种介质进行热交换,联合站生产装置中的换热设备因其介质一般具有易燃易爆、毒性及腐蚀等特性,一旦泄漏将会发生火灾、爆炸、中毒等危险。

根据GB6441-86《企业伤亡事故分类》分析,重整进料/产物换热器还存在下列危险有害因素:

(1)化学性爆炸:

天然气泄漏引起爆炸。

(2)中毒和窒息:

检修期间未切断与外界相连的管线导致介质窜入重整进料/产物换热器引起换热器内检修人员中毒和窒息。

(3)触电:

由于检修照明线路破损或把线线路破损引起触电。

(4)高处坠落:

检修期间由于措施不完善发生高处坠落。

水套加热炉是通过加热水介质给原油加温的设备。

加热炉的风险存在于两方面:

一是安全阀失灵,二是无水干烧。

安全阀失灵,会造成压力超高时,安全阀不能启动卸压。

这种状况极其危险,很容易使加热炉变成一个重磅炸弹。

遇此情况,应立即关闭或控制炉火,并立即打开炉顶卸压阀门卸压。

当加热炉内无水或水少,未得到及时补充,这时如果继续加热,就会造成无水干烧。

无水干烧,很可能烧穿原油汇管引发火灾。

4.2.5动力设备(泵)机泵在联合站中起着加压、输送介质的作用,特别是大型机组在联合站中发挥着至关重要的作用,因其设备庞大、结构复杂、控制精密、高速、高压、高温、价值高等特性,决定了其在联合站中占有重要的地位。

樊一联合站工艺流程中用到了多种类机泵,如外输泵、倒灌泵、污油泵、卸油泵,虽然各泵的功能不同、所处位置以及性能都有所不同,但都处在油气泄露的高发区,可一并分析,以类似的方法进行管理,防止同类事故发生。

根据GB6441-86《企业伤亡事故分类》分析,大型机组一般存在下列危险有害因素:

(1)火灾。

冷却不佳导致轴瓦过热或电机过载等引起火灾。

(2)物体打击。

由于检修措施不完善或出口阀关闭的情况下违章起动往复式压缩机造成物体打击。

(3)机械伤害。

由于操作不慎,进入非工作区域引起机械伤害。

(4)高处坠落。

检修期间由于措施不完善发生高处坠落。

(5)灼烫。

身体直接接触高温设备表面引起灼烫。

(6)触电。

电机漏电或人体接触电器带电体引起触电。

18西安石油大学本科毕业设计(论文)(7)爆炸。

处在爆炸极限的混合可燃气体遇到电机的电火花,导致爆炸。

4.2.6水处理及回注设备根据环境保护的要求和油田开发的需要,为了减少油田开采、生产过程中对环境的污染及资源浪费,同时避免油田采出水对河流、土壤的污染,采出水经过处理达标后,就地回注附近油层。

水处理过程中进行的一系列化学、物理变化,甚至运用微生物发酵处理,将油污水转化为可利用水,在此过程中,既可能有轻烃类气体泄漏,也可能有剧毒硫化氢气体泄漏,这些气体有可能溶于油水之中,也可能来自污泥池的发酵。

由于在水处理系统中,不但有泵类的动力设备,还有高压管道,也有像污泥池一样的基坑。

因此在水处理环节不但出现以上几章节分析的危险危害因素,还应更注意防毒,防淹溺。

4.3人员与管理因素4.3.1人员失误人员失误人员失误泛指不安全行为中产生不良后果的行为(即职工在劳动过程中,违反劳动纪律、操作程序和方法等具有危险性的做法)。

人员失误在一定经济技术条件下,是引发危险、有害因素的重要因素,在生产过程中是不可避免的,它具有随机和偶然性,往往是不可预测的意外行为。

而且樊一联合站大多采用自动控制技术,对人员操作能力的要求也比以前同类联合站的要求要高;况且所招收的人员的素质要求等都可能造成事故的发生,成为事故发生的潜在危险危害因素。

4.3.2管理失误系统安全管理是为了保证及时、有效实现系统安全目标,在预测、分析的基础上进行的计划、组织、协调、检查等工作,是预防故障、人员失误发生的有效手段。

但是由于管理制度不健全或没有得到有效执行,就会造成事故的发生。

管理因素是影响失控发生的重要因素。

19西安石油大学本科毕业设计(论文)5评价单元的划分和评价方法的选取5.1安全评价单元划分5.1.1评价单元的概念评价单元的概念在危险、有害因素识别与分析的基础上,根据评价目标和评价方法的需要,将系统分为有限的、范围确定的单元,这些单元就称为评价单元。

一个作为评价对象的建设项目、装置(系统),一般由相对独立而又相互关系的若干部分(子系统、单元)组成的,各部分的功能、含有的物质、存在的危险因素和有害因素、危险性和危害性以及安全指标不尽相同。

以整个系统作为评价对象实施评价时,一般按一定原则将评价对象分成若干有限的、范围确定的单元,然后分别进行评价,最后再综合为对整个系统的评价。

5.1.2划分评价单元的作用将系统划分为不同类型的评价单元进行评价,不仅可以简化评价工作,减少评价工作量,避免遗漏,而且由于能够得出各评价单元危险性(危害性)的比较概念,因此可以避免以最

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