化工產(chǎn)品泄露應(yīng)急疏散研究

李琦

(北京京誠(chéng)嘉宇環(huán)境科技有限公司，北京 100053)

化工產(chǎn)品泄露應(yīng)急疏散研究

李琦

(北京京誠(chéng)嘉宇環(huán)境科技有限公司，北京 100053)

在研究應(yīng)急疏散原理的基礎(chǔ)上，利用ALOHA軟件對(duì)疏散范圍進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)濃度的區(qū)分可以劃分為3個(gè)不同級(jí)別的疏散范圍，根據(jù)ERPG原則確定是否進(jìn)行疏散，以最短的疏散時(shí)間為指標(biāo)，對(duì)最優(yōu)化路線進(jìn)行建模計(jì)算，得到最短的疏散結(jié)束時(shí)間和疏散人數(shù)，根據(jù)對(duì)安全范圍和疏散路線的確定，可以最大程度地保證工作人員的人身財(cái)產(chǎn)安全。

應(yīng)急疏散;泄露;環(huán)境評(píng)價(jià);建模

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化工產(chǎn)品的需求量也隨之劇增，同時(shí)，近年來(lái)化工行業(yè)的泄露和爆炸事件頻發(fā)，特別是生產(chǎn)過(guò)程中因操作不當(dāng)和設(shè)備故障導(dǎo)致的泄露事故，不僅給企業(yè)帶來(lái)了巨額的經(jīng)濟(jì)損失，也給企業(yè)員工和附近居民帶來(lái)了較大的危害［1－3］。在化工產(chǎn)品發(fā)生泄露時(shí)，應(yīng)該對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行疏散，并設(shè)定疏散的范圍，建立相對(duì)的安全區(qū)。在一些有毒有害的化工產(chǎn)品泄露事故中，如果沒(méi)有科學(xué)合理的疏散方案，不做好疏散時(shí)間、路線和人數(shù)的量化估計(jì)，會(huì)造成生命通道的堵塞，使疏散時(shí)間延長(zhǎng)，危及疏散人群的生命安全，同時(shí)，盲目的疏散和大范圍的疏散措施，也會(huì)浪費(fèi)大量的人力和物力。

早在20世紀(jì)70年代，Houston、Voorhess、Tufekci等就對(duì)最優(yōu)疏散路線選取的方法進(jìn)行了研究，并提出了數(shù)學(xué)模型。美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)規(guī)定了100多種化學(xué)品的疏散距離，并且每年都增加7種化學(xué)品的數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)也有對(duì)有毒氣體擴(kuò)散速度進(jìn)行的建模研究，構(gòu)建泄露氣體擴(kuò)散的模型，研究泄露事故的影響范圍和環(huán)境評(píng)級(jí)［4－10］。疏散范圍的確定通常采用高斯模型、半球理論擴(kuò)散模型和緊急響應(yīng)計(jì)劃指南(ERPG)，但是采用高斯模型分析時(shí)無(wú)法適用于低風(fēng)速的情況，且不能表達(dá)擴(kuò)散濃度與時(shí)間的變化關(guān)系，半球模型適用于穩(wěn)定氣象條件下，經(jīng)過(guò)修正可用于風(fēng)速高的情況，但模型還不夠穩(wěn)定。而ERPG需要測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際濃度來(lái)判定應(yīng)急疏散范圍，在實(shí)際突發(fā)狀況時(shí)，時(shí)效性會(huì)滯后，會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的人員造成一定的傷害。

本研究對(duì)化工產(chǎn)品泄露突發(fā)事件的疏散范圍、疏散時(shí)間和疏散路線進(jìn)行計(jì)算分析，力求得到最佳的疏散范圍、最短的疏散時(shí)間和最佳的疏散路線，最大程度地減少給人員帶來(lái)的傷害。

1 應(yīng)急疏散原理

應(yīng)急疏散是將處于危險(xiǎn)區(qū)域的人員按照一定的科學(xué)方法轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域，盡可能地減少人員的傷亡，應(yīng)急疏散原理包含疏散范圍、疏散時(shí)間和疏散路線3方面的內(nèi)容。

應(yīng)急疏散范圍的確定方法主要有3種，分別是高斯模型、半球理論模型和化學(xué)品泄漏事故影響區(qū)域原則(ERPG)。

高斯模型適用于風(fēng)速適中的中性氣體泄漏，包括瞬時(shí)泄露煙團(tuán)模型和連續(xù)泄漏煙羽模型，常見(jiàn)的煙羽模型可簡(jiǎn)化為式(1):

圖1 高斯模型下的疏散范圍

半球理論模型適用于風(fēng)速較小的情況，氣體的擴(kuò)散半徑計(jì)算公式為，其中，R為擴(kuò)散半徑;V為有毒氣體的蒸發(fā)體積;c為氣體的體積分?jǐn)?shù)。根據(jù)半徑R作圓，疏散范圍根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正。

美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)制定的化學(xué)品泄漏危害區(qū)域原則是監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)有毒氣體濃度，根據(jù)威脅生命的最大濃度進(jìn)行劃分。濃度范圍劃分為ERPG－1、ERPG－2、ERPG－3 3個(gè)等級(jí)。濃度小于1級(jí)視為安全區(qū)，大于3級(jí)作為致死區(qū)，2級(jí)與3級(jí)之間為重傷區(qū)。

疏散時(shí)間通常采用STEPS軟件和Pathfinder軟件進(jìn)行模擬計(jì)算分析，疏散路線主要分最短疏散距離和最短疏散時(shí)間，通過(guò)分別建立數(shù)學(xué)模型，可以得到相關(guān)規(guī)劃方程。

2 應(yīng)急疏散的研究

2.1 疏散范圍的計(jì)算

采用ALOHA軟件計(jì)算化工產(chǎn)品泄露事故的影響區(qū)域，根據(jù)影響區(qū)域來(lái)設(shè)定應(yīng)急疏散的范圍，根據(jù)ERPG原則來(lái)判定室內(nèi)、外的工作人員是否需要緊急疏散。當(dāng)室內(nèi)濃度大于ERPG－3時(shí)，室內(nèi)人員應(yīng)立即向室外疏散;當(dāng)室內(nèi)濃度小于ERPG－1時(shí)，室內(nèi)人員可以不用采取疏散;當(dāng)介于ERPG－1和ERPG－3之間時(shí)，室內(nèi)人員需在室內(nèi)做好避難準(zhǔn)備。

例如，利用ALOHA軟件計(jì)算某一工廠液氯儲(chǔ)罐泄露事件的影響區(qū)域，儲(chǔ)罐體積為0.6 m3，儲(chǔ)存液氯量為850 kg，泄露點(diǎn)為閥門(mén)法蘭處，泄露口為2 cm，泄露點(diǎn)距離地面0.1 m，經(jīng)軟件計(jì)算，最大泄露速率為85 kg/h，泄露總量為737 kg，液氯的密度比空氣密度大，采用重氣擴(kuò)散模型計(jì)算。通過(guò)計(jì)算，模擬結(jié)果如圖2所示。

圖2 液氯泄露影響的區(qū)域

由圖2可知，濃度≥20×10－6時(shí)，評(píng)級(jí)為ERPG－3，這個(gè)區(qū)域內(nèi)為緊急避難區(qū)，ERPG－2區(qū)域是重傷區(qū)，是需要協(xié)助的疏散區(qū)，ERPG－1為引導(dǎo)疏散區(qū)。在疏散區(qū)域內(nèi)有一棟兩層樓的辦公樓，該辦公樓室外的濃度變化如圖3所示。

圖3 辦公樓室外濃度變化

圖3中實(shí)線為辦公樓室外氯氣的濃度，虛線表示為室內(nèi)氯氣濃度，從圖3可以看出，泄露事故發(fā)生后，室外氯氣濃度很快高于ERPG－3級(jí)，室外的濃度要比室內(nèi)的濃度要高，經(jīng)過(guò)10 min后，室內(nèi)的濃度要高于室外的濃度，且室內(nèi)的濃度要高于ERPG－3，此時(shí)，如果繼續(xù)在室內(nèi)停留則危險(xiǎn)程度更高，因此，根據(jù)ERPG的原則，室內(nèi)的工作人員應(yīng)該向室外疏散撤離。

2.2 疏散路線的確定

圖4 建筑出口至安全區(qū)域的疏散網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

根據(jù)2.1，工作人員需向室外疏散至安全區(qū)域，疏散線路如圖4所示。假設(shè)所有工作人員都保持理性，聽(tīng)從指揮按計(jì)劃疏散，不存在繞圈和返回的現(xiàn)象，各個(gè)路段有流量限制，建立時(shí)間最短的數(shù)學(xué)模型:，疏散路線的流量限制為flmax疏散時(shí)間疏散時(shí)間與通過(guò)時(shí)間TRL息息相關(guān)。

需要找出疏散起點(diǎn)到安全區(qū)域的疏散路線，根據(jù)TRl的排序進(jìn)行疏散，記錄流量fl，應(yīng)刪除流量為0的路段。根據(jù)可行路線集合R，R應(yīng)滿足TR1≤TR1…根據(jù)來(lái)確定最優(yōu)的疏散路線?？尚行允枭⒙肪€集合和通過(guò)時(shí)間如表1所示。

表1 可行性疏散路線集合與通過(guò)時(shí)間

假設(shè)疏散人數(shù)為800人，根據(jù)建模公式計(jì)算，最優(yōu)路線集合與時(shí)間如表2所示。通過(guò)公式計(jì)算出最優(yōu)線路有3條，疏散的人數(shù)分別為435人、292人和78人，3條路線疏散結(jié)束時(shí)間相等，該辦公樓內(nèi)800人從出口至安全區(qū)域的最短疏散時(shí)間為229 s。

表2 最優(yōu)化集合路線和結(jié)束時(shí)間

3 結(jié)語(yǔ)

在研究應(yīng)急疏散原理的基礎(chǔ)上，利用ALOHA軟件對(duì)疏散范圍進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)濃度的區(qū)分可以劃分為3個(gè)不同級(jí)別的疏散范圍，根據(jù)ERPG的原則確定是否進(jìn)行疏散，可以避免盲目的疏散，降低損失，最大程度地保證人員安全。通過(guò)以最短的疏散時(shí)間為指標(biāo)，對(duì)最優(yōu)化路線的建模計(jì)算，得到最短的疏散結(jié)束時(shí)間和疏散人數(shù)，根據(jù)對(duì)安全范圍和疏散路線的確定，可以最大程度地保證工作人員的人身財(cái)產(chǎn)安全。

［1］尚鵬.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急疏散區(qū)域提取與連通性評(píng)價(jià)方法研究［D］.長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2016.

［2］梁俊.面向應(yīng)急疏散的基于二型模糊的路徑選擇行為建模及仿真［D］.廣州:廣東工業(yè)大學(xué)，2016.

［3］王丹，趙江平，劉冬華，等.基于高斯模型的液氨儲(chǔ)罐泄漏擴(kuò)散仿真分析［J］.環(huán)境工程，2016(7):140－144.

［4］ 張騰.單源點(diǎn)?；窇?yīng)急疏散問(wèn)題的算法研究［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2016.

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［6］王錕，盛武.高校教學(xué)樓樓梯出口應(yīng)急疏散模型研究［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2016(3):332－335.

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［8］汪秉宏，周濤，史冬梅.應(yīng)急疏散動(dòng)力學(xué)研究的意義與進(jìn)展［J］.現(xiàn)代物理知識(shí)，2016(2):50－56.

［9］張新放，關(guān)克平.基于模糊綜合評(píng)價(jià)的客船應(yīng)急疏散模型研究［J］.中國(guó)修船，2016，29(3):42－44.

［10］劉朝峰，郭小東，李巖峰.基于智能優(yōu)化的應(yīng)急疏散道路自主評(píng)價(jià)模型［J］.工業(yè)建筑，2016，46(6):25－28 +44.

Study on chemical leak emergency evacuation

LI Qi
(CERI Eco Technology Co.，Ltd.，Beijing 100053，China)

Based on the research of emergency evacuation principle，using ALOHA software for calculation of evacuation range，according to concentration distinction，3 different level of evacuation range is divided.According to ERPG principles，evacuation is determined.Taking shortest evacuation time as index，the most optimization route is modeled and calculated，and the shortest evacuation time and evacuation number are got.According to the determination of security range and evacuation route，personal property security of staff can be maximum degree of guaranteed to the greatest extent.

emergency evacuation;leakage;environmental assessment;modeling

X169

A

1004－7050(2016)06－0074－03

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.22

2016－10－11

李 琦，女，1985年出生，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)，碩士學(xué)位，工程師，從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案方面工作。