液化石油氣爆炸火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)研究

作者簡(jiǎn)介：宋英杰（1996—），女，滿(mǎn)族，河北承德人，碩士研究生，研究方向：涉火涉爆犯罪偵查技術(shù)。

摘要：本文將重點(diǎn)探討液化石油氣爆炸事故潛在危險(xiǎn)區(qū)的預(yù)測(cè)方法，包括基于模型的預(yù)測(cè)、基于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)、利用安全距離進(jìn)行估算、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)估以及后果模擬分析等五種主要技術(shù)手段，旨在為相關(guān)工作的開(kāi)展提供科學(xué)參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：液化石油氣；爆炸火災(zāi)；潛在危險(xiǎn)區(qū)；預(yù)測(cè)

引言

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，液化石油氣作為一種重要的能源形式，在日常生活和工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。然而，由于其易燃易爆的特性，液化石油氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中存在著巨大的安全隱患。近年來(lái)，全球范圍內(nèi)液化石油氣泄漏、火災(zāi)和爆炸事故頻發(fā)，不僅造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。因此，對(duì)液化石油氣爆炸火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)區(qū)的預(yù)測(cè)顯得尤為重要。

一、液化石油氣爆炸火災(zāi)事故的危害

從人身安全角度來(lái)看，液化石油氣爆炸火災(zāi)事故會(huì)帶來(lái)極為嚴(yán)重的后果。由于液化石油氣具有易燃易爆的特性，一旦發(fā)生泄漏并遭遇火源，將可能引發(fā)大規(guī)模爆炸，爆炸產(chǎn)生的沖擊波和高溫火焰對(duì)周?chē)娜巳簶?gòu)成直接威脅，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷害，包括燒傷、炸傷甚至死亡^[1]。此外，火災(zāi)產(chǎn)生的濃煙和有毒氣體會(huì)嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成損害，甚至引發(fā)窒息等危險(xiǎn)情況。從財(cái)產(chǎn)安全角度來(lái)看，液化石油氣爆炸火災(zāi)事故會(huì)導(dǎo)致巨大的財(cái)產(chǎn)損失^[2]。爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力會(huì)摧毀周?chē)慕ㄖ锖驮O(shè)施，造成重大損失，同時(shí)火災(zāi)會(huì)迅速蔓延，燒毀房屋、設(shè)備和物資，給個(gè)人和企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。此外，火災(zāi)還會(huì)導(dǎo)致電力、通信等基礎(chǔ)設(shè)施受損，進(jìn)一步加劇災(zāi)害的影響。

二、預(yù)測(cè)液化石油氣爆炸火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)區(qū)的重要價(jià)值

鑒于液化石油氣爆炸火災(zāi)事故會(huì)帶來(lái)巨大危害，有必要加強(qiáng)對(duì)液化石油氣爆炸火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)區(qū)的預(yù)測(cè)。

（一）有助于提高事故調(diào)查效率與應(yīng)對(duì)能力

液化石油氣作為一種廣泛使用的燃料，其安全性問(wèn)題不容忽視。加強(qiáng)預(yù)測(cè)液化石油氣爆炸火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)區(qū)，可以在事故發(fā)生時(shí)快速摸排勘查區(qū)域，加快案件偵破。對(duì)潛在危險(xiǎn)區(qū)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，還意味著相關(guān)部門(mén)和居民能夠更清楚認(rèn)識(shí)到事故可能發(fā)生的區(qū)域和范圍，從而在日常生活中更加注意防范措施的落實(shí)^[3]。此外，加強(qiáng)預(yù)測(cè)還有助于提升應(yīng)對(duì)液化石油氣爆炸事故的能力。一旦事故發(fā)生，知道危險(xiǎn)區(qū)域的位置和范圍可以幫助調(diào)查和救援人員更快定位事故現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)展開(kāi)調(diào)查和救援行動(dòng)，為事故調(diào)查提供重要依據(jù)。

（二）有助于快速優(yōu)化緊急救援與疏散策略

在液化石油氣爆炸事故發(fā)生時(shí)，緊急救援、疏散和調(diào)查工作的效率直接關(guān)系到人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失的程度以及責(zé)任認(rèn)定。了解潛在危險(xiǎn)區(qū)的具體位置可以幫助調(diào)查人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速分析，避免在尋找事故地點(diǎn)上浪費(fèi)時(shí)間，還可以保證調(diào)查人員的安全，最大程度上避免二次爆炸帶來(lái)的傷害。對(duì)潛在危險(xiǎn)區(qū)的了解還能使得相關(guān)部門(mén)提前規(guī)劃出安全的疏散路線(xiàn)和避難場(chǎng)所^[4]，合理配置消防車(chē)、救護(hù)車(chē)等救援資源，確保在最短時(shí)間內(nèi)控制住火勢(shì)，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

三、液化石油氣爆炸火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)區(qū)的預(yù)測(cè)方法

（一）基于模型進(jìn)行預(yù)測(cè)

在預(yù)測(cè)液化石油氣爆炸火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)區(qū)的方法中，基于模型的預(yù)測(cè)因其科學(xué)性和準(zhǔn)確性而備受推崇，具有代表性的包括SLAB模型、多能法以及動(dòng)態(tài)BLEVE方法等。

1.SLAB模型在蒸氣擴(kuò)散預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

SLAB模型是一種用于模擬液化氣體泄漏后蒸氣擴(kuò)散的數(shù)值模型，通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）原理，模擬液化石油氣在泄漏后的蒸發(fā)、擴(kuò)散過(guò)程。在預(yù)測(cè)潛在危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，需要確定泄漏源的位置、泄漏速率以及環(huán)境條件等關(guān)鍵參數(shù)。例如，假設(shè)一個(gè)容量為50噸的液化石油氣儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏，泄漏速率為10千克/秒，環(huán)境溫度為25℃，相對(duì)濕度為5_{7Oo8+p2eDAUebb1Ug+0w9g==}0%，風(fēng)速為2米/秒。通過(guò)SLAB模型，可以模擬出蒸氣云在不同時(shí)間點(diǎn)的擴(kuò)散范圍，包括蒸氣云的濃度分布、擴(kuò)散距離以及達(dá)到危險(xiǎn)濃度的時(shí)間，對(duì)于劃定危險(xiǎn)區(qū)域、制定緊急疏散計(jì)劃而言非常重要。

2.多能法在爆炸超壓風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

多能法是一種基于能量守恒原理的爆炸超壓預(yù)測(cè)方法，重在計(jì)算爆炸過(guò)程中釋放的能量以及這些能量在空氣中的傳播和衰減，估算爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓，重點(diǎn)考慮爆炸源的能量、周?chē)h(huán)境的幾何形狀和材料特性等因素^[5]。以一次10噸液化石油氣爆炸為例，可以利用多能法預(yù)測(cè)不同距離處的超壓值。假設(shè)爆炸能量為108焦耳，周?chē)h(huán)境為開(kāi)闊地帶，無(wú)遮擋物，經(jīng)過(guò)多能法計(jì)算可以得到距離爆炸中心10米、50米、100米處的超壓值分別為0.5巴、0.1巴和0.05巴，進(jìn)而確定在不同距離上的建筑物或設(shè)施可能遭受的損害程度，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)區(qū)域的科學(xué)劃定。

3.動(dòng)態(tài)BLEVE方法在熱輻射影響范圍預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

動(dòng)態(tài)BLEVE（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion）方法通過(guò)模擬儲(chǔ)罐在火災(zāi)或高溫環(huán)境下內(nèi)部壓力升高、破裂和爆炸的過(guò)程，計(jì)算爆炸產(chǎn)生的熱輻射強(qiáng)度和影響范圍，是一種用于預(yù)測(cè)液化氣體儲(chǔ)罐爆炸產(chǎn)生熱輻射影響范圍的方法。假設(shè)一個(gè)20噸的液化石油氣儲(chǔ)罐在火災(zāi)中發(fā)生BLEVE爆炸，可以使用動(dòng)態(tài)BLEVE方法預(yù)測(cè)熱輻射的影響范圍。根據(jù)儲(chǔ)罐的容量、內(nèi)部壓力、環(huán)境溫度以及爆炸前的加熱時(shí)間等參數(shù)，可以計(jì)算出爆炸產(chǎn)生的熱輻射強(qiáng)度分布圖^[6]。例如，在距離爆炸中心50米處的熱輻射強(qiáng)度可能達(dá)到10千瓦/平方米，而在100米處則降低至5千瓦/平方米，進(jìn)而有效確定熱輻射可能對(duì)人體和設(shè)備造成的傷害范圍。

（二）基于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)

基于歷史事故數(shù)據(jù)的分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)，估算液化石油氣泄漏、火災(zāi)和爆炸事故的可能影響范圍，合理劃定潛在的危險(xiǎn)區(qū)域。從技術(shù)角度分析，該方法需要對(duì)歷史上的液化石油氣事故進(jìn)行全面梳理，包括事故的類(lèi)型、規(guī)模、環(huán)境條件、泄漏量、火災(zāi)持續(xù)時(shí)間、爆炸威力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的篩選和驗(yàn)證，確保其準(zhǔn)確性和可靠性，才能用于后續(xù)的分析和預(yù)測(cè)。例如，假設(shè)收集到了過(guò)去十年內(nèi)發(fā)生的50起液化石油氣泄漏和爆炸事故的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液化石油氣罐的容量為50立方米且環(huán)境溫度在25攝氏度以上時(shí)，若發(fā)生泄漏，蒸氣云擴(kuò)散的平均半徑為100米；若發(fā)生爆炸，沖擊波影響的平均半徑為200米。還可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬液化石油氣泄漏、火災(zāi)和爆炸的情景，獲取更加詳細(xì)和具體的數(shù)據(jù)。例如，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，可以模擬不同溫度、壓力下的液化石油氣泄漏情況，借助高精度的傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)記錄蒸氣云的擴(kuò)散速度、濃度分布等關(guān)鍵參數(shù)，可以用于驗(yàn)證歷史事故數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和為危險(xiǎn)區(qū)域的預(yù)測(cè)提供更加精準(zhǔn)的依據(jù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，建議將基于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)方法與其他技術(shù)手段相結(jié)合，進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性^[7]。例如，可以利用數(shù)值模擬軟件來(lái)模擬液化石油氣泄漏和爆炸的動(dòng)態(tài)過(guò)程，更加直觀了解事故的發(fā)展趨勢(shì)和影響范圍，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正和調(diào)整。

（三）利用安全距離進(jìn)行估算

在液化石油氣（LPG）儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中，確定安全距離至關(guān)重要。這需要了解LPG的物理特性、泄漏擴(kuò)散模型、火災(zāi)和爆炸動(dòng)力學(xué)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)。LPG主要成分是丙烷、丁烷等，這些成分在常溫常壓下為氣態(tài)，易于揮發(fā)和擴(kuò)散，因此在泄漏情況下LPG會(huì)迅速擴(kuò)散到空氣中，形成可燃?xì)怏w云。為了準(zhǔn)確估算LPG泄漏后的擴(kuò)散范圍，通常會(huì)采用高斯模型、SLAB模型等數(shù)學(xué)模型，綜合考慮泄漏源的特性（如泄漏速率、泄漏孔徑）、環(huán)境條件（如風(fēng)速、溫度、濕度）以及地形地貌等因素，能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)LPG氣體云的擴(kuò)散軌跡和濃度分布。在估算安全距離時(shí)，必須考慮LPG火災(zāi)和爆炸的潛在影響，如爆炸沖擊波的傳播、熱輻射的范圍以及可能產(chǎn)生的碎片飛濺等，計(jì)算危險(xiǎn)因素的影響范圍，可以確定一個(gè)相對(duì)安全的距離。以某液化石油氣儲(chǔ)罐區(qū)為例，儲(chǔ)罐容量為50立方米，存儲(chǔ)壓力為1.6MPa，存儲(chǔ)溫度為常溫。假設(shè)儲(chǔ)罐因腐蝕導(dǎo)致底部出現(xiàn)5mm直徑的泄漏孔，泄漏速率為Xkg/s?？墒褂肧LAB模型，輸入泄漏速率、環(huán)境風(fēng)速（假設(shè)為2m/s）、溫度（25℃）等參數(shù)，模擬LPG氣體云的擴(kuò)散范圍，模擬結(jié)果顯示在泄漏后10分鐘內(nèi)，氣體云可擴(kuò)散至距離泄漏源約200米的范圍?？紤]到最壞情況，即氣體云遇到明火發(fā)生爆炸，根據(jù)爆炸沖擊波的傳播特性和熱輻射模型，估算出爆炸沖擊波和熱輻射的影響范圍分別為300米和150米。綜合上述分析，建議將安全距離設(shè)定為300米以上，才能確保人員和設(shè)施安全。

（四）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)估

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主要依賴(lài)于氣體泄漏檢測(cè)系統(tǒng)和壓力安全控制系統(tǒng)，利用高精度傳感器，能夠不間斷地監(jiān)測(cè)液化石油氣存儲(chǔ)設(shè)施中的氣體濃度、溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)。使用對(duì)液化石油氣的特定成分（如丙烷、丁烷等）具有高靈敏度的紅外線(xiàn)或激光傳感器，可以精確檢測(cè)到微小的氣體泄漏，能夠在泄漏初期就發(fā)出警報(bào)^[8]。在閥門(mén)、接縫和潛在泄漏點(diǎn)等關(guān)鍵部位安裝傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的全面監(jiān)控；在儲(chǔ)罐上安裝壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)部的壓力變化，一旦壓力超過(guò)預(yù)設(shè)的安全閾值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警并采取相應(yīng)的控制措施，如開(kāi)啟泄壓閥；與自動(dòng)控制系統(tǒng)相連，可以在壓力異常時(shí)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)料閥門(mén)，防止過(guò)壓導(dǎo)致的安全事故。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不僅是為了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，更重要的是能夠快速響應(yīng)并處理問(wèn)題。實(shí)時(shí)收集的數(shù)據(jù)通過(guò)中央控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用算法和模型可以預(yù)測(cè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并提前做出預(yù)警。通過(guò)與歷史數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以識(shí)別出異常模式，從而更準(zhǔn)確評(píng)估當(dāng)前的安全狀況。一旦系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，包括疏散人員、隔離泄漏區(qū)域、啟動(dòng)緊急救援程序等。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)更新現(xiàn)場(chǎng)情況，確保所有相關(guān)人員都能迅速獲得準(zhǔn)確信息。

（五）后果模擬分析

后果模擬分析主要依賴(lài)于專(zhuān)業(yè)的模擬軟件，根據(jù)事故場(chǎng)景的具體參數(shù)，如泄漏量、風(fēng)速、溫度、濕度等環(huán)境條件，模擬液化石油氣事故的發(fā)展過(guò)程，并預(yù)測(cè)其潛在影響范圍。第一，泄漏模擬。利用流體動(dòng)力學(xué)模型和軟件，如FLACS或PHAST，模擬液化石油氣在不同條件下的泄漏情況，重點(diǎn)考慮泄漏源的類(lèi)型、泄漏速率、氣體擴(kuò)散和氣象條件等多個(gè)因素。通過(guò)模擬，可以預(yù)測(cè)泄漏氣體的濃度分布，從而確定危險(xiǎn)區(qū)域的范圍和程度。第二，火災(zāi)與爆炸模擬。采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模型，結(jié)合燃燒和爆炸動(dòng)力學(xué)理論，模擬液化石油氣火災(zāi)和爆炸事故的后果，可以估算出火災(zāi)的熱輻射范圍、爆炸的沖擊波超壓和碎片飛散距離等關(guān)鍵參數(shù)。

為了進(jìn)行有效的后果模擬分析，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇經(jīng)過(guò)驗(yàn)證、適用于液化石油氣事故模擬的軟件，確保軟件能夠考慮地形、建筑物、氣象條件等多種因素。在模擬前，收集盡可能多的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括儲(chǔ)罐的容量、存儲(chǔ)的液化石油氣類(lèi)型、周?chē)h(huán)境等?？紤]最壞情況下的泄漏量、泄漏時(shí)間和氣象條件等。考慮到事故的不確定性，應(yīng)進(jìn)行多個(gè)場(chǎng)景的模擬分析，包括不同的泄漏量、風(fēng)速、溫度和濕度等。以某液化石油氣儲(chǔ)存區(qū)為例，利用PHAST軟件進(jìn)行泄漏模擬，在模擬中設(shè)定一個(gè)容量為5000立方米的液化石油氣儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏，泄漏速率為每秒10千克，環(huán)境溫度為25攝氏度，風(fēng)速為3米/秒。模擬結(jié)果顯示，在泄漏發(fā)生后的10分鐘內(nèi)，危險(xiǎn)區(qū)域（即氣體濃度超過(guò)爆炸下限的區(qū)域）半徑達(dá)到了約200米。這一結(jié)果幫助管理人員明確了安全疏散范圍，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，液化石油氣爆炸火災(zāi)事故潛在危險(xiǎn)區(qū)的多種預(yù)測(cè)方法各有優(yōu)勢(shì)，可以相互補(bǔ)充，共同構(gòu)建多層次、多維度的體系。通過(guò)在調(diào)查過(guò)程中綜合運(yùn)用這些預(yù)測(cè)技術(shù)，調(diào)查人員能夠快速劃定重點(diǎn)勘驗(yàn)范圍，救援人員也能夠更準(zhǔn)確識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)采取防范措施，從而提高案件偵破效率，最大限度減少液化石油氣事故帶來(lái)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

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