CN102880913B - 一种化工园区事故多米诺效应离散孤岛处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种化工园区事故多米诺效应离散孤岛处理方法。在事故多米诺效应扩展规律的基础上，通过必要的技术干预切断事故的链条，避免事故的不断扩大，本发明先设置离散孤岛分析的目标函数，确定离散孤岛分析的最终目标；然后通过设计表征危险源事故扩展能力的指标，分析事故危险源单元之间相互影响的紧密程度，找出事故扩展过程中最关键的危险源，最后通过对关键危险源单元采取调整或加强控制的对策，达到对化工园区事故多米诺效应进行离散孤岛分析的目的，能够从本质安全的角度避免化工园区事故多米诺效应。

Description

一种化工园区事故多米诺效应离散孤岛处理方法

技术领域

本发明涉及公共安全预测控制技术，具体涉及一种化工园区事故多米诺效应离散孤岛处理方法。

背景技术

欧洲各国及世界上多数发达国家都开展了事故多米诺效应相关的研究。目前国内外对事故多米诺效应研究主要在如下方面：

1）目标单元易损临界量判据

事故多米诺效应首先需要建立判定目标单元发生事故的条件。目标单元易损临界量判据即为判定是否发生事故扩展的参数临界量，一旦目标单元处的事故扩展参数达到临界量即认为二次事故发生。

2）多米诺效应经验概率分析

多米诺效应发生与否受多个因素影响，仅仅通过易损临界量判据判断过于理想。基于主事故对目标单元破坏程度的不同，相关学者通过概率分析反映多米诺效应的概率。多米诺效应概率分析主要包括如下方面：

（1）目标单元损坏概率

目前对目标单元损坏概率的分析基本上采用基于经验数据的概率函数分析方法。该分析方法认为：在一定持续时间条件下，热辐射及冲击波超压作用于目标危险源装置并导致其破坏的概率符合高斯累积概率分布。通过分析事故扩展参数对目标单元的累积影响，确定目标单元的影响概率。

（2）事故多米诺效应场景影响概率

事故多米诺效应场景是多个危险源单元相继发生事故的过程。意大利学者CozzaniV.基于组合的观点提出了多米诺效应影响概率分析方法。该方法除主事故单元外的其他事故单元均视为二次事故单元，通过对二次事故单元的组合分析，得到所有的事故扩展可能，从而可以得到每种多米诺效应场景的扩展概率。

3）多米诺效应随机概率

事故单元的破坏性失效通常能够带来碎片的抛射，飞出的碎片极有可能击中周围人员或设备，造成人员伤亡或设备损坏。由于碎片的产生及抛射过程比较复杂，导致碎片的产生及飞行具有很大的随机性。德国学者HauptmannsU.通过采用蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法分析了爆炸碎片随机抛射条件下所能到达不同距离的概率曲线。

目前尚无将离散孤岛应用于化工园区多米诺效应的报道，化工园区中事故多米诺效应的出现会显著增大事故的规模，带来更为严重的后果。

发明内容

随着事故扩展范围，本发明方法分析事故危险源单元之间相互影响的紧密程度，构建化工园区多米诺效应离散孤岛的分析方法，通过相关技术手段，得到优化化工园区内多米诺效应风险，缩减事故扩展规模，从而达到优化园区危险源布局，增强园区本质安全的目的。

化工园区中存在大量相对独立的危险源单元，这些危险源单元之间的相互影响构成了一个事故扩展网络，即构成化工园区事故多米诺效应连接图。化工园区事故多米诺效应连接的节点表示危险源单元，节点之间的连接线表示两个节点危险源之间的相互影响。

化工园区中危险源单元发生事故后能够形成一定的影响范围，当影响范围内具有其他危险源单元时，可能造成该危险源单元破坏从而诱发二次事故，受到影响的二次事故单元可能发生事故进一步影响其他危险源单元，事故逐级扩展即可形成一个多事故米诺效应连接图。对于一个具有网络结构的图来说，去掉其中的一个节点，即有可能打破目前相互连接的网络结构。化工园区事故多米诺效应扩展所形成的连接图也具有这样的特点。通过干预特定危险源的影响范围，可以达到切断事故链条的目的，具体技术方案如下。

一种化工园区事故多米诺效应离散孤岛处理方法，化工园区事故多米诺效应连接的节点表示危险源单元，节点之间的连接线表示两个节点危险源之间的相互影响，其特征在于通过干预危险源的影响范围，达到切断事故链条的目的，具体实施步骤如下：

①获取化工园区发生事故扩展过程所涉及的所有危险源组；

②分析两两危险源组发生事故是否相互影响，若两危险源组相互影响，分析确定造成两危险源组相互影响的危险源，若两危险源组相互无影响则重新指定新的危险源组进行分析；

③计算每个危险源的对周边危险源的总事故扩展因子；

④对化工园区中总事故扩展因子最大的危险源进行改造或剔除，消除其对其它危险源的影响；

⑤计算消除该危险源影响后的两危险源组多米诺效应离散孤岛目标函数值；

⑥若两危险源组多米诺效应离散孤岛目标函数值为零，说明危险源组间是避免扩展的优化对象，进入下一步；若两危险源组多米诺效应离散孤岛目标函数值不为零，则返回第③步；

⑦重新返回至第①步，直到发生事故扩展过程所涉及的所有危险源组均被遍历。

步骤③进一步包括：

化工园区事故多米诺效应中危险源之间相互影响程度取决于两个方面：一是事故单元影响范围EDA(EffectDistanceofA-MHIU)的大小；二是目标单元与事故单元之间实际距离RDAT（RealDistancebetweenA-MHIUandT-MHIU）的大小；用事故扩展因子AEF（AccidentEscalationFactor）来综合表征这两个量的综合作用结果，其计算公式如式（1），

$\mathrm{AEF}=\mathrm{EDA}/\mathrm{RDAT}---\left(1\right),$

危险源单元能通过热辐射、冲击波超压及爆炸碎片三种事故扩展参数造成事故扩展，三种事故扩展参数达到临界量时的距离分别表示为DsI，DsII和DsIII；危险源i对危险源j的影响关系是通过二者之间发生事故后的热辐射、冲击波超压及爆炸碎片达到临界量时的距离来表征（i、j为危险源编号），如果危险源i对危险源j的距离在事故扩展参数达到临界量时的距离范围之内，则表示二者具有产生该种事故多米诺效应的潜在风险；

综合化工园区三种事故扩展参数的扩展能力，危险源i对危险源j的影响DD-MHIU_ij的计算公式如式（2），用DD-MHIU_ij（DominoDangertoMHIU）表示危险源i对危险源j的影响程度，

$\mathrm{DD}-{M:\mathrm{HIU}}_{\mathrm{ij}}=\underset{\mathrm{scenario\; s}=1}{\overset{\mathrm{scenario\; s}=3}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{AEF}}_{\mathrm{ij}}\right)}_s---\left(2\right),$

确定危险源i对周边危险源单元的总事故扩展因子TAEF_i的计算公式如式（3），

从式(3)得出，TAEF_i表征的是危险源i对周边总的影响情况，TAEF_i数值越大说明该危险源i造成事故扩展的能力越强，因此该危险源i被视为DominoHubs，对于那些影响范围大且周边危险源单元数量多的危险源单元，是进行离散孤岛分析的关键所在。

步骤⑤进一步包括：

化工园区多米诺效应孤岛离散的目标为消除多个危险源组间的事故扩展连接，避免事故在危险源组间扩展，多米诺效应离散孤岛目标函数表示为：

$\mathrm{TotLink}=\underset{\underset{i\≠j}{i=1}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\underset{j\≠i}{j=1}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Link}}_{\mathrm{ij}}---\left(4\right),$

式(4)中，TotLink为化工园区事故多米诺效应所涉及危险源组的事故扩展连接总数，Link_ij为危险源i对危险源j的事故扩展连接数量，N为特定事故扩展过程中涉及的危险源数量。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

首次创新性的提出应用孤岛离散效应处理事故多米诺效应，能定量化的表达出危险源发生多米诺效应机会的大小，并能计算出发生多米诺效应风险最大的危险源。该方法提出并反映多个危险源之间的多重作用，与其他方法更能充分分析危险源的相互作用的内在机理，能行之有效的提出并确定多米诺效应的关键因素。该方法比其他方法分析比较彻底，创新性的提出能够主次分明的表达出化工园区事故多米诺效应产生关键要素并依次改进的顺序的方法。其他技术只考虑了多米诺效应的一次扩展，但在实际事故过程中存在二次事故进一步扩展造成更深层次事故的可能，本方法能够分析事故过程的全部扩展要素，并一一比较。

附图说明

图1a为实施方式中多米诺效应离散孤岛处理前的示意图。

图1b为实施方式中多米诺效应离散孤岛处理后的示意图。

图2为事故危险源单元与目标危险源单元的影响关系示意图。

图3为实施方式中化工园区多米诺效应离散孤岛分析及处理的流程。

图4为实施方式中某成品油罐组分布平面示意简图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

如图1a，为实施方式中多米诺效应离散孤岛处理前的示意图，化工园区中存在大量相对独立的危险源单元，这些危险源单元之间的相互影响构成了一个事故扩展网络，即构成化工园区事故多米诺效应连接图。化工园区事故多米诺效应连接的节点表示危险源单元，节点之间的连接线表示两个节点危险源之间的相互影响。

化工园区中危险源单元发生事故后能够形成一定的影响范围，当影响范围内具有其他危险源单元时，可能造成该危险源单元破坏从而诱发二次事故，受到影响的二次事故单元可能发生事故进一步影响其他危险源单元，事故逐级扩展即可形成一个多事故米诺效应连接图。对于一个具有网络结构的图来说，去掉其中的一个节点，即有可能打破目前相互连接的网络结构，如图1b为实施方式中多米诺效应离散孤岛处理后的示意图。化工园区事故多米诺效应扩展所形成的连接图也具有这样的特点。

本实施方式中，如图3，化工园区事故多米诺效应离散孤岛处理方法包括：

①统计某化工园区发生事故扩展过程所涉及的所有危险源组。

②分析两两危险源组发生事故是否相互影响，若两危险源组相互影响，分析确定造成两危险源组相互影响的危险源。若两危险源组相互无影响重新指定新的危险源组分析。

③计算每个危险源的对周边危险源的总事故扩展因子。具体方法如下：

化工园区事故多米诺效应连接图中危险源之间相互影响程度取决于两个方面：一是事故单元影响范围EDA(EffectDistanceofA-MHIU)的大小；二是目标单元与事故单元之间实际距离RDAT（RealDistancebetweenA-MHIUandT-MHIU）的大小，如图2为事故危险源单元与目标危险源单元的影响关系示意图，这里设置事故扩展因子AEF（AccidentEscalationFactor）来综合表征这两个量的综合作用结果，其计算公式如式（1）。

${\mathrm{AEF}=\mathrm{EDA}/\mathrm{RDAT}---\left(1\right)}_{}$

危险源单元可能通过热辐射、冲击波超压及爆炸碎片三种事故扩展参数造成事故扩展，三种事故扩展参数达到临界量时的距离分别表示为DsI，DsII和DsIII。危险源i对危险源j的影响关系是通过二者之间发生事故后的热辐射、冲击波超压及爆炸碎片达到临界量时的距离来表征，如果危险源i对危险源j的距离在事故扩展参数达到临界量时的距离范围之内，则表示二者具有产生该种事故多米诺效应的潜在风险。

综合化工园区三种事故扩展参数的扩展能力，危险源i对危险源j的影响DD-MHIU_ij的计算公式如式（2）。这里用DD-MHIU_ij（DominoDangertoMHIU）表示危险源i对危险源j的影响程度。

$\mathrm{DD}-{\mathrm{MHIU}}_{\mathrm{ij}}=\underset{\mathrm{scenario\; s}=1}{\overset{\mathrm{scenario\; s}=3}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{AEF}}_{\mathrm{ij}}\right)}_s---\left(2\right)$

确定危险i对周边危险源单元的总事故扩展因子TAEF_i的计算公式如式（3）。

从式(3)可以看出，TAEFi表征的是危险源i对周边总的影响情况。TAEFi数值越大说明该危险源i造成事故扩展的能力越强，因此该危险源i可被视为DominoHubs，对于那些影响范围大且周边危险源单元数量多的危险源单元，是进行离散孤岛分析的关键所在。

④对化工园区中总事故扩展因子最大的危险源进行改造或剔除，消除其对其它危险源的影响。

⑤计算消除该危险源影响后的两危险源组多米诺效应离散孤岛目标函数值。具体方法如下：

化工园区多米诺效应孤岛离散的目标为消除多个危险源组间的事故扩展连接，避免事故在危险源组间扩展。多米诺效应离散孤岛目标函数可表示为：

$\mathrm{TotLink}=\underset{\underset{i\≠j}{i=1,}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\underset{j\≠i}{j=1,}}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Link}}_{\mathrm{ij}}---\left(4\right)$

式(4)中，TotLink为化工园区事故多米诺效应所涉及危险源组的事故扩展连接总数，Link_ij为危险源i对危险源j的事故扩展连接数量，N为特定事故扩展过程中涉及的危险源数量。

⑥若两危险源组多米诺效应离散孤岛目标函数值为零，说明危险源组间是避免扩展的优化对象。若两危险源组多米诺效应离散孤岛目标函数值不为零返回第③步，继续本方法。

⑦重新返回至第①步，直到发生事故扩展过程所涉及的所有危险源组均被遍历。该方法计算结束。

选取广东省某化工园区中某成品油罐组作为危险源组对象进行分析。该成品油罐组分布平面示意简图如图4所示。三个罐组的编号依次是PC0101~PC0108、PC0201~PC0206和PC0301~PC0304。

（1）选定储罐组PC0101~PC0108和储罐组PC0201~PC0206，分别计算每个事故造成的热辐射、冲击波超压及爆炸碎片达到临界量时的距离。找出发生事故后，能造成两储罐组相互影响的储罐。

（2）分别计算这些能造成两储罐组相互影响的储罐对周边储罐的总事故扩展因子（TAEF值）。

（3）选取最大TAEF值的储罐，并采取措施，消除该储罐对另外储罐组的影响。然后计算消除该储罐之后储罐组PC0101~PC0108和储罐组PC0201~PC0206的事故扩展连接总数（TotLink值）。

（4）若事故扩展连接总数为零，说明两储罐组之间不会产生事故多米诺效应。若事故扩展连接总数不为0，则选步骤（2）中的次最大TAEF值的储罐，并采取措施，消除该储罐对另外储罐组的影响。然后计算消除该储罐之后储罐组PC0101~PC0108和储罐组PC0201~PC0206的事故扩展连接总数。直至储罐组PC0101~PC0108和储罐组PC0201~PC0206的事故扩展连接总数为零。这样一个孤岛就被离散成独立的两个孤岛。

（5）再按步骤（1）~（4），依次分析储罐组PC0101~PC0108和储罐组PC0301~PC0304，储罐组PC0201~PC0206和储罐组PC0301~PC0304的关系，直至它们之间的事故扩展连接总数为零。这样所有的储罐组都被离散成独立的孤岛，一旦发生事故，其造成的热辐射、冲击波超压及爆炸碎片不会在相互储罐组之间发生多米诺效应。

（6）通过分析，事故能够在三个罐组之间扩展而诱发多米诺效应。运用本方法分析结果见表1。三次分析后，依次调整的对象分别是PC0102、PC0101和PC301。这样使得一个离散的孤岛变成三个。

表1该油品罐组离散孤岛分析过程分析

从表1看出，随着过程深入，危险源间的连接数量越来越少，所形成的离散孤岛数量越来越多，当PC0102、PC0101和PC0301经过调整而消除影响后，该成品油油库的三个罐组全部离散，一旦发生事故，不会形成跨罐组的事故扩展过程。PC0102有两条从PC01罐组到PC02罐组的连接，PC0101仅有一条，从离散罐组优先的角度上看来说，这个结果是合理的。同时对于PC0102和PC0205来说，PC01罐组储存物质为汽油，PC02罐组储存物质为柴油，汽油储罐在发生相同条件下的事故时，汽油储罐的影响范围要大于柴油储罐，因此，处于对等位置的PC0102和PC0205储罐，储罐PC0102的事故辐射能力要大于PC0205储罐。

Claims (3)

1.一种化工园区事故多米诺效应离散孤岛处理方法，化工园区事故多米诺效应连接的节点表示危险源单元，节点之间的连接线表示两个节点危险源之间的相互影响，其特征在于通过干预危险源的影响范围，达到切断事故链条的目的，具体实施步骤如下：

①获取化工园区发生事故扩展过程所涉及的所有危险源组；

②分析两两危险源组发生事故是否相互影响，若两危险源组相互影响，分析确定造成两危险源组相互影响的危险源，若两危险源组相互无影响则重新指定新的危险源组进行分析；

③计算每个危险源对周边危险源的总事故扩展因子；

④对化工园区中总事故扩展因子最大的危险源进行改造或剔除，消除其对其它危险源的影响；

⑤计算消除该危险源影响后的两危险源组多米诺效应离散孤岛目标函数值；

⑥若两危险源组多米诺效应离散孤岛目标函数值为零，说明危险源组间是避免扩展的优化对象，进入下一步；若两危险源组多米诺效应离散孤岛目标函数值不为零，则返回第③步；

⑦重新返回至第①步，直到发生事故扩展过程所涉及的所有危险源组均被遍历。

2.根据权利要求1所述的一种化工园区事故多米诺效应离散孤岛处理方法，其特征在于步骤③进一步包括：

化工园区事故多米诺效应中危险源之间相互影响程度取决于两个方面：一是事故单元影响范围EDA的大小；二是目标单元与事故单元之间实际距离RDAT的大小；用事故扩展因子AEF来综合表征这两个量的综合作用结果，其计算公式如式(1)，

AEF＝EDA/RDAT(1)，

危险源单元能通过热辐射、冲击波超压及爆炸碎片三种事故扩展参数造成事故扩展，三种事故扩展参数达到临界量时的距离分别表示为DsI，DsII和DsIII；危险源i对危险源j的影响关系是通过二者之间发生事故后的热辐射、冲击波超压及爆炸碎片达到临界量时的距离来表征，如果危险源i对危险源j的距离在事故扩展参数达到临界量时的距离范围之内，则表示二者具有产生该种事故多米诺效应的潜在风险；

综合化工园区三种事故扩展参数的扩展能力，危险源i对危险源j的影响DD-MHIU_ij的计算公式如式(2)，用DD-MHIU_ij表示危险源i对危险源j的影响程度，

$DD-{\mathrm{MHIU}}_{ij}=\underset{scenarios=1}{\overset{scenarios=3}{\Σ}}{\left({\mathrm{AEF}}_{ij}\right)}_s---\left(2\right),$

确定危险源i对周边危险源单元的总事故扩展因子TAEF_i的计算公式如式(3)，

从式(3)得出，TAEF_i表征的是危险源i对周边总的影响情况，TAEF_i数值越大说明该危险源i造成事故扩展的能力越强，对于那些影响范围大且周边危险源单元数量多的危险源单元，是进行离散孤岛分析的关键所在。

3.根据权利要求1所述的一种化工园区事故多米诺效应离散孤岛处理方法，其特征在于步骤⑤进一步包括：

化工园区多米诺效应孤岛离散的目标为消除多个危险源组间的事故扩展连接，避免事故在危险源组间扩展，多米诺效应离散孤岛目标函数表示为：

$\mathrm{TotLink}=\underset{i\≠j}{\overset{N}{\underset{i=1,}{\mathrm{\Σ}}}}\underset{j\≠i}{\overset{N}{\underset{j=1,}{\mathrm{\Σ}}}}{\mathrm{Link}}_{\mathrm{ij}}---\left(4\right),$

式(4)中，TotLink为化工园区事故多米诺效应所涉及危险源组的事故扩展连接总数，Link_ij为危险源i对危险源j的事故扩展连接数量，N为特定事故扩展过程中涉及的危险源数量。