CN108510156A - 一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，包括用来计算危化品事故发生概率的危化品事故概率估算模块，分别通过泄漏物质被点燃的概率来计算相对衍生事故发生概率的池火灾、BELEVE事故后果估算模块与VCE事故后果估算模块，用来估算危化品事故导致危化品泄漏概率的事故泄漏扩散模块，以及可接受风险水平分析模块；所述可接受风险水平分析模块根据前四个模块的概率和后果与风险可接受准则ALARP原则来判断风险大小。所述系统通过在运输前建立风险评估模型，对制定的运输任务和路线进行初步的风险评估，并在事故发生后进行危险区域的划分，使危化品智能运输更加完善，提高了危化品运输的安全，降低了事故发生率。

Description

一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统

技术领域

本发明涉及危险化学品运输安全技术领域，具体涉及一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统。

背景技术

随着国家经济的持续快速发展，世界国家经济全球化，跨国之间的经济贸易越来越频繁，推动了商品、货物运输业的蓬勃发展。其中部分货物涉及到易燃易爆的危险化学品(简称危化品)，它的需求量也随之增加。最近这几年，全球危化品事故频频发生，这严重地损害了人们生命、财产、环境，而且会引起人们对危化品的恐慌。因此危化品运输安全需要重点进行监督管理，对危化品运输起、终点的路线进行合理规划，选择运输风险低的路线以降低事故发生概率以及事故带来的生命财产损失。申请号为201410153512.1的中国发明专利公开了一种基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统，对危化品运输过程中危化品的状态进行实时监控，监控事故现场，并且能够快速应急处理事故，但该专利提出的系统缺少了对危化品运输的风险评估以及事故发生后危险区域范围的确定。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，包含危化品运输过程中的风险评估以及危化品泄露扩散事故后危险区域的划分。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，包括危化品事故概率估算模块，池火灾、BELEVE事故后果估算模块，VCE事故后果估算模块，事故泄漏扩散模块，以及可接受风险水平分析模块；其中，所述危化品事故概率估算模块以道路交通事故率为基础，综合考虑运输时间、道路等级、运输地区和天气对运输事故发生可能性的影响来计算危化品事故发生的概率，事故泄漏扩散模块用来估算危化品事故导致危化品泄漏的概率，并以此划定事故过程造成的危险区域，用于指导事故救援工作；池火灾、BELEVE事故后果估算模块和VCE事故后果估算模块分别通过泄漏物质被点燃的概率来计算相对的衍生事故发生概率，所述衍生事故包括池火灾、BELEVE事故以及VCE事故；所述可接受风险水平分析模块根据前四个模块的概率和后果与风险可接受准则ALARP原则来判断风险大小。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明所述评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，通过在运输前建立风险评估模型，对制定的运输任务和路线进行初步的风险评估，以提高危化品运输的安全，降低事故发生率，并且对事故发生后进行危险区域的划分，给遇难者及周围人民提出更加科学的逃离范围，减少生命损失，使危化品智能运输更加完善。

附图说明

图1为本发明一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

本实施例提供了一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，结构示意图如图1所示，包括危化品事故概率估算模块，池火灾、BELEVE事故后果估算模块，VCE事故后果估算模块，事故泄漏扩散模块，以及可接受风险水平分析模块；其中，所述危化品事故概率估算模块以道路交通事故率为基础，综合考虑运输时间、道路等级、运输地区和天气对运输事故发生可能性的影响来计算危化品事故发生的概率，事故泄漏扩散模块用来估算危化品事故导致危化品泄漏的概率，并以此划定事故过程造成的危险区域，用于指导事故救援工作；池火灾、BELEVE事故后果估算模块和VCE事故后果估算模块分别通过泄漏物质被点燃的概率来计算相对的衍生事故发生概率，所述衍生事故包括池火灾、BELEVE事故以及VCE事故；所述可接受风险水平分析模块根据前四个模块的概率和后果与风险可接受准则ALARP原则来判断风险大小。

其中，所述危化品事故概率估算模块基于以下危化品事故概率估算模型：

P_n＝f_i×l_i×A×p×F_n

式中，f_i表示路段i发生道路交通事故的概率；l_i表示路段i的长度；A表示风险修正因子，包括天气、地区、时间和公路等级；p表示事故导致危化品泄漏的概率；F_n表示泄漏物质被点燃的概率。

其中，所述池火灾、BELEVE事故后果估算模块通过模仿ALOHA软件对池火灾和BELEVE事故的伤亡半径进行估算。

其中，所述VCE事故后果估算模块对VCE事故的伤亡范围进行估算的步骤如下：

S1、假设事故后泄漏为运载量的全部，计算蒸气云爆炸的丙烷当量W_p：

W_p＝αW_fQ_f/Q_p

其中，α表示实际参与爆炸的燃料比例，此处取0.04，W_f表示运载量，Q_f表示燃料的燃烧热，Q_p表示丙烷的单位燃烧热；

S2、计算VCE的TNT当量W_TNT：

其中，1.8为地面爆炸系数，Q_TNT表示TNT的单位燃烧热；

S3、根据计算得到的丙烷当量W_p和TNT当量WTNT计算死亡区、重伤区、轻伤区以及房屋破坏区的范围，具体包括以下五种半径：

(1)死亡区：定义为在VCE的爆炸波作用下头部因撞击导致人员的死亡的范围，在95％的置信度下，得到死亡半径R₁的回归方程如下：

R₁＝1.980W_p ^0.447

(2)重伤区：定义为在VCE的爆炸波作用下耳鼓膜50％破裂的范围，爆炸产生的超压为44kPa时能造成上述影响，在相同情况下，得到重伤半径R₂的回归方程如下：

(3)轻伤区：定义为在VCE的爆炸波作用下耳鼓膜1％破裂的范围，当超压超过17kPa且小于44kPa对人体造成轻伤，在相同情况下，得到轻伤半径R₃的回归方程如下：

(4)房屋的Cb级破坏：承重墙和部分外墙受损严重，到导致房屋完全或部分坍塌的状态，此半径用于经济损失的估算，认为半径范围内房屋全损毁，半径范围外则安然无事，使经济损失估算简化，半径R₄的估算公式如下：

(5)房屋不能居住：在实际爆炸中，房屋倒塌是导致人员伤亡的一个重要原因，R₅为爆炸使英式石房屋破坏到不能居住的最大距离，估算公式如下：

其中，所述事故泄漏扩散模块中事故发生后危险区域的划定是根据对危化品泄漏及扩散的计算来确定的，其中，气体泄漏模型选择音速泄漏模型进行估算，具体计算公式以下：

式中，m₀表示罐内气体的初始质量，P₀表示罐内的初始压力，P₂表示气相泄漏终止时的压力，P表示罐内压力，Z为压缩因子，C_dA表示泄漏口参数，k表示绝热系数，M为摩尔质量，R为气体常数；

气体扩散模型选择非重气扩散模型的高斯烟羽模型与重气扩散模型的平板模型，所述高斯烟羽模型公式如下：

式中，x,y,z为空间坐标位置，σ_y、σ_z分别为对应方向的扩散参数；

所述平板模型公式如下：

B₀＝g(ρ₀-ρ_a)/ρ_aV₀`/π，V<sub>0</sub>`＝2b₀h₀u，

式中，b为云横风向半宽，b₀为初始重气云的半宽，h为扩散时重气云的高度，h₀为初始重气云的高度，ρ₀为初始云团平均密度，ρ_a为大气密度，g为重力加速度，B₀为扩散时重气云的半宽，A₁为常数取1，u_*为摩擦风速，V₀`为气体初始云团体积，C_b为云团密度，u为高空风速。

其中，所述可接受风险水平分析模块。风险可接受水平，指社会群众依据自身的意愿对风险水平的期望。风险可接受准则主要依据规定的标准规范工程上风险的可接受水平。将风险评估的计算结果与对应的风险可接受标准比较，即可得知风险评估结果的风险可接受程度；若处于不可接受水平的区域内，应提出具有针对性的行动以降低其风险。根据分析的目的和进行程度，常用的风险可接受准则有合理可接受水平ALARP，适用于个人死亡、环境和财产等风险评估。该原则是以能实施降低风险措施为前提，尽可能地降低已知风险。根据上述定义，风险分为三个区域。ALARP准则中对于可执行的风险措施是尽可能降低风险，其原则如下：

①如果风险水平处于不可接受风险区域内，必须无视其经济效益执行取缔措施。

②如果风险水平处于可接受风险区域内，无条件接受该风险，不需要对现行的安全措施进行改动。

③如果风险水平处于ALARP区域，减少风险的行动需根据实际情况量力而行。根据风险降低措施实施时所投入的成本和之后产生的效益，结合风险评估的结果，作为措施实行决策的判断依据。如果风险降低的投资没有产生相应的结果，认为此风险在经济上是可以承受的，但此风险还是不能忽略。

利用上述系统对危化品运输风险评估与泄漏扩散事故后果模拟的实施步骤如下：

(1)首先根据运输路线经过的各个地段去采集当地的天气、地区、时间和公路等级的信息；由危化品事故概率估算模型估算出衍生事故概率；并由池火灾、BLEVE、VCE事故模型估算得到死亡区，重伤区，轻伤区的面积，估算出生命、经济损失；由风险可接受准则ALARP原则判断运输路线风险的高低以及风险是否可以被接受；选择多条运输路线进行风险计算，并根据风险大小选择风险低的运输路线进行运输工作。

(2)首先收集运输车罐与危化品的基本信息，包括危化品的物性参数、运输罐体参数、运输环境参数来进行的，危化品的物性参数包括密度，饱和蒸汽压，沸点，压缩因子，绝热膨胀系数；运输罐体参数包括罐体体积、半径、长度，充装系数，充装压力、温度，泄露口系数，泄露口高度等；运输环境参数包括风速，地面粗糙度，大气稳定度，环境温度，相对湿度；选择的泄漏模型进行泄漏计算，计算出泄漏时间、泄漏速率；接着由扩散模型进行泄漏后的扩散计算，并最终由扩散结果得出事故的危险区域。危险区域是基于国际标准EPRG(应急计划指南)标准划分的浓度区域，它是由AIHA美国工业卫生协会针对空气中有毒物质制定应急响应计划中的指导浓度值，是评估事故防范措施和应急响应计划的工具。

基于上述模型的基础上，为实现评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统应用，为此将系统做成软件，并实现软件的使用，具体有以下步骤：a.首先利用MATLAB将上述模型以及参数编出M文件；b.将M文件打包成.dll可执行文件，利用C#搭建软件可视化窗口，窗口创建标签、文本框、按钮、列表框等控件；c.窗口中的按钮调用.dll文件，形成可执行模拟计算的系统软件，最后将软件打包成setup，可以在任何电脑系统上进行安装，需要计算机系统中带有MATLAB以及C#的一些插件程序方能使用，能够最终运行软件去评估危化品运输风险与泄露扩散事故。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，其特征在于：包括危化品事故概率估算模块，池火灾、BELEVE事故后果估算模块，VCE事故后果估算模块，事故泄漏扩散模块，以及可接受风险水平分析模块；其中，所述危化品事故概率估算模块以道路交通事故率为基础，综合考虑运输时间、道路等级、运输地区和天气对运输事故发生可能性的影响来计算危化品事故发生的概率，事故泄漏扩散模块用来估算危化品事故导致危化品泄漏的概率，并以此划定事故过程造成的危险区域，用于指导事故救援工作；池火灾、BELEVE事故后果估算模块和VCE事故后果估算模块分别通过泄漏物质被点燃的概率来计算相对的衍生事故发生概率，所述衍生事故包括池火灾、BELEVE事故以及VCE事故；所述可接受风险水平分析模块根据前四个模块的概率和后果与风险可接受准则ALARP原则来判断风险大小。

2.根据权利要求1所述的一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，其特征在于，所述危化品事故概率估算模块基于以下危化品事故概率估算模型：

P_n＝f_i×l_i×A×p×F_n

式中，f_i表示路段i发生道路交通事故的概率；l_i表示路段i的长度；A表示风险修正因子，包括天气、地区、时间和公路等级；p表示事故导致危化品泄漏的概率；F_n表示泄漏物质被点燃的概率。

3.根据权利要求1所述的一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，其特征在于：所述池火灾、BELEVE事故后果估算模块通过模仿ALOHA软件对池火灾和BELEVE事故的伤亡半径进行估算。

4.根据权利要求1所述的一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，其特征在于，所述VCE事故后果估算模块对VCE事故的伤亡范围进行估算的步骤如下：

S1、假设事故后泄漏为运载量的全部，计算蒸气云爆炸的丙烷当量W_p：

W_p＝αW_fQ_f/Q_p

其中，α表示实际参与爆炸的燃料比例，W_f表示运载量，Q_f表示燃料的燃烧热，Q_p表示丙烷的单位燃烧热；

S2、计算VCE的TNT当量W_TNT：

其中，1.8为地面爆炸系数，Q_TNT表示TNT的单位燃烧热；

S3、根据计算得到的丙烷当量W_p和TNT当量W_TNT计算死亡区、重伤区、轻伤区以及房屋破坏区的范围，具体包括以下五种半径：

(1)死亡区：定义为在VCE的爆炸波作用下头部因撞击导致人员的死亡的范围，在95％的置信度下，得到死亡半径R₁的回归方程如下：

R₁＝1.980W_p ^0.447

(2)重伤区：定义为在VCE的爆炸波作用下耳鼓膜50％破裂的范围，爆炸产生的超压为44kPa时能造成上述影响，在相同情况下，得到重伤半径R₂的回归方程如下：

(3)轻伤区：定义为在VCE的爆炸波作用下耳鼓膜1％破裂的范围，当超压超过17kPa且小于44kPa对人体造成轻伤，在相同情况下，得到轻伤半径R₃的回归方程如下：

(4)房屋的Cb级破坏：承重墙和部分外墙受损严重，到导致房屋完全或部分坍塌的状态，此半径用于经济损失的估算，认为半径范围内房屋全损毁，半径范围外则安然无事，使经济损失估算简化，半径R₄的估算公式如下：

(5)房屋不能居住：在实际爆炸中，房屋倒塌是导致人员伤亡的一个重要原因，R₅为爆炸使英式石房屋破坏到不能居住的最大距离，估算公式如下：

5.根据权利要求1所述的一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，其特征在于，所述事故泄漏扩散模块中事故发生后危险区域的划定是根据对危化品泄漏及扩散的计算来确定的，其中，气体泄漏模型选择音速泄漏模型进行估算，具体计算公式以下：

式中，m₀表示罐内气体的初始质量，P₀表示罐内的初始压力，P₂表示气相泄漏终止时的压力，P表示罐内压力，Z为压缩因子，C_dA表示泄漏口参数，k表示绝热系数，M为摩尔质量，R为气体常数；

气体扩散模型选择非重气扩散模型的高斯烟羽模型与重气扩散模型的平板模型，所述高斯烟羽模型公式如下：

式中，x,y,z为空间坐标位置，σ_y、σ_z分别为对应方向的扩散参数；

所述平板模型公式如下：

式中，b为云横风向半宽，b₀为初始重气云的半宽，h为扩散时重气云的高度，h₀为初始重气云的高度，ρ₀为初始云团平均密度，ρ_a为大气密度，g为重力加速度，B₀为扩散时重气云的半宽，A₁为常数取1，u_*为摩擦风速，V′₀为气体初始云团体积，C_b为云团密度，u为高空风速。

6.根据权利要求1所述的一种评估危化品运输风险与泄露扩散事故的系统，其特征在于，为实现所述评估危化品运输风险与泄露扩散事故系统的应用，能够将其做成软件，并实现软件的使用，具体步骤为：

a.首先利用MATLAB将上述模型以及参数编出M文件；

b.将M文件打包成.dll可执行文件，利用C#搭建软件可视化窗口，窗口创建标签、文本框、按钮、列表框控件；

c.窗口中的按钮调用.dll文件，形成可执行模拟计算的系统软件，最后将软件打包成setup，能够在任何电脑系统上进行安装，需要计算机系统中带有MATLAB以及C#的插件程序方能使用，最终运行软件去评估危化品运输风险与泄露扩散事故。