CN112784387A - 建筑物爆炸风险评估方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种建筑物爆炸风险评估方法及其系统,属于爆炸风险评估技术领域。所述方法包括:获取目标区域内不同的建筑物的类型信息,并获取所述目标区域内的爆炸源发生爆炸事故的统计参数;获取所述爆炸源与所述建筑物的相对位置,并根据所述相对位置和所述爆炸源的物料属性,计算所述爆炸源的爆炸冲击参数,再利用所述爆炸冲击参数,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物的受冲击程度,通过所述受冲击程度确定所述目标区域内每个建筑物的风险等级。本发明能用于通过建筑物内人员伤亡数量和财产损失评估建筑物爆炸风险等级。
Description
技术领域
本发明涉及爆炸风险评估技术领域,具体地涉及一种用于建筑物爆炸风险评估的方法、一种用于建筑物爆炸风险评估的系统、一种用于建筑物爆炸风险评估的设备和一种计算机可读存储介质。
背景技术
石油化工企业涉及较多的控制室、办公室等人员集中的建筑物,以及配电室、机柜间等功能重要建筑物。受场地限制和早期安全设计等情况的影响,通常各类建筑物距离工艺装置或罐区较近,且石油化工的装置区多属于高阻塞区,若发生爆炸事故,爆炸冲击载荷大,建筑物内工作人员或设备处于较高的安全风险中。目前,需要寻找能根据当地生产区域特征确定风险等级的方案,以实现对应当地生产区域附近建筑物爆炸风险的分级管控。
发明内容
本发明的目的是提供一种建筑物爆炸风险评估方法及其系统,其旨在解决现有技术由于仅通过实验或收集以往爆炸事故数据制定所有建筑物的评估标准而导致被评估的建筑物爆炸风险等级不切实和关联性差等技术问题。目前,需要对不同的建筑物进行爆炸风险评估,同时考虑爆炸源的特点、事故发生频率、建筑物内人员数量或财产损失,确定建筑物的爆炸风险,进而可以提前制定针对性的风险防控措施,以实现风险的分级管控。
为了实现上述目的,本发明实施例提供一种用于建筑物爆炸风险评估的方法,该方法包括:
S1)获取目标区域内不同的建筑物的类型信息,并获取所述目标区域内的爆炸源发生爆炸事故的统计参数;
S2)获取所述爆炸源与所述建筑物的相对位置,并根据所述相对位置和所述爆炸源的物料属性,计算所述爆炸源的爆炸冲击参数,再利用所述爆炸冲击参数,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物的受冲击程度,通过所述受冲击程度确定所述目标区域内每个建筑物的风险等级。
具体的,步骤S1)中获取目标区域内不同的建筑物的类型信息,其中,
每个建筑物的类型信息包括:人员占用类型信息、生产类型信息、应急类型信息和能源类型信息中至少一个类型信息。
具体的,步骤S1)中获取所述目标区域内的爆炸源发生爆炸事故的统计参数,包括:
获取所述目标区域内不同的爆炸源的工况,并确定与每个爆炸源的工况对应的发生爆炸事故的统计修正因子;
获取所述目标区域发生爆炸事故的预设统计参数,通过所述预设统计参数和所述统计修正因子,计算获得所述目标区域内的每个爆炸源发生爆炸事故的统计参数。
具体的,步骤S2)中根据所述相对位置和所述爆炸源的物料属性,计算所述爆炸源的爆炸冲击参数,包括:
通过所述相对位置确定所述爆炸源在所述目标区域内的阻塞程度和受约束程度;
根据所述爆炸源的物料属性、所述阻塞程度和所述受约束程度,确定所述爆炸源的爆炸强度并计算所述爆炸源相对所述建筑物的比拟距离,再由所述比拟距离和所述爆炸强度,确定相对所述建筑物的最大超压;
利用所述最大超压,结合所述目标区域的环境大气压强,计算所述爆炸源的爆炸冲击波的冲击超压,并将所述冲击超压作为爆炸冲击参数。
具体的,步骤S2)中利用所述爆炸冲击参数,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物的受冲击程度,包括:
利用所述爆炸冲击参数,结合所述建筑物的建造结构类型,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物内人员的伤亡统计参数;
通过所述伤亡统计参数,确定与所述人员占用类型信息对应的建筑物的人员受冲击程度。
具体的,步骤S2)中利用所述爆炸冲击参数,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物的受冲击程度,包括:
利用所述爆炸冲击参数和预设冲击阈值范围的关系,在所述目标区域内确定与所述生产类型信息、所述应急类型信息或所述能源类型信息对应的建筑物的结构受冲击程度。
具体的,该方法中的目标区域包括:相对生产活动边界的第一对象区域和第二对象区域;
步骤S2)中通过所述受冲击程度确定所述目标区域内每个建筑物的风险等级,还包括:
通过所述第一对象区域和/或所述第二对象区域的建筑物的受冲击程度,结合预设事故后果等级划分条件,确定所述爆炸源的评估的事故后果等级;
利用所述评估的事故后果等级,结合预设安全风险矩阵和所述爆炸源的统计参数,确定所述目标区域内每个建筑物的风险等级。
本发明实施例还提供一种用于建筑物爆炸风险评估的系统,该系统包括:
控制模块,被配置为用于执行前述的方法。
再一方面,本发明实施例提供一种用于建筑物爆炸风险评估的设备,包括:
至少一个处理器;
存储器,与所述至少一个处理器连接;
其中,所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令,所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令,所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现前述的方法。
又一方面,本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,存储有计算机指令,当所述计算机指令在计算机上运行时,使得计算机执行前述的方法。
对应上述内容,本发明充分考虑了不同建筑物的具体类型特点和具体爆炸源的属性,从而能够切实地确定不同相对位置处每种建筑物的风险等级,而现有技术仅仅研究了爆炸物质本身在约束环境下的冲击波特征,对于石油化工型企业,该企业生产活动区域内的建筑物一般存在一定防护和加固,并且不是所有类型的建筑物都存在人员生产活动,则传统方法存在过于高估风险的可能,但是对于生产活动区域外的建筑物,一般没有防护和加固,则传统方法存在过于低估风险的可能;现有技术仅仅提供了如何对理想状态的目标区域进行标定,但是现实情况中涉及具体目标区域,例如工艺设备工况、人员居所分布、装置区分布和工艺设备分布等具体区域特征均有很大差异,所标定的内容其实并不能满足风险评估的需要,也不能准确合理地体现目标区域的风险。
本发明提供了建筑物的具体分类类型信息,不同的类型信息将强烈影响进一步计算的受冲击程度和风险评估;
本发明利用被评估目标区域不同的爆炸源的工况,通过修正因子反映实际爆炸源的真实爆炸风险,显著地避免了存在爆炸隐患的爆炸源(例如危险化学品容器虽使用时间不长,但存在严重的腐蚀情况)的风险被低估;
本发明通过爆炸源在目标区域内的实际特征,例如物料属性、相对位置等,度量了爆炸源在发生事故时接近真实情况的爆炸冲击波,能够充分反映该爆炸源发生事故时产生的瞬时冲击能量,进一步地,对应每类建筑物的构造和人员占用情况,确定了人员和建筑的受冲击程度,突出地实现了准确的财产损失等级评估和人员损失等级评估,并为进一步确定评估的事故后果等级提供基础和依据;
本发明将厂区生产活动周边的建筑物也纳入被评估的对象,例如厂区生产活动边界所确定的封闭区域内为第一对象区域,周边的建筑物相对厂区生产活动边界外可以是第二对象区域,充分考虑并评估周边的建筑物或人员的受冲击程度,再利用受冲击程度确定目标区域内的建筑物风险等级,能够及时发现潜在爆炸风险(例如相对某个爆炸源,厂区外爆炸冲击范围内部分区域存在经常性人员占用建筑物或存在经常性行人路过),提供了相对每类爆炸源的、准确的评估的事故后果等级,能够对潜在爆炸风险的有效处理、实现厂区内和周边的建筑物的管控,以及为施行合理的、准确的防范风险措施和应急方案提供了决策基础;
本发明能保障厂区内和周边建筑物安全和预防大规模生产爆炸事故发生,可以发现和提前处理长期处于不良工况的特定设备设施(或工艺装置),减少该类设备设施所带来的不利影响。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例,但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中:
图1为本发明实施例的主要方法步骤示意图;
图2为本发明实施例的使用无量纲侧向超压和比拟距离确定爆炸强度的曲线示意图;
图3为本发明实施例的与峰值超压和死亡概率对应的不同建筑物脆弱度曲线示意图;
图4为本发明实施例的主要流程示意图;
图5为本发明实施例的安全风险矩阵示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例,并不用于限制本发明实施例。
实施例1
本发明实施例提供用于建筑物爆炸风险评估的方法,如图1和图4,该方法包括:
S1)获取目标区域内不同的建筑物的类型信息,并获取所述目标区域内的爆炸源发生爆炸事故的统计参数;
S2)获取所述爆炸源与所述建筑物的相对位置,并根据所述相对位置和所述爆炸源的物料属性,计算所述爆炸源的爆炸冲击参数,再利用所述爆炸冲击参数,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物的受冲击程度,通过所述受冲击程度确定所述目标区域内每个建筑物的风险等级。
目标区域可以包括易燃、易爆和有毒等危险化学品生产制造工厂或存储危险化学品的罐区,例如石油化工企业生产活动区域等。
根据建筑物内人员占用率和功能重要性,将目标区域内建筑物属性分为三类:人员占用建筑物、功能重要建筑物和一般性建筑物,可以对目标区域进行建筑物类型划分,每个建筑物可以有多个建筑物类型信息或也可以筛选出一类相对显著的类型信息,从而获取目标区域内不同的建筑物的类型信息,具体可以按照如下方式:
(1)人员占用建筑物(可以具有人员占用类型信息,还可以进一步具有加固类型信息和/或厂区生产活动边界内类型信息),如果一栋建筑物有指定的人员在内,或者具有经常性的人员活动功能,且满足以下条件之一,则可认为该建筑物属于“人员占用建筑物”的评估范围:
a)建筑物内固定岗位上的所有人员的总工作时间每周不低于300个单位工作量(例如,人×小时);
b)工作高峰期,在建筑物内工作1小时及以上的人数不少于5人;
(2)功能重要建筑物(可以具有应急类型信息和/或能源类型信息),主要指对工厂的生产运行或人员应急防护起重要作用的建筑物,如机柜间,配电室等,主要包括以下几类:
a)应急庇护建筑物,在紧急情况下,用于人员应急停留或避难的建筑物,人员留在建筑物内的可能原因,可以是包括缺乏更合适的疏散选择点或需要人员执行紧急关闭程序;
b)紧急响应需要的建筑物,如消防站或诊所;
c)对保障企业正常生产或持续运行至关重要的建筑物,例如控制室,或者向多个工艺单元供电或控制其电能的变电站等;
d)待出库的产品仓储室等其他建筑物,在发生爆炸事故时这类建筑物损失对企业运营有显著财产影响;
(3)一般性建筑物(可以具有生产类型信息),可以是目标区域内除人员占用建筑物和功能重要建筑物以外的建筑物,主要体现为人员占用频率低,用于实现生产活动或保障厂区日常基本的生产运行。
针对获取所述目标区域内的爆炸源发生爆炸事故的统计参数,爆炸源可以是位于建筑物内或建筑物外附近的工艺装置和/或罐区,工艺装置和/或罐区存在潜在的爆炸风险,可以默认工艺装置和/或罐区的设备设施、安全附件、仪表监控等都正常运行,预定爆炸事故发生频率(预设统计参数)f始为1×10-4/年,然后根据所评估建筑物周边装置或罐区的工艺设计、运行维护和管理状况进行修正,修正因子可以通过表1获得。
表1工况与修正因子对应关系表
修正后,每个工艺装置或罐区(爆炸源)的爆炸事故发生频率(统计参数)fex为:
fex=始×f1×f2×f3
因此,可以计算获得所述目标区域内的每个爆炸源发生爆炸事故的统计参数。
根据物料成分(爆炸源的物料属性)、装置区阻塞程度、受约束程度等确定装置区爆炸源强度等级S,爆炸源强度等级S由低至高分为S1~S10共10个等级。爆炸源内的可燃气云体积应选择实际计算出的可燃气云体积和阻塞区体积中较小者的体积。在估算阻塞区体积时,用装置区总体积减去该区域内设备所占体积。
首先,假设爆炸源发生泄漏,计算爆炸超压,如下:
(1)计算云团体积Vr(m3)
式中,Qex为泄漏的可燃物质的量(kg),ρ为特定相态下泄漏介质的密度(kg/m3),cs为泄漏介质的化学计量浓度(%);
(2)计算云团爆炸能量Ev(J/m3)
Ev=3.5×106×Vc
(3)计算比拟距离r0
式中,R为云团中心距建筑物实际有效距离(m),p0为环境大气压力(Pa);
(4)确定无量纲最大侧向超压(相对所述建筑物的最大超压)Δps,可以根据TNO-ME模型(TNO多能法),结合图2(含有不同等级爆炸强度),进行确定,图中S1~S10表示由低至高的10个爆炸源强度等级,选定爆炸源强度后即可根据比拟距离r0确定Δps,爆炸强度可以通过查询表2获得;
表2点火能、阻塞程度和受约束程度与爆炸源的爆炸强度的对应关系表
(5)计算爆炸冲击波超压(冲击超压)P(Pa):
P=Δps×p0
可以设置重点观测的超压阈值6.9kPa,对于大于该超压阈值的建筑物,应标记为评估风险等级的重点目标。
对于人员的受冲击程度,可以通过人员的伤亡统计参数进行确定;首先确定具有人员占用类型信息的建筑物的建造结构,可以通过查询表3进行分类;
表3建筑结构类型与建筑物构造特征描述的对应关系表
建筑结构类型 | 建筑物特征描述 |
B1 | 木质结构建筑物,临时性建筑 |
B2 | 金属壁板钢架 |
B3 | 砖块/未加固砌体(承重墙) |
B4 | 钢筋或混凝土框架,带砌石填料或覆层 |
B5 | 抗爆建筑物(钢筋混凝土) |
B6 | 砖块/中等强度砌体-承重墙 |
根据图3,可以确定死亡概率,爆炸事故后果主要考虑人员伤害影响(潜在死亡人数),潜在死亡人数Nlethal按下式计算:
Nlethal=Nbuilding×Pr
式中,Nbuilding为建筑物内人员数量,Pr为人员死亡率;
对于建筑物的受冲击程度,例如功能重要建筑物和一般性建筑物,主要考虑财产损失影响;通过不同的预设冲击阈值范围,确定损坏程度,例如表4;
表4爆炸冲击波超压与建筑物损坏描述
根据表5分别确定每个建筑物的人员伤害影响(人员受冲击程度)、财产损失影响(建筑物的受冲击程度);对于人员占用建筑物,重点关注爆炸事故导致的人员伤害影响(潜在死亡人数);对于功能重要建筑物,主要考虑财产损失影响;按照最严重事故后果等级分别确定每个建筑物的最终事故后果等级。
表5受冲击程度与事故后果等级的对应关系表
根据上表可以确定出事故后果等级(A~G),然后通过事故后果等级,结合安全风险矩阵和事故发生频率fex,确定建筑物爆炸风险;
风险矩阵中每一个具体数字代表该风险的风险指数值RI(Risk Index,非绝对风险值,最小为1且最大为200),风险指数值表征了每一个风险等级的相对大小;
对于某风险的具体风险等级,应取三种后果中最高的风险等级,采用后果严重性等级的代表字母和可能性等级数字组合表示。例如:当后果等级为A,可能性等级为7时,其对应的风险等级为A7;
如图5,风险级别分为重大风险(含圆圈的表格)、较大风险(含五角星的表格)、一般风险(含四角星的表格)和低风险(含三角形的表格)4个级别。
在确定风险等级后,可以施加风险防控措施;
如果建筑物爆炸风险为低风险,则可不用进一步采取防控措施;
如果属于一般风险,则风险处于可容忍区(可以为ALARP区,ALARP是最低合理可行,as low as reasonably practicable),应当采用ALARP原则,在合理可行条件下尽量考虑风险防控措施降低风险;
如果属于较大风险和重大风险,则应根据爆炸风险评估确定是否需要抗爆设计,抗爆设计应按现行国家标准《石油化工控制室抗爆设计规范》GB50779的规定执行。
本实施例提出的爆炸风险评估方法考虑了建筑物内的人员数量和财产损失,不仅考虑了爆炸超压及其发生频率,还通过建筑物易损性曲线,建立了爆炸超压与人员死亡率的对应关系,并给出了不同超压对应的建筑物损坏程度,进而判断其财产损失;
本实施例根据企业建筑物人员占用情况对其进行了分类,将企业建筑物分为了人员占用建筑物、功能重要建筑物和一般性建筑物,提出了不同类型建筑物的爆炸风险评估方法;
本实施例提供的评估方法及系统与现有的安全风险矩阵相结合,使该方法系统适用性更强,适用范围更广。
实施例2
本发明实施例提供用于建筑物爆炸风险评估的系统,其特征在于,该系统包括:
控制模块,可以被配置为用于执行实施例1中所述的方法;
该系统还可以包括与控制模块连接的显示模块;控制模块可以被配置为用于获取目标区域的基础参数,基础参数例如建筑物脆弱度曲线的各个参数、修正因子所需的实地设备设施的工况参数等;控制模块还可以被配置为用于输出目标区域内评估的建筑物爆炸风险等级,并可以通过显示模块对应于目标区域内的建筑物进行显示或符号标记;评估过程中,目标区域内的建筑物爆炸过程可以通过三维仿真动画呈现于显示模块,以方便分析目标区域内各个建筑物的受冲击情况。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式,但是,本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明实施例的技术构思范围内,可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外,本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明实施例的思想,其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
Claims (10)
1.一种用于建筑物爆炸风险评估的方法,其特征在于,该方法包括:
S1)获取目标区域内不同的建筑物的类型信息,并获取所述目标区域内的爆炸源发生爆炸事故的统计参数;
S2)获取所述爆炸源与所述建筑物的相对位置,并根据所述相对位置和所述爆炸源的物料属性,计算所述爆炸源的爆炸冲击参数,再利用所述爆炸冲击参数,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物的受冲击程度,通过所述受冲击程度确定所述目标区域内每个建筑物的风险等级。
2.根据权利要求1所述的用于建筑物爆炸风险评估的方法,其特征在于,步骤S1)中获取目标区域内不同的建筑物的类型信息,其中,
每个建筑物的类型信息包括:人员占用类型信息、生产类型信息、应急类型信息和能源类型信息中至少一个类型信息。
3.根据权利要求1所述的用于建筑物爆炸风险评估的方法,其特征在于,步骤S1)中获取所述目标区域内的爆炸源发生爆炸事故的统计参数,包括:
获取所述目标区域内不同的爆炸源的工况,并确定与每个爆炸源的工况对应的发生爆炸事故的统计修正因子;
获取所述目标区域发生爆炸事故的预设统计参数,通过所述预设统计参数和所述统计修正因子,计算获得所述目标区域内的每个爆炸源发生爆炸事故的统计参数。
4.根据权利要求1所述的用于建筑物爆炸风险评估的方法,其特征在于,步骤S2)中根据所述相对位置和所述爆炸源的物料属性,计算所述爆炸源的爆炸冲击参数,包括:
通过所述相对位置确定所述爆炸源在所述目标区域内的阻塞程度和受约束程度;
根据所述爆炸源的物料属性、所述阻塞程度和所述受约束程度,确定所述爆炸源的爆炸强度并计算所述爆炸源相对所述建筑物的比拟距离,再由所述比拟距离和所述爆炸强度,确定相对所述建筑物的最大超压;
利用所述最大超压,结合所述目标区域的环境大气压强,计算所述爆炸源的爆炸冲击波的冲击超压,并将所述冲击超压作为爆炸冲击参数。
5.根据权利要求2所述的用于建筑物爆炸风险评估的方法,其特征在于,步骤S2)中利用所述爆炸冲击参数,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物的受冲击程度,包括:
利用所述爆炸冲击参数,结合所述建筑物的建造结构类型,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物内人员的伤亡统计参数;
通过所述伤亡统计参数,确定与所述人员占用类型信息对应的建筑物的人员受冲击程度。
6.根据权利要求2所述的用于建筑物爆炸风险评估的方法,其特征在于,步骤S2)中利用所述爆炸冲击参数,在所述目标区域内确定与每个类型信息对应的建筑物的受冲击程度,包括:
利用所述爆炸冲击参数和预设冲击阈值范围的关系,在所述目标区域内确定与所述生产类型信息、所述应急类型信息或所述能源类型信息对应的建筑物的结构受冲击程度。
7.根据权利要求1所述的用于建筑物爆炸风险评估的方法,其特征在于,该方法中的目标区域包括:相对生产活动边界的第一对象区域和第二对象区域;
步骤S2)中通过所述受冲击程度确定所述目标区域内每个建筑物的风险等级,还包括:
通过所述第一对象区域和/或所述第二对象区域的建筑物的受冲击程度,结合预设事故后果等级划分条件,确定所述爆炸源的评估的事故后果等级;
利用所述评估的事故后果等级,结合预设安全风险矩阵和所述爆炸源的统计参数,确定所述目标区域内每个建筑物的风险等级。
8.一种用于建筑物爆炸风险评估的系统,其特征在于,该系统包括:
控制模块,被配置为用于执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。
9.一种用于建筑物爆炸风险评估的设备,其特征在于,包括:
至少一个处理器;
存储器,与所述至少一个处理器连接;
其中,所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令,所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现权利要求1至7中任意一项权利要求所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,存储有计算机指令,当所述计算机指令在计算机上运行时,使得计算机执行权利要求1至7中任意一项权利要求所述的方法。
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