化工過程爆炸災(zāi)害模擬評價及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)研究緒論

PAGEPAGE2化工過程爆炸災(zāi)害模擬評價及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)研究緒論

大型化、復(fù)雜化，石化企業(yè)生產(chǎn)過程處理和儲存的易燃、易爆的危險物種類和數(shù)量也越來越多，一旦這些物質(zhì)的正常運行狀態(tài)遭到破壞，就有可能導(dǎo)致重大爆炸事故，將會導(dǎo)致巨大的人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境破壞。爆炸災(zāi)害影響范圍大，事故的發(fā)生具有突發(fā)性、災(zāi)難性、復(fù)雜性和社會性。進行典型化工過程爆炸災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展與防治機理研究，建立爆炸災(zāi)害模擬評價理論模型與開發(fā)防災(zāi)決策支持系統(tǒng)，是建立和完善社會防災(zāi)體系及提高社會應(yīng)急救援能力的重要內(nèi)容之一，具有重要研究價值和社會現(xiàn)實意義。本文重點研究了典型化工過程中發(fā)生的重大爆炸災(zāi)害事故模式：蒸氣云爆炸和沸騰液體擴展蒸氣爆炸。通過對化工和石油化工行業(yè)中發(fā)生的化工典型爆炸災(zāi)害事故案例的剖析、歸納總結(jié)、提煉，提取了這兩種爆炸事故的發(fā)生、發(fā)展機理、相關(guān)條件、影響因素、事故特性、傷害機理和各種事故模式。并建立了危險品物性數(shù)據(jù)庫、典型事故案例數(shù)據(jù)庫和典型化工過程爆炸災(zāi)害事故模式知識庫。對現(xiàn)有的爆炸災(zāi)害模擬評價方法和模型進行了歸納和對比計算，分析了各個模型的優(yōu)缺點及適用范圍，繼而給出了兩種災(zāi)害性爆炸事故的事故后果及嚴重度模擬與評價理論模型，包括爆炸火球模型、爆炸沖擊波空間分布及傷害模型，熱輻射劑量空間分布及傷害模型，人員傷亡模型及財產(chǎn)損失評價模型。研究分析了爆炸災(zāi)害破壞和傷害形式，總結(jié)了適用氣云爆炸災(zāi)害后果的評價準則，提出了基于災(zāi)害模型的事故模擬相應(yīng)的評價方法，建立了UVCE和BLEVE災(zāi)害后果及嚴重度評價指標體系，開發(fā)了相應(yīng)的災(zāi)害后果模擬與評價軟件系統(tǒng)。對已有的系統(tǒng)安全評價技術(shù)方法的優(yōu)缺點進行了分析和對比，繼而將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)應(yīng)用于開發(fā)新的系統(tǒng)安全評價方法，提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)安全評價方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能故障診斷專家系統(tǒng)模型，開發(fā)了可視化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為系統(tǒng)安全評價與事故模式診斷提供了新思路。給出了建立災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案的思想和步驟，總結(jié)出了應(yīng)急預(yù)案的主要內(nèi)容，并針對LPG泄漏事故給出了具體的救災(zāi)原則與程序，建立了爆炸災(zāi)害應(yīng)急救援預(yù)案知識庫。提出了基于面向?qū)ο笏枷氲臎Q策支持系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)思路與策略，給出了防災(zāi)決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)、模型庫及管理系統(tǒng)、知識庫及推理機等主要功能模塊的設(shè)計方法，并對事故模式診斷模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、災(zāi)害模擬與評價模塊、災(zāi)害救援預(yù)案模塊、決策支持四庫系統(tǒng)，以及軟件系統(tǒng)支撐環(huán)境、通訊網(wǎng)絡(luò)與硬件等進行了系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了兩層結(jié)構(gòu)的分布式化工過程爆炸災(zāi)害模擬與評價及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)軟件系統(tǒng)。將災(zāi)害模擬評價理論模型及開發(fā)的軟件系統(tǒng)與工程實踐相結(jié)合，用典型事故案例來檢驗、修正理論模型，再應(yīng)用于工程實踐的災(zāi)害定量模擬評價、預(yù)防控制及救災(zāi)決策支持，使整篇論文建立在確定的事實和正確的理論相結(jié)合的基礎(chǔ)之上。

[關(guān)鍵詞]蒸氣云爆炸沸騰液體擴展蒸氣爆炸事故機理模型模擬評價人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能決策支持系統(tǒng)ABSTRACTWithdevelopmentofchemicalandpetroleum-chemicalindustry,mainequipmentsandinstallationsbecomemoreandmoreautomatic,continuous,largeandcomplex.Andmoreandmorekindsofflammableandexplosivematerialsareprocessedandstoredintheprocessofchemicalindustry.Oncenormalrunningstateofdangeroussubstanceisdisturbed，majorexplosionaccidentwhichleadstohugepersoncasualty,lossofpropertyanddamageofenvironmentwillbeinduced.Sostudyonoccurrence,developmentandpreventionandcuremechanism,buildingofsimulationandevaluationtheoreticalmodelforexplosiondisastersintypicalchemicalprocessandDecisionSupportSystem(DSS)fordisasterpreventionisimportantcontentforestablishmentandperfectionofsocietydisasterpreventionsystemandimprovementofsocietysuccourabilitiesunderemergency.Thispaperfocusesontwokindsofmajorexplosiondisasteraccident,theyareVapourCloudExplosion(VCE)andBoilingLiquidExpandingVapourExplosion(BLEVE)intypicalchemicalprocess.Mechanism,conditionsandinfluentfactorsofoccurrenceanddevelopment,accidentcharacteristic,damagemechanismandaccidentmodesofUVCEandBLEVEhavebeenputforwardbyanalysis,sum-upandabstractofsubstantivetypicalexplosiondisasteraccidentcasesinchemicalandpetroleum-chemicalprocess.Databasesfordangerousmaterials,typicalaccidentcasesandtypicalexplosiondisasteraccidentmodeshavebeenbuilt.Existingwaysandmodelsforsimulationandevaluationofexplosiondisasterhavebeensummarisedandcomparedbycalculation,andtheirvirtuesanddefectshavebeenanalyzed.ThenmodelsforsimulationandevaluationofaccidentconsequenceofUVCEandBLEVEhavebeengiven,includingmodelsforexplosionfireball,distributinganddamageofshockwaveinspace,distributinganddamageofheatradiationinspace,humancasualtyandpropertyloss.Damagemodesofexplosiondisasterhavebeenstudiedandanalyzed.Evaluationrulesapplyingforgascloudexplosionhavebeensummarized.Accidentsimulationandevaluationwaybasedondisastermodelshavebeengiven.EvaluationparameterssystemfordisasterconsequenceofUVCEandBLEVEhasbeenestablished.SimulationandevaluationsoftwarefordisasterconsequenceofUVCEandBLEVEhasbeendeveloped.Afteranalysisandcomparisonofvirtuesandhortcomingsofexistingsystemsafetyevaluationways,ArtificialNeuralNetwork(ANN),ArtificialIntelligence(AI)andExpertSystem(ES)areusedtobuildnewsystemsafetyevaluationmeans.SystemsafetyevaluationmodelandintelligentexpertsystemforfaultdiagnosisbasedonANNhavebeenputforth.Developmentandrealizationofvisualneuralnetworkforsystemsafetyvaluationandfaultdiagnosisprovidesnewideaforsystemsafetyevaluationandaccidentmodediagnosis.Ideasandstepsforbuildingofsuccourmeasuresunderemergentdisasterhavebeensuggested.Contentsofsuccourmeasuresunderemergentdisasterhavebeensummarized.DetailedrescueprincipleandprocedureunderleakaccidentofLPGarealsogivenasanexample.Knowledgebase,modelbase,arithmeticbaseandinferenceengineforexplosiondisasterpreventionandemergencysuccourarebuilt.Designanddevelopmentideafordecisionsupportsystembasedonobject-orientedideaareoffered.DesignofstructureandmainfunctionmodulesofDSSfordisasterpreventionaregiven.DistributingDSSfordisasterpreventionandsimulationofdisasterinchemicalprocessisrealizedbysystemintegrationofdiagnosismoduleforaccidentmode,neuralnetworkmodule,disastersimulationandevaluationmodule,knowledgebaseanditsmanagementsystem、databaseanditsmanagementsystem,modulebaseanditsmanagementsystem,supportenvironmentforsoftwaresystem,networkandhardware.Bycombinationofdisastersimulationandevaluationmodelscheckedbytypicalaccidentcases,disasterpreventionsoftwareandengineeringpractice，thispaperisestablishedonbasisofcertainfactandcorrecttheoreticalmodel.KEYWORDS：Vapourcloudexplosion(VCE),Boilingliquidexpandingvaporexplosion(BLEVE),Accidentmechanism,Model,Simulationandevaluation,ArtificialNeuralNetwork(ANN),ArtificialIntelligence(AI),DecisionSupportSystem(DSS)緒論1引言爆炸是化工和石油化工生產(chǎn)中的重大災(zāi)害之一，事故的發(fā)生常常導(dǎo)致重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。例如1966年1月4日發(fā)生在法國的一次沸騰液體擴展蒸氣爆炸事故導(dǎo)致18人死亡，81人受傷和巨大財產(chǎn)損失。1972年巴西某廠精煉工段丁烷大量泄漏，引發(fā)蒸氣云爆炸事故，導(dǎo)致直接財產(chǎn)損失8.4百萬美元，37人死亡，53人受傷[1]。2023年9月14日印度HPCL煉油廠因腐蝕使該廠的一個液化石油氣儲罐泄漏，從而引發(fā)一系列事故并逐漸演變成一場災(zāi)難，導(dǎo)致60人死亡，造成1.5億美元財產(chǎn)損失，威脅附近城市200萬居民的安全。此類災(zāi)難性事故不勝枚舉，且隨著石化工業(yè)的發(fā)展，這類災(zāi)難性事故的發(fā)生頻率越來越高，災(zāi)害后果也越來越嚴重。災(zāi)害所帶來的嚴重后果和環(huán)境與社會問題遠遠超過了事故本身，嚴重影響、制約了當代石化工業(yè)的順利健康發(fā)展，這些嚴酷的事實表明了深入研究這些災(zāi)害性事故的發(fā)生機理、相關(guān)條件及傷害機理，建立這些災(zāi)害性事故的嚴重度模擬評價模型，開發(fā)災(zāi)害模擬評價軟件系統(tǒng)及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)，對于科學(xué)預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生、指導(dǎo)緊急救災(zāi)具有重要理論價值和實踐意義。

有關(guān)爆炸災(zāi)害防治技術(shù)研究有著悠久的歷史，然而開展災(zāi)害基礎(chǔ)研究的出現(xiàn)和防治技術(shù)的快速發(fā)展卻是在最近二、三十年內(nèi)，七十年代以來，隨著石油化工生產(chǎn)規(guī)模越來越大，化工裝置重大爆炸事故頻繁發(fā)生，引起了世界各國的廣泛關(guān)注，國際上相繼通過了1990年化學(xué)制品公約、1993年預(yù)防重大工業(yè)事故公約等，敦促世界各國實施相應(yīng)的政策及預(yù)防保護措施，發(fā)展基礎(chǔ)研究和重大災(zāi)害防治應(yīng)用技術(shù)研究。加拿大、美國、英國、日本及歐共同體許多國家先后投入了大量的人力、物力和財力開展重大危險源的辯識、評價與預(yù)防控制技術(shù)及相關(guān)的基礎(chǔ)性研究工作，取得了較高水平的研究成果。

我國政府非常重視爆炸災(zāi)害的防治工作。近些年來，國內(nèi)部分高校和科研單位相繼開展了此方面的研究工作，在危險源評價、宏觀控制技術(shù)、裝置爆炸災(zāi)害模式研究方面取得了一定的進展。

當前，國內(nèi)外在爆炸災(zāi)害基礎(chǔ)研究方面的發(fā)展趨勢是：重視爆炸災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展和防治機理與規(guī)律的研究；重視災(zāi)害過程理論模型及災(zāi)害的實驗?zāi)M與計算機模擬；重視重大裝置的防護，對火災(zāi)與爆炸的結(jié)構(gòu)危險性作出評估，采用各種措施消除危險根源；加快高新技術(shù)進入爆炸災(zāi)害研究與防治領(lǐng)域；重視在工程設(shè)計、評估與管理中引入基礎(chǔ)研究成果。重大爆炸災(zāi)害計算機模擬評價及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)的研究是現(xiàn)代大型化工裝置、高能連續(xù)裝置安全平穩(wěn)運行的客觀需要，并已經(jīng)成為安全技術(shù)及工程學(xué)科領(lǐng)域的前沿課題。

正是基于上述的此領(lǐng)域研究背景，本文重點對典型化工裝置中的重大爆炸災(zāi)害事故的發(fā)生、發(fā)展機理、相關(guān)條件、影響因素、事故特點、傷害機理進行了研究；在此基礎(chǔ)上，建立了典型爆炸災(zāi)害后果及嚴重度模擬評價模型；將面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)、軟件工程理論與方法、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及決策支持系統(tǒng)技術(shù)等應(yīng)用于研制開發(fā)“化工過程災(zāi)害模擬評價及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)”軟件系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容同時也是江蘇省青年科學(xué)基金項目：“化工裝置爆炸災(zāi)害模擬與評價及防災(zāi)決策系統(tǒng)研究（No.BQ98029）”和國家自然科學(xué)基金重點項目：“典型化工過程災(zāi)害性事故預(yù)測與防治技術(shù)基礎(chǔ)研究（No.29936110）”的重要組成部分。2國外研究現(xiàn)狀與進展在國外，由于發(fā)達國家工業(yè)化進程較早，加之以強大的經(jīng)濟作后盾，因此發(fā)達國家與工業(yè)安全相關(guān)的各項法律、制度及管理規(guī)定等制度體系都比較完善，而在災(zāi)害風(fēng)險評估、災(zāi)害防治理論研究及工程技術(shù)開發(fā)方面也是遙遙領(lǐng)先。如在災(zāi)害危險評價方法研究方面，美國DOW化學(xué)公司于1964年開發(fā)了DOW火災(zāi)、爆炸指數(shù)法，至今已發(fā)展更新至第七版；英國帝國化學(xué)公司于1974年在DOW火災(zāi)、爆炸指數(shù)法的基礎(chǔ)上開發(fā)了ICIMOND法，可用于工廠火災(zāi)、爆炸及毒性危險性評估；日本學(xué)者提出的化學(xué)工廠六階段安全評價法及概率風(fēng)險評價法；美國Rasmussen教授領(lǐng)導(dǎo)的科研人員于1974年第一次成功估計美國商用核電站潛在事故對社會造成的危害所應(yīng)用的事件樹（ETA）和故障樹（FTA）分析法等。隨著石化、兵工等企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來越大，火災(zāi)、爆炸、泄漏等重大事故的發(fā)生頻率增加，且所導(dǎo)致的危害也越來越大，引起了國際社會的廣泛關(guān)注。英國衛(wèi)生與安全委員會設(shè)立了重大危險源咨詢委員會—進行重大危險源辨識、評價技術(shù)研究；美國于1985年出版了《危險性評價方法指南》；歐盟共同體于1982年頒發(fā)了《工業(yè)活動中重大事故隱患的指示》；1992年國際勞工組織（ILO）第79界會議專門討論了預(yù)防重大工業(yè)災(zāi)害的問題；在國際勞工組織的支持下，許多國家也相繼建立了重大危險源控制系統(tǒng)。最近十年來，國外在理論研究基礎(chǔ)上，還開發(fā)了不少危險評價軟件包，并投入運行，如英國TECHNICA公司開發(fā)的SAFETI軟件包、荷蘭咨詢科學(xué)家公司開發(fā)的SAVEII軟件包等。2.1蒸氣云爆炸國外研究進展國外自20世紀60年代就開始了有關(guān)的研究工作，90年代，歐洲建立了氣云爆炸模型和實驗研究工程（ModellingandExperimentalResearchintoGasExplosions，簡稱MERGE），由荷蘭、挪威、英國、德國和法國的七個著名研究機構(gòu)組成聯(lián)合體從事這項研究，俄國的國家防火科學(xué)研究中心也從事此領(lǐng)域的有關(guān)研究工作。有許多文獻報道了對蒸氣云爆炸進行的相關(guān)研究工作，例如J.A.Davenport在文獻中歸納了國外近幾十年來發(fā)生的蒸氣云爆炸事故案例詳細數(shù)據(jù)。J.H.Pickles，S.H.Bittleston提出了蒸氣云爆炸的火焰速度和爆炸超壓的空間三維時間模型。

為了研究蒸氣云的爆炸機理，尤其是障礙物和約束邊界條件對燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響，國外科研人員進行了大量的實驗室研究和野外實驗研究。開展的實驗研究包括：（1）無約束氣云爆炸實驗。研究者進行了球形、半球性和圓盤形氣云爆炸實驗[2]，實驗直徑從40mm到20m。（2）氣云內(nèi)有障礙物時的爆炸實驗。研究者以管束、管架和絲網(wǎng)為障礙物進行了一系列氣云爆炸實驗[3]。（3）氣云周圍有約束時氣云爆炸實驗。研究者在氣云的周圍設(shè)置了擋板，使氣云只能按一個或兩個方向傳播[4]。（4）不同可燃氣體種類氣云爆炸實驗。研究者以甲烷-空氣、丙烷-空氣、乙烯-空氣和乙炔-空氣為介質(zhì)進行了氣云爆炸實驗[5]。其中Lind于1975年、Lind和Whitson于1977年、Moen于1982年、Wingerden和Dauwe于1983年、Harrison和Eyre[30]于1986年進行的實驗具有代表性，他們的實驗物質(zhì)為甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丁烯、乙炔、天然氣或環(huán)氧乙烷與空氣形成的等化學(xué)當量比混合氣體，最大實驗混合氣體量達到4000立方米。美國的Dr.MichaelC.Parnarouskis,LCDRMichaelW.Taylor,Dr.C.D.Lind,Dr.Phanip.k.Raj,Dr.J.M.Cece等人為了研究了解液化天然氣（LNG）泄漏到大氣中的后果，于1973年開始蒸氣云爆炸的五個階段多因素條件下實驗研究。

在實驗研究的同時，還進行了大量的理論研究工作。（1）TNT當量法研究。蒸氣云爆炸的系統(tǒng)研究開始于本世紀七十年代，在此之前，人們一直用TNT當量法來估計和預(yù)測蒸氣云爆炸事故的嚴重度。由于蒸氣云爆炸事故的嚴重性以及TNT當量法存在的缺點，國外于七十年代較全面地開展了蒸氣云爆炸的研究工作。例如：出于安全運輸和儲存液化天然氣的需要，Bull和Elsworth于1977年、Benedick于1979年分別測得了等化學(xué)當量比燃料—空氣混合物的臨界起爆能。其中R.A.Strehlow,R.T.Luckritz,A.A.Adamcyz和S.S.Shimpi于1979年提出了球形火焰模型，荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究院于八十年代初提出了半球形模型。（2）多能模型研究。VandenBerg,B.J.Wiekema,C.J.M.VanWingerden和G.Opschoor于八十年代中期提出的多能法(Multi-EnergyMethod)是蒸氣云爆炸模型的典型代表。（3）自相似理論。為了能在理論上有所突破，Kuhl等人對球形氣云爆炸進行了簡化處理[7]。既不考慮點火的瞬間火焰加速過程，也不考慮火焰熄滅后的壓力波衰減過程，而只研究火焰以恒速穩(wěn)定傳播的情況，這樣，球形氣云的爆炸過程就相當于一個滲透性假想球形活塞的運動過程。自相似理論只能適用于火焰穩(wěn)定傳播的情況，與實際的差距比較大。（4）數(shù)值模擬方法。利用氣體動力學(xué)方程、燃燒方程和湍流方程構(gòu)成描述氣云爆炸過程的方程組，然后通過一系列假設(shè)進行簡化，使之變成易于求解的形式，再利用有限元法或有限差分法進行求解。例如EXSIM、FLACS、REAGAS及COBRA，但至今未獲得理想的結(jié)果。2.2沸騰液體擴展蒸氣爆炸國外研究進展從70年代開始，美國、英國、德國和加拿大等一些工業(yè)發(fā)達的國家就對液化氣的安全運輸與儲存問題進行了研究，80年代后期，其研究更加廣泛和深入，并于1984，1986，1990年先后召開了3次學(xué)術(shù)會議（InternationalConferenceonMajorHazardousintheTransportationandStorageofPLGS）,專門討論了其安全技術(shù)方面的研究情況。1990年5月比利時召開的“傳熱與主要技術(shù)危害”（HeatTransferandMajorTechnologicalHazards）的歐洲會議上把處于火焰包圍和火焰噴射環(huán)境下的液化氣容器的火災(zāi)爆炸事故研究作為當今世界技術(shù)危害的重大課題。各國相繼對此開展了積極的研究，其研究成果在美國雜志“JournalofHazardousMaterials”中進行了相對集中的報道。

實驗研究。1973年至1975年，美國鐵路協(xié)會和聯(lián)邦鐵路局資助進行了液化氣鐵路罐車在火焰包圍下的爆炸實驗，并對爆炸碎片做了金相分析。1986年英國能源部和交通部聯(lián)合進行了大型列車高壓罐火焰包圍下的爆炸實驗。1985年英國健康與安全行政署對2個0.25噸和3個1噸的液化氣罐在火焰包圍下進行實驗測試，并于1988年和英國殼體研究所（InstituteofShellResearch）合作進行了一個5噸液化氣罐在火焰包圍環(huán)境下的實驗研究，通過一系列實驗測取了大量實驗數(shù)據(jù)，了解到液化氣罐內(nèi)蒸氣區(qū)和液體區(qū)的溫度、壓力和罐壁溫度等參數(shù)的變化情況。自1980年以來，加拿大交通部與本國幾所大學(xué)合作，已經(jīng)進行了并仍在繼續(xù)進行一系列的高壓液化氣罐燃燒爆炸實驗，實驗中使用了火焰包圍（池火）和火焰噴射（火炬）等不同的加熱方式，研究了外部加熱條件、儲罐幾何形狀尺寸、工質(zhì)成分、機械損傷和減壓閥狀態(tài)等諸方面因素對儲罐爆炸的影響，觀測了爆炸火球、拋射物和噴射物的危害程度，這些實驗中，Queen’s大學(xué)進行的實驗規(guī)模最大，所涉及的研究對象最多，NewBrunswick大學(xué)和McGill大學(xué)進行了一些中小規(guī)模的實驗。

數(shù)值模擬研究。1987年，英國殼體研究所開發(fā)了HEAT-UP模型，該模型建立在對容量為0.25噸，1噸和5噸的液化氣容器于火焰包圍環(huán)境下的實驗研究之基礎(chǔ)上，可成功地預(yù)測安全閥的開啟時間，容器內(nèi)液體和蒸氣的平均溫度。1984年至1987年英國健康與安全行政署相繼開發(fā)了ENGULF-I和ENGULF-II模型，前者只模擬了裝有部分碳氫化合物的矩形容器被火焰包圍時其容器內(nèi)的熱響應(yīng)過程，后者可模擬火焰均勻包圍或非均勻包圍、火焰噴射或遠距離輻射等環(huán)境下的水平圓柱形容器內(nèi)的熱響應(yīng)過程，可對容器外壁加裝水冷卻或隔熱層等保護效果進行預(yù)測。加拿大新不倫瑞克大學(xué)火焰科學(xué)中心自1982年至今相繼開發(fā)了PLGS-1，PLGS-2和PLGS-3模型，其中PLGS-1和PLGS-2兩種模型都只模擬水平圓柱體容器被火焰均勻包圍環(huán)境下容器內(nèi)的物理響應(yīng)過程，模型中考慮了容器內(nèi)邊界層從自然對流到沸騰全過程，以及蒸汽區(qū)與過冷液體區(qū)間的分層區(qū)，能較好地模擬出安全閥第一次打開之前容器內(nèi)的全過程。此外，P.Kourneta和ILiomas等人在研究液化氣物理性質(zhì)隨溫度變化規(guī)律后提出了進一步考慮該因素的DOMINO模型。加拿大金斯頓大學(xué)的A.M.Birk提出了進一步考慮容器被滾動或拋擲這一因素的TCTCM模型。

事故機理研究。研究認為液體存在一個可以達到的過熱界限，當液化氣容器的閥門打開或存在裂縫及小孔時，容器內(nèi)突然降壓，液體就會達到此過熱界限而發(fā)生劇烈沸騰，最終導(dǎo)致爆炸。

同時，國外許多文獻報道了BLEVE方面的研究工作。例如RICHARDW.PRUGH在一篇文獻中進行了BLEVE爆炸事故機理和預(yù)防措施，并提出了一些定量模型。HIS-JENCHEN,MANN-HSINGLIN,FU-YUANCHAO在一篇文獻中進行了BLEVE環(huán)境下的容器熱響應(yīng)問題研究，提出了熱響應(yīng)模型。

文獻中報道的沸騰液體擴展蒸氣云爆炸模型有國際勞工組織提出的非點源ILO模型；H.R.Greenberg和J.J.Cramer提出的點源模型以及A.F.Roberts模型。

其中荷蘭環(huán)境科學(xué)研究所進行了沸騰液體擴展蒸氣爆炸研究，并研制開發(fā)了“Modelingtheeffectsofaccidentalreleaseofhazardoussubstances”軟件系統(tǒng)（4.0版）。ThermalHazardsLaboratory,Queen’sUniversityatKingston在加拿大交通部、交通發(fā)展中心、危險物質(zhì)運輸指導(dǎo)中心，NSERC等機構(gòu)、單位的資助下，在A.M.Birk領(lǐng)導(dǎo)下進行了大量液化氣儲罐爆炸的實驗，研究了BLEVE的爆炸沖擊波、熱輻射及拋射物的傷害，火焰對裝有高壓液化氣的容器的作用，在火焰環(huán)境下的容器模擬，BLEVE的模擬及火球等內(nèi)容，并據(jù)研究成果開發(fā)了“BLEVEIncidentSimulator(BIS)V1.0”軟件系統(tǒng)，取得了較好的成績。同時國外也開發(fā)了一些故障診斷和評價系統(tǒng)，見表1.1。表1.1國外已開發(fā)的故障診斷與評價系統(tǒng)

Table1.1Faultdiagnosisandevaluationsystemdevelopedabroad3國內(nèi)研究現(xiàn)狀與進展3.1蒸氣云爆炸研究進展近些年來，國內(nèi)部分高校和科研單位相繼開展了此方面的研究工作，取得了一定的進展。我國自20世紀80年代開始進行可燃氣體爆炸方面的研究，但主要是針對可燃氣體爆炸極限、密閉空間氣相爆炸及安全泄放等方面進行的研究工作；關(guān)于氣云爆炸的研究也是針對以炸藥點燃空氣炸藥而形成爆轟氣云進行的實驗及數(shù)值模擬，而通常的氣云爆炸并不會產(chǎn)生爆轟波。北京理工大學(xué)、化工部勞動保護研究所及勞動部勞動保護科學(xué)院等單位合作，在危險源評價、宏觀控制技術(shù)研究方面取得了較好的成果，建立了定量與定性相結(jié)合評價方法，并開發(fā)了事故后果分析的計算機軟件系統(tǒng)?！氨?zāi)害預(yù)防與控制國家重點實驗室”利用80米長水平管道，進行了蒸氣云爆炸規(guī)律的初步研究，如障礙物對蒸氣云燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響。宇德明在“重大危險源的評價及火災(zāi)爆炸事故嚴重度的若干研究”博士論文中對蒸氣云爆炸傷害機理及后果評價方面進行了研究[20]。國內(nèi)少量文獻對蒸氣云爆炸數(shù)值模擬進行了研究，但實驗研究，國內(nèi)較少。例如:徐勝利，糜仲春，湯明均進行了“有限釋放能速率可燃氣云爆炸場的研究”[22]；丁信偉，李志義，李應(yīng)博進行了“可燃氣體云爆燃場數(shù)值模擬”；江昀，江佩蘭進行了“蒸氣云火災(zāi)爆炸破壞作用預(yù)測方法的研究”。畢明樹等人也進行了“無約束氣云弱點火爆炸壓力實驗研究”，實驗用聚乙烯薄膜形成半球形限制膜，向球內(nèi)充入按化學(xué)計量配比的乙炔與空氣的混合物，從而形成半球形氣云，在半球形氣云的中心設(shè)置有點火電極，實驗研究表明：氣云爆炸的最大壓力基本上發(fā)生在距爆源中心距離為氣云初始半徑的2倍左右之處，是因為氣云最終半徑將增大初始半徑的1.8-2.2倍；并且開敞空間氣云爆炸的威力與氣云體積的2/3次方成正比，與離開爆源中心的距離成反比。3.2沸騰液體擴展蒸氣爆炸研究進展國內(nèi)對該領(lǐng)域的研究起步較晚，其投入力量尚不多，從目前的文獻資料及學(xué)術(shù)交流情況可知，北京科技大學(xué)自1992年開始對火焰包圍環(huán)境下水平圓柱容器內(nèi)液化氣介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)機理進行分析研究，建立了相應(yīng)的數(shù)值模擬模型，并與加拿大Queen’s大學(xué)合作，相繼對容器壁裂縫以及機械振動沖擊等引起的液化氣容器爆炸機理進行了研究，開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)值模擬模型，同時提出了“冷爆炸”概念。此外武漢交通科技大學(xué)在交通部資助下，積極進行了液化氣及石油運輸過程中突發(fā)性事故的機理研究與仿真[23]，主要針對液化氣船和油船的典型結(jié)構(gòu)型式建立了相應(yīng)的數(shù)值模擬模型，開發(fā)了具有友好用戶界面的仿真軟件。宇德明在“重大危險源的評價及火災(zāi)爆炸事故嚴重度的若干研究”博士論文中對沸騰液體擴展蒸氣爆炸傷害機理進行了一些研究。同時國內(nèi)也有少量文獻報道了國內(nèi)學(xué)者利用國外研究成果應(yīng)用于實際工程災(zāi)害評價中的研究，例如劉茂，杜雅萍等在文獻中對液化石油氣罐區(qū)危險性進行了定量評價；王鐵民開發(fā)了“液化石油氣罐區(qū)安全評價和緊急防災(zāi)系統(tǒng)”。國內(nèi)已開發(fā)的診斷與評價系統(tǒng)[24]，見表1.2。表1-2國內(nèi)已開發(fā)的故障診斷與評價系統(tǒng)

Table1-2Faultdiagnosisandevaluationsystemdevelopedhome由于投入不足，國內(nèi)尚未開展實驗研究，大多數(shù)機理探討及數(shù)值研究工作均是在國外公開發(fā)表的實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行的。4論文的研究目的與主要研究內(nèi)容在有大量易燃、易爆危險物質(zhì)的生產(chǎn)或儲存裝置中，一旦物質(zhì)或能量的正常運行狀態(tài)遭到破壞，裝置發(fā)生爆炸，便會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，不僅廠區(qū)內(nèi)部，而且鄰近地區(qū)人員的生命、財產(chǎn)和環(huán)境都將遭受巨大的損失。以往發(fā)生的災(zāi)害性事故案例的嚴酷事實表明了爆炸災(zāi)害防治已刻不容緩。隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，裝置的高度自動化、連續(xù)化、大型化及高溫、高壓、高能量儲備的特點，也使得爆炸事故更具有突發(fā)性、災(zāi)難性、復(fù)雜性和社會性。因此，加強典型化工過程爆炸災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展和防治機理研究，加強典型裝置爆炸災(zāi)害的預(yù)測、預(yù)防和控制技術(shù)的研究，是建立和完善社會防災(zāi)體系及做好城市減災(zāi)工作的重要內(nèi)容之一，此項課題的研究不僅具有重要的理論價值，而且具有很高的經(jīng)濟和社會現(xiàn)實意義。

當前我國正處于社會經(jīng)濟高速發(fā)展時期，災(zāi)害事故及其造成的損失呈現(xiàn)上升趨勢，因而更應(yīng)重視此領(lǐng)域的研究工作。加上國內(nèi)目前尚未有較通用和完善的災(zāi)害模擬與評價及防災(zāi)決策支持軟件系統(tǒng)。

本文的研究工作包括以下幾方面：

1.利用事故致因理論，對大量石油化工過程中的典型爆炸災(zāi)害事故案例進行剖析、歸納，提出蒸氣云爆炸、沸騰液體擴展蒸氣爆炸事故的事故機理、相關(guān)條件、事故特性和影響因素，并建立典型事故案例數(shù)據(jù)庫。

2.建立典型化工過程爆炸災(zāi)害防災(zāi)預(yù)案知識庫和危險品物性數(shù)據(jù)庫。

3.利用系統(tǒng)模式識別理論來提取蒸氣云爆炸、沸騰液體擴展蒸氣爆炸事故在各種條件下的災(zāi)害事故模式，建立典型化工過程爆炸災(zāi)害事故模式知識庫。

4.建立UVCE、BLEVE的事故后果及嚴重度模擬評價理論模型，包括爆炸沖擊波時間-空間分布及傷害模型，熱輻射通量空間分布及傷害模型，熱輻射劑量空間分布及傷害模型，爆炸火球模型，死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑及財產(chǎn)損失半徑評價模型，人員傷亡及財產(chǎn)損失數(shù)量評價模型。

5.利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對典型化工過程爆炸災(zāi)害事故案例記錄數(shù)據(jù)進行整理、分析和歸納，并將其應(yīng)用于修正災(zāi)害模擬評價理論模型。

6.在對已有的系統(tǒng)安全評價技術(shù)方法對比研究的基礎(chǔ)上，提出和建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)安全評價技術(shù)方法。

7.應(yīng)用面向?qū)ο缶幊涕_發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件工程理論和方法和人工智能等技術(shù)用于研制開發(fā)“化工過程災(zāi)害模擬與評價及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)”軟件系統(tǒng)。

8.將開發(fā)的防災(zāi)決策支持系統(tǒng)與工程實踐結(jié)合來檢驗軟件系統(tǒng)的可行性和可靠性，并根據(jù)檢驗結(jié)果進行修改和完善系統(tǒng)，以保證此軟件系統(tǒng)的可行性和實用性。

本章闡述了本論文的研究意義和價值，以及課題的研究背景和來源；對蒸氣云爆炸和沸騰液體擴展蒸氣爆炸災(zāi)害的實驗、理論和數(shù)值模擬計算等方面研究工作的國內(nèi)外現(xiàn)狀進行了概括和總結(jié)，繼而提出了本篇論文的主要研究目的和內(nèi)容。參考文獻：1.J.A.Davenport.ASurveyofVaporCloudIncidents.ChemicalEngineeringProcess.1977，73:54

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精細化工廠安全管理制度PAGEPAGE1目錄TOC\o"1-3"\h\z企業(yè)法定代表人職責(zé) PAGEREFToc115146417\h1廠長安全職責(zé) PAGEREFToc115146418\h2企業(yè)車間主任(班組長)職責(zé) PAGEREFToc115146419\h3安全管理員職責(zé) PAGEREFToc115146420\h4職工安全職責(zé) PAGEREFToc115146421\h5安全操作總則 PAGEREFToc115146422\h6安全生產(chǎn)管理制度 PAGEREFToc115146423\h8安全檢查管理制度 PAGEREFToc115146424\h9安全培訓(xùn)教育制度 PAGEREFToc115146425\h10倉庫安全管理制度 PAGEREFToc115146426\h11消防安全管理制度 PAGEREFToc115146427\h12安全檢修制度 PAGEREFToc115146428\h13安全防火管理制度 PAGEREFToc115146429\h14動火作業(yè)管理制度 PAGEREFToc115146430\h15企業(yè)法定代表人職責(zé)

廠長安全職責(zé)1、廠長是安全生產(chǎn)第一責(zé)任人，對安全生產(chǎn)負全面責(zé)任；必須貫徹執(zhí)行安全生產(chǎn)方針、政策、法規(guī)和標準；建立健全和貫徹落實本單位安全生產(chǎn)責(zé)任制；審定頒發(fā)本單位統(tǒng)一性的安全生產(chǎn)規(guī)章制度。2、牢固樹立“安全第一”的思想，貫徹安全生產(chǎn)“五同時”原則；確定本單位安全生產(chǎn)目標并組織實施。3、主持召開安全生產(chǎn)例會，定期向職工代表大會報告安全生產(chǎn)情況，認真聽取意見和建議，接受群眾監(jiān)督。4、審定本單位改善勞動條件的規(guī)劃和年度安全技術(shù)措施計劃，按規(guī)定提取和使用安全技術(shù)措施經(jīng)費，及時解決重大隱患。對本單位無力解決的重大隱患，及時向上級有關(guān)部門提出報告。5、新、改、擴建項目中，遵守和執(zhí)行“三同時”規(guī)定。對其他重要的經(jīng)濟技術(shù)決定，應(yīng)負責(zé)制訂具有保證職工安全、健康的措施。6、組織對重大傷亡事故的調(diào)查分析，按“四不放過”的原則嚴肅處理，并對所發(fā)生的傷亡事故調(diào)查、登記、統(tǒng)計和報告的正確性、及時性負責(zé)。7、制定安全生產(chǎn)工作計劃、安全生產(chǎn)規(guī)章制度和安全操作規(guī)程，并檢查執(zhí)行落實情況。9、企業(yè)車間主任(班組長)職責(zé)車間主任對本車間的安全生產(chǎn)全面負責(zé)，其職責(zé)是：1、保證國家和上級安全生產(chǎn)法規(guī)、指示和有關(guān)規(guī)章制度在本車間貫徹執(zhí)行。把安全工作列入議事日程，做到“五同時”（計劃、布置、檢查、總結(jié)、評比安全工作）。4、組織并領(lǐng)導(dǎo)全車間的安全生產(chǎn)活動?？偨Y(jié)交流安全生產(chǎn)經(jīng)驗，表彰先進班組和工人。5、堅持“四不放過”原則，對本車間發(fā)生的事故及時報告和處理，注意保護現(xiàn)場，查清原因，采取防范措施。對事故的責(zé)任者提出處理意見，報廠長批準后執(zhí)行。6、負責(zé)對新入廠人員，換（復(fù)）崗人員車間級的安全教育，以及對本車間職工進行經(jīng)常性的安全思想、安全知識和安全技術(shù)教育，定期組織考核。特種作業(yè)人員必須經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)，做到持證上崗。7、嚴格執(zhí)行有關(guān)勞保用品、保健食品、清涼飲料等的發(fā)放標準。加強防護器材的管理，教育職工妥善保管，正確使用。8、提出改善本車間勞動條件、消除危害因素、預(yù)防職業(yè)病的措施計劃，并協(xié)助廠部落實。9、監(jiān)督、檢查本車間職工正確穿戴和使用勞動防護用品，做好女職工及未成年工的勞動保護工作。

安全管理員職責(zé)1、車間安全員在車間主任的直接領(lǐng)導(dǎo)下開展工作，在業(yè)務(wù)上受廠安全技術(shù)部門領(lǐng)導(dǎo)。2、貫徹有關(guān)安全生產(chǎn)法律、法規(guī)、制度和標準；參與擬訂、修訂車間安全技術(shù)規(guī)程和安全生產(chǎn)管理制度，并監(jiān)督檢查執(zhí)行情況。3、協(xié)助車間主任編制安全技術(shù)措施計劃和方案，并督促實施。4、制定車間安全活動計劃，并組織實施。5、對班組安全員進行業(yè)務(wù)指導(dǎo)，協(xié)助車間主任搞好職工安全教育、培訓(xùn)和考核工作。6、參與車間新建、改建、擴建工程設(shè)計和設(shè)備改造以及工藝條件變動方案的審查工作。7、深入現(xiàn)場進行安全檢查，制止違章指揮和違章作業(yè)，對不聽勸阻者，有權(quán)停止其工作，并報請領(lǐng)導(dǎo)處理。8、參與有關(guān)安全作業(yè)票證的審核，并檢查落實情況。9、負責(zé)車間安全裝置、防護器具、消防器材的管理。10、負責(zé)車間傷亡事故的統(tǒng)計上報，參與事故調(diào)查。11、車間其他管理人員在車間主任指定的工作范圍內(nèi)對安全生產(chǎn)負責(zé)。

職工安全職責(zé)1、認真學(xué)習(xí)和嚴格遵守各項生產(chǎn)規(guī)章制度、勞動紀律，嚴格按照安全操作規(guī)程進行操作，不違章作業(yè)，并勸阻制止他人違章作業(yè)。2、精心操作，做好各項記錄，交接班必須交接安全生產(chǎn)情況，交班要為接班創(chuàng)造安全生產(chǎn)的良好條件。3、正確分析判斷和處理各種事故苗頭，把事故消滅在萌芽狀態(tài)。發(fā)生事故，要果斷正確處理，及時如實地向上級報告，嚴格保護現(xiàn)場，做好詳細記錄。4、作業(yè)前認真做好安全檢查工作，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時處理和報告。5、上崗必須按規(guī)定著裝。妥善保管、正確使用各種防護用品和消防器材。6、積極提出改進安全生產(chǎn)工作的合理化建議。

安全操作總則1、“安全生產(chǎn)，人人有責(zé)”。所有職工必須認真貫徹執(zhí)行“安全第一，預(yù)防為主”的方針，嚴格遵守安全技術(shù)操作規(guī)程和各項安全生產(chǎn)規(guī)章制度。

2、凡不符合安全要求，有嚴重危險的廠房、生產(chǎn)線和設(shè)備，設(shè)施，職工有權(quán)向上級報告。遇有嚴重危及生命安全的情況，職工有權(quán)停止操作，并及時報告領(lǐng)導(dǎo)處理。

3、操作人員未經(jīng)三級安全教育或考試不合格者，不準參加生產(chǎn)或獨立操作。電氣、車輛的駕駛、焊接(割)、爆破等特種作業(yè)人員，均應(yīng)經(jīng)安全技術(shù)培訓(xùn)和考試合格，持特種作業(yè)許可證操作。外來參觀學(xué)習(xí)人員，亦應(yīng)接受安全教育并由有關(guān)人員帶領(lǐng)。

4、進入作業(yè)場所，必須按規(guī)定穿戴好防護用品。要把過長(拖過頸部)的發(fā)辮放入帽內(nèi)，塵毒作業(yè)人員在現(xiàn)場工作時，必須戴好防護口罩或面具，在能引起爆炸的場所，不準穿能集聚靜電的服裝。

5、操作前，應(yīng)檢查設(shè)備或工作場地，排除故障和隱患，確保安全防護，設(shè)備應(yīng)定人，定崗操作；對本工種以外的設(shè)備。須經(jīng)有關(guān)部門批準，并經(jīng)培訓(xùn)后方可操作。

6、工作中，應(yīng)集中精力，堅守崗位，不準擅自把自己的工作交給他人，嚴禁酗酒者進入工作崗位。

7、工作完畢或中途停電，應(yīng)切斷電源，才準離崗。

8、修理機械、電氣設(shè)備或進入其工作前，必須在動力開關(guān)處掛上“有人工作，嚴禁合閘”的警示牌。必要時設(shè)人監(jiān)護或采取防止意外接通的技術(shù)措施。警示牌必須誰掛誰摘，非工作人員禁止摘牌合閘。一切動力開關(guān)在合閘前應(yīng)細心檢查，確認無人檢修時方準合閘。10、行人要走指定通道，注意警示標志，嚴禁貪便道跨越危險區(qū)。11、高處作業(yè)，帶電作業(yè)，禁火區(qū)動火，易燃或承載壓力的容器，管道動火施焊、爆破或爆破作業(yè)，有中毒或窒息危險的作業(yè)，必須向安技部門和有關(guān)部門申報和辦理危險作業(yè)審批手續(xù)，并采取可靠的安全防護措施。

12、安全、防護、監(jiān)測、信號、照明、警戒標志、防雷接地等裝置，不準隨意拆除或非法占用，消防器材、滅火工具不準隨便動用，其安放地點周圍，不得堆放無關(guān)物品。

13、對易燃、易爆，有毒等物品，必須分類妥善存放，并設(shè)專人管理。易燃、易爆等危險場所，嚴禁吸煙和明火作業(yè)。不得在有毒，粉塵作業(yè)場所進餐、飲水。

14、變、配電室、發(fā)電機房，危險品庫等要害部位，非崗位人員未經(jīng)批準嚴禁入內(nèi)。在封閉廠房作業(yè)和深夜班加班作業(yè)時，必須安排兩人以上一起工作。

15、生產(chǎn)過程發(fā)生有害氣體、液體、粉塵、渣滓、放射線、噪聲的場所或設(shè)備設(shè)施，必須使用防塵、防毒裝置和采取安全技術(shù)措施，并保持可靠有效，操作前應(yīng)先檢查和開動防護裝置、設(shè)施，運轉(zhuǎn)有效方能進行作業(yè)。

16、搞好生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的安全衛(wèi)生。保持廠區(qū)、車間、庫房的安全通道暢通，現(xiàn)場物料堆放整齊、穩(wěn)妥、不超高，及時清除工作場地散落的粉塵，廢料和工業(yè)垃圾。

17、新安裝的設(shè)備，新作業(yè)場所及經(jīng)過大修或改造后的設(shè)施，需經(jīng)安全驗收后，方準進行生產(chǎn)作業(yè)。

18、嚴格交接班制度，重大隱患必須記入值班記錄，末班下班前必須斷開電源、氣(汽)源，熄滅火種；檢查、清理場地。

19、發(fā)生重大事故或惡性未遂事故，要及時搶救，保護現(xiàn)場，并立即報告領(lǐng)導(dǎo)和上級主管部門。

20、各類人員除遵守本總則外，還必須遵守安全操作規(guī)程。

安全生產(chǎn)管理制度一、為了貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，把安全生產(chǎn)工作列于各項工作的首位，特制定本制度。二、開展經(jīng)常性的安全生產(chǎn)宣傳教育活動，努力學(xué)習(xí)生產(chǎn)、管理、安全知識，不斷提高安全生產(chǎn)意識，嚴格遵守各項安全生產(chǎn)規(guī)章制度，杜絕各類事故發(fā)生。三、員工必須熟悉廠規(guī)，參加生產(chǎn)操作規(guī)程及安全生產(chǎn)知識的培訓(xùn)，并通過考核，取得上崗資格后才能進行上崗操作。四、生產(chǎn)過程中如發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，立即報告，及時處理，消除事故隱患。五、企業(yè)負責(zé)人對本廠的安全生產(chǎn)工作負全面領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任，員工必須認真貫徹執(zhí)行各項安全生產(chǎn)制度和標準。對違紀、違規(guī)者要嚴肅處理，記錄備案。生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，要臨陣沉著指揮、當機立斷，采取應(yīng)急措施，排除隱患。六、加強明火管理，生產(chǎn)車間及倉庫內(nèi)嚴禁煙火。七、嚴格物料入庫驗收要求，核對驗收物料的規(guī)格、質(zhì)量和數(shù)量，合格后進庫、