化工过程爆炸灾害模拟评价及防灾决策支持系统研究绪论
[摘要]随着化学工业和石油化学工业的发展，生产装置变的越来越自动化、连续化、大型化、复杂化，石化企业生产过程处理和储存的易燃、易爆的危险物种类和数量也越来越多，一旦这些物质的正常运行状态遭到破坏，就有可能导致重大爆炸事故，将会导致巨大的人员伤亡、财产损失和环境破坏。爆炸灾害影响范围大，事故的发生具有突发性、灾难性、复杂性和社会性。进行典型化工过程爆炸灾害的发生、发展与防治机理研究，建立爆炸灾害模拟评价理论模型与开发防灾决策支持系统，是建立和完善社会防灾体系及提高社会应急救援能力的重要内容之一，具有重要研究价值和社会现实意义。本文重点研究了典型化工过程中发生的重大爆炸灾害事故模式：蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气爆炸。通过对化工和石油化工行业中发生的化工典型爆炸灾害事故案例的剖析、归纳总结、提炼，提取了这两种爆炸事故的发生、发展机理、相关条件、影响因素、事故特性、伤害机理和各种事故模式。并建立了危险品物性数据库、典型事故案例数据库和典型化工过程爆炸灾害事故模式知识库。对现有的爆炸灾害模拟评价方法和模型进行了归纳和对比计算，分析了各个模型的优缺点及适用范围，继而给出了两种灾害性爆炸事故的事故后果及严重度模拟与评价理论模型，包括爆炸火球模型、爆炸冲击波空间分布及伤害模型，热辐射剂量空间分布及伤害模型，人员伤亡模型及财产损失评价模型。研究分析了爆炸灾害破坏和伤害形式，总结了适用气云爆炸灾害后果的评价准则，提出了基于灾害模型的事故模拟相应的评价方法，建立了uvce和bleve灾害后果及严重度评价指标体系，开发了相应的灾害后果模拟与评价软件系统。对已有的系统安全评价技术方法的优缺点进行了分析和对比，继而将神经网络技术、人工智能技术、专家系统应用于开发新的系统安全评价方法，提出了基于人工神经网络的系统安全评价方法和基于神经网络的智能故障诊断专家系统模型，开发了可视化的神经网络系统，为系统安全评价与事故模式诊断提供了新思路。给出了建立灾害应急预案的思想和步骤，总结出了应急预案的主要内容，并针对lpg泄漏事故给出了具体的救灾原则与程序，建立了爆炸灾害应急救援预案知识库。提出了基于面向对象思想的决策支持系统设计与开发思路与策略，给出了防灾决策支持系统的结构设计以及数据库及管理系统、模型库及管理系统、知识库及推理机等主要功能模块的设计方法，并对事故模式诊断模块、神经网络模型、灾害模拟与评价模块、灾害救援预案模块、决策支持四库系统，以及软件系统支撑环境、通讯网络与硬件等进行了系统集成，实现了两层结构的分布式化工过程爆炸灾害模拟与评价及防灾决策支持系统软件系统。将灾害模拟评价理论模型及开发的软件系统与工程实践相结合，用典型事故案例来检验、修正理论模型，再应用于工程实践的灾害定量模拟评价、预防控制及救灾决策支持，使整篇论文建立在确定的事实和正确的理论相结合的基础之上。abstractwithdevelopmentofchemicalandpetroleum-chemicalindustry,mainequipmentsandinstallationsbeorgemoreandmoreautomatic,continuous,largeandorgple.andmoreandmorekindsofflammableandeplosivematerialsareprocessedandstoredintheprocessofchemicalindustry.oncenormalrunningstateofdangeroussubstanceisdisturbed，majoreplosionaccidentwhichleadstohugepersoncasualty,lossofpropertyanddamageofenvironmentwillbeinduced.sostudyonoccurrence,developmentandpreventionandcuremechanism,buildingofsimulationandevaluationtheoreticalmodelforeplosiondisastersintypicalchemicalprocessanddecisionsupportsystem(dss)fordisasterpreventionisimportantcontentforestablishmentandperfectionofsocietydisasterpreventionsystemandimprovementofsocietysuccourabilitiesunderemergency.thispaperfocusesontwokindsofmajoreplosiondisasteraccident,theyarevapourcloudeplosion(vce)and
boilingliquidepandingvapoureplosion(bleve)intypicalchemicalprocess.mechanism,conditionsandinfluentfactorsofoccurrenceanddevelopment,accidentcharacteristic,damagemechanismandaccidentmodesofuvceandblevehavebeenputforwardbyanalysis,sum-upandabstractofsubstantivetypicaleplosiondisasteraccidentcasesinchemicalandpetroleum-chemicalprocess.databasesfordangerousmaterials,typicalaccidentcasesandtypicaleplosiondisasteraccidentmodeshavebeenbuilt.eistingwaysandmodelsforsimulationandevaluationofeplosiondisasterhavebeensummarisedandorgparedbycalculation,andtheirvirtuesanddefectshavebeenanalyzed.thenmodelsforsimulationandevaluationofaccidentconsequenceofuvceandblevehavebeengiven,includingmodelsforeplosionfireball,distributinganddamageofshockwaveinspace,distributinganddamageofheatradiationinspace,humancasualtyandpropertyloss.damagemodesofeplosiondisasterhavebeenstudiedandanalyzed.evaluationrulesapplyingforgascloudeplosionhavebeensummarized.accidentsimulationandevaluationwaybasedondisastermodelshavebeengiven.evaluationparameterssystemfordisasterconsequenceofuvceandblevehasbeenestablished.simulationandevaluationsoftwarefordisasterconsequenceofuvceandblevehasbeendeveloped.afteranalysisandorgparisonofvirtuesandhortorgingsofeistingsystem
safetyevaluationways,artificialneuralnetwork(ann),artificialintelligence(ai)andepertsystem(es)areusedtobuildnewsystemsafetyevaluationmeans.systemsafetyevaluationmodelandintelligentepertsystemforfaultdiagnosisbasedonannhavebeenputforth.developmentandrealizationofvisualneuralnetworkforsystemsafetyvaluationandfaultdiagnosisprovidesnewideaforsystemsafetyevaluationandaccidentmodediagnosis.ideasandstepsforbuildingofsuccourmeasuresunderemergentdisasterhavebeensuggested.contentsofsuccourmeasuresunderemergentdisasterhavebeensummarized.detailedrescueprincipleandprocedureunderleakaccidentoflpgarealsogivenasaneample.knowledgebase,modelbase,arithmeticbaseandinferenceengineforeplosiondisasterpreventionandemergencysuccourarebuilt.designanddevelopmentideafordecisionsupportsystembasedonobject-orientedideaareoffered.designofstructureandmainfunctionmodulesofdssfordisasterpreventionaregiven.distributingdssfordisasterpreventionandsimulationofdisasterinchemicalprocessisrealizedbysystemintegrationofdiagnosismoduleforaccidentmode,neuralnetworkmodule,disastersimulationandevaluationmodule,knowledgebaseanditsmanagementsystem、databaseanditsmanagementsystem,modulebaseanditsmanagementsystem,supportenvironmentforsoftwaresystem,networkandhardware.byorgbinationofdisastersimulationandevaluationmodelscheckedbytypicalaccidentcases,disasterpreventionsoftwareandengineeringpractice，thispaperisestablishedonbasisofcertainfactandcorrecttheoreticalmodel.keywords：vapourcloudeplosion(vce),boilingliquidepandingvaporeplosion(bleve),accidentmechanism,model,simulationandevaluation,artificialneuralnetwork(ann),artificialintelligence(ai),decisionsupportsystem(dss)
绪论
1引言爆炸是化工和石油化工生产中的重大灾害之一，事故的发生常常导致重大的人员伤亡和财产损失。例如1966年1月4日发生在法国的一次沸腾液体扩展蒸气爆炸事故导致18人死亡，81人受伤和巨大财产损失。1972年巴西某厂精炼工段丁烷大量泄漏，引发蒸气云爆炸事故，导致直接财产损失8.4百万美元，37人死亡，53人受伤[1]。1997年9月14日印度hpcl炼油厂因腐蚀使该厂的一个液化石油气储罐泄漏，从而引发一系列事故并逐渐演变成一场灾难，导致60人死亡，造成1.5亿美元财产损失，威胁附近城市200万居民的安全。此类灾难性事故不胜枚举，且随着石化工业的发展，这类灾难性事故的发生频率越来越高，灾害后果也越来越严重。灾害所带来的严重后果和环境与社会问题远远超过了事故本身，严重影响、制约了当代石化工业的顺利健康发展，这些严酷的事实表明了深入研究这些灾害性事故的发生机理、相关条件及伤害机理，建立这些灾害性事故的严重度模拟评价模型，开发灾害模拟评价软件系统及防灾决策支持系统，对于科学预防灾害的发生、指导紧急救灾具有重要理论价值和实践意义。
有关爆炸灾害防治技术研究有着悠久的历史，然而开展灾害基础研究的出现和防治技术的快速发展却是在最近二、三十年内，七十年代以来，随着石油化工生产规模越来越大，化工装置重大爆炸事故频繁发生，引起了世界各国的广泛关注，国际上相继通过了1990年化学制品公约、1993年预防重大工业事故公约等，敦促世界各国实施相应的政策及预防保护措施，发展基础研究和重大灾害防治应用技术研究。加拿大、美国、英国、日本及欧共同体许多国家先后投入了大量的人力、物力和财力开展重大危险源的辩识、评价与预防控制技术及相关的基础性研究工作，取得了较高水平的研究成果。
我国政府非常重视爆炸灾害的防治工作。近些年来，国内部分高校和科研单位相继开展了此方面的研究工作，在危险源评价、宏观控制技术、装置爆炸灾害模式研究方面取得了一定的进展。
当前，国内外在爆炸灾害基础研究方面的发展趋势是：重视爆炸灾害发生、发展和防治机理与规律的研究；重视灾害过程理论模型及灾害的实验模拟与计算机模拟；重视重大装置的防护，对火灾与爆炸的结构危险性作出评估，采用各种措施消除危险根源；加快高新技术进入爆炸灾害研究