化工過程爆炸災害模擬評價及防災決策支持系統(tǒng)緒論

化工過程爆炸災害模擬評價及防災決策支持系統(tǒng)研究緒論大型化、復雜化，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，就有可能導致重大爆炸事故，將會導致巨大的人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境破壞。爆炸災害影響范圍大，事故的發(fā)生具有突發(fā)性、災難性、復雜性和社會性。進行典型化工過程爆炸災害的發(fā)生、發(fā)展與防治機理研究，建立爆炸災害模擬評價理論模型與開發(fā)防災決策支持系統(tǒng)，是建立和完善社會防災體系及提高社會應(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害事故模式知識庫。對現(xiàn)有的爆炸災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。研究分析了爆炸災害破壞和傷害形式，總結(jié)了適用氣云爆炸災害后果的評價準則，提出了基于災害模型的事故模擬相應(yīng)的評價方法，建立了UVCE和BLEVE災害后果及嚴重度評價指標體系，開發(fā)了相應(yīng)的災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。給出了建立災害應(yīng)急預案的思想和步驟，總結(jié)出了應(yīng)急預案的主要內(nèi)容，并針對LPG泄漏事故給出了具體的救災原則與程序，建立了爆炸災害應(yīng)急救援預案知識庫。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、災害模擬與評價模塊、災害救援預案模塊、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害模擬與評價及防災決策支持系統(tǒng)軟件系統(tǒng)。將災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)用于工程實踐的災害定量模擬評價、預防控制及救災決策支持，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)中的重大災害之一，事故的發(fā)生常常導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，導致直接財產(chǎn)損失8.4百萬美元，37人死亡，53人受傷[1]。1997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難，導致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。此類災難性事故不勝枚舉，且隨著石化工業(yè)的發(fā)展，這類災難性事故的發(fā)生頻率越來越高，災害后果也越來越嚴重。災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，建立這些災害性事故的嚴重度模擬評價模型，開發(fā)災害模擬評價軟件系統(tǒng)及防災決策支持系統(tǒng)，對于科學預防災害的發(fā)生、指導緊急救災具有重要理論價值和實踐意義。有關(guān)爆炸災害防治技術(shù)研究有著悠久的歷史，然而開展災害基礎(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年化學制品公約、1993年預防重大工業(yè)事故公約等，敦促世界各國實施相應(yīng)的政策及預防保護措施，發(fā)展基礎(chǔ)研究和重大災害防治應(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)外在爆炸災害基礎(chǔ)研究方面的發(fā)展趨勢是：重視爆炸災害發(fā)生、發(fā)展和防治機理與規(guī)律的研究；重視災害過程理論模型及災害的實驗模擬與計算機模擬；重視重大裝置的防護，對火災與爆炸的結(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。重大爆炸災害計算機模擬評價及防災決策支持系統(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)“化工過程災害模擬評價及防災決策支持系統(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基金項目：“化工裝置爆炸災害模擬與評價及防災決策系統(tǒng)研究（No.BQ98029）”和國家自然科學基金重點項目：“典型化工過程災害性事故預測與防治技術(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，而在災害風險評估、災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。如在災害危險評價方法研究方面，美國DOW化學公司于1964年開發(fā)了DOW火災、爆炸指數(shù)法，至今已發(fā)展更新至第七版；英國帝國化學公司于1974年在DOW火災、爆炸指數(shù)法的基礎(chǔ)上開發(fā)了ICIMOND法，可用于工廠火災、爆炸及毒性危險性評估；日本學者提出的化學工廠六階段安全評價法及概率風險評價法；美國Rasmussen教授領(lǐng)導的科研人員于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、爆炸、泄漏等重大事故的發(fā)生頻率增加，且所導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防重大工業(yè)災害的問題；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大學進行的實驗規(guī)模最大，所涉及的研究對象最多，NewBrunswick大學和McGill大學進行了一些中小規(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測。加拿大新不倫瑞克大學火焰科學中心自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)運輸指導中心，NSERC等機構(gòu)、單位的資助下，在A.M.Birk領(lǐng)導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、化工部勞動保護研究所及勞動部勞動保護科學院等單位合作，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暮︻A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“蒸氣云火災爆炸破壞作用預測方法的研究”。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術(shù)交流情況可知，北京科技大學自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)學者利用國外研究成果應(yīng)用于實際工程災害評價中的研究，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。增娃4眉論文差的研既究目喉的與欣主要風研究天內(nèi)容馳在飼有大蔥量易羅燃、腿易爆旅危險征物質(zhì)挖的生白產(chǎn)或到儲存號裝置展中，懸一旦強物質(zhì)萬或能賄量的旅正常蛙運行灘狀態(tài)投遭到纖破壞尚，裝潤置發(fā)算生爆嬸炸，高便會忌導致杏災難蟲性的漂后果諷，不格僅廠某區(qū)內(nèi)糕部，主而且星鄰近楚地區(qū)驢人員派的生榮命、防財產(chǎn)赴和環(huán)典境都析將遭現(xiàn)受巨坦大的株損失搖。以棉往發(fā)談生的鋼災害瓣性事躺故案侮例的寸嚴酷忍事實零表明剖了爆通炸災限害防犯治已恐刻不躲容緩薦。隨掠著石凈油化臂工行憂業(yè)的虛發(fā)展雄，裝系置的西高度最自動碑化、償連續(xù)形化、家大型養(yǎng)化及撈高溫貫、高書壓、閘高能鵝量儲中備的肥特點蜂，也避使得項爆炸腸事故帽更具徹有突夾發(fā)性拾、災取難性拐、復歌雜性煙和社叉會性蒙。因辭此，謀加強粉典型禿化工轎過程睜爆炸跳災害暖的發(fā)撐生、漫發(fā)展島和防永治機而理研辜究，動加強屠典型衫裝置重爆炸恢災害臨的預神測、忘預防混和控歉制技蝴術(shù)的貧研究辯，是千建立冤和完策善社涌會防咱災體插系及悔做好軟城市姻減災儲工作傍的重附要內(nèi)捐容之蒜一，孟此項役課題米的研麥究不騎僅具濤有重式要的茶理論蠢價值存，而逝且具壓有很裂高的瘋經(jīng)濟杏和社納會現(xiàn)耍實意滅義。濾況癢當前靈我國找正處執(zhí)于社嘩會經(jīng)鑒濟高棚速發(fā)濾展時捏期，謎災害除事故節(jié)及其剝造成何的損巧失呈彎現(xiàn)上為升趨券勢，瓦因而燦更應(yīng)體重視斷此領(lǐng)遵域的廳研究朝工作僻。加剖上國拴內(nèi)目串前尚共未有都較通委用和僑完善呆的災矛害模怎擬與棒評價還及防鉛災決最策支旗持軟迫件系訪統(tǒng)。毅任昆本文樂的研駛究工躺作包嘩括以春下幾仁方面墊：迎施1.緣利雄用事蹲故致岸因理們論，袍對大售量石狀油化款工過銜程中鏟的典陜型爆越炸災蘿害事友故案嚼例進看行剖政析、蟻歸納結(jié)，提辜出蒸原氣云隆爆炸井、沸塵騰液憶體擴純展蒸自氣爆送炸事腿故的診事故只機理喝、相及關(guān)條鋒件、姿事故敬特性猜和影丹響因卵素，復并建伍立典棕型事欲故案閉例數(shù)保據(jù)庫豈。粗朽2.千建撥立典松型化炮工過卡程爆測炸災悄害防紛災預攪案知們識庫貞和危寨險品貢物性奏數(shù)據(jù)陡庫。挪韻3.賺利歌用系細統(tǒng)模休式識萬別理焦論來葡提取川蒸氣高云爆環(huán)炸、吹沸騰古液體量擴展極蒸氣孫爆炸串事故所在各稿種條挺件下淘的災磨害事欲故模貌式，來建立驗典型棍化工誤過程羨爆炸忘災害協(xié)事故盼模式水知識最庫。邀館轟4.糟建胞立U潮VC揪E、由BL胞EV喘E的研事故煤后果糟及嚴壘重度病模擬燕評價殼理論妻模型疊，包索括爆縣炸沖睡擊波浪時間近-空建間分袖布及嘴傷害栗模型禁，熱亭輻射型通量聯(lián)空間吸分布孔及傷尚害模鑒型，會熱輻是射劑脖量空零間分車布及贏傷害魂模型命，爆尋炸火家球模奇型，隱死亡灰半徑菌、重遺傷半栽徑、串輕傷米半徑鼓及財茂產(chǎn)損恩失半餅徑評威價模豆型，惰人員喂傷亡左及財咐產(chǎn)損羊失數(shù)浪量評壘價模茅型。抹揉容5.天利蔑用人傳工神援經(jīng)網(wǎng)犯絡(luò)技買術(shù)對但典型落化工錦過程滾爆炸筐災害魚事故瘦案例路記錄倍數(shù)據(jù)織進行啄整理飼、分懇析和粉歸納普，并科將其部應(yīng)用五于修幅正災嘆害模斗擬評資價理餐論模穿型。噸鹽6.迷在般對已難有的字系統(tǒng)掩安全腿評價男技術(shù)士方法聽對比奇研究瞎的基蜂礎(chǔ)上榆，提啊出和優(yōu)建立怪基于腔人工胳神經(jīng)立網(wǎng)絡(luò)獲的系像統(tǒng)安改全評溝價技爽術(shù)方穴法。惰朗奮7.紀應(yīng)胖用面地向?qū)Χ柘缶幑汲涕_難發(fā)技蹲術(shù)、瓜數(shù)據(jù)宏結(jié)構(gòu)墊與算幻法、短數(shù)據(jù)嘴庫技絨術(shù)、撞軟件幼工程設(shè)理論情和方樓法和殃人工駛智能作等技帆術(shù)用冬于研舍制開不發(fā)郵“親化工悠過程遵災害衰模擬渠與評雪價及坊防災給決策陽支持厘系統(tǒng)吸”愛軟件脫系統(tǒng)本。夏娛8.嘴將開猜發(fā)的響防災鉆決策奪支持釋系統(tǒng)口與工被程實粒踐結(jié)框合來販檢驗頑軟件越系統(tǒng)野的可哥行性霞和可泊靠性炎，并未根據(jù)掀檢驗熟結(jié)果詢進行悲修改宏和完真善系梅統(tǒng)，插以保掃證此蓬軟件拜系統(tǒng)擠的可曾行性蠢和實不用性搖?？卮贡菊仑炾U述澇了本核論文炒的研瘦究意憶義和洋價值蹦，以賭及課秀題的糊研究索背景乞和來糾源；名對蒸濱氣云辱爆炸輛和沸糞騰液宗體擴騙展蒸仍氣爆廚炸災泡害的注實驗晃、理晶論和式數(shù)值明模擬委計算專等方陷面研爭究工顫作的姜國內(nèi)恥外現(xiàn)毅狀進卵行了課概括吩和總形結(jié)，貞繼而艙提出響了本交篇論洗文的咸主要汪研究珠目的守和內(nèi)稈容。丹堵參考昏文獻絨：1.J.A.Davenport.ASurveyofVaporCloudIncidents.ChemicalEngineeringProcess.1977，73:542.Dr.Michael,C.parnarouskis.VaporCloudExplosionStudy.6thInternationalConferenceonLiquefiedNaturalGas頌拒3.蜓J陳.形H.甚P粗ic弓kl兔es還,撞S.鄰H贏.披Bi股tt含le那st翁on胞.味Un在co梨nf妥in非ed惠V鴿ap拘or幫C漆lo原ud杯E捧xp比lo稻si堂on唇s-凡Th擱e憑As翠ym謠me設(shè)tr卡ic剩al嗓B買la駛st派f純ro側(cè)m慶an霉E孟lo眠ng掠at茂ed賭C程lo占ud框.狗Co桃mb戒us殃ti氏on裝a眨nd肅F楚la梯me旁,使19框83瘦,題51焦:父45丙-5價3槐忍4.籠D王.曲J.孔K念ie食le律c,命A泰.泛M.涂B嚇ir踩k.跪A跌na夕ly扣si錘s片of正F著ir吹e-取In疤du麗ce述d敲Ru匯pt扒ur數(shù)es們o耍f護40恨0-含L乳Pr投op速an疑e碗Ta恰nk任s.奴J支ou偽rn鉛al弊o礙f巴Pr簽es蜜su仰re拿V叫es疏se戴l爐Te釣ch益no責lo側(cè)gy斤,突Vo繡l.玩11集9謀(1蛾99添7)蒜慈幻5.反G祥.則Pu校rd更y,痕R舅is辭k涂an努al吃ys氧is損o沫f閑th贊e襯tr夕an旱sp母or濤ta贈ti染on蘿o淡f頃da績ng丹er香ou逝s危go巡od竿s將by盞r璃oa書d佛an壤d瓶ra咳il譯,完J.碧o康f沉Ha五za龍rd雷ou郵s蕩Ma暮te刊ri飽al恥s,敵1壺99扯3，緣33桿:2彼29委-2妄59慧攻錦6.漠C曉.蟻M.則P塊ie齡te管rs阻en獅.蘆Co索ns奴eq福ue桌nc耽es邁o肅f娛ac疫ci服de丘nt京al圣r今el雙ea沙se奪o蠅f蔬ha蹲za首rd遣ou天s離ma簡te罷ri址al憂,嗽J.醒L陳os網(wǎng)s廈Pr械ev悟.疲Pr俘oc霞es舌s取In販d.累,禽19還90施，3棚:級13菠6-赴14曲1謙杠7.相T譯NO蠅.圍Me寇th淺od檔s癢fo臨r惑ca貪lc賣ul愛at乘io次n抽of著t盾he駛p辯hy舌si淚ca窮l帶ef鞏fe揉ct從s臨of杰t掀he北e妨sc現(xiàn)ap裹e綠of毅d義an郊ge尖ro豪us摩m紗at竟er悟ia件ls趟(亡li撈qu告id突s迫an跡d茶ga件se仿s)抗,徹19漆80部韻構(gòu)8.屋A幣.壽F.挑R語ob沉er資ts交.經(jīng)Th想er矛ma夫l稠ra畢di攏at頌io柔n服ha塔za談rd受s叉fr所om腰r親el緣ea峰se捉s熊of券L路PG蝕f向ro牌m讓pr途es販su貢ri墾ze鏟d堆st櫻or卵ag蠅e,谷F長ir際e堪Sa鹿fe偽ty被J筒.,乓1以98舌1/漲19調(diào)82捏：1宵97瓜-2工12勢協(xié)略9.惠C念.雙D.池L殿in六d.紫W報ha歡t賺ca獵us恒es難v勿ap磚or閉c騾lo鉗ud煎e龍xp司lo案si漠on花s?大L亡os理s乓Pr撓ev慣en座ti怖on拜,蔬AI顛Ch貓E,坊V足ol例.9狼,勵19惹75界戶沃10優(yōu).B談.轉(zhuǎn)J.猜W閃ie屢ke疲ma商,俯Va悔po隱r發(fā)cl悶ou紹d庫ex掏pl車os工io描n辯mo也de桶l(fā),歐J郊.論Ha判z.裂M噸at餓.,梢V堤ol錄.3義,獅19封80牢敗湯11括.A終.值C.線V池an識d季en嗽B敘er見g,俱C役.J遮.M神.濾Va節(jié)n景Wi慮ng稼er銅de榜n襖an床d私G.會O鋒ps暴ch機oo午r.裂V削ap滿or槽c僵lo誦ud獲e丹xp答lo評si雞on司b議la羨st扔p盾re喂di追ct盒io陡n,勻P尿la碧nt安/O責pe豈ra鞭ti門on誰P圍ro嘩gr啊es品s,