一種危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測方法，屬于資源調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括確定潛在多米諾事故鏈條；計算多米諾事故場景中各設(shè)備發(fā)生事故的概率；建立基于共性——個性的應(yīng)急資源分類方法及相應(yīng)的需求量估算模型；利用所提出的估算模型估算某典型多米諾事故案例中消防類應(yīng)急資源的需求量。本發(fā)明采用的是理論結(jié)合實例的方法，案例分析表明，與理論需求量相比，實際調(diào)度量明顯偏高。應(yīng)急決策人員容易盲目判斷潛在多米諾效應(yīng)事故場景下的應(yīng)急資源需求量。采用本發(fā)明所述的所應(yīng)急資源需求量估算方法，能為應(yīng)急響應(yīng)部門提供更為精確的應(yīng)急決策支持。
【專利說明】
一種危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及資源調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求 量預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 突發(fā)事件應(yīng)對的本質(zhì)是對應(yīng)急資源的充分占有、合理配置和快速展開能否準(zhǔn)確估 算突發(fā)事件應(yīng)急資源需求量，直接影響到應(yīng)急決策方案制定的科學(xué)性、有效性及應(yīng)急救援 工作的順利開展。危險化學(xué)品事故由于自身內(nèi)涵的蔓延擴展特性，極有可能發(fā)生連鎖擴大 效應(yīng)形成多米諾事故，而潛在的事故多米諾效應(yīng)對應(yīng)急資源需求量估算的影響巨大。隨著 化工行業(yè)集聚化發(fā)展成為常態(tài)，單位面積土地上的危險源數(shù)量越來越多，多米諾效應(yīng)事故 場景出現(xiàn)的頻率將越來越高，因此，亟需對潛在危險化學(xué)品多米諾效應(yīng)事故場景下，應(yīng)急資 源需求量估算方法進行研究。
[0003] 近年來，國內(nèi)外學(xué)者先后將案例推理、馬爾科夫鏈、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法引入應(yīng)急資源 需求量估算中，為該領(lǐng)域的研究工作奠定了基礎(chǔ)。受潛在的事故多米諾效應(yīng)影響，危險化學(xué) 品事故場景下的應(yīng)急資源需求不僅要著眼于既發(fā)事故本身，同時還要考慮潛在的次生事 故，以隨時應(yīng)對可能出現(xiàn)的突發(fā)情況。既有研究多針對單一事故場景，對潛在多米諾效應(yīng)事 故場景下的應(yīng)急資源需求量估算則鮮有涉及。
[0004] 基于以上分析，本發(fā)明依據(jù)既有的多米諾效應(yīng)事故場景判斷準(zhǔn)則和設(shè)備破壞失效 概率計算方法，結(jié)合共性一個性應(yīng)急資源分類方法，構(gòu)建針對危險化學(xué)品多米諾效應(yīng)事故 場景的應(yīng)急資源需求量估算方法，以期為此類事故的應(yīng)急決策工作提供參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù) 測方法。
[0006] 本發(fā)明的一種危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測方法，一方面分析危險 化學(xué)品多米諾事故發(fā)生概率及事故類型，一方面建立一個共性一一個性的應(yīng)急資源分類方 法及其相對應(yīng)的需求量估算模型，進行應(yīng)急資源需求量計算。
[0007] 本發(fā)明的一種危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測方法，具體實施步驟如 下：
[0008] 步驟1:確定初始事故場景，對初始事故場景的擴展因素進行分析判斷；
[0009] 步驟2:結(jié)合事故后果分析模型，針對某一事故類型同時采用多種方法對其破壞效 應(yīng)進行量化計算，采納破壞效應(yīng)最嚴(yán)重的表征值；
[0010] 步驟3 :基于事故后果分析結(jié)果，結(jié)合事故擴展參數(shù)閾值標(biāo)準(zhǔn)，尋找既發(fā)事故影響 范圍內(nèi)的潛在受影響設(shè)備及潛在次生事故場景。此步驟同時是估算流程中的一個判斷條 件，如果存在潛在受影響設(shè)備，則循環(huán)步驟1 一一步驟3;
[0011] 步驟4:若分析結(jié)果不存在潛在受影響設(shè)備及潛在次生事故場景，則根據(jù)事故后果 分析結(jié)果，確定潛在的多米諾事故鏈條；
[0012] 步驟5:利用設(shè)備破壞失效概率擬合公式定量計算事故鏈條及鏈條上各設(shè)備發(fā)生 事故的概率；
[0013] 步驟6:構(gòu)建整個多米諾事故場景中需要的應(yīng)急資源種類集合矩陣，建立共性一一 特性應(yīng)急資源分類方法；
[0014] 步驟7:結(jié)合概率及共性一一特性應(yīng)急資源分類方法，對各類型應(yīng)急資源的需求量 進行估算?？紤]到潛在多米諾效應(yīng)事故是一個概率場景，又多為廠區(qū)或跨廠區(qū)范圍事故，共 性應(yīng)急資源之間可以方便地進行相互支援。因此，對于共性應(yīng)急資源可以將其與事故發(fā)生 的概率結(jié)合起來，求取需求量的期望值。
[0015] 而對于特性應(yīng)急資源，由于事故鏈中僅有1起事故對其有需求，若與共性應(yīng)急資源 需求量估算一樣將概率因素考慮進去，則一旦事故發(fā)生，估算量極有可能無法滿足應(yīng)急救 援需求。因此，對于特性應(yīng)急資源，應(yīng)按照事故已經(jīng)發(fā)生或認(rèn)為事故發(fā)生的概率為1來確定 資源需求量。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法具有如下優(yōu)點：
[0017] (1)本方法在常規(guī)事故后果場景計算方法的基礎(chǔ)上，考慮了潛在多米諾事故場景 下的應(yīng)急資源估算，既著眼于既發(fā)事故本身，同時還考慮了潛在的次生事故，以隨時應(yīng)對可 能出現(xiàn)的突發(fā)情況。
[0018] (2)本方法在常規(guī)應(yīng)急物資調(diào)度的基礎(chǔ)上，考慮多米諾事故場景中需要的多種應(yīng) 急資源種類，將應(yīng)急資源按照共性、特性區(qū)分開。使應(yīng)急資源需求量估算值更貼近于實際需 求值，減少資源浪費，為決策者提供更加可靠的決策依據(jù)。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明【具體實施方式】的危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測方法。
[0020] 圖2是本發(fā)明所應(yīng)用的典型事故案例現(xiàn)場平面圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作進一步說明，需指出的是，以下若有未特別詳細(xì) 說明之處，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的。
[0022] 2012年5月28日中午13時10分，位于惠州大亞灣石化區(qū)內(nèi)的某企業(yè)1個3000m3苯乙 烯儲罐發(fā)生火災(zāi)（1#)。該儲罐周圍分布著2個3000m 3苯乙烯儲罐(2#、3#)，且上風(fēng)向存在1個 50m3臥式柴油儲罐(4#)和2個80m 3臥式二甲苯儲罐(5#、6#)，存在發(fā)生多米諾效應(yīng)事故的巨 大風(fēng)險。事故現(xiàn)場平面布局如圖2所示。事故發(fā)生后，相關(guān)單位緊急調(diào)配惠州當(dāng)?shù)丶皬V州、深 圳、東莞、佛山等地共78輛消防車、518名消防官兵、170噸消防泡沫液進行救援，最終事故在 當(dāng)天下午15時左右得到控制。
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明提供的危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測方法，包含 以下步驟。
[0024]步驟1:確定初始事故場景，對初始事故場景的擴展因素進行分析，判斷既發(fā)事故 為火災(zāi)，參照表1可確定事故擴展因素為熱輻射。
[0025]表1火災(zāi)、爆炸事故擴展因素分類表
[0026]
[0027]步驟2:結(jié)合事故后果分析模型，針對某一事故類型同時采用多種方法對其破壞效 應(yīng)進行量化計算，采納破壞效應(yīng)最嚴(yán)重的表征值。1#為常壓液體儲罐，且為持續(xù)性火災(zāi)，可 判斷既發(fā)事故為池火災(zāi)。利用表2中經(jīng)典的池火災(zāi)"柱體火焰模型"，結(jié)合苯乙烯的理化性質(zhì) (燃燒熱、定壓比熱容、汽化熱等）、儲罐間距、液池直徑(取儲罐直徑17m)等參數(shù)，可推算事 故儲罐周邊2#、3#、4#處受到的熱輻射通量I分別為135.6kw/m2、30.5kw/m2、40.35kw/m2。 5#、6#由于受4#的遮擋，因此1#池火災(zāi)事故對其影響可以忽略。
[0028]表2細(xì)分事故場景特性分類表
[0029]
[0030] 步驟3:基于事故后果分析結(jié)果，結(jié)合事故擴展參數(shù)閾值標(biāo)準(zhǔn)，尋找既發(fā)事故影響 范圍內(nèi)的潛在受影響設(shè)備及潛在次生事故場景。根據(jù)事故擴展參數(shù)閾值，常壓儲罐受熱輻 射作用破壞失效的閾值為15kw/m 2(見表3)，因此2#、3#、4#均有可能發(fā)生破壞失效引發(fā)次生 事故。按圖1所示估算流程，返回步驟1進行循環(huán)。分別對2#、3#、4#重復(fù)步驟1~3,得出：2#發(fā) 生事故可能引發(fā)3#( 135.6kw/m2)、4#( 15.7kw/m2)發(fā)生事故；3#發(fā)生事故可能引發(fā)2# (135 · 6kw/m2)、4#(89 · 6kw/m2)、5#(80 · 6kw/m2)、6#(61 · 9kw/m2)發(fā)生事故;4#發(fā)生事故可能 引發(fā)5#(983kw/m2)發(fā)生事故。循環(huán)結(jié)束。
[0031 ]表3爆炸事故場景核心應(yīng)急資源需求
[0032]
[0033] 步驟4:根據(jù)事故后果分析結(jié)果，確定潛在的多米諾事故鏈條共10個。
[0034] 步驟5:利用設(shè)備破壞失效概率擬合公式定量計算事故鏈條及鏈條上各設(shè)備發(fā)生 事故的概率?；谠O(shè)備失效前時間（ttf)的熱輻射破壞失效概率模型（見表4)，推算多米諾 事故鏈條1~10發(fā)生的概率。以鏈條1為例，將2#處受到的熱輻射通量135.6kw/m 2、2#罐的體 積3000m3帶入計算，求得1#發(fā)生事故后，引發(fā)2#發(fā)生事故的概率為0.382:
[0035]
[0036]
[0037] 同理求得其他鏈條發(fā)生的概率，見表5?？梢钥闯?，除鏈條1、2外，其他鏈條發(fā)生概 率均小于1 %，可以忽略。鏈條1、2涉及到的設(shè)備包括1 #、2#、3#，各設(shè)備發(fā)生事故的概率分別 *Ρι#=1、Ρ2# = 0·382、Ρ3# = 0·144〇
[0038] 表4事故擴展參數(shù)閾值表
[0039]
[0040]
[0041] 表5多米諾事故鏈條1~10發(fā)生的概率
[0042]
[0043] 步驟6:構(gòu)建整個多米諾事故場景中需要的應(yīng)急資源種類集合矩陣，建立共性一一 特性應(yīng)急資源分類方法。
[0044] 共性一一個性應(yīng)急資源分類方法如下：設(shè)共有m個設(shè)備出現(xiàn)在多米諾效應(yīng)事故場 景中（步驟1~4)，整個多米諾事故場景中需要的應(yīng)急資源種類集合為T= {ai，. . .ak，...， an}，ak表示第k種應(yīng)急資源需求(k=l，2......，n)。構(gòu)建mXn階矩陣D，如式（1)所示。dik表 示第i個設(shè)備發(fā)生事故后對第k種應(yīng)急資源的需求量(i = l，2，. . .，m)，dik彡0。若dik>0則表 示第i個設(shè)備發(fā)生事故后對第k種應(yīng)急資源存在需求，否則表示不存在需求。
[0045]
⑴
[0046] 若應(yīng)急資源需求矩陣D的第k列元素(dlk，d2k，......，dmk)中有大于等于2個元素不 為〇，則第k種應(yīng)急資源被定義為"共性應(yīng)急資源"；若僅有一個元素不為0，則被定義為"個性 應(yīng)急資源"。
[0047] 共性一一個性應(yīng)急資源需求量估算方法如下：SPl為多米諾效應(yīng)事故場景中第i 個設(shè)備發(fā)生事故的概率（i = l，2,3. . .，m)，其中ρι=1表示初始事故已經(jīng)發(fā)生。構(gòu)建1 Xm階 概率矩陣P，如式2-2所示。令矩陣P中的每一個元素為1，構(gòu)建lXm階矩陣P'，如式(2)所示。
[0048]
(2)
[0049] 基于式2-1中的應(yīng)急資源需求矩陣D，抽取共性應(yīng)急資源列和個性應(yīng)急資源列，分 另IJ構(gòu)建mXr階共性應(yīng)急資源需求矩陣0 8及!11\8階個性應(yīng)急資源需求矩陣Dt如式(3)所示，其 中 r+s = n〇
[0050]
[0051] 潛在多米諾事故場景下的共性和個性應(yīng)急資源需求量可分別由式(4)、（5)求得， 式中g(shù)u為第u種共性應(yīng)急資源的需求量(u = l，2,. . .，r)，tv表示第v種個性應(yīng)急資源的需求 里(v = l,2,. . . ,s)〇
[0052] G = PXDg=[gi ... gu ... gr] (4)
[0053] T = P/XDt=[ti ... tv ... ts] (5)
[0054] 由于3個儲罐相同，故該潛在多米諾效應(yīng)事故場景下需要的應(yīng)急資源類型以共性 為主，因此按式(4)進行求取。由于事故場景下的應(yīng)急資源需求類型很多，本發(fā)明僅以火災(zāi) 事故控制中核心的應(yīng)急資源一"消防泡沫液"為例進行計算，求得1#、2#、3#發(fā)生事故后的消 防泡沫液實際需求量：
[0055]
[0056] 式(6)中k為修正系數(shù)，根據(jù)事故嚴(yán)重程度及歷史經(jīng)驗，一般取1.5~10之間，此處 取極大值1〇;α為消防泡沫濃度，一般取6% ;A為著火面積，m2;q為消防泡沫供給強度，儲罐 油品火災(zāi)一般取1.5 X l(T3m3/S; t為總攻時間，取1800s ;P為消防泡沫液密度，取1. lt/m3。
[0057] 根據(jù)式(4)，潛在事故場景下的消防泡沫液需求總量為：
[0058] G鰣=PXDg=[l 0.382 0·144][64·68 64.68 64.68]T = 98.70(t)。
【主權(quán)項】
1. 一種危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測方法，其特征是將多米諾事故的發(fā) 生概率與發(fā)生的事故所需資源量相結(jié)合，分析危險化學(xué)品多米諾事故發(fā)生概率及事故類 型，建立一個共性一一個性的應(yīng)急資源分類方法及其相對應(yīng)的需求量估算模型，進行應(yīng)急 資源需求量預(yù)測。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種危險化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測方法，其特 征在于具體步驟如下： 步驟1:確定初始事故場景，對初始事故場景的擴展因素進行分析判斷； 步驟2:結(jié)合事故后果分析模型，針對某一事故類型同時采用多種現(xiàn)有方法對其破壞效 應(yīng)進行量化計算，采納破壞效應(yīng)最嚴(yán)重的表征值； 步驟3:基于事故后果分析結(jié)果，結(jié)合事故擴展參數(shù)閾值標(biāo)準(zhǔn)，尋找既發(fā)事故影響范圍 內(nèi)的潛在受影響設(shè)備及潛在次生事故場景;如果存在潛在受影響設(shè)備，則循環(huán)步驟1~步驟 3； 步驟4:若分析結(jié)果不存在潛在受影響設(shè)備及潛在次生事故場景，則根據(jù)事故后果分析 結(jié)果，確定潛在的多米諾事故鏈條； 步驟5:利用設(shè)備破壞失效概率擬合公式定量計算事故鏈條及鏈條上各設(shè)備發(fā)生事故 的概率； 步驟6:構(gòu)建整個多米諾事故場景中需要的應(yīng)急資源種類集合矩陣，建立共性一一特性 應(yīng)急資源分類方法； 步驟7:結(jié)合概率及共性一一特性應(yīng)急資源分類方法，對各類型應(yīng)急資源的需求量進行 估算;考慮到潛在多米諾效應(yīng)事故是一個概率場景，又多為廠區(qū)或跨廠區(qū)范圍事故，共性應(yīng) 急資源之間能方便地進行相互支援;將共性應(yīng)急資源與事故發(fā)生的概率結(jié)合起來，求取各 類型應(yīng)急資源需求量的期望值;而對于特性應(yīng)急資源，由于事故鏈中僅有1起事故對其有需 求，若與共性應(yīng)急資源需求量估算一樣將概率因素考慮進去，則一旦事故發(fā)生，估算量極有 可能無法滿足應(yīng)急救援需求;因此，對于特性應(yīng)急資源，按照事故已經(jīng)發(fā)生或認(rèn)為事故發(fā)生 的概率為1來確定資源需求量。
【文檔編號】G06Q50/26GK105976043SQ201610207369
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】陳國華, 陳培珠, 安霆
【申請人】華南理工大學(xué)