一種危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測(cè)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(jì)算多米諾事故場(chǎng)景中各設(shè)備發(fā)生事故的概率；建立基于共性——個(gè)性的應(yīng)急資源分類(lèi)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(lèi)應(yīng)急資源的需求量。本發(fā)明采用的是理論結(jié)合實(shí)例的方法，案例分析表明，與理論需求量相比，實(shí)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(chǎng)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(mén)提供更為精確的應(yīng)急決策支持。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測(cè)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(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求 量預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 突發(fā)事件應(yīng)對(duì)的本質(zhì)是對(duì)應(yīng)急資源的充分占有、合理配置和快速展開(kāi)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(kāi)展。危險(xiǎn)化學(xué)品事故由于自身內(nèi)涵的蔓延擴(kuò)展特性，極有可能發(fā)生連鎖擴(kuò)大 效應(yīng)形成多米諾事故，而潛在的事故多米諾效應(yīng)對(duì)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(xiǎn)源數(shù)量越來(lái)越多，多米諾效應(yīng)事故 場(chǎng)景出現(xiàn)的頻率將越來(lái)越高，因此，亟需對(duì)潛在危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾效應(yīng)事故場(chǎng)景下，應(yīng)急資 源需求量估算方法進(jìn)行研究。
[0003] 近年來(lái)，國(guó)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(xiǎn)化學(xué) 品事故場(chǎng)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(shí)還要考慮潛在的次生事 故，以隨時(shí)應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的突發(fā)情況。既有研究多針對(duì)單一事故場(chǎng)景，對(duì)潛在多米諾效應(yīng)事 故場(chǎng)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(chǎng)景判斷準(zhǔn)則和設(shè)備破壞失效 概率計(jì)算方法，結(jié)合共性一個(gè)性應(yīng)急資源分類(lèi)方法，構(gòu)建針對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾效應(yīng)事故 場(chǎng)景的應(yīng)急資源需求量估算方法，以期為此類(lèi)事故的應(yīng)急決策工作提供參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù) 測(cè)方法。
[0006] 本發(fā)明的一種危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測(cè)方法，一方面分析危險(xiǎn) 化學(xué)品多米諾事故發(fā)生概率及事故類(lèi)型，一方面建立一個(gè)共性一一個(gè)性的應(yīng)急資源分類(lèi)方 法及其相對(duì)應(yīng)的需求量估算模型，進(jìn)行應(yīng)急資源需求量計(jì)算。
[0007] 本發(fā)明的一種危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測(cè)方法，具體實(shí)施步驟如 下：
[0008] 步驟1:確定初始事故場(chǎng)景，對(duì)初始事故場(chǎng)景的擴(kuò)展因素進(jìn)行分析判斷；
[0009] 步驟2:結(jié)合事故后果分析模型，針對(duì)某一事故類(lèi)型同時(shí)采用多種方法對(duì)其破壞效 應(yīng)進(jìn)行量化計(jì)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(kuò)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(chǎng)景。此步驟同時(shí)是估算流程中的一個(gè)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(chǎng)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(jì)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(gè)多米諾事故場(chǎng)景中需要的應(yīng)急資源種類(lèi)集合矩陣，建立共性一一 特性應(yīng)急資源分類(lèi)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(lèi)方法，對(duì)各類(lèi)型應(yīng)急資源的需求量 進(jìn)行估算。考慮到潛在多米諾效應(yīng)事故是一個(gè)概率場(chǎng)景，又多為廠(chǎng)區(qū)或跨廠(chǎng)區(qū)范圍事故，共 性應(yīng)急資源之間可以方便地進(jìn)行相互支援。因此，對(duì)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(lái)，求取需求量的期望值。
[0015] 而對(duì)于特性應(yīng)急資源，由于事故鏈中僅有1起事故對(duì)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(jìn)去，則一旦事故發(fā)生，估算量極有可能無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)急救 援需求。因此，對(duì)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(lái)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(diǎn)：
[0017] (1)本方法在常規(guī)事故后果場(chǎng)景計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，考慮了潛在多米諾事故場(chǎng)景 下的應(yīng)急資源估算，既著眼于既發(fā)事故本身，同時(shí)還考慮了潛在的次生事故，以隨時(shí)應(yīng)對(duì)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(chǎng)景中需要的多種應(yīng) 急資源種類(lèi)，將應(yīng)急資源按照共性、特性區(qū)分開(kāi)。使應(yīng)急資源需求量估算值更貼近于實(shí)際需 求值，減少資源浪費(fèi)，為決策者提供更加可靠的決策依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測(cè)方法。
[0020] 圖2是本發(fā)明所應(yīng)用的典型事故案例現(xiàn)場(chǎng)平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明，需指出的是，以下若有未特別詳細(xì) 說(shuō)明之處，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
[0022] 2012年5月28日中午13時(shí)10分，位于惠州大亞灣石化區(qū)內(nèi)的某企業(yè)1個(gè)3000m3苯乙 烯儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)（1#)。該儲(chǔ)罐周?chē)植贾?個(gè)3000m 3苯乙烯儲(chǔ)罐(2#、3#)，且上風(fēng)向存在1個(gè) 50m3臥式柴油儲(chǔ)罐(4#)和2個(gè)80m 3臥式二甲苯儲(chǔ)罐(5#、6#)，存在發(fā)生多米諾效應(yīng)事故的巨 大風(fēng)險(xiǎn)。事故現(xiàn)場(chǎng)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(chē)、518名消防官兵、170噸消防泡沫液進(jìn)行救援，最終事故在 當(dāng)天下午15時(shí)左右得到控制。
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明提供的危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測(cè)方法，包含 以下步驟。
[0024]步驟1:確定初始事故場(chǎng)景，對(duì)初始事故場(chǎng)景的擴(kuò)展因素進(jìn)行分析，判斷既發(fā)事故 為火災(zāi)，參照表1可確定事故擴(kuò)展因素為熱輻射。
[0025]表1火災(zāi)、爆炸事故擴(kuò)展因素分類(lèi)表
[0026]
[0027]步驟2:結(jié)合事故后果分析模型，針對(duì)某一事故類(lèi)型同時(shí)采用多種方法對(duì)其破壞效 應(yīng)進(jìn)行量化計(jì)算，采納破壞效應(yīng)最嚴(yán)重的表征值。1#為常壓液體儲(chǔ)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(chǔ)罐間距、液池直徑(取儲(chǔ)罐直徑17m)等參數(shù)，可推算事 故儲(chǔ)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(duì)其影響可以忽略。
[0028]表2細(xì)分事故場(chǎng)景特性分類(lèi)表
[0029]
[0030] 步驟3:基于事故后果分析結(jié)果，結(jié)合事故擴(kuò)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(chǎng)景。根據(jù)事故擴(kuò)展參數(shù)閾值，常壓儲(chǔ)罐受熱輻 射作用破壞失效的閾值為15kw/m 2(見(jiàn)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(jìn)行循環(huán)。分別對(duì)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(chǎng)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(gè)。
[0034] 步驟5:利用設(shè)備破壞失效概率擬合公式定量計(jì)算事故鏈條及鏈條上各設(shè)備發(fā)生 事故的概率。基于設(shè)備失效前時(shí)間（ttf)的熱輻射破壞失效概率模型（見(jiàn)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(jì)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(jiàn)表5。可以看出，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(kuò)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(gè)多米諾事故場(chǎng)景中需要的應(yīng)急資源種類(lèi)集合矩陣，建立共性一一 特性應(yīng)急資源分類(lèi)方法。
[0044] 共性一一個(gè)性應(yīng)急資源分類(lèi)方法如下：設(shè)共有m個(gè)設(shè)備出現(xiàn)在多米諾效應(yīng)事故場(chǎng) 景中（步驟1~4)，整個(gè)多米諾事故場(chǎng)景中需要的應(yīng)急資源種類(lèi)集合為T(mén)= {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(gè)設(shè)備發(fā)生事故后對(duì)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(gè)設(shè)備發(fā)生事故后對(duì)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(gè)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(gè)元素不為0，則被定義為"個(gè)性 應(yīng)急資源"。
[0047] 共性一一個(gè)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(chǎng)景中第i 個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(chǎng)景下的共性和個(gè)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(gè)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(gè)儲(chǔ)罐相同，故該潛在多米諾效應(yīng)事故場(chǎng)景下需要的應(yīng)急資源類(lèi)型以共性 為主，因此按式(4)進(jìn)行求取。由于事故場(chǎng)景下的應(yīng)急資源需求類(lèi)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(jìn)行計(jì)算，求得1#、2#、3#發(fā)生事故后的消 防泡沫液實(shí)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(yàn)，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(qiáng)度，儲(chǔ)罐 油品火災(zāi)一般取1.5 X l(T3m3/S; t為總攻時(shí)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(chǎng)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(xiàng)】
1. 一種危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測(cè)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(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故發(fā)生概率及事故類(lèi) 型，建立一個(gè)共性一一個(gè)性的應(yīng)急資源分類(lèi)方法及其相對(duì)應(yīng)的需求量估算模型，進(jìn)行應(yīng)急 資源需求量預(yù)測(cè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種危險(xiǎn)化學(xué)品多米諾事故應(yīng)急物資需求量預(yù)測(cè)方法，其特 征在于具體步驟如下： 步驟1:確定初始事故場(chǎng)景，對(duì)初始事故場(chǎng)景的擴(kuò)展因素進(jìn)行分析判斷； 步驟2:結(jié)合事故后果分析模型，針對(duì)某一事故類(lèi)型同時(shí)采用多種現(xiàn)有方法對(duì)其破壞效 應(yīng)進(jìn)行量化計(jì)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(kuò)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(chǎng)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(chǎng)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(jì)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(gè)多米諾事故場(chǎng)景中需要的應(yīng)急資源種類(lèi)集合矩陣，建立共性一一特性 應(yīng)急資源分類(lèi)方法； 步驟7:結(jié)合概率及共性一一特性應(yīng)急資源分類(lèi)方法，對(duì)各類(lèi)型應(yīng)急資源的需求量進(jìn)行 估算;考慮到潛在多米諾效應(yīng)事故是一個(gè)概率場(chǎng)景，又多為廠(chǎng)區(qū)或跨廠(chǎng)區(qū)范圍事故，共性應(yīng) 急資源之間能方便地進(jìn)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(lái)，求取各 類(lèi)型應(yīng)急資源需求量的期望值;而對(duì)于特性應(yīng)急資源，由于事故鏈中僅有1起事故對(duì)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(jìn)去，則一旦事故發(fā)生，估算量極有 可能無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)急救援需求;因此，對(duì)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(lái)確定資源需求量。
【文檔編號(hào)】G06Q50/26GK105976043SQ201610207369
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】陳國(guó)華, 陳培珠, 安霆
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)