化工产品泄露应急疏散研究

李琦

(北京京诚嘉宇环境科技有限公司，北京 100053)

化工产品泄露应急疏散研究

李琦

(北京京诚嘉宇环境科技有限公司，北京 100053)

在研究应急疏散原理的基础上，利用ALOHA软件对疏散范围进行计算，根据浓度的区分可以划分为3个不同级别的疏散范围，根据ERPG原则确定是否进行疏散，以最短的疏散时间为指标，对最优化路线进行建模计算，得到最短的疏散结束时间和疏散人数，根据对安全范围和疏散路线的确定，可以最大程度地保证工作人员的人身财产安全。

应急疏散;泄露;环境评价;建模

随着科学技术的发展，化工产品的需求量也随之剧增，同时，近年来化工行业的泄露和爆炸事件频发，特别是生产过程中因操作不当和设备故障导致的泄露事故，不仅给企业带来了巨额的经济损失，也给企业员工和附近居民带来了较大的危害［1－3］。在化工产品发生泄露时，应该对事故现场人员进行疏散，并设定疏散的范围，建立相对的安全区。在一些有毒有害的化工产品泄露事故中，如果没有科学合理的疏散方案，不做好疏散时间、路线和人数的量化估计，会造成生命通道的堵塞，使疏散时间延长，危及疏散人群的生命安全，同时，盲目的疏散和大范围的疏散措施，也会浪费大量的人力和物力。

早在20世纪70年代，Houston、Voorhess、Tufekci等就对最优疏散路线选取的方法进行了研究，并提出了数学模型。美国工业卫生协会规定了100多种化学品的疏散距离，并且每年都增加7种化学品的数据。国内也有对有毒气体扩散速度进行的建模研究，构建泄露气体扩散的模型，研究泄露事故的影响范围和环境评级［4－10］。疏散范围的确定通常采用高斯模型、半球理论扩散模型和紧急响应计划指南(ERPG)，但是采用高斯模型分析时无法适用于低风速的情况，且不能表达扩散浓度与时间的变化关系，半球模型适用于稳定气象条件下，经过修正可用于风速高的情况，但模型还不够稳定。而ERPG需要测得现场的实际浓度来判定应急疏散范围，在实际突发状况时，时效性会滞后，会对现场的人员造成一定的伤害。

本研究对化工产品泄露突发事件的疏散范围、疏散时间和疏散路线进行计算分析，力求得到最佳的疏散范围、最短的疏散时间和最佳的疏散路线，最大程度地减少给人员带来的伤害。

应急疏散是将处于危险区域的人员按照一定的科学方法转移至安全区域，尽可能地减少人员的伤亡，应急疏散原理包含疏散范围、疏散时间和疏散路线3方面的内容。

应急疏散范围的确定方法主要有3种，分别是高斯模型、半球理论模型和化学品泄漏事故影响区域原则(ERPG)。

高斯模型适用于风速适中的中性气体泄漏，包括瞬时泄露烟团模型和连续泄漏烟羽模型，常见的烟羽模型可简化为式(1):

图1 高斯模型下的疏散范围

半球理论模型适用于风速较小的情况，气体的扩散半径计算公式为，其中，R为扩散半径;V为有毒气体的蒸发体积;c为气体的体积分数。根据半径R作圆，疏散范围根据实际情况进行修正。

美国工业卫生协会制定的化学品泄漏危害区域原则是监测现场有毒气体浓度，根据威胁生命的最大浓度进行划分。浓度范围划分为ERPG－1、ERPG－2、ERPG－3 3个等级。浓度小于1级视为安全区，大于3级作为致死区，2级与3级之间为重伤区。

疏散时间通常采用STEPS软件和Pathfinder软件进行模拟计算分析，疏散路线主要分最短疏散距离和最短疏散时间，通过分别建立数学模型，可以得到相关规划方程。

2.1 疏散范围的计算

采用ALOHA软件计算化工产品泄露事故的影响区域，根据影响区域来设定应急疏散的范围，根据ERPG原则来判定室内、外的工作人员是否需要紧急疏散。当室内浓度大于ERPG－3时，室内人员应立即向室外疏散;当室内浓度小于ERPG－1时，室内人员可以不用采取疏散;当介于ERPG－1和ERPG－3之间时，室内人员需在室内做好避难准备。

例如，利用ALOHA软件计算某一工厂液氯储罐泄露事件的影响区域，储罐体积为0.6 m3，储存液氯量为850 kg，泄露点为阀门法兰处，泄露口为2 cm，泄露点距离地面0.1 m，经软件计算，最大泄露速率为85 kg/h，泄露总量为737 kg，液氯的密度比空气密度大，采用重气扩散模型计算。通过计算，模拟结果如图2所示。

图2 液氯泄露影响的区域

由图2可知，浓度≥20×10－6时，评级为ERPG－3，这个区域内为紧急避难区，ERPG－2区域是重伤区，是需要协助的疏散区，ERPG－1为引导疏散区。在疏散区域内有一栋两层楼的办公楼，该办公楼室外的浓度变化如图3所示。

图3 办公楼室外浓度变化

图3中实线为办公楼室外氯气的浓度，虚线表示为室内氯气浓度，从图3可以看出，泄露事故发生后，室外氯气浓度很快高于ERPG－3级，室外的浓度要比室内的浓度要高，经过10 min后，室内的浓度要高于室外的浓度，且室内的浓度要高于ERPG－3，此时，如果继续在室内停留则危险程度更高，因此，根据ERPG的原则，室内的工作人员应该向室外疏散撤离。

2.2 疏散路线的确定

图4 建筑出口至安全区域的疏散网络节点

根据2.1，工作人员需向室外疏散至安全区域，疏散线路如图4所示。假设所有工作人员都保持理性，听从指挥按计划疏散，不存在绕圈和返回的现象，各个路段有流量限制，建立时间最短的数学模型:，疏散路线的流量限制为flmax疏散时间疏散时间与通过时间TRL息息相关。

需要找出疏散起点到安全区域的疏散路线，根据TRl的排序进行疏散，记录流量fl，应删除流量为0的路段。根据可行路线集合R，R应满足TR1≤TR1…根据来确定最优的疏散路线。可行性疏散路线集合和通过时间如表1所示。

表1 可行性疏散路线集合与通过时间

假设疏散人数为800人，根据建模公式计算，最优路线集合与时间如表2所示。通过公式计算出最优线路有3条，疏散的人数分别为435人、292人和78人，3条路线疏散结束时间相等，该办公楼内800人从出口至安全区域的最短疏散时间为229 s。

表2 最优化集合路线和结束时间

在研究应急疏散原理的基础上，利用ALOHA软件对疏散范围进行计算，根据浓度的区分可以划分为3个不同级别的疏散范围，根据ERPG的原则确定是否进行疏散，可以避免盲目的疏散，降低损失，最大程度地保证人员安全。通过以最短的疏散时间为指标，对最优化路线的建模计算，得到最短的疏散结束时间和疏散人数，根据对安全范围和疏散路线的确定，可以最大程度地保证工作人员的人身财产安全。

［1］尚鹏.基于复杂网络的应急疏散区域提取与连通性评价方法研究［D］.长春:吉林大学，2016.

［2］梁俊.面向应急疏散的基于二型模糊的路径选择行为建模及仿真［D］.广州:广东工业大学，2016.

［3］王丹，赵江平，刘冬华，等.基于高斯模型的液氨储罐泄漏扩散仿真分析［J］.环境工程，2016(7):140－144.

［4］ 张腾.单源点危化品应急疏散问题的算法研究［D］.济南:山东大学，2016.

［5］ 单思行.突发环境事件的应急疏散研究［D］.长春:吉林大学，2016.

［6］王锟，盛武.高校教学楼楼梯出口应急疏散模型研究［J］.消防科学与技术，2016(3):332－335.

［7］张蓉，陈佳俊，顾向涛，等.智能应急疏散路径规划系统的实现［J］.江苏科技大学学报(自然科学版)，2016，30(2):189－193.

［8］汪秉宏，周涛，史冬梅.应急疏散动力学研究的意义与进展［J］.现代物理知识，2016(2):50－56.

［9］张新放，关克平.基于模糊综合评价的客船应急疏散模型研究［J］.中国修船，2016，29(3):42－44.

［10］刘朝峰，郭小东，李岩峰.基于智能优化的应急疏散道路自主评价模型［J］.工业建筑，2016，46(6):25－28 +44.

Study on chemical leak emergency evacuation

LI Qi(CERI Eco Technology Co.，Ltd.，Beijing 100053，China)

Based on the research of emergency evacuation principle，using ALOHA software for calculation of evacuation range，according to concentration distinction，3 different level of evacuation range is divided.According to ERPG principles，evacuation is determined.Taking shortest evacuation time as index，the most optimization route is modeled and calculated，and the shortest evacuation time and evacuation number are got.According to the determination of security range and evacuation route，personal property security of staff can be maximum degree of guaranteed to the greatest extent.

emergency evacuation;leakage;environmental assessment;modeling

X169

A

1004－7050(2016)06－0074－03

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.22

2016－10－11

李 琦，女，1985年出生，2010年毕业于中国石油大学，硕士学位，工程师，从事环境影响评价、环境风险应急预案方面工作。