化工產品泄露應急疏散研究

李琦

(北京京誠嘉宇環境科技有限公司，北京 100053)

化工產品泄露應急疏散研究

李琦

(北京京誠嘉宇環境科技有限公司，北京 100053)

在研究應急疏散原理的基礎上，利用ALOHA軟件對疏散范圍進行計算，根據濃度的區分可以劃分為3個不同級別的疏散范圍，根據ERPG原則確定是否進行疏散，以最短的疏散時間為指標，對最優化路線進行建模計算，得到最短的疏散結束時間和疏散人數，根據對安全范圍和疏散路線的確定，可以最大程度地保證工作人員的人身財產安全。

應急疏散;泄露;環境評價;建模

引言

隨著科學技術的發展，化工產品的需求量也隨之劇增，同時，近年來化工行業的泄露和爆炸事件頻發，特別是生產過程中因操作不當和設備故障導致的泄露事故，不僅給企業帶來了巨額的經濟損失，也給企業員工和附近居民帶來了較大的危害［1－3］。在化工產品發生泄露時，應該對事故現場人員進行疏散，并設定疏散的范圍，建立相對的安全區。在一些有毒有害的化工產品泄露事故中，如果沒有科學合理的疏散方案，不做好疏散時間、路線和人數的量化估計，會造成生命通道的堵塞，使疏散時間延長，危及疏散人群的生命安全，同時，盲目的疏散和大范圍的疏散措施，也會浪費大量的人力和物力。

早在20世紀70年代，Houston、Voorhess、Tufekci等就對最優疏散路線選取的方法進行了研究，并提出了數學模型。美國工業衛生協會規定了100多種化學品的疏散距離，并且每年都增加7種化學品的數據。國內也有對有毒氣體擴散速度進行的建模研究，構建泄露氣體擴散的模型，研究泄露事故的影響范圍和環境評級［4－10］。疏散范圍的確定通常采用高斯模型、半球理論擴散模型和緊急響應計劃指南(ERPG)，但是采用高斯模型分析時無法適用于低風速的情況，且不能表達擴散濃度與時間的變化關系，半球模型適用于穩定氣象條件下，經過修正可用于風速高的情況，但模型還不夠穩定。而ERPG需要測得現場的實際濃度來判定應急疏散范圍，在實際突發狀況時，時效性會滯后，會對現場的人員造成一定的傷害。

本研究對化工產品泄露突發事件的疏散范圍、疏散時間和疏散路線進行計算分析，力求得到最佳的疏散范圍、最短的疏散時間和最佳的疏散路線，最大程度地減少給人員帶來的傷害。

1 應急疏散原理

應急疏散是將處于危險區域的人員按照一定的科學方法轉移至安全區域，盡可能地減少人員的傷亡，應急疏散原理包含疏散范圍、疏散時間和疏散路線3方面的內容。

應急疏散范圍的確定方法主要有3種，分別是高斯模型、半球理論模型和化學品泄漏事故影響區域原則(ERPG)。

高斯模型適用于風速適中的中性氣體泄漏，包括瞬時泄露煙團模型和連續泄漏煙羽模型，常見的煙羽模型可簡化為式(1):

圖1 高斯模型下的疏散范圍

半球理論模型適用于風速較小的情況，氣體的擴散半徑計算公式為，其中，R為擴散半徑;V為有毒氣體的蒸發體積;c為氣體的體積分數。根據半徑R作圓，疏散范圍根據實際情況進行修正。

美國工業衛生協會制定的化學品泄漏危害區域原則是監測現場有毒氣體濃度，根據威脅生命的最大濃度進行劃分。濃度范圍劃分為ERPG－1、ERPG－2、ERPG－3 3個等級。濃度小于1級視為安全區，大于3級作為致死區，2級與3級之間為重傷區。

疏散時間通常采用STEPS軟件和Pathfinder軟件進行模擬計算分析，疏散路線主要分最短疏散距離和最短疏散時間，通過分別建立數學模型，可以得到相關規劃方程。

2 應急疏散的研究

2.1 疏散范圍的計算

采用ALOHA軟件計算化工產品泄露事故的影響區域，根據影響區域來設定應急疏散的范圍，根據ERPG原則來判定室內、外的工作人員是否需要緊急疏散。當室內濃度大于ERPG－3時，室內人員應立即向室外疏散;當室內濃度小于ERPG－1時，室內人員可以不用采取疏散;當介于ERPG－1和ERPG－3之間時，室內人員需在室內做好避難準備。

例如，利用ALOHA軟件計算某一工廠液氯儲罐泄露事件的影響區域，儲罐體積為0.6 m3，儲存液氯量為850 kg，泄露點為閥門法蘭處，泄露口為2 cm，泄露點距離地面0.1 m，經軟件計算，最大泄露速率為85 kg/h，泄露總量為737 kg，液氯的密度比空氣密度大，采用重氣擴散模型計算。通過計算，模擬結果如圖2所示。

圖2 液氯泄露影響的區域

由圖2可知，濃度≥20×10－6時，評級為ERPG－3，這個區域內為緊急避難區，ERPG－2區域是重傷區，是需要協助的疏散區，ERPG－1為引導疏散區。在疏散區域內有一棟兩層樓的辦公樓，該辦公樓室外的濃度變化如圖3所示。

圖3 辦公樓室外濃度變化

圖3中實線為辦公樓室外氯氣的濃度，虛線表示為室內氯氣濃度，從圖3可以看出，泄露事故發生后，室外氯氣濃度很快高于ERPG－3級，室外的濃度要比室內的濃度要高，經過10 min后，室內的濃度要高于室外的濃度，且室內的濃度要高于ERPG－3，此時，如果繼續在室內停留則危險程度更高，因此，根據ERPG的原則，室內的工作人員應該向室外疏散撤離。

2.2 疏散路線的確定

圖4 建筑出口至安全區域的疏散網絡節點

根據2.1，工作人員需向室外疏散至安全區域，疏散線路如圖4所示。假設所有工作人員都保持理性，聽從指揮按計劃疏散，不存在繞圈和返回的現象，各個路段有流量限制，建立時間最短的數學模型:，疏散路線的流量限制為flmax疏散時間疏散時間與通過時間TRL息息相關。

需要找出疏散起點到安全區域的疏散路線，根據TRl的排序進行疏散，記錄流量fl，應刪除流量為0的路段。根據可行路線集合R，R應滿足TR1≤TR1…根據來確定最優的疏散路線。可行性疏散路線集合和通過時間如表1所示。

表1 可行性疏散路線集合與通過時間

假設疏散人數為800人，根據建模公式計算，最優路線集合與時間如表2所示。通過公式計算出最優線路有3條，疏散的人數分別為435人、292人和78人，3條路線疏散結束時間相等，該辦公樓內800人從出口至安全區域的最短疏散時間為229 s。

表2 最優化集合路線和結束時間

3 結語

在研究應急疏散原理的基礎上，利用ALOHA軟件對疏散范圍進行計算，根據濃度的區分可以劃分為3個不同級別的疏散范圍，根據ERPG的原則確定是否進行疏散，可以避免盲目的疏散，降低損失，最大程度地保證人員安全。通過以最短的疏散時間為指標，對最優化路線的建模計算，得到最短的疏散結束時間和疏散人數，根據對安全范圍和疏散路線的確定，可以最大程度地保證工作人員的人身財產安全。

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［3］王丹，趙江平，劉冬華，等.基于高斯模型的液氨儲罐泄漏擴散仿真分析［J］.環境工程，2016(7):140－144.

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［10］劉朝峰，郭小東，李巖峰.基于智能優化的應急疏散道路自主評價模型［J］.工業建筑，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年畢業于中國石油大學，碩士學位，工程師，從事環境影響評價、環境風險應急預案方面工作。