基于動態(tài)毒性負荷的人員疏散安全評估方法*（安全）
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基于動態(tài)毒性負荷的人員疏散安全評估方法*（安全）
席學(xué)軍1，史聰靈1，代德軍2
（1．中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京100012；2．中國兵工物資集團有限公司運營管理部，北京100089）
摘要：毒氣泄漏事故在高含硫氣田及化工園區(qū)頻繁發(fā)生，一旦發(fā)生事故，周邊公眾迅速進行疏散是應(yīng)急的首要任務(wù)。我國很多地區(qū)制定了疏散方案，但是如何評估疏散的安全性和可行性，是亟待解決的問題。分析了我國泄漏事故特點和周邊居民情況，對以往評估方法缺陷進行了剖析，提出基于動態(tài)毒性負荷分析的安全疏散評估方法。該方法在毒氣擴散的精確3d模擬及疏散模擬的基礎(chǔ)上，用差分法對人員行走過程中的毒性負荷P e進行的計算，最終得出相應(yīng)的致死概率Pr，并通過一個實例驗證該方法的可行性。結(jié)果表明，運用該方法能夠詳盡、準確規(guī)劃疏散區(qū)域、搬遷區(qū)域和避難區(qū)域。
關(guān)鍵詞：動態(tài)毒性負荷；疏散；安全評估；應(yīng)急；致死概率
中圖分類號：X937 doi：10. 117 31/jissn. 1673-193x. 2016. 05. 029
0 引言
近年來，毒氣泄漏事故在高含硫氣田及化工園區(qū)頻繁發(fā)生。2003年12月23日發(fā)生在我國四川山區(qū)的“12·23”特大井噴事故，事故緊急疏散65 632人，造成243人死亡，有相當(dāng)多的居民是死在路上。在筆者現(xiàn)場調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場地形復(fù)雜，居民人口數(shù)量眾多且分布零散，交通極為不便，道路規(guī)劃不合理，居民難以安全逃生，這是導(dǎo)致現(xiàn)場群死群傷的重要原因之一。在毒氣泄漏事故發(fā)生后，除了需要進行失控判定、封堵決策、泄漏控制方案決策等一系列應(yīng)急決策動作外，應(yīng)急決策者還需要考慮的是如何進行場所內(nèi)人員撤離、周
圍群眾疏散等公眾保護的問題，特別是我國很多地區(qū)道路規(guī)劃不合理、出入道路單一、疏散困難等條件下，如何判定現(xiàn)場的疏散條件滿足社會公眾疏散要求，及時評估疏散安全性可行性，是亟待解決的問題。
迅速制定疏散距離是毒氣泄漏事故應(yīng)急的重要課題，早在2000年，美國、加拿大和墨西哥聯(lián)合編制的ERG 2000。這些數(shù)據(jù)是運用釋放速率、不同化學(xué)物質(zhì)的理化特性和毒性，結(jié)合氣象條件，迅速確定疏散距離，但是該手冊主要根據(jù)北美的地形和氣象條件，而且沒有
考慮我國復(fù)雜的地形條件對于疏散的影響，所以只能作為大概判斷，精確度有限，不符合中國國情。
目前國內(nèi)采用的人員安全疏散評估方法主要以基于瞬間致死濃度時間判別法為主，該方法主要基于瞬間致死濃度時間來進行來判斷可用疏散時間大于必須疏散時間作為是否安全的評判標準，但是這種方法具有一定的局限性，主要表現(xiàn)在：①該方法假設(shè)的前提是人員疏散的路徑朝向遠離泄漏源的方向，但實際情況有些疏散道路需要往回走一段（距離泄漏源）然后才能向外疏散，這種情況下導(dǎo)致評估結(jié)果是安全的，而實際可能非常危險；②該方法假設(shè)某一瞬間致死濃度為危險值，然后進行疏散，而實際情況是人承受超限劑量就會死亡，瞬間致死濃度致死只是其中一種現(xiàn)象，這就導(dǎo)致該方法沒有考慮到低濃度死亡情況，評估結(jié)果可信度不足；③該方法沒有考慮疏散過程中人是一個活動物體，在運動過程中，其時間地點及所遭受濃度也不一樣，這樣導(dǎo)致該方法評估結(jié)果往往與事實不符。
因此，針對以上不足，本文提出一種安全疏散判定方法，利用動態(tài)毒性負荷分析方法進行判定。動態(tài)毒性負荷判別法需要結(jié)合3d氣體擴散結(jié)果及人員疏散模擬結(jié)果，通過對個體疏散過程中行走路徑中所吸收的毒性負荷計算來判定人員疏散的安全性，能夠準確反映道路路線及人員行走移動的特征，科學(xué)準確的評估其疏散的安全性，徹底解決以往評估方法準確性不足的難題。
1 評估方法
1.1 致死概率及毒性負荷計算
通過精確模擬毒性氣體擴散時在時空中的分布規(guī)律和特征，這便為判斷個體遭受毒氣毒害氣體風(fēng)險分析提供了基礎(chǔ)。受體致死概率的確定是事故后果分析中的關(guān)鍵問題，考察毒氣對個體致命傷害的概率，可以選用概率函數(shù)方程來進行。對化學(xué)物質(zhì)暴露而言通常采用下面形式的概率方程：
1.2 動態(tài)毒性負荷累計計算方法
進行動態(tài)毒性負荷計算時，首先需要采用三維模型進行數(shù)值模擬得出時間序列的濃度場，其產(chǎn)生的濃度場計算結(jié)果由數(shù)萬個點構(gòu)成，進一步進行毒性負荷計算需要對人行走所在的每一個焦進行計算，這就導(dǎo)致毒性致死概率計算需要進行多個步驟。計算過程主要包括三維數(shù)值模擬、疏散模擬、積分計算以及受體致死概率計算四個步驟。
具體離散計算過程如表1所示，表中關(guān)于濃度的差分格式是前差方式，根據(jù)要求具體可使用其他差分格式。
通過表1，我們就能夠完成所有毒性負荷的計算，這里n取值與式(2)相同。最終將計算得出的毒性負荷帶入式(1)就能得出人員在該疏散路徑的致死概率。
2計算案例
本案例為評估計算某井場周邊某道路的疏散能力。按照疏散個體分別從距離泄漏源300、600 m沿規(guī)劃的線路行走，通過疏散過程中，人員遭受毒氣的毒性負荷沿疏散路徑的積分實現(xiàn)。這里疏散響應(yīng)時間為5min（即開始疏散時間-泄漏時間），作為計算的假設(shè)條件。
2.1 疏散道路及氣體擴散后果模擬
圖2中不同區(qū)域代表不同濃度H2S的蔓延區(qū)域，曲線表示疏散路徑和方向。在選取的疏散路徑上，提取26個點的時間濃度曲線，以獲得人員在該行走路線上所吸收的有毒氣體濃度。
2.2 疏散致死風(fēng)險計算結(jié)果
2.2.1 下風(fēng)向從300 m位置疏散人員致死概率計算
如圖3所示，圖中左邊的坐標為疏散個體在疏散過程中的毒性負荷的累計量，右邊為疏散個體在疏散過程中所遭受的濃度。在整個疏散過程中，致死概率最大值為1，濃度最大值為2.5×104 p pm�？梢钥吹皆谑枭⑦^程中，其致死概率很快就達到1，即很大程度上會死亡。
2.2.2 下風(fēng)向從600 m位置疏散人員致死概率計算
如圖4所示，圖中左邊的坐標為疏散個體在疏散過程中的毒性負荷的累計量，右邊為疏散個體在疏散過程中所遭受的濃度。在整個疏散過程中，致死概率值為1.1×10-7，濃度最大值為2.6×102 pp m，可以看到在疏散過程中會非常安全。
3 結(jié)論
1)本文基于理論研究、標準規(guī)法和現(xiàn)場實踐，提出一種基于毒性負荷的人員疏散安全評估方法。其基本原理是，人員在毒氣泄漏事故條件下，計算其在疏散過程中所遭受的毒性負荷，進而得出致死概率，判斷其疏散安全性。
2)氣體擴散場模擬和人員疏散模擬結(jié)果為本方法的數(shù)據(jù)來源和計算的先決條件，本方法計算精度取決于以上兩種模擬結(jié)果的精度。
3)通過本方法的計算，能夠準確計算得出毒氣泄漏事故周邊安全疏散區(qū)域的大小。同時，通過計算不安全疏散區(qū)域邊界，可以準確得出搬遷、避難區(qū)域。
4)本方法通過對現(xiàn)有道路疏散的評估，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有疏散道路、疏散管理體制和應(yīng)急預(yù)案的不足，為提高公眾疏散水平提供了幫助。
