遏制危化品泄漏事故发生的极早期预警理论探讨_黄小菲.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 7 期 260 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 7 月 遏制危化品泄漏事故发生的极早期预警理论探讨 遏制危化品泄漏事故发生的极早期预警理论探讨 黄小菲（北京慧飒科技有限责任公司，北京 100000）摘 要：摘 要：对新提出的极早期预警理论进行初步探讨，从遏制危化品泄漏事故发生的能力上将现有事故发生后报警机制转变成为事故发生前的极早期预警机制，并给出了实现极早期预警的必要条件。在事故发生之前实现极早期预警，就有充裕的时间实现现场应急处置，最终遏制事故的发生。关键词：关键词：危化品泄漏；极早期预警；隐患预测；因果关系；应急处置 1 问题的提出 1 问题的提出 1.1 遏制重特大事故发生的能力不足 我国中小危化企业占比较高，大致占全国危化企业数量的 80%，这些企业安全管理水平和设施水平参差不齐。由于伴随中国高速经济增长和制造大国过程中危化品生产的隐患集中显现，即使每年的安全投入不断增加，但是在预防机制上缺乏遏制事故发生的能力，形成了严重而不可控的系统性风险。党中央国务院一再强调要加强危险化学品等安全领域安全生产治理，已经将遏制重特大事故的发生作为首要任务。我国在预防重特大事故上形势依然严峻，总体来看，尽管我国每年以 20%速率持续增加安全上的投入。但是多年来安全事故发生的伤亡人数并没有明显减少。依据2013年 2019年我国化学品事故死亡人数统计1-2，2019年我国化学品事故伤亡人数比2013年上升26.27%，其中2015年伤亡人数达到峰值，是2013年的3.3倍。数据表明，高强度的安全投入并没有大幅度降低人员伤亡人数和经济损失，遏制重特大事故发生能力依然不足。1.2 现有报警机制难以遏制重特大事故发生 现有的报警体制，是对事故发生的特征识别后触发的报警，在危化气体报警中，主要对泄漏气体物理和化学性质、浓度、颜色、光谱、压力特征进行识别检测，但是此时次危化气体泄漏已经发生，再考虑到报警时间延迟、接警处理事件延迟、人员到达现场路程耗费的时间延迟、应急现场处置时间延迟，长时间的失控泄漏很可能形成不可控的事故。以典型危化气体泄漏为例，事故发生和应急处理时间序列为：气体泄漏，时刻 t2；泄漏气体从泄漏点蔓延至气体浓度探测器并达到浓度设定阈值并触发报警（时刻 t3），所用时间 T2；接到报警后值班员立即进行初判和核警，然后去现场进行现场应急处置，处置完毕时刻 t4，从接警到应急处置完毕经历的时间 T3。图1 现有报警方式下泄漏事故的时间发生序列 图1 现有报警方式下泄漏事故的时间发生序列 依据上述事件发生序列可以得到：（1）接到报警时，是在气体泄漏发生后经历T2后的t3时刻；（2）应急处置完毕是在泄漏发生后的t4时刻，经历了T2+T3时间段。依据多次危化气体扩散试验可知，在密闭环境下，气体DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.044 黄小菲：遏制危化品泄漏事故发生的极早期预警理论探讨 261 浓度探测器与泄漏点水平距离为7.5米情况下，报警延迟时间T2平均为5分钟。由文献3-6给出的数字模拟计算不同场合下的报警延迟时间 T2 大致情况为。室内氯气罐泄漏报警延迟 2 分钟；住宅天然气管路泄漏报警延迟 3 分钟；室内氧气罐报警延迟4 分钟；天然气管廊报警延迟 5 分钟；室外大型储罐报警延迟超过几十分钟。不仅报警延迟影响应急处置能力，现场应急处置时间的延迟也大大影响应急处置能力。对某开发区的 20 家重点危化企业自 2018 年 2021 年的 137 次现场应急处置时间 T3（到达现场时间+处置时间）的统计结果表明：现场应急处置时间 T3 平均时间为 10.7 分钟，其中 0 5 分钟占比31.39%；5 10 分钟占比 27.74%；10 15 分钟占比 18.98%；15 20 分钟占比 9.49%；20 25 分钟占比 2.92%；25 30分钟占比 4.38%；30 35 分钟占比 1.46%；35 40 分钟占比 2.19%；超过 40 分钟的比例为 1.46%。其中现场应急处置时间 T3 在 5 分钟以上的比例高达 68.61%，说明绝大部分的应急处置延时在 5 分钟以上。由此可以得出结论：目前的报警机制是在泄漏发生后的报警，不能遏制泄漏事故的发生；目前报警系统从接到报警接警到达现场应急处置完毕，是在泄漏发生后的 T2+T3 时间后（T3 为到达现场+应急处置时间），平均需要 10 分钟以上。持续 10 分钟的泄漏很可能酿成重大事故。因此，现有报警机制难以遏制重特大事故发生。2 遏制危化品泄漏的极早期预警理论 2 遏制危化品泄漏的极早期预警理论 本文提出遏制危化品泄漏的极早期预警理论的目的在于系统具备遏制事故发生的能力，提前消除事故苗头。遏制事故发生主要依赖于两个问题的解决，一是在泄漏之前发现即将出现的泄漏特征（极早期预警）；二是在泄漏之前必须完成现场应急处置。2.1 遏制危化品泄漏的极早期预警可行性 事故发生过程存在因果关系的。因果关系是唯物辩证法揭示客观世界中普遍联系着的事物具有时序先后、彼此制约的客观规律。原因是引起现象的现象（因素），结果是指由于某种原因的作用而造成的现象。7 目前灾害和事故过程分析都是在因果关系基础上进行的。在因果关系模型上，日本石川馨 1943 年提出的一种因果分析与解决问题的鱼骨图分析方法，第一步分析问题，找出影响问题的因素，尽可能列出所有原因；第二步绘制鱼骨图，将所要分析的问题绘制为鱼头，指向鱼脊的箭头代表导致问题发生的主要因素，在各个鱼刺上的小箭头则是主要因素的子因素。8 贝叶斯网络的因果关系和马尔可夫随机场中的马尔可夫毯，事故发生过程中节点与相邻的节点集合存在因果关系。因果关系和因果关系模型都清楚地表明，事故的发生过程具有两个特点，逻辑特点和时序特点。极早期预警就是利用逻辑特点实现预警，利用时序特点实现极早期。仍然以危化气体泄漏事故过程为例，危化气体泄漏主要由腐蚀、阀门失效、电气故障等原因构成因果关系；腐蚀、阀门失效、电气故障又和介质特征、环境特征、应力特征、材料特征、老化特征、磨损特征、器件失效特征、流体杂质特征构成因果关系。在因果关系中的因果存在时间延迟。利用因果关系可确定引发泄漏事故的隐患变量，利用因果关系中的时间延迟可实现泄漏发生之前发出极早期预警。2.2 极早期预警方式下泄漏事故发生和应急处理时间序列 图3 极早期预警方式下泄漏事故发生和应急处理时间序列 图3 极早期预警方式下泄漏事故发生和应急处理时间序列 采用极早期预警方式后，基本改变了现有报警体制下事故发生和应急处理时间序列。极早期预警在时间上先于事故发生，也先于报警。应急处置不再位于泄漏事故发生后，而是提前到事故发生之前。通过隐患预防预测技术可以将大部分可能引发泄漏事故的隐患在更早期消除。极早期预警重点放在与泄漏事故构262 黄小菲：遏制危化品泄漏事故发生的极早期预警理论探讨 成因果关系的原因特征识别，而不是现有报警体制针对泄漏事故特征识别。极早期预警时刻t1，泄漏事故发生时刻t3，极早期预警提前时间T1=t2-t1，应急处理时间T3，当T1 T3时，系统具备遏制事故发生的能力。遏制危化品泄漏极早期预警必要条件 满足遏制危化品泄漏事故的必要条件需要两个前移：防线前移。由原有的报警防线前移至极早期预警防线。应急处置前移，由原来的报警后应急处置前移至极早期预警后的应急处置。遏制危化气体泄漏事故的必要条件：（1）漏时刻 t2 之前发出极早期预警，极早期预警提前时间为 T1；（2）T1 T3。即极早期预警提前时间T1应大于到达现场应急处置时间T3。极早期预警提前时间T1不受人为控制，目前技术水平下唯一的可控制变量是到达现场应急处置时间T3。要满足T1 T3条件，可以令T3 0，这样就可以保证极早期预警提前时间T1 T3。使得到达现场应急处置时间 T3 0 最有效的方法是采用远程应急处置，利用电信号的电磁场传播速度远远高于人员到达现场行进速度，可在数秒钟以内完成应急处置。2.3 应急处置能力对极早期预警提前时间的约束 图4 现场应急处置时间的确定 图4 现场应急处置时间的确定 以安全生产中电气故障导致危化品泄漏的极早期预警过程为例。依据遏制泄漏事故发生的必要条件 T1 T3，只有处在图 4 中 A、B、C 三个区域时，系统具备遏制泄漏事故发生的能力。然而在实现极早期预警提前时间 T1 上，在0 秒 10 秒区间，目前极早期预警技术实现有一定难度；在 10 秒 40 秒区间，极早期预警技术实现难度较大；在40 秒以上区间，极早期预警技术实现难度非常大，而且成本大大增加。因此极早期预警下现有应急处置能力重点放在A区域，即极早期预警提前时间小于10秒，而现场应急处置时间小于10秒。以往的10分钟（理想情况5分钟）到达现场的现场应急处置模式显然不满足要求，必须大大改进现有的现场应急处置模式满足10秒的要求。否则即使提前发出了极早期预警，最后因应急处置的延迟依然可能导致事故发生。3 结束语 3 结束语 从遏制危化品泄漏事故发生能力建设出发的极早期预警理论、技术和实践只是刚刚开始。围绕极早期预警理论的隐患预测技术、极早期预警技术、现场应急处置技术还在进行当中。目前极早期预警已经开始应用，在某开发区的近两年的6 起危化气体泄漏极早期预警服务中，采用极早期预警技术提前发现了泄漏隐患，与现有的报警触发时间相比，6 起危化气体泄漏最早的提前1小时32分钟，最晚的提前32分钟，全部成功地阻止了气体泄漏的发生。未来希望真正落实党中央和国务院对应急管理的遏制事故发生的要求。参考文献 参考文献 1 张圣柱,王旭,魏利军,等.“2016-2020 年全国化工和危险化学品事故分析研究”J.中国安全生产科学技术,2021,17(10):119-126.2 李健,冯云晓,余乐安,等.“十二五期间我国危险化学品事故统计及建议”J.武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2016,38(5):543-547.3 邓小娇,姚安林,徐涛龙,等.“城市综合管廊燃气舱室输气管道泄漏扩散规律研究”J.中国安全生产科学技术,2019,15(11):84-89.4 马力,何松,牛奕,等.“化工厂火灾-泄漏耦合作用下氯气扩散的数值模拟”J.安全与环境工程,2019,26(9):161-166.5 吴宪,闫继明,梁国福,等.“住宅天然气泄漏扩散规律研究”J.消防科学与技术,2021,40(7):971-976.6 贾璐.氨制冷机房泄漏扩散规律研究D.天津商业大学,2021.7 刘培.唯物辩证法理论M.吉林出版集团股份有限公司,2013:87-95.8 石川馨.质量管理M.中国人民大学出版社,1979:120-125.