基于动态毒性负荷的人员疏散安全评估方法*（安全）

基于动态毒性负荷的人员疏散安全评估方法*（安全）

                       席学军¹，史聪灵¹，代德军²

    （1．中国安全生产科学研究院，北京100012；2．中国兵工物资集团有限公司运营管理部，北京100089）

摘要：毒气泄漏事故在高含硫气田及化工园区频繁发生，一旦发生事故，周边公众迅速进行疏散是应急的首要任务。我国很多地区制定了疏散方案，但是如何评估疏散的安全性和可行性，是亟待解决的问题。分析了我国泄漏事故特点和周边居民情况，对以往评估方法缺陷进行了剖析，提出基于动态毒性负荷分析的安全疏散评估方法。该方法在毒气扩散的精确3d模拟及疏散模拟的基础上，用差分法对人员行走过程中的毒性负荷P _e进行的计算，最终得出相应的致死概率P_r，并通过一个实例验证该方法的可行性。结果表明，运用该方法能够详尽、准确规划疏散区域、搬迁区域和避难区域。

关键词：动态毒性负荷；疏散；安全评估；应急；致死概率

中图分类号：X937  doi：10.  117 31/jissn. 1673-193x. 2016. 05. 029

0  引言

    近年来，毒气泄漏事故在高含硫气田及化工园区频繁发生。2003年12月23日发生在我国四川山区的“12·23”特大井喷事故，事故紧急疏散65 632人，造成243人死亡，有相当多的居民是死在路上。在笔者现场调查过程中发现，现场地形复杂，居民人口数量众多且分布零散，交通极为不便，道路规划不合理，居民难以安全逃生，这是导致现场群死群伤的重要原因之一。在毒气泄漏事故发生后，除了需要进行失控判定、封堵决策、泄漏控制方案决策等一系列应急决策动作外，应急决策者还需要考虑的是如何进行场所内人员撤离、周

围群众疏散等公众保护的问题，特别是我国很多地区道路规划不合理、出入道路单一、疏散困难等条件下，如何判定现场的疏散条件满足社会公众疏散要求，及时评估疏散安全性可行性，是亟待解决的问题。

    迅速制定疏散距离是毒气泄漏事故应急的重要课题，早在2000年，美国、加拿大和墨西哥联合编制的ERG 2000。这些数据是运用释放速率、不同化学物质的理化特性和毒性，结合气象条件，迅速确定疏散距离，但是该手册主要根据北美的地形和气象条件，而且没有

考虑我国复杂的地形条件对于疏散的影响，所以只能作为大概判断，精确度有限，不符合中国国情。

    目前国内采用的人员安全疏散评估方法主要以基于瞬间致死浓度时间判别法为主，该方法主要基于瞬间致死浓度时间来进行来判断可用疏散时间大于必须疏散时间作为是否安全的评判标准，但是这种方法具有一定的局限性，主要表现在：①该方法假设的前提是人员疏散的路径朝向远离泄漏源的方向，但实际情况有些疏散道路需要往回走一段（距离泄漏源）然后才能向外疏散，这种情况下导致评估结果是安全的，而实际可能非常危险；②该方法假设某一瞬间致死浓度为危险值，然后进行疏散，而实际情况是人承受超限剂量就会死亡，瞬间致死浓度致死只是其中一种现象，这就导致该方法没有考虑到低浓度死亡情况，评估结果可信度不足；③该方法没有考虑疏散过程中人是一个活动物体，在运动过程中，其时间地点及所遭受浓度也不一样，这样导致该方法评估结果往往与事实不符。

    因此，针对以上不足，本文提出一种安全疏散判定方法，利用动态毒性负荷分析方法进行判定。动态毒性负荷判别法需要结合3d气体扩散结果及人员疏散模拟结果，通过对个体疏散过程中行走路径中所吸收的毒性负荷计算来判定人员疏散的安全性，能够准确反映道路路线及人员行走移动的特征，科学准确的评估其疏散的安全性，彻底解决以往评估方法准确性不足的难题。

1  评估方法

1.1  致死概率及毒性负荷计算

    通过精确模拟毒性气体扩散时在时空中的分布规律和特征，这便为判断个体遭受毒气毒害气体风险分析提供了基础。受体致死概率的确定是事故后果分析中的关键问题，考察毒气对个体致命伤害的概率，可以选用概率函数方程来进行。对化学物质暴露而言通常采用下面形式的概率方程：

1.2  动态毒性负荷累计计算方法

    进行动态毒性负荷计算时，首先需要采用三维模型进行数值模拟得出时间序列的浓度场，其产生的浓度场计算结果由数万个点构成，进一步进行毒性负荷计算需要对人行走所在的每一个焦进行计算，这就导致毒性致死概率计算需要进行多个步骤。计算过程主要包括三维数值模拟、疏散模拟、积分计算以及受体致死概率计算四个步骤。

    具体离散计算过程如表1所示，表中关于浓度的差分格式是前差方式，根据要求具体可使用其他差分格式。

    通过表1，我们就能够完成所有毒性负荷的计算，这里n取值与式(2)相同。最终将计算得出的毒性负荷带入式(1)就能得出人员在该疏散路径的致死概率。

2计算案例

    本案例为评估计算某井场周边某道路的疏散能力。按照疏散个体分别从距离泄漏源300、600 m沿规划的线路行走，通过疏散过程中，人员遭受毒气的毒性负荷沿疏散路径的积分实现。这里疏散响应时间为5min（即开始疏散时间-泄漏时间），作为计算的假设条件。

2.1  疏散道路及气体扩散后果模拟

    图2中不同区域代表不同浓度H₂S的蔓延区域，曲线表示疏散路径和方向。在选取的疏散路径上，提取26个点的时间浓度曲线，以获得人员在该行走路线上所吸收的有毒气体浓度。

2.2  疏散致死风险计算结果

2.2.1  下风向从300 m位置疏散人员致死概率计算

    如图3所示，图中左边的坐标为疏散个体在疏散过程中的毒性负荷的累计量，右边为疏散个体在疏散过程中所遭受的浓度。在整个疏散过程中，致死概率最大值为1，浓度最大值为2.5×10⁴ p pm。可以看到在疏散过程中，其致死概率很快就达到1，即很大程度上会死亡。

2.2.2  下风向从600 m位置疏散人员致死概率计算

    如图4所示，图中左边的坐标为疏散个体在疏散过程中的毒性负荷的累计量，右边为疏散个体在疏散过程中所遭受的浓度。在整个疏散过程中，致死概率值为1.1×10^-7，浓度最大值为2.6×10² pp m，可以看到在疏散过程中会非常安全。

3  结论

    1)本文基于理论研究、标准规法和现场实践，提出一种基于毒性负荷的人员疏散安全评估方法。其基本原理是，人员在毒气泄漏事故条件下，计算其在疏散过程中所遭受的毒性负荷，进而得出致死概率，判断其疏散安全性。

    2)气体扩散场模拟和人员疏散模拟结果为本方法的数据来源和计算的先决条件，本方法计算精度取决于以上两种模拟结果的精度。

    3)通过本方法的计算，能够准确计算得出毒气泄漏事故周边安全疏散区域的大小。同时，通过计算不安全疏散区域边界，可以准确得出搬迁、避难区域。

    4)本方法通过对现有道路疏散的评估，发现现有疏散道路、疏散管理体制和应急预案的不足，为提高公众疏散水平提供了帮助。