一种快速预测危化品泄漏事故后果的计算软件

朱红亚 李晶晶 许晓元

摘要：为我国石油化工行业提供高效可靠的应急救援疏散决策支持技术，文章介绍了一种可快速预测危化品泄漏事故后果的计算软件。充分利用C/S架构软件强大的科学计算能力和WEBGIS直观的表现形式的优点，结合Embarcadero RAD Studio 2015（Delphi XE8）高级程序语言进行软件平台的开发设计，建立了常见危化品理化性质参数数据库、阈值判定数据库，可选择应用轻气扩散模型（高斯模型和改进高斯模型）、重气扩散模型（SLAB模型、TWODEE模型）模拟预测各类轻重质气体泄漏扩散事故后果的影响范围和浓度峰值等。此软件应用范围广，适用性强，模拟预测结果快速、准确，可实现在WEB GIS地图上的可视化，从而为消防实战服务。

关键词：消防;危化品泄漏;事故后果;快速预测

随着石油化工大型化、集约化快速发展，及建设周期性阶段性老化问题的暴露，近年来石油化工灾害事故频繁发生，由此导致人员伤亡、经济损失、生态和环境的破坏。为提升我国石油化工行业风险管理与防治技术水平，提高石油化工总体消防规划科学水平和应急救援能力，应急管理部天津消防研究所围绕危化品泄漏事故模式、扩散演变规律、事故后果、事故危险性分析与预测、事故应急救援辅助决策等技术展开了系列研究，开发了一种可快速预测危化品泄漏事故后果的计算软件。

该软件建立了常见危化品理化性质参数数据库、阈值判定数据库（既可调用也可自行输入参数），开发设计了人性化的软件用户界面和架构，可选择应用轻气扩散模型（高斯模型和改进高斯模型）、重气扩散模型（SLAB模型、TWODEE模型）模拟预测各类轻重质气体泄漏扩散事故后果的影响范围和浓度峰值等。与其他相似软件相比，具有如下显著优势：1.可模拟预测各类轻重质气体泄漏扩散的事故后果，应用范围广;2.模拟计算速度快，数十秒就可给出影响范围的结果，实用性高;3.输出结果既可通过软件直接显示，又可输出相应参数的数据文件，同时实现在WEB GIS地图上的可视化显示，显示直观，可视化强;4.对易燃易爆有毒有害气体泄漏事故后果的预测准确性高，可切实提高应对和处置公共突发事件的能力，预防和减少事故灾害所造成的损失。

1  平台架构功能设计及计算模型

1.1  平台架构功能设计

软件充分利用当前主流GIS开放平台百度地图，建立设计布置图层，软件可以以卫星、2D和3D地图多种模式展现，实现泄漏扩散事故后果的精确地理位置定位。實现了C/S架构的软件与WEBGIS的完美融合，充分利用C/S架构软件强大的科学计算能力和WEBGIS直观的表现形式的优点，再结合EmbarcaderoRADStudio2015（DelphiXE8）高级程序语言开发平台，实现了泄漏模型信息化模拟，并将分析结果进行量化。安装简单快速，对计算机硬件软件配置要求低，可通过网页版对泄漏事故后果进行模拟计算，同时具有较好的安全保密机制，人员根据自己的权限使用软件系统，其中正式版数据库以SQLServer2008编译，Demo版数据库以ACCESS 2013编译。平台架构如图1所示。

1.2  事故后果计算模型

本软件针对轻质、重质气体不同的泄漏扩散特性可分别选用高斯模型和改进高斯模型、SLAB模型和TWODEE模型。其中，高斯模型[1-2]分为高斯烟羽模型和高斯烟团模型，主要分别用来模拟轻质气体的持续泄漏扩散和瞬时泄漏扩散。改进高斯模型[3-4]是对高斯模型的修正，同样也分为改进高斯烟羽模型和改进高斯烟团模型，模型的修正主要体现在羽流上升的修正和地形参数的修正。SLAB模型和TWODEE模型均是用于模拟重质气体的泄漏扩散，根据其计算量及复杂程度分别属于箱及相似模型、浅层模型。SLAB模型[5]可以模拟计算地面蒸发池、高架的水平喷射、高架的垂直喷射和瞬时泄漏等四种泄漏源类型，且可以模拟液体的泄漏扩散。TWODEE模型[6]增加了地形参数的考虑，可模拟计算得到近地面气体扩散或复杂地形条件下的浓度随时空分布情况。

根据不同的模型输入相应的泄漏条件，包括泄漏物质、理化性质、泄漏量、泄漏速率、尺寸、泄漏模式、泄漏高度等，输入扩散条件包括风速风向、云量、大气稳定度、温度湿度、地面粗糙度等，将气体泄漏扩散风险评估等多种方法有机的结合起来，将量化分析结果与WEB GIS地图有机结合，直观地模拟计算出事故后果影响范围，进行综合诊断为应急疏散提供决策支持。模拟计算流程图如图2所示。

2  模拟计算界面及示例

基于本软件可开展泄漏事故后果的快速预测模拟计算，通常对于单个泄漏源可以在10s内给出计算结果，而对于多个泄漏源的模拟计算耗时相对较长些。下面以氨气泄漏为例开展了模拟计算。假设发生连续泄漏，输入假定泄漏条件和气象环境条件，选择高斯烟羽扩散模型，开展模拟计算并将结

果与氨气毒性阈值相结合，得到死亡、重伤、轻伤区域的等值线图，最终在地图上可视化显示不同事故后果的影响区域范围，同时在下面提示窗口进一步给出了不同事故后果的下风向、测风向最大值及区域面积，如图3所示，从而可以更好地为应急救援和疏散决策制定提供有力的理论指导。

3  结语

本文介绍了一种可快速预测危化品泄漏事故后果的计算软件，简述了该软件的功能设计和泄漏扩散所用计算模型，包括轻气扩散模型（高斯模型和改进高斯模型）和重气扩散模型（SLAB模型、TWODEE模型），并应用该软件以氯气泄漏事故为例给出了模擬计算结果。

本软件可模拟预测各类轻重质气体泄漏扩散的事故后果，应用范围广，适用性强;模拟预测结果快速、准确，数十秒即可给出事故后果影响范围，实用性高;将量化分析结果与WEB GIS地图有机结合，实现泄漏扩散事故后果的精确地理位置定位，从而为消防实战应急救援疏散提供决策支持。

参考文献：

[1]Bosanquet C.， Pearson J.The spread of smoke and gases from

chimneys[J].Transactions of the Faraday Society，1936，32：

1249-1263.

[2]Sutton O.The theoretical distribution of airborne pollution

from factory chimneys[J].Quarterly Journal of the Royal

Meteorological Society，1947，73（317-318）：426-36.

[3]朱红亚.多源气体泄漏扩散的实验及数值模拟研究[D].合肥：中国科学技术大学，2013：82-95.

[4]朱红亚，陈昊东，王青松，孙金华.多源重气泄漏扩散模拟研究[J].中国科学技术大学学报，2014，44（08）：697-703.

[5]Ermak D. L.User's manual for SLAB： An atmospheric dispersion model for denser-than-air releases[M].San Francisco：Lawrence Livermore Laboratory，1990.

[6]Arnau Folch，Antonio Costa and Robin Hankin.TWODEE2 USER MANUAL-Computer Code and Related Documentation[M].INGV Naples-Osservatorio Vesuviano，2007.

Acalculationsoftwareonquicklypredictingthe consequences of  hazardous chemical leakage accidents

Zhu Hongya，Li Jingjing，Xu Xiaoyuan

Tianjin Fire Research Institute of MEM， Tianjin 300381， China

Abstract：To provide efficient and reliable emergency rescue and evacuation decision support technology for our country's petrochemical industry， this paper has developed a calculation software that can quickly predict the consequences of hazardous chemical leakage accidents. Our research makes full use of the powerful scientific computing capabilities of C/S architecture software and the advantages of the intuitive representation of WEB GIS， combines with Embarcadero RAD Studio 2015 （Delphi XE8） high-level programming language to develop and design the software platform， and establishes a database of physical and chemical properties of common hazardous chemicals， a threshold judgment database. We can choose to apply light gas diffusion model （Gaussian Model and Modified Gaussian Model）， heavy gas diffusion model （SLAB model， TWODEE model） to simulate and predict the impact range and concentration peak of the consequences of various light and heavy gas leakage and diffusion accidents. The software has a wide range of applications， strong applicability， fast and accurate simulation prediction results， and can be visualized on the WEB GIS map， so as to serve the actual fire prevention.

Keywords： Fire protection; Leakage of hazardous chemicals; Consequences of accidents; Rapid prediction