液化石油气爆炸火灾事故潜在危险区预测研究

作者简介：宋英杰（1996—），女，满族，河北承德人，硕士研究生，研究方向：涉火涉爆犯罪侦查技术。

摘要：本文将重点探讨液化石油气爆炸事故潜在危险区的预测方法，包括基于模型的预测、基于实验和经验的预测、利用安全距离进行估算、实时监测与评估以及后果模拟分析等五种主要技术手段，旨在为相关工作的开展提供科学参考和指导。

关键词：液化石油气；爆炸火灾；潜在危险区；预测

引言

随着工业化的快速发展，液化石油气作为一种重要的能源形式，在日常生活和工业领域中的应用日益广泛。然而，由于其易燃易爆的特性，液化石油气的储存和运输过程中存在着巨大的安全隐患。近年来，全球范围内液化石油气泄漏、火灾和爆炸事故频发，不仅造成了严重的人员伤亡和财产损失，对社会稳定和经济发展产生了深远影响。因此，对液化石油气爆炸火灾事故潜在危险区的预测显得尤为重要。

一、液化石油气爆炸火灾事故的危害

从人身安全角度来看，液化石油气爆炸火灾事故会带来极为严重的后果。由于液化石油气具有易燃易爆的特性，一旦发生泄漏并遭遇火源，将可能引发大规模爆炸，爆炸产生的冲击波和高温火焰对周围的人群构成直接威胁，进而导致严重的人身伤害，包括烧伤、炸伤甚至死亡^[1]。此外，火灾产生的浓烟和有毒气体会严重影响空气质量，对人的呼吸系统造成损害，甚至引发窒息等危险情况。从财产安全角度来看，液化石油气爆炸火灾事故会导致巨大的财产损失^[2]。爆炸产生的强大冲击力会摧毁周围的建筑物和设施，造成重大损失，同时火灾会迅速蔓延，烧毁房屋、设备和物资，给个人和企业带来巨大的经济损失。此外，火灾还会导致电力、通信等基础设施受损，进一步加剧灾害的影响。

二、预测液化石油气爆炸火灾事故潜在危险区的重要价值

鉴于液化石油气爆炸火灾事故会带来巨大危害，有必要加强对液化石油气爆炸火灾事故潜在危险区的预测。

（一）有助于提高事故调查效率与应对能力

液化石油气作为一种广泛使用的燃料，其安全性问题不容忽视。加强预测液化石油气爆炸火灾事故潜在危险区，可以在事故发生时快速摸排勘查区域，加快案件侦破。对潜在危险区的准确预测，还意味着相关部门和居民能够更清楚认识到事故可能发生的区域和范围，从而在日常生活中更加注意防范措施的落实^[3]。此外，加强预测还有助于提升应对液化石油气爆炸事故的能力。一旦事故发生，知道危险区域的位置和范围可以帮助调查和救援人员更快定位事故现场，及时展开调查和救援行动，为事故调查提供重要依据。

（二）有助于快速优化紧急救援与疏散策略

在液化石油气爆炸事故发生时，紧急救援、疏散和调查工作的效率直接关系到人员伤亡、财产损失的程度以及责任认定。了解潜在危险区的具体位置可以帮助调查人员对现场进行快速分析，避免在寻找事故地点上浪费时间，还可以保证调查人员的安全，最大程度上避免二次爆炸带来的伤害。对潜在危险区的了解还能使得相关部门提前规划出安全的疏散路线和避难场所^[4]，合理配置消防车、救护车等救援资源，确保在最短时间内控制住火势，减少人员伤亡和财产损失。

三、液化石油气爆炸火灾事故潜在危险区的预测方法

（一）基于模型进行预测

在预测液化石油气爆炸火灾事故潜在危险区的方法中，基于模型的预测因其科学性和准确性而备受推崇，具有代表性的包括SLAB模型、多能法以及动态BLEVE方法等。

1.SLAB模型在蒸气扩散预测中的应用

SLAB模型是一种用于模拟液化气体泄漏后蒸气扩散的数值模型，通过计算流体动力学（CFD）原理，模拟液化石油气在泄漏后的蒸发、扩散过程。在预测潜在危险区时，需要确定泄漏源的位置、泄漏速率以及环境条件等关键参数。例如，假设一个容量为50吨的液化石油气储罐发生泄漏，泄漏速率为10千克/秒，环境温度为25℃，相对湿度为5_{7Oo8+p2eDAUebb1Ug+0w9g==}0%，风速为2米/秒。通过SLAB模型，可以模拟出蒸气云在不同时间点的扩散范围，包括蒸气云的浓度分布、扩散距离以及达到危险浓度的时间，对于划定危险区域、制定紧急疏散计划而言非常重要。

2.多能法在爆炸超压风险预测中的应用

多能法是一种基于能量守恒原理的爆炸超压预测方法，重在计算爆炸过程中释放的能量以及这些能量在空气中的传播和衰减，估算爆炸产生的冲击波超压，重点考虑爆炸源的能量、周围环境的几何形状和材料特性等因素^[5]。以一次10吨液化石油气爆炸为例，可以利用多能法预测不同距离处的超压值。假设爆炸能量为108焦耳，周围环境为开阔地带，无遮挡物，经过多能法计算可以得到距离爆炸中心10米、50米、100米处的超压值分别为0.5巴、0.1巴和0.05巴，进而确定在不同距离上的建筑物或设施可能遭受的损害程度，实现危险区域的科学划定。

3.动态BLEVE方法在热辐射影响范围预测中的应用

动态BLEVE（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion）方法通过模拟储罐在火灾或高温环境下内部压力升高、破裂和爆炸的过程，计算爆炸产生的热辐射强度和影响范围，是一种用于预测液化气体储罐爆炸产生热辐射影响范围的方法。假设一个20吨的液化石油气储罐在火灾中发生BLEVE爆炸，可以使用动态BLEVE方法预测热辐射的影响范围。根据储罐的容量、内部压力、环境温度以及爆炸前的加热时间等参数，可以计算出爆炸产生的热辐射强度分布图^[6]。例如，在距离爆炸中心50米处的热辐射强度可能达到10千瓦/平方米，而在100米处则降低至5千瓦/平方米，进而有效确定热辐射可能对人体和设备造成的伤害范围。

（二）基于实验和经验进行预测

基于历史事故数据的分析和实验结果的总结，估算液化石油气泄漏、火灾和爆炸事故的可能影响范围，合理划定潜在的危险区域。从技术角度分析，该方法需要对历史上的液化石油气事故进行全面梳理，包括事故的类型、规模、环境条件、泄漏量、火灾持续时间、爆炸威力等关键数据，经过严格的筛选和验证，确保其准确性和可靠性，才能用于后续的分析和预测。例如，假设收集到了过去十年内发生的50起液化石油气泄漏和爆炸事故的数据，通过分析这些数据发现，当液化石油气罐的容量为50立方米且环境温度在25摄氏度以上时，若发生泄漏，蒸气云扩散的平均半径为100米；若发生爆炸，冲击波影响的平均半径为200米。还可以通过实验来模拟液化石油气泄漏、火灾和爆炸的情景，获取更加详细和具体的数据。例如，在实验室环境中，可以模拟不同温度、压力下的液化石油气泄漏情况，借助高精度的传感器和数据采集系统来记录蒸气云的扩散速度、浓度分布等关键参数，可以用于验证历史事故数据的准确性和为危险区域的预测提供更加精准的依据。

在实际应用中，建议将基于实验和经验的预测方法与其他技术手段相结合，进一步提高预测的准确性和可靠性^[7]。例如，可以利用数值模拟软件来模拟液化石油气泄漏和爆炸的动态过程，更加直观了解事故的发展趋势和影响范围，结合实时监测数据对预测结果进行动态修正和调整。

（三）利用安全距离进行估算

在液化石油气（LPG）储存和运输过程中，确定安全距离至关重要。这需要了解LPG的物理特性、泄漏扩散模型、火灾和爆炸动力学等多个专业领域的知识。LPG主要成分是丙烷、丁烷等，这些成分在常温常压下为气态，易于挥发和扩散，因此在泄漏情况下LPG会迅速扩散到空气中，形成可燃气体云。为了准确估算LPG泄漏后的扩散范围，通常会采用高斯模型、SLAB模型等数学模型，综合考虑泄漏源的特性（如泄漏速率、泄漏孔径）、环境条件（如风速、温度、湿度）以及地形地貌等因素，能够较为准确地预测LPG气体云的扩散轨迹和浓度分布。在估算安全距离时，必须考虑LPG火灾和爆炸的潜在影响，如爆炸冲击波的传播、热辐射的范围以及可能产生的碎片飞溅等，计算危险因素的影响范围，可以确定一个相对安全的距离。以某液化石油气储罐区为例，储罐容量为50立方米，存储压力为1.6MPa，存储温度为常温。假设储罐因腐蚀导致底部出现5mm直径的泄漏孔，泄漏速率为Xkg/s。可使用SLAB模型，输入泄漏速率、环境风速（假设为2m/s）、温度（25℃）等参数，模拟LPG气体云的扩散范围，模拟结果显示在泄漏后10分钟内，气体云可扩散至距离泄漏源约200米的范围。考虑到最坏情况，即气体云遇到明火发生爆炸，根据爆炸冲击波的传播特性和热辐射模型，估算出爆炸冲击波和热辐射的影响范围分别为300米和150米。综合上述分析，建议将安全距离设定为300米以上，才能确保人员和设施安全。

（四）实时监测与评估

实时监测主要依赖于气体泄漏检测系统和压力安全控制系统，利用高精度传感器，能够不间断地监测液化石油气存储设施中的气体浓度、温度、压力等关键参数。使用对液化石油气的特定成分（如丙烷、丁烷等）具有高灵敏度的红外线或激光传感器，可以精确检测到微小的气体泄漏，能够在泄漏初期就发出警报^[8]。在阀门、接缝和潜在泄漏点等关键部位安装传感器，实现对整个系统的全面监控；在储罐上安装压力传感器，实时监测储罐内部的压力变化，一旦压力超过预设的安全阈值，系统会自动触发报警并采取相应的控制措施，如开启泄压阀；与自动控制系统相连，可以在压力异常时自动关闭进料阀门，防止过压导致的安全事故。实时监测不仅是为了发现问题，更重要的是能够快速响应并处理问题。实时收集的数据通过中央控制系统进行分析，利用算法和模型可以预测潜在的风险点，并提前做出预警。通过与历史数据的对比，可以识别出异常模式，从而更准确评估当前的安全状况。一旦系统发出警报，应立即启动应急响应计划，包括疏散人员、隔离泄漏区域、启动紧急救援程序等。通过无线通信系统，可以实时更新现场情况，确保所有相关人员都能迅速获得准确信息。

（五）后果模拟分析

后果模拟分析主要依赖于专业的模拟软件，根据事故场景的具体参数，如泄漏量、风速、温度、湿度等环境条件，模拟液化石油气事故的发展过程，并预测其潜在影响范围。第一，泄漏模拟。利用流体动力学模型和软件，如FLACS或PHAST，模拟液化石油气在不同条件下的泄漏情况，重点考虑泄漏源的类型、泄漏速率、气体扩散和气象条件等多个因素。通过模拟，可以预测泄漏气体的浓度分布，从而确定危险区域的范围和程度。第二，火灾与爆炸模拟。采用计算流体动力学（CFD）模型，结合燃烧和爆炸动力学理论，模拟液化石油气火灾和爆炸事故的后果，可以估算出火灾的热辐射范围、爆炸的冲击波超压和碎片飞散距离等关键参数。

为了进行有效的后果模拟分析，应根据实际需求选择经过验证、适用于液化石油气事故模拟的软件，确保软件能够考虑地形、建筑物、气象条件等多种因素。在模拟前，收集尽可能多的相关数据，包括储罐的容量、存储的液化石油气类型、周围环境等。考虑最坏情况下的泄漏量、泄漏时间和气象条件等。考虑到事故的不确定性，应进行多个场景的模拟分析，包括不同的泄漏量、风速、温度和湿度等。以某液化石油气储存区为例，利用PHAST软件进行泄漏模拟，在模拟中设定一个容量为5000立方米的液化石油气储罐发生泄漏，泄漏速率为每秒10千克，环境温度为25摄氏度，风速为3米/秒。模拟结果显示，在泄漏发生后的10分钟内，危险区域（即气体浓度超过爆炸下限的区域）半径达到了约200米。这一结果帮助管理人员明确了安全疏散范围，并制定相应的应急预案。

结语

综上所述，液化石油气爆炸火灾事故潜在危险区的多种预测方法各有优势，可以相互补充，共同构建多层次、多维度的体系。通过在调查过程中综合运用这些预测技术，调查人员能够快速划定重点勘验范围，救援人员也能够更准确识别风险，及时采取防范措施，从而提高案件侦破效率，最大限度减少液化石油气事故带来的人员伤亡和财产损失。

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