楊冬冬，陳國(guó)明，付建民，師吉浩，戴子良，劉健

（1 中國(guó)石油大學(xué)(華東)海洋油氣裝備與安全技術(shù)研究中心，山東 青島 266580；2 中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028）

海洋平臺(tái)作業(yè)人員密度大，設(shè)備裝置密集，應(yīng)急資源緊張[1]，硫化氫毒害載荷與可燃?xì)怏w爆炸載荷均可能引發(fā)嚴(yán)重的事故后果。例如，1980 年阿拉伯海灣某平臺(tái)硫化氫泄漏導(dǎo)致19 人死亡，2007年Kab121 平臺(tái)硫化氫泄漏連鎖事故造成21 人死亡，1988 年“Piper Alpha”事故導(dǎo)致167 人死亡，2010 年“Deepwater Horizon”事故造成11 人死亡、17 人受傷[2-3]。不難想象，如果含硫化氫天然氣泄漏后遭遇延遲點(diǎn)火并引發(fā)爆炸，毒害載荷與爆炸載荷先后存在，將會(huì)引發(fā)更加災(zāi)難性的后果。

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)注毒害載荷[3-7]或爆炸載荷[8-12]中的一種，在事故后果預(yù)測(cè)、影響因素敏感性分析等方面開(kāi)展了大量研究。Bagheri等[13]、張來(lái)斌等[14]、張建文等[15]、朱淵等[16]研究不同因素對(duì)泄漏硫化氫擴(kuò)散行為的影響，結(jié)合危險(xiǎn)載荷的蓄積狀態(tài)預(yù)測(cè)硫化氫泄漏事故后果。Dadashzadeh 等[17]、Azzi 等[18]、羅振敏等[19]、師吉浩等[20]關(guān)注可燃?xì)怏w爆炸超壓載荷的發(fā)展規(guī)律，根據(jù)爆炸超壓載荷分布確定危險(xiǎn)區(qū)域。相關(guān)研究主要考慮硫化氫毒害載荷與可燃?xì)怏w爆炸載荷中的一種，且未考慮事故過(guò)程中作業(yè)人員的應(yīng)急行為，主要依據(jù)危險(xiǎn)載荷的蓄積狀態(tài)預(yù)測(cè)事故后果嚴(yán)重程度。

在含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故中，作業(yè)人員可能先后遭受硫化氫毒害載荷與可燃?xì)怏w爆炸載荷。鑒于毒害載荷及爆炸載荷共同作用的潛在危害，面向海洋平臺(tái)含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故，結(jié)合作業(yè)人員的應(yīng)急疏散解構(gòu)事故災(zāi)變演化過(guò)程，基于統(tǒng)一的時(shí)間維度考慮作業(yè)人員的應(yīng)急疏散與危險(xiǎn)載荷的時(shí)空發(fā)展，提出多危險(xiǎn)載荷事故后果動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，量化評(píng)估含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故后果。將所提方法應(yīng)用于假想的海洋平臺(tái)含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故。結(jié)合工程實(shí)際考慮緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）、放空系統(tǒng)的干預(yù)機(jī)制，以含硫化氫天然氣動(dòng)態(tài)泄漏為觸發(fā)事件，結(jié)合作業(yè)人員的應(yīng)急疏散評(píng)估硫化氫毒害影響與可燃?xì)怏w爆炸影響。該研究有助于開(kāi)展多危險(xiǎn)載荷事故后果的系統(tǒng)評(píng)估，為多危險(xiǎn)載荷耦合事故的預(yù)防與減緩提供支持。

1 含硫化氫天然氣泄漏連鎖事故分析

過(guò)程系統(tǒng)設(shè)備裝置失效引發(fā)含硫化氫天然氣泄漏后，ESD系統(tǒng)和放空系統(tǒng)會(huì)相繼啟動(dòng)，降低失效裝置運(yùn)行壓力，促使泄漏速率衰減。同時(shí)危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警儀響應(yīng)發(fā)出警報(bào)，作業(yè)人員在接收到警報(bào)后會(huì)進(jìn)行應(yīng)急疏散。在含硫化氫天然氣泄漏發(fā)生后，硫化氫毒害載荷就隨之存在；因延遲點(diǎn)火引發(fā)油氣爆炸后又會(huì)產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)載荷。對(duì)于初始階段遭受硫化氫毒害載荷的作業(yè)人員，如果在延遲點(diǎn)火前疏散至安全區(qū)域，作業(yè)人員將只承受硫化氫毒害載荷；如果延遲點(diǎn)火發(fā)生于作業(yè)人員抵達(dá)安全區(qū)域之前，作業(yè)人員將先后遭受硫化氫毒害載荷與可燃?xì)怏w爆炸載荷的影響。其綜合影響可用式(1)表示。

式中，E為作業(yè)人員所遭受危險(xiǎn)載荷導(dǎo)致的綜合影響；Ep為作業(yè)人員受到的毒害載荷的影響；Ee為作業(yè)人員受到的爆炸載荷的影響；tl為泄漏發(fā)生時(shí)間，s；ti為延遲點(diǎn)火時(shí)間，s；t疏散為作業(yè)人員疏散至安全區(qū)所需的時(shí)間，s。

2 含硫化氫天然氣泄漏連鎖事故后果評(píng)估流程

圖1為含硫化氫天然氣泄漏連鎖事故后果評(píng)估方法的主要流程，主要包括：確定含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故場(chǎng)景；建立氣體泄漏數(shù)值模型，開(kāi)展含硫化氫天然氣泄漏擴(kuò)散模擬，獲取不同時(shí)刻硫化氫空間分布及點(diǎn)火時(shí)刻可燃?xì)怏w空間分布，基于點(diǎn)火時(shí)刻可燃?xì)怏w空間分布引入點(diǎn)火源開(kāi)展爆炸模擬，預(yù)測(cè)爆炸危險(xiǎn)載荷時(shí)空發(fā)展過(guò)程；確定作業(yè)人員的應(yīng)急疏散時(shí)序及應(yīng)急疏散軌跡；基于作業(yè)人員應(yīng)急疏散過(guò)程中的實(shí)時(shí)位置提取暴露硫化氫濃度，評(píng)估硫化氫毒害載荷的影響；確定爆炸發(fā)生時(shí)作業(yè)人員的實(shí)時(shí)位置，相應(yīng)地提取爆炸危險(xiǎn)載荷峰值評(píng)估爆炸危險(xiǎn)載荷的影響；基于風(fēng)險(xiǎn)的可加性，引入風(fēng)險(xiǎn)理念對(duì)多種危險(xiǎn)載荷導(dǎo)致的后果進(jìn)行評(píng)估。

圖1 含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故后果評(píng)估方法

3 含硫化氫天然氣泄漏連鎖事故后果評(píng)估原理

3.1 毒害載荷影響動(dòng)態(tài)評(píng)估

開(kāi)展毒害載荷影響評(píng)估時(shí)，應(yīng)兼顧作業(yè)人員應(yīng)急疏散過(guò)程中位置的變化及泄漏硫化氫氣體蓄積狀態(tài)的時(shí)空變化。基于此，對(duì)通用中毒暴露劑量求解模型［式(2)］[21]進(jìn)行修正，修正后的求解模型見(jiàn)式(3)。

式中，D為硫化氫暴露劑量；t0和t1分別指暴露于硫化氫的起始時(shí)間與終止時(shí)間，min；c為有毒氣體濃度，μL/L 或mg/m3；n為常數(shù)，對(duì)于硫化氫取1.43；(x0,y0,z0)為受災(zāi)人員初始位置的坐標(biāo)；v為受災(zāi)人員的應(yīng)急疏散速度，m/s；(xm,ym,zm)為疏散軌跡L上不同位置的坐標(biāo)。

引入概率模型將硫化氫中毒劑量轉(zhuǎn)化為概率單位Yp，進(jìn)而求解個(gè)體中毒死亡率Pr，見(jiàn)式(4)、式(5)。

3.2 爆炸超壓載荷影響動(dòng)態(tài)評(píng)估

爆炸超壓是爆炸事故后果的主要傷害來(lái)源[21]。當(dāng)前研究普遍將爆炸事故孤立考慮，根據(jù)作業(yè)人員初始位置的爆炸超壓載荷評(píng)估其受災(zāi)程度。本文作者認(rèn)為，開(kāi)展爆炸超壓載荷影響評(píng)估時(shí)同樣應(yīng)考慮作業(yè)人員的應(yīng)急疏散。盡管在短暫的爆炸過(guò)程中難以進(jìn)行應(yīng)急疏散，但是氣體泄漏后作業(yè)人員若接收到危險(xiǎn)信號(hào)將會(huì)進(jìn)行應(yīng)急疏散，延遲點(diǎn)火時(shí)作業(yè)人員可能已離開(kāi)初始位置。因此，應(yīng)基于作業(yè)人員實(shí)時(shí)位置的爆炸超壓載荷預(yù)測(cè)作業(yè)人員的受災(zāi)程度。

參照文獻(xiàn)[22]給出的爆炸超壓傷害概率方程預(yù)測(cè)爆炸超壓致死概率單位Ye［式(6)］，進(jìn)而借助式(5)計(jì)算爆炸超壓導(dǎo)致的死亡率。

式中，pmax為作業(yè)人員承受的最大超壓，psi（1psi=6895Pa）。

3.3 多危險(xiǎn)載荷影響綜合評(píng)估

引入風(fēng)險(xiǎn)理念對(duì)涉及多種危險(xiǎn)載荷的含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故后果進(jìn)行綜合評(píng)估。通過(guò)式(3)～式(6)可計(jì)算作業(yè)人員中毒致死概率及爆炸超壓致死概率，假設(shè)作業(yè)人員中毒致死及爆炸超壓致死的嚴(yán)重程度為S，則不同危險(xiǎn)載荷影響的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)見(jiàn)式(7)。

式中，R為風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)；Pr為危險(xiǎn)載荷致死概率；S為危險(xiǎn)載荷致死的嚴(yán)重程度；j為不同傷害模式，包括中毒致死及爆炸超壓致死。為簡(jiǎn)化評(píng)估流程，假設(shè)中毒致死與爆炸超壓致死的嚴(yán)重程度均為10。

后果不具有可加性，而風(fēng)險(xiǎn)具有可加性[23]。則含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故多種危險(xiǎn)載荷累加所致不良影響的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（R）見(jiàn)式(8)。

式中，Rp為中毒致死的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)；Re為爆炸超壓致死的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

需要指出的是，本文主要關(guān)注事故后果評(píng)估而非風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在假定含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故已經(jīng)發(fā)生的前提下，引入風(fēng)險(xiǎn)理念對(duì)涉及多種危險(xiǎn)載荷的事故后果進(jìn)行量化評(píng)估，因此事故的發(fā)生頻率不予討論。此外，爆炸超壓導(dǎo)致的不良影響中主要關(guān)注了爆炸超壓致死這一危害模式，未涉及耳膜破裂、肺損傷等危害模式?？筛鶕?jù)需要分別評(píng)估爆炸超壓導(dǎo)致的不同危害模式的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，選擇其中的最大值表征爆炸不良影響的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

4 應(yīng)用

4.1 事故場(chǎng)景

以某海洋平臺(tái)含硫化氫天然氣泄漏爆炸事故為例進(jìn)行事故后果評(píng)估。泄漏源位于距離海洋平臺(tái)的下層甲板高4m處，泄漏方向豎直向下。泄漏氣體組成見(jiàn)表1。泄漏90s后可燃?xì)怏w遭遇點(diǎn)火源發(fā)生爆炸事故。事故過(guò)程中風(fēng)向?yàn)榇簛?lái)風(fēng)且風(fēng)速為3m/s。溫度為20℃且大氣穩(wěn)定度為D。圖2給出了海洋平臺(tái)下層甲板的布局，泄漏源與點(diǎn)火源的水平位置分別為S和I。1#、2#、3#為不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置。

圖2 海洋平臺(tái)下層甲板布局

表1 泄漏氣體成分

參考API 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)泄漏30s 后ESD 系統(tǒng)啟動(dòng)，ESD 系統(tǒng)啟動(dòng)后50s放空系統(tǒng)啟動(dòng)。受ESD 系統(tǒng)和放空系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)序的影響，泄漏速率被分為3個(gè)階段，即ESD 系統(tǒng)啟動(dòng)前、ESD 系統(tǒng)啟動(dòng)后且放空系統(tǒng)啟動(dòng)前、放空系統(tǒng)啟動(dòng)后。ESD系統(tǒng)啟動(dòng)前，失效裝置運(yùn)行壓力穩(wěn)定，泄漏速率處于穩(wěn)態(tài)，見(jiàn)式(9)。

ESD系統(tǒng)通過(guò)阻斷物料來(lái)源以降低失效裝置運(yùn)行壓力。泄漏速率也相應(yīng)地發(fā)生衰減，見(jiàn)式(10)。

放空系統(tǒng)啟動(dòng)后，失效裝置內(nèi)部分物料將通過(guò)放空閥與放空管道輸送至收集裝置或火炬系統(tǒng)。氣體同時(shí)從初始泄漏孔與放空閥泄漏，初始泄漏孔處的泄漏速率為式(11)。

式 中，Q1、Q2、Q3分 別 為ESD 系 統(tǒng) 啟 動(dòng) 前、ESD系統(tǒng)啟動(dòng)后且放空系統(tǒng)啟動(dòng)前、放空系統(tǒng)啟動(dòng)后初始泄漏孔處的泄漏速率，kg/s；Cd為泄漏系數(shù)，取值主要取決于泄漏孔形狀；M為泄漏氣體相對(duì)分子質(zhì)量；k為泄漏氣體絕熱指數(shù)；R為氣體常數(shù)；T為泄漏氣體溫度，K；Al和Ab分別為初始泄漏孔和放空閥的有效面積，m2；p0為初始時(shí)刻失效裝置的運(yùn)行壓力，Pa；m0為初始時(shí)刻和放空系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)失效裝置內(nèi)的氣體質(zhì)量，kg；te和tb分別為ESD系統(tǒng)和放空系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，s。

放空系統(tǒng)啟動(dòng)后通過(guò)初始泄漏孔和放空閥的總泄漏速率Qt計(jì)算見(jiàn)式(12)；放空系統(tǒng)啟動(dòng)后失效裝置內(nèi)的氣體質(zhì)量mb計(jì)算見(jiàn)式(13)。

結(jié)合失效裝置運(yùn)行參數(shù)及泄漏源參數(shù)計(jì)算得到動(dòng)態(tài)泄漏速率時(shí)程曲線（圖3）。需要特別說(shuō)明的是，研究假定泄漏硫化氫氣體在爆炸過(guò)程中全部被消耗或被爆炸沖擊波驅(qū)散。爆炸事故發(fā)生后最大泄漏速率約為2.91kg/s，氣體泄漏后將快速被稀釋[24]。不考慮爆炸產(chǎn)物（二氧化硫等）的毒害影響，則可以認(rèn)為爆炸發(fā)生后作業(yè)人員不再遭受毒害載荷的影響。

圖3 動(dòng)態(tài)泄漏速率時(shí)程曲線

4.2 CFD模擬

海洋平臺(tái)上部模塊主要包括工藝區(qū)和生活區(qū)。工藝區(qū)共有3層甲板，其中設(shè)備裝置主要集中于工藝區(qū)的中層甲板和下層甲板。海洋平臺(tái)的緊急集合區(qū)域?yàn)榇季壬诘奈恢?，意外事故發(fā)生時(shí)作業(yè)人員在此處集合，隨后根據(jù)事故嚴(yán)重程度決定是否需要通過(guò)救生艇等撤離平臺(tái)。依據(jù)海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)與設(shè)備布局，運(yùn)用FLACS前處理器計(jì)算機(jī)輔助場(chǎng)景設(shè)計(jì)（computer aided scenario design，CASD）構(gòu)造海洋平臺(tái)的幾何模型（圖4）。

圖4 海洋平臺(tái)幾何模型

通風(fēng)擴(kuò)散模擬時(shí)，設(shè)置由核心區(qū)域和拓展區(qū)域組成的網(wǎng)格模型，基于網(wǎng)格敏感性分析設(shè)置核心區(qū)域網(wǎng)格尺寸為1m，拓展區(qū)域以1.2倍比例進(jìn)行網(wǎng)格延伸。對(duì)泄漏孔附近網(wǎng)格進(jìn)行局部加密以提高計(jì)算的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。圖5展示了動(dòng)態(tài)泄漏場(chǎng)景下等效劑量氣云體積（Q9）[3]的變化。由圖可知，受ESD系統(tǒng)與放空系統(tǒng)的影響，Q9氣云體積呈先上升后下降的趨勢(shì)，然而Q9氣云體積衰減的時(shí)間明顯滯后于ESD 系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。這是因?yàn)镋SD 系統(tǒng)啟動(dòng)初期，泄漏速率較大，風(fēng)場(chǎng)的稀釋能力不足，隨著泄漏速率的進(jìn)一步衰減，風(fēng)場(chǎng)的稀釋效應(yīng)強(qiáng)于氣體的補(bǔ)充，Q9氣云體積隨之減小。圖6為工藝區(qū)不同時(shí)刻距離下層甲板1.5m平面硫化氫濃度分布。由圖可知，受到ESD 系統(tǒng)與放空系統(tǒng)的影響，該平面泄漏硫化氫氣體分布范圍同樣呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。因此，ESD系統(tǒng)、放空系統(tǒng)對(duì)泄漏氣體的擴(kuò)散行為與蓄積狀態(tài)有很大影響，考慮過(guò)程工業(yè)危險(xiǎn)氣體泄漏后果時(shí)應(yīng)予以關(guān)注。

圖5 Q9動(dòng)態(tài)變化曲線

圖6 距離下層甲板1.5m工藝區(qū)硫化氫濃度分布

爆炸模擬采用和通風(fēng)擴(kuò)散模擬相同規(guī)模的計(jì)算域，基于網(wǎng)格敏感性分析確定在爆炸模擬中采用均勻的1m網(wǎng)格。為提高數(shù)值計(jì)算的連續(xù)性與準(zhǔn)確性，借助“data-dump”技術(shù)[25]開(kāi)展可燃?xì)庠票M。通過(guò)“data-dump”技術(shù)可以將點(diǎn)火時(shí)刻可燃?xì)庠瓶臻g分布狀態(tài)映射到爆炸模擬所采用的全新網(wǎng)格模型中，考慮了非均相可燃?xì)庠频耐牧鏖L(zhǎng)度尺度等因素，有效提高了爆炸超壓預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

以圖2中3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（1#、2#、3#）為例，提取其爆炸超壓時(shí)程曲線，如圖7 所示。爆炸反應(yīng)初期，燃燒速度小，爆炸超壓緩慢上升。隨著爆炸反應(yīng)的進(jìn)行，火焰燃燒速度增大，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)爆炸超壓相繼達(dá)到第1個(gè)波峰。隨后，由于反射效應(yīng)或負(fù)壓效應(yīng)，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)爆炸超壓產(chǎn)生幅值較小的第2個(gè)波峰。隨后經(jīng)過(guò)短暫的振蕩，爆炸超壓趨近于零。不難發(fā)現(xiàn)，盡管爆炸過(guò)程持續(xù)時(shí)間很短，但是不同位置爆炸超壓達(dá)到峰值的時(shí)間是不同的。因此，基于某一時(shí)刻爆炸超壓載荷分布評(píng)估爆炸事故后果是不合理的，應(yīng)該結(jié)合不同位置最大爆炸超壓載荷開(kāi)展事故后果評(píng)估。

圖7 下層甲板工藝區(qū)爆炸超壓峰值分布

4.3 應(yīng)急疏散軌跡與時(shí)序

假設(shè)泄漏事故發(fā)生時(shí)作業(yè)人員（年齡介于30歲到50 歲）在下甲板工藝區(qū)的A點(diǎn)進(jìn)行巡檢作業(yè)。根據(jù)海洋平臺(tái)的布局，其在下層甲板的疏散路徑為A-B（圖8）。作業(yè)人員移動(dòng)逃生前首先要經(jīng)過(guò)危險(xiǎn)感知和疏散響應(yīng)兩個(gè)環(huán)節(jié)。作業(yè)人員依靠危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警儀感知危險(xiǎn)，且《含硫化氫油氣井安全鉆井推薦作法》指出危險(xiǎn)氣體報(bào)警儀檢測(cè)到危險(xiǎn)氣體后的最大響應(yīng)時(shí)間為30s[26]。根據(jù)海洋平臺(tái)的應(yīng)急演練假設(shè)作業(yè)人員的疏散響應(yīng)時(shí)間為30s。假設(shè)氣體泄漏后立刻被檢測(cè)到，則作業(yè)人員進(jìn)行移動(dòng)逃生前最多耗時(shí)60s。

圖8 應(yīng)急疏散軌跡

作業(yè)人員移動(dòng)后的實(shí)時(shí)位置需要結(jié)合其移動(dòng)速度獲取。參考國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，IMO）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[27-28]確定作業(yè)人員的平均移動(dòng)速度（表2）。則爆炸事故發(fā)生時(shí)作業(yè)人員的實(shí)時(shí)位置為C。

表2 海洋平臺(tái)作業(yè)人員移動(dòng)速度

4.4 硫化氫泄漏爆炸連鎖事故后果

泄漏發(fā)生后的應(yīng)急疏散過(guò)程中，作業(yè)人員的位置和泄漏氣體的空間蓄積狀態(tài)都是隨時(shí)間變化的。面向整個(gè)氣體泄漏擴(kuò)散過(guò)程，根據(jù)作業(yè)人員位置提取實(shí)時(shí)暴露硫化氫濃度（圖9）。結(jié)合式(3)～式(5)計(jì)算作業(yè)人員的硫化氫毒害致死率及對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（表3）。點(diǎn)火時(shí)作業(yè)人員已抵達(dá)C，圖10為爆炸過(guò)程中C點(diǎn)超壓變化曲線。C點(diǎn)的爆炸超壓載荷不是初始位置為C的作業(yè)人員遭受的爆炸超壓載荷，而應(yīng)是爆炸發(fā)生時(shí)位于C點(diǎn)的作業(yè)人員遭受的爆炸超壓載荷。C點(diǎn)爆炸超壓在點(diǎn)火后大約0.52s 達(dá)到最大，在爆炸超壓達(dá)到最大值的短暫時(shí)間內(nèi)認(rèn)為作業(yè)人員位置不發(fā)生變化，則作業(yè)人員承受的最大爆炸超壓載荷為1.669×105Pa。根據(jù)作業(yè)人員承受的最大爆炸超壓載荷，結(jié)合式(5)～式(7)可獲得爆炸超壓致死的可能性及對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)（表3）?；陲L(fēng)險(xiǎn)的可加性，作業(yè)人員在連鎖事故中承受多種危險(xiǎn)載荷的總風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為8.93（表3）。需要指出的是，由于缺乏描述中毒劑量與人員運(yùn)動(dòng)能力、抗爆能力關(guān)系的模型，因此認(rèn)為事故過(guò)程中作業(yè)人員的運(yùn)動(dòng)能力與抗爆能力保持不變。

圖9 初始位置為A作業(yè)人員暴露硫化氫濃度(應(yīng)急疏散)

圖10 C點(diǎn)爆炸超壓曲線

表3 事故后果關(guān)鍵參數(shù)

5 討論與分析

在海洋平臺(tái)下層甲板的不同位置，硫化氫毒害影響與爆炸超壓影響均可能起主導(dǎo)作用。如果作業(yè)人員初始位置為P1（圖8），則事故過(guò)程中硫化氫毒害載荷導(dǎo)致死亡的可能性與風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分別為8.101×10-11和8.101×10-10；爆炸發(fā)生時(shí)作業(yè)人員實(shí)時(shí)位置的最大爆炸超壓為1.657×105Pa，爆炸超壓載荷導(dǎo)致死亡的可能性與風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分別為0.797 和7.97。單獨(dú)考慮硫化氫毒害載荷的影響時(shí)P1幾乎是安全區(qū)域，然而爆炸超壓載荷的存在導(dǎo)致初始位置為P1作業(yè)人員的生命安全仍然受到威脅。如果作業(yè)人員初始位置為P2（圖8），爆炸事故發(fā)生時(shí)作業(yè)人員已抵達(dá)生活區(qū)模塊，由于防爆墻的阻隔防爆效應(yīng)，單獨(dú)考慮爆炸超壓影響時(shí)初始位置為P2作業(yè)人員是安全的，然而初始位置為P2在疏散過(guò)程中將遭受嚴(yán)重的硫化氫毒害載荷，毒害影響的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為8.26，綜合考慮多種危險(xiǎn)載荷后P2是危險(xiǎn)區(qū)域。因此，在海洋平臺(tái)含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故中，應(yīng)該深入分析事故的災(zāi)變演化過(guò)程，系統(tǒng)辨識(shí)事故中存在的危險(xiǎn)載荷，對(duì)事故后果進(jìn)行綜合評(píng)估。

應(yīng)急疏散可以減緩大部分區(qū)域作業(yè)人員的受災(zāi)程度，尤其是泄漏源下風(fēng)向區(qū)域，應(yīng)急疏散可以減少作業(yè)人員暴露于高濃度硫化氫的時(shí)間，還有利于作業(yè)人員穿過(guò)防爆墻到達(dá)爆炸超壓載荷較小的生活區(qū)。然而，作業(yè)人員在疏散過(guò)程中并不了解危險(xiǎn)載荷的空間分布，因此應(yīng)急疏散有可能加重作業(yè)人員的受災(zāi)程度。例如，如果初始位置為A的作業(yè)人員在事故過(guò)程中不進(jìn)行應(yīng)急疏散，其承受爆炸超壓變化過(guò)程如圖11 所示，則作業(yè)人員承受最大爆炸超壓載荷為0.163×105Pa，爆炸超壓載荷導(dǎo)致死亡的可能性與風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分別為9.400×10-3和9.400×10-2，明顯小于進(jìn)行應(yīng)急疏散時(shí)所遭受爆炸超壓載荷導(dǎo)致的不良影響。如果作業(yè)人員初始位置為P3，分別考慮應(yīng)急疏散和不考慮應(yīng)急疏散提取作業(yè)人員暴露硫化氫濃度如圖12 所示。進(jìn)行應(yīng)急疏散和不進(jìn)行應(yīng)急疏散所遭受毒害影響的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分別為0.84 和0.49。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是進(jìn)行移動(dòng)逃生前（0～60s），兩種情況下作業(yè)人員均處于初始位置，暴露硫化氫濃度軌跡相同；若不考慮應(yīng)急疏散，60s 后作業(yè)人員暴露硫化氫濃度逐漸降低至零，然而該事故場(chǎng)景下移動(dòng)逃生會(huì)使初始位置為P3的作業(yè)人員暴露于更高濃度的硫化氫，加重了硫化氫毒害載荷對(duì)作業(yè)人員的影響。綜上，作業(yè)人員的應(yīng)急行為對(duì)含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故后果的嚴(yán)重程度具有重要影響。所提評(píng)估方法在統(tǒng)一的時(shí)間維度內(nèi)同步考慮作業(yè)人員的應(yīng)急疏散行為以及疏散過(guò)程中危險(xiǎn)載荷的變化，對(duì)海洋平臺(tái)含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故后果評(píng)估具有更好的適用性。

圖11 A點(diǎn)爆炸超壓曲線

圖12 初始位置為P3作業(yè)人員不同應(yīng)急行為暴露硫化氫濃度

6 結(jié)論

（1）提出了一種含硫化氫天然氣泄漏爆炸連鎖事故后果動(dòng)態(tài)評(píng)估方法。所提方法自泄漏事件考慮了事故的升級(jí)演化，評(píng)估毒害載荷影響與爆炸超壓影響時(shí)兼顧作業(yè)人員的應(yīng)急疏散以及疏散過(guò)程中的危險(xiǎn)載荷的變化，進(jìn)而引入風(fēng)險(xiǎn)理念實(shí)現(xiàn)多種危險(xiǎn)載荷影響的綜合評(píng)估。

（2）將所提動(dòng)態(tài)評(píng)估方法應(yīng)用于海洋平臺(tái)含硫化氫氣體泄漏爆炸連鎖事故后果評(píng)估。事故場(chǎng)景中考慮ESD系統(tǒng)與放空系統(tǒng)的影響設(shè)置動(dòng)態(tài)泄漏速率，結(jié)合疏散時(shí)序及應(yīng)急疏散軌跡確定作業(yè)人員實(shí)時(shí)位置。將評(píng)估結(jié)果與不考慮作業(yè)人員的應(yīng)急疏散行為所得結(jié)果對(duì)比，論證所提方法的準(zhǔn)確性與適用性。

（3）應(yīng)急疏散對(duì)作業(yè)人員的受災(zāi)程度有很大影響。但是應(yīng)急疏散并不總能減緩硫化氫毒害載荷和爆炸超壓載荷對(duì)作業(yè)人員的影響。因?yàn)椴涣私馕ｋU(xiǎn)載荷的時(shí)空發(fā)展，應(yīng)急疏散可能導(dǎo)致作業(yè)人員暴露于更危險(xiǎn)事故載荷。