邱嵐伊，李潤(rùn)求，2，3*，高建淑，劉 勇，2，3，崔 燕，2，3

（1.湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大學(xué) 應(yīng)急管理部南方煤礦瓦斯與頂板災(zāi)害預(yù)防控制安全生產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201；3.湖南科技大學(xué) 煤礦安全開(kāi)采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201）

隨著我國(guó)社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步與發(fā)展，人們對(duì)化學(xué)工業(yè)品的需求越來(lái)越多，而其中大部分是?；?。但由于我國(guó)?；樊a(chǎn)銷分布不均勻，有95%以上的?；沸枰惖剡\(yùn)輸，其中道路運(yùn)輸是危化品主要運(yùn)輸方式。而在?；返牡缆愤\(yùn)輸過(guò)程中，一旦發(fā)生泄漏事故，很可能造成火災(zāi)爆炸、人員傷亡與經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失等不良后果[1-2]，不利于維護(hù)國(guó)家安定、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展與實(shí)現(xiàn)人民幸福。例如：2020年6月13日，浙江溫嶺沈海高速發(fā)生液化石油氣運(yùn)輸槽罐車爆炸事故，造成20人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失約9 477萬(wàn)元。因此，預(yù)測(cè)?；返缆愤\(yùn)輸泄漏事故傷害范圍與分析其事故后果對(duì)制定危化品道路運(yùn)輸事故應(yīng)急預(yù)案有重大意義。

針對(duì)?；沸孤U(kuò)散已有許多研究，如：程方明等[3]研究了環(huán)境風(fēng)速及泄漏時(shí)間對(duì)罐區(qū)高壓天然氣非恒定速率泄漏擴(kuò)散的影響；王大慶等[4]結(jié)合實(shí)際泄漏過(guò)程中壓力容器內(nèi)狀態(tài)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，構(gòu)建了氣體非穩(wěn)態(tài)泄漏模型；鄢曙光等[5]基于計(jì)算流體力學(xué)方法研究了高校實(shí)驗(yàn)室甲烷擴(kuò)散規(guī)律并分析風(fēng)速與通風(fēng)條件對(duì)甲烷擴(kuò)散的影響。乙醇廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、食品醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域，其在道路運(yùn)輸中一旦發(fā)生泄漏事故則后果嚴(yán)重。由于?；贩N類繁多，泄漏擴(kuò)散規(guī)律復(fù)雜，不同泄漏方式下各因素對(duì)傷害范圍影響不同，特別地對(duì)乙醇泄漏擴(kuò)散的研究較少。因此，本文通過(guò)單因素變量法[6]模擬乙醇罐車泄漏事故，研究瞬時(shí)泄漏下各個(gè)因素對(duì)不同傷害范圍的影響規(guī)律，得出各個(gè)因素的重要度，并基于多元回歸分析方法[7]建立乙醇罐車瞬時(shí)泄漏傷害范圍預(yù)測(cè)模型，為實(shí)際預(yù)測(cè)乙醇泄漏擴(kuò)散傷害范圍提供理論參考。

1 乙醇罐車泄漏擴(kuò)散模型

乙醇俗稱酒精，在常溫常壓下是一種無(wú)色透明、帶有香味且易揮發(fā)的液體，并具有低毒性、易燃性與易爆性。乙醇的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，不僅可作為制取溶劑等的原料，制造醋酸等產(chǎn)品，還可用于清潔消毒與預(yù)防褥瘡等。

乙醇罐車發(fā)生泄漏，如遇明火則引起池火災(zāi)，進(jìn)而對(duì)周圍環(huán)境造成熱輻射傷害。此外，揮發(fā)的乙醇蒸氣與空氣預(yù)混并擴(kuò)散，若未遇到點(diǎn)火源，則發(fā)生中毒事故；若延遲點(diǎn)火且不發(fā)生爆炸，則發(fā)生閃火事故；若延遲點(diǎn)火且上空開(kāi)闊發(fā)生爆炸，則發(fā)生蒸氣云爆炸。

由于研究背景是乙醇罐車在道路運(yùn)輸中發(fā)生貨車碰撞導(dǎo)致乙醇瞬間大量泄漏，因此僅分析有毒蒸氣云、可燃蒸氣云、爆炸蒸氣云及池火熱輻射4種傷害方式。乙醇罐車泄漏傷害方式與等級(jí)見(jiàn)表1。乙醇蒸氣的密度比空氣大，其泄漏擴(kuò)散會(huì)受到重力的影響，表現(xiàn)為重氣擴(kuò)散[8]。因此，乙醇蒸氣擴(kuò)散選用重氣擴(kuò)散模型進(jìn)行分析。

表1 乙醇罐車泄漏傷害方式與等級(jí)

傷害范圍最大半徑是指危化品達(dá)到能夠造成相應(yīng)傷害方式與等級(jí)下傷害后果的最低濃度所形成的最大范圍。科學(xué)合理地確定傷害范圍最大半徑能夠有效指導(dǎo)事故應(yīng)急救援。若傷害范圍最大半徑偏小，則會(huì)造成人員疏散范圍偏小，處于傷害范圍內(nèi)的人群將會(huì)受到傷害；若傷害范圍最大半徑偏大，則會(huì)浪費(fèi)人力物力資源進(jìn)行不必要的疏散。因此，準(zhǔn)確確定傷害范圍最大半徑對(duì)制定應(yīng)急預(yù)案與有效進(jìn)行安全疏散有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 傷害范圍影響因素分析

乙醇罐車在道路運(yùn)輸中發(fā)生貨車碰撞導(dǎo)致乙醇瞬間大量泄漏，且乙醇具有揮發(fā)性，易與空氣混合形成混合氣體，因此乙醇泄漏擴(kuò)散傷害范圍與泄漏源、大氣環(huán)境等因素有關(guān)，即受環(huán)境風(fēng)速、泄漏量、溫度、濕度與云量等因素的影響[9]。單因素變量法是指在研究受多個(gè)因素影響的事物時(shí)，通過(guò)每次僅改變其中1個(gè)因素，而其余因素保持不變，從而研究這個(gè)因素對(duì)事物的影響，按照此方法依次研究全部因素，最后再綜合解決的科學(xué)研究方法。單因素變量法能把多因素的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)單因素的問(wèn)題，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究和科學(xué)探索之中。因此，為研究各個(gè)因素對(duì)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏傷害范圍的影響，通過(guò)調(diào)查湖南省乙醇罐車道路運(yùn)輸情況，采用單因素變量法并運(yùn)用ALOHA軟件，分別對(duì)環(huán)境風(fēng)速1～15 m/s，泄漏量4～44 t，溫度0～35℃，濕度0～100%，云量0～100%等條件下進(jìn)行乙醇泄漏擴(kuò)散模擬。

2.1 環(huán)境風(fēng)速

基于湖南省全年風(fēng)速變化情況，風(fēng)速?gòu)? m/s逐漸遞增至15 m/s，對(duì)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)有毒蒸氣云、可燃蒸氣云及爆炸蒸氣云傷害范圍隨風(fēng)速的增加而減小，而池火熱輻射傷害范圍隨風(fēng)速的增加而先增加后減小。以池火熱輻射為例，其傷害范圍如圖1所示。由于風(fēng)的作用，有毒蒸氣云、可燃蒸氣云及爆炸蒸氣云不斷與周圍空氣擴(kuò)散混合，乙醇蒸氣體積分?jǐn)?shù)不斷降低，因此其傷害范圍越小。風(fēng)速較小時(shí)，池火在風(fēng)的作用下加速燃燒，其熱輻射傷害范圍越大；風(fēng)速較大時(shí)，隨著風(fēng)速的不斷增加，池火燃燒變?nèi)?，其熱輻射傷害范圍變小?/p>

圖1 不同風(fēng)速對(duì)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏池火熱輻射傷害范圍的影響

2.2 泄漏量

根據(jù)罐車道路運(yùn)輸實(shí)際情況，泄漏量從4 t逐漸遞增至44 t，對(duì)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)4種傷害方式下的傷害范圍隨泄漏量的增加而增加。以有毒蒸氣云為例，其傷害范圍如圖2所示。泄漏量越大，乙醇濃度越高，風(fēng)險(xiǎn)性越高，故而傷害范圍越大。

圖2 不同泄漏量對(duì)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏有毒蒸氣云傷害范圍的影響

2.3 溫度、濕度、云量

通過(guò)調(diào)查湖南省全年溫度、濕度與云量等的變化情況，對(duì)溫度從0℃遞增至35℃、濕度從0%遞增至100%、云量從0%遞增至100%，分別對(duì)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)其傷害范圍基本不變，說(shuō)明溫度、濕度與云量對(duì)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏傷害范圍基本沒(méi)有影響。

3 多元回歸模型建立

精確預(yù)測(cè)乙醇罐車泄漏傷害范圍，可以精細(xì)制定應(yīng)急預(yù)案，精準(zhǔn)控制事故后果。

3.1 建模方法

多元回歸分析法是基于樣本數(shù)據(jù)研究多變量間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析方法。通過(guò)單因素變量法分析乙醇罐車瞬時(shí)泄漏傷害范圍的影響因素，不難發(fā)現(xiàn)環(huán)境風(fēng)速與泄漏量對(duì)泄漏傷害范圍的影響較大，而溫度、濕度與云量等因素對(duì)泄漏傷害范圍幾乎沒(méi)有影響。因此，根據(jù)多元回歸分析理論，設(shè)傷害范圍最大半徑L為因變量，環(huán)境風(fēng)速V與泄漏量M分別為自變量，建立因變量與自變量之間的二元二次函數(shù)關(guān)系式f（V，M），即

式中：α1，α2，α3，α4，α5，α6為回歸參數(shù)。

3.2 模型建立

根據(jù)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏傷害范圍最大半徑的建模方法，通過(guò)對(duì)模擬工況數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸，建立了乙醇罐車瞬時(shí)泄漏傷害范圍最大半徑的二元二次回歸預(yù)測(cè)模型組，見(jiàn)表2。由其擬合度可知，該預(yù)測(cè)模型組的擬合度普遍較高，且趨近于1，說(shuō)明二次回歸預(yù)測(cè)模型組的擬合效果好，對(duì)模擬工況數(shù)據(jù)的擬合程度高。

表2 多元二次回歸預(yù)測(cè)模型組與其擬合度

為了比較分析，同時(shí)對(duì)傷害范圍最大半徑與風(fēng)速、泄漏量進(jìn)行了二元一次和二元三次回歸建模。一次回歸預(yù)測(cè)模型較為簡(jiǎn)單，其預(yù)測(cè)精度不高。三次回歸預(yù)測(cè)模型復(fù)雜，處理數(shù)據(jù)繁雜，不便于實(shí)際應(yīng)用，且其預(yù)測(cè)精度較二次回歸預(yù)測(cè)模型提高不大。因此，二次回歸預(yù)測(cè)模型不僅對(duì)傷害范圍有較高的預(yù)測(cè)精度，且便于在實(shí)際應(yīng)用。

3.3 模型檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)所建立的二元二次回歸預(yù)測(cè)模型組的預(yù)測(cè)效果，對(duì)模擬工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)其相對(duì)誤差均較小，預(yù)測(cè)精度較高。以池火熱輻射的傷害范圍為例，其預(yù)測(cè)模型的相對(duì)誤差如圖3所示。

圖3 池火熱輻射的多元二次回歸預(yù)測(cè)模型相對(duì)誤差

由圖3可知，輕度、中度與重度傷害范圍的相對(duì)誤差基本在5%以下，其平均相對(duì)誤差分別為2.34%，2.33%與3.27%，有較好的預(yù)測(cè)精度。由此可見(jiàn)，在一定的誤差范圍內(nèi)，利用二元二次回歸預(yù)測(cè)模型能夠有效預(yù)測(cè)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏下不同傷害方式和傷害等級(jí)的傷害范圍。

4 結(jié)論

（1）在乙醇罐車瞬時(shí)泄漏傷害范圍的影響因素中，風(fēng)速與泄漏量是關(guān)鍵影響因素，有毒蒸氣云、可燃蒸氣云與爆炸蒸氣云的傷害范圍隨風(fēng)速的增加而減小，池火熱輻射的傷害范圍隨風(fēng)速的增加而先增加后減??；4種傷害方式下的傷害范圍隨泄漏量的增加而增加。溫度、濕度與云量對(duì)傷害范圍基本無(wú)影響。

（2）基于多元回歸分析方法，建立了以傷害范圍最大半徑為因變量、環(huán)境風(fēng)速與泄漏量為自變量的不同傷害方式和傷害等級(jí)下由12個(gè)多元回歸方程組成的二次預(yù)測(cè)模型組，結(jié)果表明：二次回歸預(yù)測(cè)模型對(duì)乙醇罐車瞬時(shí)泄漏傷害范圍有較好的預(yù)測(cè)精度。

（3）建立乙醇罐車瞬時(shí)泄漏傷害范圍預(yù)測(cè)模型，不僅能為預(yù)測(cè)乙醇泄漏擴(kuò)散傷害范圍提供理論參考，而且對(duì)制定危化品道路運(yùn)輸事故應(yīng)急預(yù)案、確保人員安全疏散及控制泄漏事故損失等有較好的指導(dǎo)意義。