导　　师： 陈国华

学科专业： H0203

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 化工园区可以变分散、单一企业为集中、多样、互联的园区企业群，带来规模效应。因此，化工园区建设成为近年来国际石油化学工业发展的主流。在石油化学工业规模不断扩大及全球发展集群化的趋势下，我国将在临海、沿江地区（长三角、珠三角、环渤海湾）大力发展化工园区。由于石油化工行业工艺、原材料及产品的特殊性，在化工园区中存在大量易燃、易爆、有毒等重大危险源，一旦发生事故，极有可能诱发多米诺效应而酿成重特大群死群伤事故。
　　 目前国外在事故多米诺效应方面具有一定的研究，但是大多侧重于对事故扩展参数临界量的界定。多米诺效应的形成是主事故单元和目标危险源单元两个方面共同作用的结果。单纯考虑某一方面的参数不能反映化工园区事故扩展的相关规律。同时目前研究仅考虑事故的一次扩展，忽略了对二次事故扩展的分析。本文以化工园区事故多米诺效应风险仿真原理及应用研究为选题，主要开展以下方面的研究工作：
　　 （1）化工园区火灾事故多米诺效应扩展及作用机理火灾是化工园区中容易导致事故扩展的主要事故类型之一。首先对典型化学品火灾事故扩展可能性进行分析，分别确定能够通过对流传热和热辐射形式造成事故扩展的火灾事故类型。在泄漏物质质量比较大的条件下，池火灾能够进行长时间的稳定燃烧，可以通过热辐射的形式对周边目标危险源单元造成影响。该部分着重对化工园区中不同组分物质形成池火灾的火焰结构、传播特性和作用机理进行研究，综合考虑热影响导致目标单元失效的原因，确立池火灾热辐射对目标单元的影响概率，并通过广泛搜集试验数据，对比分析模型的有效性。
　　 （2）化工园区爆炸事故多米诺效应扩展及作用机理爆炸事故可通过爆炸冲击波超压和爆炸碎片两种能量载体造成事故扩展。爆生产物的推动是爆炸碎片获得初速度的根本原因，根据对爆生产物膨胀过程的分析，推导爆炸碎片初速度计算公式；碎片抛射后受重力和空气阻力作用，根据碎片飞行过程中的动力学特点求解飞行过程中的加速度方程并确定边界条件，研究了爆炸碎片飞行轨迹及飞行速度的变化规律；研究碎片生成及抛射的不确定性，构建碎片累积影响概率分布函数；分析爆炸能量释放机理，结合TNT炸药爆炸的实验数据，推导基于爆炸相似规律的爆炸冲击波超压随距离变化的衰减关系表达式。通过与工程领域图表数据及经验分析方法的对比论证了方法的有效性。
　　 （3）化工园区事故多米诺效应影响概率及风险表征方法事故多米诺效应扩展过程可抽象为两种基本模式：包络型和链条型。通过对两种基本扩展模式的组合，构建化工园区事故多米诺效应影响概率分析模型；采用三种事故扩展参数对人体的损伤概率来表征每个危险源发生事故的后果。综合装置失效及三种事故扩展参数导致事故扩展的统计数据，分析得到三种事故扩展参数出现的可能性。结合风险的基本定义，确立多个危险源三个事故扩展参数共同作用条件下的化工园区事故多米诺效应风险表征方法。
　　 （4）化工园区多米诺效应离散孤岛模型及算法根据特定事故扩展过程所涉及危险源的分布及影响强度构建化工园区事故多米诺效应网络，以罐组之间的事故扩展数量为目标函数，以危险源事故扩展能力为优选指标，按照优先切断罐组之间的事故扩展，同时尽可能降低罐组内部连接强度的原则实现对化工园区多米诺效应扩展网络的离散孤岛化处理，将相互联系的多米诺效应网络离散为相互独立的孤岛网络，降低多米诺效应对整个园区的影响。
　　 （5）化工园区事故多米诺效应仿真方法研究仿真是展现复杂随机问题效果的一种有效实验手段。根据事故多米诺效应风险模型设计相关算法实现对事故多米诺效应风险的仿真建模，同时运用数值分析理论、计算机图形学、GIS技术及计算机技术实现地图操作、扩展参数计算、影响范围确定、多米诺效应影响概率计算、多米诺效应风险云图绘制并构建化工园区事故多米诺效应仿真系统，实现对事故多米诺效应风险仿真分析及特定事故扩展过程离散孤岛化处理。
　　 （6）化工园区事故多米诺效应仿真应用研究选取广州某典型化工园区为应用对象，运用文中构建的化工园区事故多米诺效应仿真系统实施事故多米诺效应风险的仿真实验，具体包括如下内容的分析：典型危险源装置发生火灾爆炸事故时形成的三种事故扩展参数的影响范围及衰减特性分析、特定主事故条件下的事故扩展范围分析、危险源之间的一次影响概率及多米诺效应影响概率、多米诺效应风险云图生成、多米诺效应离散等，以体现化工园区事故多米诺效应分析方法及仿真系统的工程价值。
　　 上述研究工作能够为化工园区危险源单元入园选址、日常监管及事故后的有效控制来切断事故的进一步扩展提供重要的决策依据。

关 键 词： 火灾爆炸 多米诺效应 化工园区 风险表征法 孤岛网络

分 类 号： [X928.7]

领　　域： [环境科学与工程]