ABSTRACT With development of chemical and petroleum-chemical industry, main equipments and installations become more and more automatic, continuous, large and complex. And more and more kinds of flammable and explosive materials are processed and stored in the process of chemical industry. Once normal running state of dangerous substance is disturbed，major explosion accident which leads to huge person casualty, loss of property and damage of environment will be induced. So study on occurrence, development and prevention and cure mechanism, building of simulation and evaluation theoretical model for explosion disasters in typical chemical process and Decision Support System(DSS) for disaster prevention is important content for establishment and perfection of society disaster prevention system and improvement of society succour abilities under emergency. This paper focuses on two kinds of major explosion disaster accident, they are Vapour Cloud Explosion (VCE) and

Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion (BLEVE) in typical chemical process. Mechanism, conditions and influent factors of occurrence and development, accident characteristic, damage mechanism and accident modes of UVCE and BLEVE have been put forward by analysis, sum-up and abstract of substantive typical explosion disaster accident cases in chemical and petroleum-chemical process. Databases for dangerous materials, typical accident cases and typical explosion disaster accident modes have been built. Existing ways and models for simulation and evaluation of explosion disaster have been summarised and compared by calculation, and their virtues and defects have been analyzed. Then models for simulation and evaluation of accident consequence of UVCE and BLEVE have been given, including models for explosion fireball, distributing and damage of shock wave in space, distributing and damage of heat radiation in space, human casualty and property loss. Damage modes of explosion disaster have been studied and analyzed. Evaluation rules applying for gas cloud explosion have been summarized. Accident simulation and evaluation way based on disaster models have been given. Evaluation parameters system for disaster consequence of UVCE and BLEVE has been established. Simulation and evaluation software for disaster consequence of UVCE and BLEVE has been developed . After analysis and comparison of virtues and hortcomings of existing system

safety evaluation ways, Artificial Neural Network (ANN), Artificial Intelligence (AI) and Expert System (ES) are used to build new system safety evaluation means. System safety evaluation model and intelligent expert system for fault diagnosis based on ANN have been put forth. Development and realization of visual neural network for system safety valuation and fault diagnosis provides new idea for system safety evaluation and accident mode diagnosis. Ideas and steps for building of succour measures under emergent disaster have been suggested. Contents of succour measures under emergent disaster have been summarized. Detailed rescue principle and procedure under leak accident of LPG are also given as an example. Knowledge base, model base, arithmetic base and inference engine for explosion disaster prevention and emergency succour are built. Design and development idea for decision support system based on object-oriented idea are offered. Design of structure and main function modules of DSS for disaster prevention are given. Distributing DSS for disaster prevention and simulation of disaster in chemical process is realized by system integration of diagnosis module for accident mode, neural network module, disaster simulation and evaluation module, knowledge base and its management system、database and its management system, module base and its management system, support environment for software system, network and hardware. By combination of disaster simulation and evaluation models checked by typical accident cases, disaster prevention software and engineering practice，this paper is established on basis of certain fact and correct theoretical model. KEY WORDS： Vapour cloud explosion (VCE), Boiling liquid expanding vapor explosion (BLEVE), Accident mechanism, Model, Simulation and evaluation, Artificial Neural Network (ANN), Artificial Intelligence (AI), Decision Support System (DSS)

　　緒 論

　　1 引 言 爆炸是化工和石油化工生產(chǎn)中的重大災(zāi)害之一，事故的發(fā)生常常導(dǎo)致重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。例如1966年1月4日發(fā)生在法國(guó)的一次沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故導(dǎo)致18人死亡，81人受傷和巨大財(cái)產(chǎn)損失。1972年巴西某廠精煉工段丁烷大量泄漏，引發(fā)蒸氣云爆炸事故，導(dǎo)致直接財(cái)產(chǎn)損失8.4百萬(wàn)美元，37人死亡，53人受傷[1]。1997年9月14日印度HPCL煉油廠因腐蝕使該廠的一個(gè)液化石油氣儲(chǔ)罐泄漏，從而引發(fā)一系列事故并逐漸演變成一場(chǎng)災(zāi)難，導(dǎo)致60人死亡，造成1.5億美元財(cái)產(chǎn)損失，威脅附近城市200萬(wàn)居民的安全。此類災(zāi)難性事故不勝枚舉，且隨著石化工業(yè)的發(fā)展，這類災(zāi)難性事故的發(fā)生頻率越來(lái)越高，災(zāi)害后果也越來(lái)越嚴(yán)重。災(zāi)害所帶來(lái)的嚴(yán)重后果和環(huán)境與社會(huì)問(wèn)題遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了事故本身，嚴(yán)重影響、制約了當(dāng)代石化工業(yè)的順利健康發(fā)展，這些嚴(yán)酷的事實(shí)表明了深入研究這些災(zāi)害性事故的發(fā)生機(jī)理、相關(guān)條件及傷害機(jī)理，建立這些災(zāi)害性事故的嚴(yán)重度模擬評(píng)價(jià)模型，開(kāi)發(fā)災(zāi)害模擬評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)，對(duì)于科學(xué)預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生、指導(dǎo)緊急救災(zāi)具有重要理論價(jià)值和實(shí)踐意義。
　　有關(guān)爆炸災(zāi)害防治技術(shù)研究有著悠久的歷史，然而開(kāi)展災(zāi)害基礎(chǔ)研究的出現(xiàn)和防治技術(shù)的快速發(fā)展卻是在最近二、三十年內(nèi)，七十年代以來(lái)，隨著石油化工生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，化工裝置重大爆炸事故頻繁發(fā)生，引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，國(guó)際上相繼通過(guò)了1990年化學(xué)制品公約、1993年預(yù)防重大工業(yè)事故公約等，敦促世界各國(guó)實(shí)施相應(yīng)的政策及預(yù)防保護(hù)措施，發(fā)展基礎(chǔ)研究和重大災(zāi)害防治應(yīng)用技術(shù)研究。加拿大、美國(guó)、英國(guó)、日本及歐共同體許多國(guó)家先后投入了大量的人力、物力和財(cái)力開(kāi)展重大危險(xiǎn)源的辯識(shí)、評(píng)價(jià)與預(yù)防控制技術(shù)及相關(guān)的基礎(chǔ)性研究工作，取得了較高水平的研究成果。
　　我國(guó)政府非常重視爆炸災(zāi)害的防治工作。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分高校和科研單位相繼開(kāi)展了此方面的研究工作，在危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)、宏觀控制技術(shù)、裝置爆炸災(zāi)害模式研究方面取得了一定的進(jìn)展。
　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外在爆炸災(zāi)害基礎(chǔ)研究方面的發(fā)展趨勢(shì)是：重視爆炸災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展和防治機(jī)理與規(guī)律的研究；重視災(zāi)害過(guò)程理論模型及災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬與計(jì)算機(jī)模擬；重視重大裝置的防護(hù)，對(duì)火災(zāi)與爆炸的結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)性作出評(píng)估，采用各種措施消除危險(xiǎn)根源；加快高新技術(shù)進(jìn)入爆炸災(zāi)害研究與防治領(lǐng)域；重視在工程設(shè)計(jì)、評(píng)估與管理中引入基礎(chǔ)研究成果。重大爆炸災(zāi)害計(jì)算機(jī)模擬評(píng)價(jià)及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)的研究是現(xiàn)代大型化工裝置、高能連續(xù)裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的客觀需要，并已經(jīng)成為安全技術(shù)及工程學(xué)科領(lǐng)域的前沿課題。
　　正是基于上述的此領(lǐng)域研究背景，本文重點(diǎn)對(duì)典型化工裝置中的重大爆炸災(zāi)害事故的發(fā)生、發(fā)展機(jī)理、相關(guān)條件、影響因素、事故特點(diǎn)、傷害機(jī)理進(jìn)行了研究；在此基礎(chǔ)上，建立了典型爆炸災(zāi)害后果及嚴(yán)重度模擬評(píng)價(jià)模型；將面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)、軟件工程理論與方法、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及決策支持系統(tǒng)技術(shù)等應(yīng)用于研制開(kāi)發(fā)“化工過(guò)程災(zāi)害模擬評(píng)價(jià)及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)”軟件系統(tǒng)。本文的主要研究?jī)?nèi)容同時(shí)也是江蘇省青年科學(xué)基金項(xiàng)目：“化工裝置爆炸災(zāi)害模擬與評(píng)價(jià)及防災(zāi)決策系統(tǒng)研究（No. BQ98029）”和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目：“典型化工過(guò)程災(zāi)害性事故預(yù)測(cè)與防治技術(shù)基礎(chǔ)研究（No. 29936110）”的重要組成部分。

　　2 　國(guó)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展 在國(guó)外，由于發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)化進(jìn)程較早，加之以強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)作后盾，因此發(fā)達(dá)國(guó)家與工業(yè)安全相關(guān)的各項(xiàng)法律、制度及管理規(guī)定等制度體系都比較完善，而在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、災(zāi)害防治理論研究及工程技術(shù)開(kāi)發(fā)方面也是遙遙領(lǐng)先。如在災(zāi)害危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究方面，美國(guó)DOW化學(xué)公司于1964年開(kāi)發(fā)了DOW火災(zāi)、爆炸指數(shù)法，至今已發(fā)展更新至第七版；英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司于1974年在DOW火災(zāi)、爆炸指數(shù)法的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了ICI MOND法，可用于工廠火災(zāi)、爆炸及毒性危險(xiǎn)性評(píng)估；日本學(xué)者提出的化學(xué)工廠六階段安全評(píng)價(jià)法及概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法；美國(guó)Rasmussen教授領(lǐng)導(dǎo)的科研人員于1974年第一次成功估計(jì)美國(guó)商用核電站潛在事故對(duì)社會(huì)造成的危害所應(yīng)用的事件樹(shù)（ETA）和故障樹(shù)（FTA）分析法等。隨著石化、兵工等企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，火災(zāi)、爆炸、泄漏等重大事故的發(fā)生頻率增加，且所導(dǎo)致的危害也越來(lái)越大，引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。英國(guó)衛(wèi)生與安全委員會(huì)設(shè)立了重大危險(xiǎn)源咨詢委員會(huì)—進(jìn)行重大危險(xiǎn)源辨識(shí)、評(píng)價(jià)技術(shù)研究；美國(guó)于1985年出版了《危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法指南》；歐盟共同體于1982年頒發(fā)了《工業(yè)活動(dòng)中重大事故隱患的指示》；1992年國(guó)際勞工組織（ILO）第79界會(huì)議專門(mén)討論了預(yù)防重大工業(yè)災(zāi)害的問(wèn)題；在國(guó)際勞工組織的支持下，許多國(guó)家也相繼建立了重大危險(xiǎn)源控制系統(tǒng)。最近十年來(lái)，國(guó)外在理論研究基礎(chǔ)上，還開(kāi)發(fā)了不少危險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件包，并投入運(yùn)行，如英國(guó)TECHNICA公司開(kāi)發(fā)的SAFETI軟件包、荷蘭咨詢科學(xué)家公司開(kāi)發(fā)的SAVE II軟件包等。

　　2.1　蒸氣云爆炸國(guó)外研究進(jìn)展 國(guó)外自20世紀(jì)60年代就開(kāi)始了有關(guān)的研究工作，90年代，歐洲建立了氣云爆炸模型和實(shí)驗(yàn)研究工程（Modelling and Experimental Research into Gas Explosions，簡(jiǎn)稱MERGE），由荷蘭、挪威、英國(guó)、德國(guó)和法國(guó)的七個(gè)著名研究機(jī)構(gòu)組成聯(lián)合體從事這項(xiàng)研究，俄國(guó)的國(guó)家防火科學(xué)研究中心也從事此領(lǐng)域的有關(guān)研究工作。有許多文獻(xiàn)報(bào)道了對(duì)蒸氣云爆炸進(jìn)行的相關(guān)研究工作，例如J. A. Davenport在文獻(xiàn)中歸納了國(guó)外近幾十年來(lái)發(fā)生的蒸氣云爆炸事故案例詳細(xì)數(shù)據(jù)。J. H. Pickles，S. H. Bittleston提出了蒸氣云爆炸的火焰速度和爆炸超壓的空間三維時(shí)間模型。
　　為了研究蒸氣云的爆炸機(jī)理，尤其是障礙物和約束邊界條件對(duì)燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響，國(guó)外科研人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)室研究和野外實(shí)驗(yàn)研究。開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)研究包括：（1）無(wú)約束氣云爆炸實(shí)驗(yàn)。研究者進(jìn)行了球形、半球性和圓盤(pán)形氣云爆炸實(shí)驗(yàn)[2]，實(shí)驗(yàn)直徑從40mm到20m。（2）氣云內(nèi)有障礙物時(shí)的爆炸實(shí)驗(yàn)。研究者以管束、管架和絲網(wǎng)為障礙物進(jìn)行了一系列氣云爆炸實(shí)驗(yàn)[3]。（3）氣云周?chē)�有約束時(shí)氣云爆炸實(shí)驗(yàn)。研究者在氣云的周?chē)�設(shè)置了擋板，使氣云只能按一個(gè)或兩個(gè)方向傳播[4]。（4）不同可燃?xì)怏w種類氣云爆炸實(shí)驗(yàn)。研究者以甲烷-空氣、丙烷-空氣、乙烯-空氣和乙炔-空氣為介質(zhì)進(jìn)行了氣云爆炸實(shí)驗(yàn)[5]。其中Lind于1975年、Lind和Whitson于1977年、Moen于1982年、Winger den和Dauwe于1983年、Harrison和Eyre[30]于1986年進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)具有代表性，他們的實(shí)驗(yàn)物質(zhì)為甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丁烯、乙炔、天然氣或環(huán)氧乙烷與空氣形成的等化學(xué)當(dāng)量比混合氣體，最大實(shí)驗(yàn)混合氣體量達(dá)到4000立方米。美國(guó)的Dr. Michael C. Parnarouskis, LCDR Michael W. Taylor, Dr. C. D. Lind, Dr. Phani p. k. Raj, Dr. J. M. Cece等人為了研究了解液化天然氣（LNG）泄漏到大氣中的后果，于1973年開(kāi)始蒸氣云爆炸的五個(gè)階段多因素條件下實(shí)驗(yàn)研究。
　　在實(shí)驗(yàn)研究的同時(shí)，還進(jìn)行了大量的理論研究工作。（1）TNT當(dāng)量法研究。蒸氣云爆炸的系統(tǒng)研究開(kāi)始于本世紀(jì)七十年代，在此之前，人們一直用TNT當(dāng)量法來(lái)估計(jì)和預(yù)測(cè)蒸氣云爆炸事故的嚴(yán)重度。由于蒸氣云爆炸事故的嚴(yán)重性以及TNT當(dāng)量法存在的缺點(diǎn)，國(guó)外于七十年代較全面地開(kāi)展了蒸氣云爆炸的研究工作。例如：出于安全運(yùn)輸和儲(chǔ)存液化天然氣的需要，Bull和Elsworth于1977年、Benedick于1979年分別測(cè)得了等化學(xué)當(dāng)量比燃料—空氣混合物的臨界起爆能。其中R. A. Strehlow, R. T. Luckritz, A. A. Adamcyz和S. S. Shimpi于1979年提出了球形火焰模型，荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究院于八十年代初提出了半球形模型。（2）多能模型研究。Van den Berg, B. J. Wiekema, C. J. M. Van Winger den和G. Opschoor于八十年代中期提出的多能法(Multi-Energy Method)是蒸氣云爆炸模型的典型代表。（3）自相似理論。為了能在理論上有所突破，Kuhl等人對(duì)球形氣云爆炸進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理[7]。既不考慮點(diǎn)火的瞬間火焰加速過(guò)程，也不考慮火焰熄滅后的壓力波衰減過(guò)程，而只研究火焰以恒速穩(wěn)定傳播的情況，這樣，球形氣云的爆炸過(guò)程就相當(dāng)于一個(gè)滲透性假想球形活塞的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。自相似理論只能適用于火焰穩(wěn)定傳播的情況，與實(shí)際的差距比較大。（4）數(shù)值模擬方法。利用氣體動(dòng)力學(xué)方程、燃燒方程和湍流方程構(gòu)成描述氣云爆炸過(guò)程的方程組，然后通過(guò)一系列假設(shè)進(jìn)行簡(jiǎn)化，使之變成易于求解的形式，再利用有限元法或有限差分法進(jìn)行求解。例如EXSIM、FLACS、REAGAS及COBRA，但至今未獲得理想的結(jié)果。

　　2.2 　沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸國(guó)外研究進(jìn)展 從70年代開(kāi)始，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和加拿大等一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家就對(duì)液化氣的安全運(yùn)輸與儲(chǔ)存問(wèn)題進(jìn)行了研究，80年代后期，其研究更加廣泛和深入，并于1984，1986，1990年先后召開(kāi)了3次學(xué)術(shù)會(huì)議（International Conference on Major Hazardous in the Transportation and Storage of PLGS）,專門(mén)討論了其安全技術(shù)方面的研究情況。1990年5月比利時(shí)召開(kāi)的“傳熱與主要技術(shù)危害”（Heat Transfer and Major Technological Hazards）的歐洲會(huì)議上把處于火焰包圍和火焰噴射環(huán)境下的液化氣容器的火災(zāi)爆炸事故研究作為當(dāng)今世界技術(shù)危害的重大課題。各國(guó)相繼對(duì)此開(kāi)展了積極的研究，其研究成果在美國(guó)雜志“Journal of　Hazardous Materials”中進(jìn)行了相對(duì)集中的報(bào)道。
　　實(shí)驗(yàn)研究。1973年至1975年，美國(guó)鐵路協(xié)會(huì)和聯(lián)邦鐵路局資助進(jìn)行了液化氣鐵路罐車(chē)在火焰包圍下的爆炸實(shí)驗(yàn)，并對(duì)爆炸碎片做了金相分析。1986年英國(guó)能源部和交通部聯(lián)合進(jìn)行了大型列車(chē)高壓罐火焰包圍下的爆炸實(shí)驗(yàn)。1985年英國(guó)健康與安全行政署對(duì)2個(gè)0.25噸和3個(gè)1噸的液化氣罐在火焰包圍下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并于1988年和英國(guó)殼體研究所（Institute of Shell Research）合作進(jìn)行了一個(gè)5噸液化氣罐在火焰包圍環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)取了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，了解到液化氣罐內(nèi)蒸氣區(qū)和液體區(qū)的溫度、壓力和罐壁溫度等參數(shù)的變化情況。自1980年以來(lái)，加拿大交通部與本國(guó)幾所大學(xué)合作，已經(jīng)進(jìn)行了并仍在繼續(xù)進(jìn)行一系列的高壓液化氣罐燃燒爆炸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中使用了火焰包圍（池火）和火焰噴射（火炬）等不同的加熱方式，研究了外部加熱條件、儲(chǔ)罐幾何形狀尺寸、工質(zhì)成分、機(jī)械損傷和減壓閥狀態(tài)等諸方面因素對(duì)儲(chǔ)罐爆炸的影響，觀測(cè)了爆炸火球、拋射物和噴射物的危害程度，這些實(shí)驗(yàn)中，Queen’s大學(xué)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)規(guī)模最大，所涉及的研究對(duì)象最多，New Brunswick大學(xué)和 McGill大學(xué)進(jìn)行了一些中小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)。
　　數(shù)值模擬研究。1987年，英國(guó)殼體研究所開(kāi)發(fā)了HEAT-UP模型，該模型建立在對(duì)容量為0.25噸，1噸和5噸的液化氣容器于火焰包圍環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)研究之基礎(chǔ)上，可成功地預(yù)測(cè)安全閥的開(kāi)啟時(shí)間，容器內(nèi)液體和蒸氣的平均溫度。1984年至1987年英國(guó)健康與安全行政署相繼開(kāi)發(fā)了ENGULF-I和ENGULF-II模型，前者只模擬了裝有部分碳?xì)浠�合物的矩形容器被火焰包圍時(shí)其容器內(nèi)的熱響應(yīng)過(guò)程，后者可模擬火焰均勻包圍或非均勻包圍、火焰噴射或遠(yuǎn)距離輻射等環(huán)境下的水平圓柱形容器內(nèi)的熱響應(yīng)過(guò)程，可對(duì)容器外壁加裝水冷卻或隔熱層等保護(hù)效果進(jìn)行預(yù)測(cè)。加拿大新不倫瑞克大學(xué)火焰科學(xué)中心自1982年至今相繼開(kāi)發(fā)了PLGS-1，PLGS-2和PLGS-3模型，其中PLGS-1和PLGS-2兩種模型都只模擬水平圓柱體容器被火焰均勻包圍環(huán)境下容器內(nèi)的物理響應(yīng)過(guò)程，模型中考慮了容器內(nèi)邊界層從自然對(duì)流到沸騰全過(guò)程，以及蒸汽區(qū)與過(guò)冷液體區(qū)間的分層區(qū)，能較好地模擬出安全閥第一次打開(kāi)之前容器內(nèi)的全過(guò)程。此外，P. Kourneta和I L iomas等人在研究液化氣物理性質(zhì)隨溫度變化規(guī)律后提出了進(jìn)一步考慮該因素的DOMINO模型。加拿大金斯頓大學(xué)的A. M. Birk提出了進(jìn)一步考慮容器被滾動(dòng)或拋擲這一因素的TCTCM模型。
　　事故機(jī)理研究。研究認(rèn)為液體存在一個(gè)可以達(dá)到的過(guò)熱界限，當(dāng)液化氣容器的閥門(mén)打開(kāi)或存在裂縫及小孔時(shí)，容器內(nèi)突然降壓，液體就會(huì)達(dá)到此過(guò)熱界限而發(fā)生劇烈沸騰，最終導(dǎo)致爆炸。
　　同時(shí)，國(guó)外許多文獻(xiàn)報(bào)道了BLEVE方面的研究工作。例如RICHARD W. PRUGH在一篇文獻(xiàn)中進(jìn)行了BLEVE爆炸事故機(jī)理和預(yù)防措施，并提出了一些定量模型。HIS-JEN CHEN, MANN-HSING LIN, FU-YUAN CHAO在一篇文獻(xiàn)中進(jìn)行了BLEVE環(huán)境下的容器熱響應(yīng)問(wèn)題研究，提出了熱響應(yīng)模型。
　　文獻(xiàn)中報(bào)道的沸騰液體擴(kuò)展蒸氣云爆炸模型有國(guó)際勞工組織提出的非點(diǎn)源ILO模型；H. R. Greenberg和J. J. Cramer提出的點(diǎn)源模型以及A. F. Roberts模型。
　　其中荷蘭環(huán)境科學(xué)研究所進(jìn)行了沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸研究，并研制開(kāi)發(fā)了“Modeling the effects of accidental release of hazardous substances”軟件系統(tǒng)（4.0版）。Thermal Hazards Laboratory, Queen’s University at Kingston在加拿大交通部、交通發(fā)展中心、危險(xiǎn)物質(zhì)運(yùn)輸指導(dǎo)中心，NSERC等機(jī)構(gòu)、單位的資助下，在A. M. Birk領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行了大量液化氣儲(chǔ)罐爆炸的實(shí)驗(yàn)，研究了BLEVE的爆炸沖擊波、熱輻射及拋射物的傷害，火焰對(duì)裝有高壓液化氣的容器的作用，在火焰環(huán)境下的容器模擬，BLEVE的模擬及火球等內(nèi)容，并據(jù)研究成果開(kāi)發(fā)了“BLEVE Incident Simulator (BIS) V1.0”軟件系統(tǒng)，取得了較好的成績(jī)。同時(shí)國(guó)外也開(kāi)發(fā)了一些故障診斷和評(píng)價(jià)系統(tǒng)，見(jiàn)表1.1。

表1.1 國(guó)外已開(kāi)發(fā)的故障診斷與評(píng)價(jià)系統(tǒng)
 Table1.1 Fault diagnosis and evaluation system developed abroad

　　3.1 蒸氣云爆炸研究進(jìn)展 近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分高校和科研單位相繼開(kāi)展了此方面的研究工作，取得了一定的進(jìn)展。我國(guó)自20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行可燃?xì)怏w爆炸方面的研究，但主要是針對(duì)可燃?xì)怏w爆炸極限、密閉空間氣相爆炸及安全泄放等方面進(jìn)行的研究工作；關(guān)于氣云爆炸的研究也是針對(duì)以炸藥點(diǎn)燃空氣炸藥而形成爆轟氣云進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬，而通常的氣云爆炸并不會(huì)產(chǎn)生爆轟波。北京理工大學(xué)、化工部勞動(dòng)保護(hù)研究所及勞動(dòng)部勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)院等單位合作，在危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)、宏觀控制技術(shù)研究方面取得了較好的成果，建立了定量與定性相結(jié)合評(píng)價(jià)方法，并開(kāi)發(fā)了事故后果分析的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。“爆炸災(zāi)害預(yù)防與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”利用80米長(zhǎng)水平管道，進(jìn)行了蒸氣云爆炸規(guī)律的初步研究，如障礙物對(duì)蒸氣云燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響。宇德明在“重大危險(xiǎn)源的評(píng)價(jià)及火災(zāi)爆炸事故嚴(yán)重度的若干研究”博士論文中對(duì)蒸氣云爆炸傷害機(jī)理及后果評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了研究[20]。國(guó)內(nèi)少量文獻(xiàn)對(duì)蒸氣云爆炸數(shù)值模擬進(jìn)行了研究，但實(shí)驗(yàn)研究，國(guó)內(nèi)較少。例如:徐勝利，糜仲春，湯明均進(jìn)行了“有限釋放能速率可燃?xì)庠票�炸�?chǎng)的研究”[22]；丁信偉，李志義，李應(yīng)博進(jìn)行了“可燃?xì)怏w云爆燃場(chǎng)數(shù)值模擬”；江昀，江佩蘭進(jìn)行了“蒸氣云火災(zāi)爆炸破壞作用預(yù)測(cè)方法的研究”。畢明樹(shù)等人也進(jìn)行了“無(wú)約束氣云弱點(diǎn)火爆炸壓力實(shí)驗(yàn)研究”，實(shí)驗(yàn)用聚乙烯薄膜形成半球形限制膜，向球內(nèi)充入按化學(xué)計(jì)量配比的乙炔與空氣的混合物，從而形成半球形氣云，在半球形氣云的中心設(shè)置有點(diǎn)火電極，實(shí)驗(yàn)研究表明：氣云爆炸的最大壓力基本上發(fā)生在距爆源中心距離為氣云初始半徑的2倍左右之處，是因?yàn)闅庠谱罱K半徑將增大初始半徑的1.8-2.2倍；并且開(kāi)敞空間氣云爆炸的威力與氣云體積的2/3次方成正比，與離開(kāi)爆源中心的距離成反比。

　　3.2 沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸研究進(jìn)展 國(guó)內(nèi)對(duì)該領(lǐng)域的研究起步較晚，其投入力量尚不多，從目前的文獻(xiàn)資料及學(xué)術(shù)交流情況可知，北京科技大學(xué)自1992年開(kāi)始對(duì)火焰包圍環(huán)境下水平圓柱容器內(nèi)液化氣介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)機(jī)理進(jìn)行分析研究，建立了相應(yīng)的數(shù)值模擬模型，并與加拿大Queen’s大學(xué)合作，相繼對(duì)容器壁裂縫以及機(jī)械振動(dòng)沖擊等引起的液化氣容器爆炸機(jī)理進(jìn)行了研究，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的數(shù)值模擬模型，同時(shí)提出了“冷爆炸”概念。此外武漢交通科技大學(xué)在交通部資助下，積極進(jìn)行了液化氣及石油運(yùn)輸過(guò)程中突發(fā)性事故的機(jī)理研究與仿真[23]，主要針對(duì)液化氣船和油船的典型結(jié)構(gòu)型式建立了相應(yīng)的數(shù)值模擬模型，開(kāi)發(fā)了具有友好用戶界面的仿真軟件。宇德明在“重大危險(xiǎn)源的評(píng)價(jià)及火災(zāi)爆炸事故嚴(yán)重度的若干研究”博士論文中對(duì)沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸傷害機(jī)理進(jìn)行了一些研究。同時(shí)國(guó)內(nèi)也有少量文獻(xiàn)報(bào)道了國(guó)內(nèi)學(xué)者利用國(guó)外研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程災(zāi)害評(píng)價(jià)中的研究，例如劉茂，杜雅萍等在文獻(xiàn)中對(duì)液化石油氣罐區(qū)危險(xiǎn)性進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)；王鐵民開(kāi)發(fā)了“液化石油氣罐區(qū)安全評(píng)價(jià)和緊急防災(zāi)系統(tǒng)”。國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)的診斷與評(píng)價(jià)系統(tǒng)[24]，見(jiàn)表1.2。

表1-2 國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)的故障診斷與評(píng)價(jià)系統(tǒng)
Table 1-2 Fault diagnosis and evaluation system developed home

　　由于投入不足，國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，大多數(shù)機(jī)理探討及數(shù)值研究工作均是在國(guó)外公開(kāi)發(fā)表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

　　4 論文的研究目的與主要研究?jī)?nèi)容 在有大量易燃、易爆危險(xiǎn)物質(zhì)的生產(chǎn)或儲(chǔ)存裝置中，一旦物質(zhì)或能量的正常運(yùn)行狀態(tài)遭到破壞，裝置發(fā)生爆炸，便會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，不僅廠區(qū)內(nèi)部，而且鄰近地區(qū)人員的生命、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境都將遭受巨大的損失。以往發(fā)生的災(zāi)害性事故案例的嚴(yán)酷事實(shí)表明了爆炸災(zāi)害防治已刻不容緩。隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，裝置的高度自動(dòng)化、連續(xù)化、大型化及高溫、高壓、高能量?jī)?chǔ)備的特點(diǎn)，也使得爆炸事故更具有突發(fā)性、災(zāi)難性、復(fù)雜性和社會(huì)性。因此，加強(qiáng)典型化工過(guò)程爆炸災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展和防治機(jī)理研究，加強(qiáng)典型裝置爆炸災(zāi)害的預(yù)測(cè)、預(yù)防和控制技術(shù)的研究，是建立和完善社會(huì)防災(zāi)體系及做好城市減災(zāi)工作的重要內(nèi)容之一，此項(xiàng)課題的研究不僅具有重要的理論價(jià)值，而且具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義。
　　當(dāng)前我國(guó)正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期，災(zāi)害事故及其造成的損失呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，因而更應(yīng)重視此領(lǐng)域的研究工作。加上國(guó)內(nèi)目前尚未有較通用和完善的災(zāi)害模擬與評(píng)價(jià)及防災(zāi)決策支持軟件系統(tǒng)。
　　本文的研究工作包括以下幾方面：
　　1. 利用事故致因理論，對(duì)大量石油化工過(guò)程中的典型爆炸災(zāi)害事故案例進(jìn)行剖析、歸納，提出蒸氣云爆炸、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故的事故機(jī)理、相關(guān)條件、事故特性和影響因素，并建立典型事故案例數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　2. 建立典型化工過(guò)程爆炸災(zāi)害防災(zāi)預(yù)案知識(shí)庫(kù)和危險(xiǎn)品物性數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　3. 利用系統(tǒng)模式識(shí)別理論來(lái)提取蒸氣云爆炸、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸事故在各種條件下的災(zāi)害事故模式，建立典型化工過(guò)程爆炸災(zāi)害事故模式知識(shí)庫(kù)。
　　4. 建立UVCE、BLEVE的事故后果及嚴(yán)重度模擬評(píng)價(jià)理論模型，包括爆炸沖擊波時(shí)間-空間分布及傷害模型，熱輻射通量空間分布及傷害模型，熱輻射劑量空間分布及傷害模型，爆炸火球模型，死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑及財(cái)產(chǎn)損失半徑評(píng)價(jià)模型，人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失數(shù)量評(píng)價(jià)模型。
　　5. 利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)典型化工過(guò)程爆炸災(zāi)害事故案例記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和歸納，并將其應(yīng)用于修正災(zāi)害模擬評(píng)價(jià)理論模型。
　　6. 在對(duì)已有的系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)技術(shù)方法對(duì)比研究的基礎(chǔ)上，提出和建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)技術(shù)方法。
　　7. 應(yīng)用面向?qū)ο缶幊涕_(kāi)發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、軟件工程理論和方法和人工智能等技術(shù)用于研制開(kāi)發(fā)“化工過(guò)程災(zāi)害模擬與評(píng)價(jià)及防災(zāi)決策支持系統(tǒng)”軟件系統(tǒng)。
　　8.將開(kāi)發(fā)的防災(zāi)決策支持系統(tǒng)與工程實(shí)踐結(jié)合來(lái)檢驗(yàn)軟件系統(tǒng)的可行性和可靠性，并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修改和完善系統(tǒng)，以保證此軟件系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性。
　　本章闡述了本論文的研究意義和價(jià)值，以及課題的研究背景和來(lái)源；對(duì)蒸氣云爆炸和沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)、理論和數(shù)值模擬計(jì)算等方面研究工作的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了概括和總結(jié)，繼而提出了本篇論文的主要研究目的和內(nèi)容。

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