（载运工具运用工程专业论文）港口危险货物集装箱事故应急辅助决策系统.pdf

摘要 本文分析了包装危险货物的危险性和事故类型，结合危险货物集装箱运输的特 点，以及港口运输危险货物数据库，尝试开发港口危险货物集装箱事故应急辅助 决策系统。 首先，分析了常见的危险化学品泄漏后在大气中的三种模型，即高斯模型、 s u t t o n 模型、f e w 3 模型的优缺点，由于高斯模型具有计算量少，且简单易理解等 特点，本文选用高斯模型作为泄漏后的扩散模型。大气稳定度是影响扩散的重要 因素，通过比较，本文选用p g 扩散曲线法对大气稳定度进行分级，选择布里格 斯法确定扩散参数。最后利用毒负荷法实现了危险区域的划分。其次，分析了池 火灾和气爆的伤害模型，并依据模型实现了火灾事故危险区域的划分。再次，针 对气体泄漏事故，依据模拟得到的危险区域分布情况，提出了气体泄漏事故的模 糊综合评判模型；同时，对于情况较为复杂的箱内火灾事故，依据箱外情况和可 获得的数据，建立了箱内火灾事故的综合评判模型。最后，以江阴港危险货物数 据库为基础，利用以上泄漏扩散模型、火灾伤害模型和综合评判模型，开发了江 阴港危险货物集装箱事故应急辅助决策系统。 关键词：危险货物集装箱；辅助决策系统；事故应急 a s s i s t a n td e c i s i o ns u p p o r t i n gs y s t e mf o rt h ee m e r g e n c eo f d a n g e r o u sc a r g oc o n t a i n e r si np o r ta r e a a b s tr a c t i nt h ep a p e r ，t h ed a n g e ro fd a n g e r o u sc a r g oi np a c k a g ea n dt y p e so fa c c i d e n t sa r e a n a l y z e d c o m b i n i n gw i t hs p e c i a l t i e so fd a n g e r o u sc a r g oc o n t a i n e r st r a n s p o r t a t i o na n d d a n g e r o u sc a r g o d a t a b a s eo f p o r t ，a s s i s t a n td e c i s i o n s u p p o r t i n gs y s t e mf o rt h e e m e r g e n c eo fd a n g e r o u sc a r g oc o n t a i n e r si np o r ta r e ai sd e v e l o p e d f i r s t l y , a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h r e ef a m i l i a rd i f f u s i o nm o d e l sf o r d a n g e r o u sc h e m i c a l si na t m o s p h e r e ，n a m e l yg a u s sm o d e l ，s u t t o nm o d e l ，f e w 3m o d e l ， a r ea n a l y z e d w i t ht h es p e c i a l t i e so fl i t t l ec a l c u l a t i o na n ds i m p l e n e s s ，g a u s sm o d e li s s e l e c t e d a t m o s p h e r i cs t a b i l i t yi sa ni m p o r t a n ti n f l u e n c ef a c t o rf o rd i f f u s i o n t h r o u g h c o m p a r ep - gd i f f u s i o nc u r v ei ss e l e c t e df o rc l a s s i f i c a t i o no fa t m o s p h e r es t a b i l i t ya n d b r i g g si ss e l e c t e dt oc o n f i r md i f f u s i o np a r a m e t e r s t o x i c1 0 a dm e t h o di su s e dt or e a l i z e p a r t i t i o no fd a n g e rz o n e s s e c o n d l y , m o d e l so fp o o lf i r ea n dg a se x p l o s i o na r ea n a l y z e d ， a n dp a r t i t i o no fd a n g e rz o n e si nf i r ea c c i d e n ti s r e a l i z e d t h i r d l y , a c c o r d i n gt o t h e d a n g e rz o n e sd i s t r i b u t i o nf r o ms i m u l a t i o n ，t h ef u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e l f o rg a sl e a k a g ea c c i d e n ti s b r o u 【g h tf o r w a r d m e a n w h i l ef o rm o r ec o m p l i c a t e df i r e a c c i d e n ti nc o n t a i n e r , a c c o r d i n gt os i t u m i o no u t s i d et h ec o n t a i n e ra n da v a i l a b l ed a t a ，t h e f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e lf o rf i r ea c c i d e n ti n c o n t m n e ri s d e v e l o p e d f i n a l l y , b a s e do nd a n g e r o u sc a r g od a t a b a s eo fj i a n g y i np o r t ，t a k i n ga d v a n t a g eo f l e a k a g ed i f f u s i o nm o d e l s ，f i r ed a m a g em o d e l sa n df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n m o d e l sa b o v e ，a s s i s t a n td e c i s i o n s u p p o r t i n gs y s t e mf o rt h ee m e r g e n c eo fd a n g e r o u s c a r g oc o n t a i n e r si nj i a n g y i np o r ti sd e v e l o p e d k e yw o r d s ：d a n g e r o u sc a r g oc o n t a i n e r ；a s s i s t a n td e c i s i o n - s u p p o r t i n gs y s t e m ； e m e r g e n c e 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文 = = 渣旦危险货物塞装箍皇敛座蕊趟勤迭筮丕箕! ：。 除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体 已经公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：v i l 罕丫弼年；月迭一日 | 学位论文版权使用授权书 ，本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：师签名：旅班建 年弓月v 日 1 1 课题背景 第1 章绪论 1 1 1 危险货物运输的颥形势 5 0 年前全世界的化学品年产量仅有1 0 0 万吨，而今天化学品的年产量己超过 4 亿吨。己为人所知的化学品就有5 0 0 7 0 0 万种之多，市场上流通的约有7 8 万 种化学品，而且每年还有。1 ，0 0 0 多种新的化学品问世。这些在市场上流通、运输的 化学品中有相当一部分为危险化学品”3 。石油工业的进步刺激了水路危险货物运输 业的发展，近几十年来，危险货物运输量已经占海运货物总量的5 0 以上。 2 0 0 1 年我国正式加入w t o ，这是中国经济发展的一个新起点，意味着国内市 场与国外市场的接轨，这对港口航运业务也将产生巨大的影响。加入w t o 后，中 国进出口贸易的扩人使港口外贸货物吞吐量有了很人的增长。我国港口外贸货物 吞吐量2 0 0 4 年达到1 0 3 ，2 8 tj 3 吨，截至2 0 0 5 年1 1 月，已达1 2 2 ，9 1 2 万吨，呈持 续增长趋势”。 表1 1 江阴港2 0 0 2 2 0 0 5 进出港货运量 以江苏江阴港为例，江阴港目前共有千吨级以上泊位6 4 个，其中万吨级以上 泊位2 8 个，最大靠泊能力5 万吨。2 0 0 4 年，江阴港与4 0 多个国家和地区开通了 贸易往来，完成港口货物吞吐量3 ，2 4 8 万吨，外贸运量4 2 5 万吨，集装箱5 1 万 标箱，是江苏乃至华东地区最大的进口钢材集敞地和石化产品中转基地。1 。2 0 0 5 年进出船舶5 5 ，4 3 2 艘，货运量达到4 2 ，0 7 4 ，3 7 7 吨，从2 0 0 2 到2 0 0 5 年货运量持 续高速增长“1 。 由此可见，中国港口将在外贸进、出口增长的推动下，迎接新一轮的大发展， 而这种发展将集中表现在港口石油化工产品的运输上。港口危险货物集装箱储运 也会进一步发展。 1 1 2 危险货物集装箱运输的优越性及其发展 危险货物集装箱的迅速发展主要取决于其优越性“： ( 1 ) 利用集装箱装运危险货物能够在一定程度上降低对危险货物包装的要求， 从而简化、轻化危险货物的包装，节约包装材料以及包装时消耗的人工费用等， 取得一定的经济效益。 ( 2 ) 利用集装箱装运货物可以大幅度降低货损。集装箱装运危险货物使得搬运 次数大大减少，门对门运输只要装一次、卸一次即可，货损率极低。由于密封在 集装箱内，避免了货物的丢失，使货运质量提商，这也就提高了货运的经济效益。 ( 3 ) 用集装箱装运危险货物的最大优点在于将有易燃、易爆、有毒、腐蚀性、 放射性、污染性等危险因素的货物置于坚固、密封的钢质集装箱中密封运输，使 得这些危险货物对船舶、人员、港口、水域以及其他货物的危害程度降低，安全 系数有了一定的提高。同时缩短了货物留在港区的时间，提高了运输效率，增加 了无形的经济效益。 基于以上优点货主在运输危险货物时越来越多地采用集装箱形式运输，危险 货物集装箱的运量不断增长，并成为一种趋势。1 9 9 0 年上海港危险货物集装箱吞 吐量约为1 8 万t e u ，1 9 9 9 年增长到6 3 万t e l l 。2 0 0 2 年大连港危险货物集装箱 吞吐量约为l l ，3 8 2t e u ，2 0 0 3 年增长到2 0 ，3 0 7t e l ) ，截止到2 0 0 4 年1 1 月进口己 达4 ，9 4 9t e u ，出口达1 1 9 ，6 6 4t e u 。3 。港口危险货物集装箱作业呈种类增多、危 险性增大，运输量逐年递增的发展趋势。 集装箱运输是一种先进的运输方式，是交通发展现代化的重要标志，也是国 际运输发展的趋势。据初步统计，截至2 0 0 5 年1 1 月初，全球全集装箱船订单持 有量为1 ，2 5 3 艘( 4 5 0 2 万t e u ) ，占现有船队比例进6 0 ，2 0 0 5 年1 l o 月份共 订造全集装箱新船5 10 艘( i5 6 万t e u ) ，无论是订单数还是运力规模，均大大超 过2 0 0 4 年同期水平。2 0 0 3 年至2 0 0 5 年，全球集装箱运力持续高速增长，截至2 0 0 5 年十月初，全球集装箱船舶3 ，5 6 3 艘，计7 8 0 8 万t e u 。 f 磊 潆江一i 图1 12 0 0 3 2 0 0 5 全球集装箱运力 国际集装箱运输市场的繁荣极大地刺激了世界港口的发展与竞争力度，2 0 0 5 年世界港口的集装箱吞吐量都呈现大幅增长态势，其中，中国内地港口表现最为 耀眼，上海港2 0 0 5 年全年集装箱吞吐量达1 8 0 0 万箱。2 0 0 5 年1 l o 月，中国港 口集装箱吞硅量达5 0 9 7 万t e u ，同比增长2 4 。世界十大集装箱港口有】3 在中 国地区”。 113 危险货物集装箱事故 在现代化学工业高速发展的同时，从事化学品储运的企业及载运工具给周围 环境造成一种严重的潜在威胁。化学工业的许多产品、中间体、原料大都属于易 燃、易爆、有毒的危险品，一旦发生事故，危害范围大，损害程度深，同时货物 本身价值高，船舶造价和码头工程投资额大，财产分布密集，事故发生后不但可 能造成严重人员伤亡和环境污染损害，而且会造成重大经济损失，大型危险品事 故的后果可能是灾难性的。 1 9 8 5 年8 月2 4 日，巴拿马籍集装箱船“a r i a d n e ”在索马里的m o g a d i s h u 港 搁浅。船上的6 6 5 个集装箱中部分装有含四乙基铅的多种危险货物。溢漏事故追 有量为1 ，2 5 3 艘( 4 5 0 2 万t e u ) ，占现有船队比例进6 0 ，2 0 0 5 年1 1 0 月份共 订造全集装箱新船5 1 0 艘( 1 5 6 万t e u ) ，无论是订单数还是运力规模，均大大超 过2 0 0 4 年同期水平。2 0 0 3 年至2 0 0 5 年，全球集装箱运力持续高速增长，截至2 0 0 5 年十月初，全球集装箱船舶3 ，5 6 3 艘，计7 8 0 8 万t e u 。 圈l - 12 0 0 3 2 0 0 5 全球集装箱运力 国际集装箱运输市场的繁荣极大地刺激了世界港口的发展与竞争力度，2 0 0 5 年世界港口的集装箱吞吐量都呈现大幅增长态势，其中，中国内地港口表现最为 耀眼，上海港2 0 0 5 年全年集装箱吞吐量达1 8 0 0 万箱。2 0 0 5 年l 1 0 月，中国港 口集装箱吞吐量达6 0 9 7 万t e u ，同比增长2 4 。世界十大集装箱港口有l 3 在中 国地区”。 113 危险货物集装箱事故 在现代化学工业高速发展的同时，从事化学品储运的企业及载运工具给周围 环境造成一种严重的潜在威胁。化学工业的许多产品、中间体、原料大都属于易 燃、易爆、有毒的危险品，一旦发生事故，危害范围大，损害程度深，同时货物 本身价值高，船舶造价和码头工程投资额大，财产分布密集，事故发生后不但可 能造成严重人员伤亡和环境污染损害，而且会造成重大经济损失，大型危险品事 故的后果可能是灾难性的。 1 9 8 5 年8 月2 4 日，巴拿马籍集装箱船“a r i a d n e ”在索马里的m o g a d j s h u 港 搁浅。船上的5 6 5 个集装箱中部分装有含四乙基铅的多种危险货物。溢漏事故追 搁拽。船上的6 6 5 个集装箱中部分装有含四乙基铅的多种危险货物。溢漏事故迫 使港区附近的部分公众撤离，事故造成了严重的海洋和大气污染。 1 9 9 9 年7 月集装箱船“c a m d g a k a n t a ”在大连港装载了“次氯酸钙”，航行在 地中海东部时起火并爆炸。英国的海难救援队伍花了5 天的时间才将大火扑灭。 此次火灾对货物和船舶均造成极大的损失。船舶通过保赔协会提出了高达2 亿美 元的索赔。 2 0 0 3 年8 月4 同，船名为i t u t i l e 的巴拿马籍集装箱货轮，在深圳东部大鹏 湾起火。船上共有3 ，7 0 9 个货柜，其中4 7 个箱装有多类危险货物。此时船舶正在 深圳盐田4 号锚地待泊进港，着火船舶离海岸上的几个石油公司的油库很近。深 圳海事部门接报后迅速组织救助力量施救，至当晚2 1 时，大火已经基本扑灭，船 上1 4 名中国台湾船员无伤亡“。 2 0 0 3 年l o 月1 6 号，新加坡籍的集装箱货轮“大通完美”号在天津港在卸货 时一个集装箱出现破损，易燃易爆液态危险品乙烷发生了泄漏。此种危险品泄漏 后一旦遇到明火极容易引起爆燃，而且这艘货轮上还装载着大量油漆等其它易燃 易爆危险品。此外，在该船附近的码头上还停靠着几艘船只，码头上还堆放着大 量货物，如果发生火灾或爆炸，后果不堪设想。由于装乙烷的集装箱是在起吊过 程中发现泄漏，为避免继续装卸引起火花，装卸只能暂时停止。因采取的措施得 当，事故中没有造成人员伤亡和财产损失l 。 2 0 0 4 年5 月2 5 日，美国籍“摩奇”轮( m v k i h a n a ) 在青岛港发生危险货 物集装箱发生泄露，内为拼装货，其中第9 类危险货物4 种，5 1 类危险货物4 种， 情况十分危急。经现场勘查、分析，最终判定该起事故是由箱门附近一铁质圆桶 引起。该桶底部接缝处有一开口，直径约5 m m ，导致内装液体泄露，发现时货物残 留已不足i 3 。桶内装有第9 类危险货物，正确运输名称为环境有害物质，液体， 其中含有铅、镉成分，u n n o 3 0 8 2 ”“。 1 2 选题意义 尽管危险货物集装箱运输减少了工人与危险货物接触的机会，实现了人、货分 离，但集装箱本身并不具备为危险货物提供所需安全的外部环境条件。危险货物 集装箱的安全问题同样会出现在港口运输、储存和装卸等环节，危险货物所具有 的燃烧、爆炸、放射性、腐蚀性和毒害性同样会造成港口人员伤亡、财产损毁， 仍然影响港口的安全生产和船舶的安全营运。 一旦发生了危险货物集装箱事故，危险区域的变化或扩大增加了现场抢险救援 工作的难度。判断泄漏气体扩散的危险区范围关系到现场戒严、人员疏散、以及 火源控制区域的确定。如何尽早的识别出发生事故的货物，准确预测危险化学品 可能发生泄漏的形式、扩散范围、伤害区域并采取有效的预防控制措旋，是政府 安全监管部门和港口作业部门所关心的问题。 事故预警和应急的目的在于：其一，防止事故的发生，当事故不可避免时应尽 量减少损害：其二，防止事故恶化，遏制事故扩大，争取在最短的时间内恢复生 产。以港口常运危险货物为基础建立起数据库，可以在事故初始阶段根据事故现 象迅速地识别事故源：利用以毒物泄漏扩散模型和火灾伤害模型为基础的事故后 果定量评价方法，可以较准确地预测事故可能的影响范围，确定相应的安全距离 和危险区域；以模糊综合评价模型为基础的事故风险初步评价可以预测和划分事 故等级，启动相应的应急预案，从而为港口危险货物集装箱事故的应急决策提供 必要的理论和技术支持。 因此开发危险货物集装箱事故应急辅助决策系统，对于科学预防灾害的发生、 指导应急行动具有重要的理论价值和实践意义。 1 3 研究现状 1 3 ，1 扩散模型和伤害模型的研究 由于危险品自身所具有的危险性，一旦发生事故将对生产安全和人命安全造成 巨大威胁，所以危险品事故的模拟和风险评价一直受到国内外学者的关注。对于 气体泄漏扩散和火灾伤害，都有比较成熟的模型。 在气体泄漏的扩散模型方面，国外在这方面的研究工作始于上个世纪七、八十 年代，提出了大量的泄漏扩散模型。美国、英国、德国等发达国家，早在八十年 代初便完成了以b u r r o ，c o y o t e ，t h o r n e yi s l a n d 为代表的一系列大规模现场泄漏 扩散试验。在九十年代，又针对毒性物质的泄漏扩散进行了现场试验研究。迄今 为止，已经形成了数以百计的事故后果模型。例女n d e g a d i s ，g a u s s ，s u t t o n ，a l o h a ， s l a b ，t r a c e ，d e g a d i s 模型等“3 。”，直到现在该领域的研究还比较活跃。在国内， 一些企业开发了事故应急救援的软件，如南京安元科技有限公司开发的“城市重 大危险源动态监控与应急救援指挥系统”，但是由于数学模型不够精确或采用经验 公式，导致计算结果误差较大。尤其在确定危险区域时，只是粗略地计算危害纵 深和危害面积，并没有用图形直观的显现出来。 对于火灾伤害模型的研究从上世纪中叶，下始就有了长足的进步，从1 9 5 8 年 k a w a g o e “”提出了单区域室内火灾模型，众多的科学家致力于建筑火灾、森林火灾、 池火灾和喷火现象的研究。t h o m a s ”7 1 在1 9 6 3 年、b r o t z “8 1 在1 9 7 7 年、h e s k e s t a d 。” 在1 9 8 4 年先后在实验研究基础上推导了圆柱形火焰高度的经验公式。1 9 8 2 年，美 国石油协会提出了估计喷射火焰长度的经验公式。在国内，中国科技大学于1 9 9 6 年建立了火灾科学国家重点实验室，在高大空间火灾的发展、油井火灾中的扬沸、 森林火灾的蔓延等领域进行卓有成效的模型研究工作1 。目前，在室内火灾、池 火灾、喷射火以及气爆等方面部有比较成熟的公式。 1 3 ，2 事故应急系统的研究现状 随着计算机技术突飞猛进的发展，人们不再仅仅依靠成立专家组和指挥中心对 事故进行模拟和决策，而是开发事故应急系统，能够更加科学、更加直观、更加 迅速地获得模拟结果。事故应急系统已经广泛的应用到环境污染、城市安全，化 学品储运等领域，例如：核事故应急决策支持系统。”，沈阳市突发性环境污染事 故应急地理信息系统。“，江苏省突发性环境污染事故应急监测支持系统。”，海上 溢油反应专家系统”等。 水运危险品事故应急系统方面，由于原油、成品油、散化、液化天然气、液化 石油气等危险品的种类较少、性质单一，所以其事故模拟和应急比较成熟。5 “。而 对于包装危险货物，特别是近年来包装危险货物运输的主要形式危险货物集 装箱发生的事故，则由于包装危险货物种类繁多，性质各异，国内外至今尚无专 门的事故应急系统。 应急系统研究现状是： ( 1 ) 应急系统的应用领域十分广泛而且相互交错； ( 2 ) 应急系统研究是一个跨学科的研究领域； ( 3 ) 从近年应急文献的研究可以看出： 计算机辅助的应急系统研究是目前应急系统研究的主流； 应急研究工作注重现实功能，针对性、领域性强； 应急的普遍性原理和一般性理论尚未成型，这方面的工作少且不系统， 还未形成一门成熟的科学。 1 4 本文所作的工作 本系统所要实现的功能是要在港口的堆场或集装箱船上发生危险货物集装箱 事故时，根据事故现象在事故初期确定卷入事故的货物，对事故进行模型和风险 评价，并提供应急所需的相关资料。由于国内外至今还没有针对危险货物集装箱 事故的应急系统，即使是对包装危险货物事故应急系统的研究也很少，所以本文 在危险货物集装箱的事故的事故源识别、事故综合评判模型的建立和应急辅助决 策系统的开发方面作了大量创新性工作。 本文所作的工作如下： ( 1 ) 以江苏江阴港经常使用集装箱运输的危险货物名单为基础，使用数据库软 件a c c e s s 建立了江阴港危险货物数据库，数据库中包含了危险货物的正确的运输 名称、联合国编号、i ) a d g 页码，以及进行扩散和火灾模拟时所需的物理性质数据； ( 2 ) 实现系统的事故源识别功能。根据事故现象，泄漏气体或液体的颜色、气 味筛选数据库中的危险货物，迅速识别卷入事故的货物或大大缩小搜索范围，为 及时采取应急措施争取更多的时间； ( 3 ) 本文通过分析、比较国内外危险化学品泄漏事故的模型，如高斯模型、 s u t t o n 模型、f e m 3 模型的优缺点，最后选择高斯模型作为扩散模型；大气稳定度 是影响扩散的重要因素，通过比较，本文选用p g 扩散曲线法对大气稳定度进行分 级，选择布里格斯法确定扩散参数；利用毒负荷法实现了危险区域的划分。最后 使用v b 语言编写了气体泄漏和火灾事故的模拟计算程序，并结合工程软件m a t l a b ， 使用图形直观的显示出气体泄漏事故和火灾事故中的危险区域： ( 4 ) 使用层次分析法和模糊综合评判模型，对气体泄漏事故和箱内火灾事故进 行事故等级评判，从而为应急决策提供技术支持。 第2 章危险货物的危险性和事故类型 2 1 危险货物的分类“8 剐 危险货物( d a n g e r o u sc a r g o ) 是指容器、可移动罐柜、集装箱或车辆中装载的 任何危险品。本术语包括原来装运过危险品的空容器、可移动罐柜。但是如果这 些容器或罐柜已经清洗并干燥过，或在原货物的性质能保证安全的情况下已牢固 封闭，则可除外。 符合i m d gc o d e 规定的物质( 包括混合物和溶液) 和物品，按照它们所呈现 的危险性或主要的危险性分成如下9 个类别： 第1 类爆炸品( e x p l o s i v e s ) ； 第2 类气体( g a s e s ) ： 第3 类易燃液体( f l a m m a b l el i q u i d s ) ； 第4 类易燃固体、易自燃物质和遇水放出易燃气体的物质( f l a m m a b l es o l i d s ， s u b s t a n c e sl i a b l et os p o n t a n e o u sc o m b u s t i o ns u b s t a n c e sw h i c h ，i nc o n t a c tw i t h w a t e re m i tf l a m m a b l eg a s e s ) ； 第5 类氧化剂和有机过氧化物( o x i d i z i n gs u b s t a n c e sa n do r g a n i cp e r o x i d e s ) ； 第6 类有毒物质和感染性物质( t o x i ca n di n f e c t i o u ss u b s t a n c e s ) ； 第7 类放射性物质( r a d i o a c t i v em a t e r i a l ) ； 第8 类腐蚀品( c o r r o s i v es u b s t a n c e s ) ； 第9 类杂类物质和物品( m i s c e l l a n e o u sd a n g e r o u ss u b s t a n c e sa n d a r t i c l e s ) a 2 2 危险货物的危险性 危险货物的危险性可概括为：爆炸危险性、燃烧危险性、毒害危险性、放射危 险性和腐蚀危险性五个方面，见表2 1 。 表2 1 危险货物的危险性 危险性 危险货物种类 爆炸危险- 睫 燃烧危险性 毒害危险性 放射危险性 腐蚀危险性 第1 类、第2 类、第5 类 除第7 类、第9 类，其余各类均可能 第2 类3 项、第6 类以及第3 类、第8 类 第7 类 第8 类 2 2 1 燃烧与爆炸危险性 就爆炸危险性而言，具有此类危险性，最典型的是第1 类，此外，第2 类、第 5 类也具有爆炸危险性：对燃烧危险性，除第7 类、第9 类，其余各类危险货物均 可能具有燃烧危险性。因此说，具有燃烧、爆炸危险性的危险货物种类与数量最 多，也是运输中最应引起高度重视的一个危险性。 ( 1 ) 燃烧与爆炸的三要素 危险货物的燃烧与爆炸需要三个要素：可燃物、助燃物和点火源。 点 可燃物 图2 ，1 燃烧三要素示意图 这三者必须有正确的比例和在合适的状态下，才能燃烧或爆炸，过量的燃料与 不充足的氧、高浓度的氧与不足量的燃料都不能燃烧，只有具备了一定数量和浓 度的燃料和氧，以及具备一定能量的点火能源，三者同时存在并且发生相互作用， 才能引起燃烧或爆炸，例如：甲烷在空气中的浓度小于5 3 或大于1 4 时，由于 甲烷浓度过低或氧气浓度过低，甲烷不能燃烧。同时，要使燃烧发生必须具备一 定能量的点火源。若用热能引燃甲烷和空气的混合物，当点燃温度低于5 9 5 时燃 o 烧便不能发生。若用电火花点燃，则最小点火能为0 2 8 m i ，若点火源的能量小于 该数值，该混合气体便不着火。 ( 2 ) 气体、蒸气及粉尘的燃爆危险性 可燃气体、可燃蒸气或可燃粉尘与空气组成的混合物，当遇点火源时极易发生 燃烧爆炸，但并非在任何混合比例下都能发生，而是有固定的浓度范围，在此浓 度范围内，浓度不同，放热量不同，火焰蔓延速度( 即燃烧速度) 也不相同。在 混合气体中，所含可燃气体为化学计量浓度时，发热量最大，稍高于化学计量浓 度时，火焰蔓延速度最大，燃烧最剧烈，可燃物浓度增加或减少，发热量都要减 少，蔓延速度降低，当浓度低于某一最低浓度或高于某一最高浓度时，火焰便不 能蔓延，燃烧也就不能进行。在火源作用下，可燃气体、可燃蒸气或粉尘在空气 中，恰足以使火焰蔓延的最低浓度称为该气体、蒸气或粉尘的爆炸下限，也称燃 烧下限。同理，恰足以使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限，也称燃烧上限。上 限和下限统称为爆炸极限或燃烧极限，上限和下限之间的浓度称为爆炸范围。浓 度在爆炸范围以外，可燃物不着火，更不会爆炸。但是，在容器中的可燃气体浓 度在爆炸上限以上，若空气能补充或渗漏进去，则随时有燃烧、爆炸的危险。因 此，对浓度在上限以上的混合气，通常仍认为它们是危险的。 另外，某些气体即使没有空气或氧存在对，同样可以发生爆炸。如乙炔即使在 没有氧的情况下，若被压缩到2 个大气压以上，遇到火星也能引起爆炸。这种爆 炸是由物质的分解引起的，称为分解爆炸。乙抉发生分解爆炸时所需的外界能量 随压力的升高而降低。实验证明，若压力在1 5 m p a 以上，需要很少能量甚至无需 能量即会发生爆炸，表明高压下的乙炔是非常危险的。 ( 3 ) 液体的燃爆危险性 易燃液体在火源或热源的作用下，先蒸发成蒸气，然后蒸气氧化分解进行燃烧。 开始时燃烧速度较慢，火焰也不高，因为这时的液面温度低，蒸发速度慢，蒸气 量较少。随着燃烧时间延长，火焰向液体表面传热，使表面温度上升，蒸发速度 和火焰温度则同时增掘，这时液体就会达到沸腾的程度，使火焰显著增高，如果 不能隔断空气，易燃液体就可能完全烧尽。 易燃液体具有较大的流动和扩散住，由于易燃液体大都是粘度较低的液体，一 旦撒漏就会很快的流动开来，扩大蒸发的面积，使燃烧、爆炸危险扩大。其易流 动性还使得易燃液体的容器稍有不严密或破裂，就会造成易燃液体的撒漏，带来 较大的火灾或爆炸隐患。 易燃液体的蒸气压一般都较大，在夏季，装卸汽油的栈桥下可以看到油蒸气的 漂浮现象。在夏季或容器受热的情况下，易燃液体的蒸气压会增大，导致容器破 裂或爆炸，带来极大的危害。 易燃液体的化学活泼性也是运输中必须引起注意的。由于易燃液体都是化学性 质相对活泼的物质，它们撤漏后，接触到氧化剂、强酸等，会立即起火，甚至引 起爆炸。例如，酒精接触到三氧化铬、发烟硫酸、发烟硝酸等立即燃烧：松节油 触到发烟硫酸、发烟硝酸等也会立即燃烧。 需要特别注意的是，由于易燃液体都是有机化合物，它们的导电性能一般都较 差，在运输过程中极易产生静电积聚而引起放电起火。特别是易燃液体在转注、 倾倒或搬运等过程中，由于液体与容器壁的摩擦而产生静电有可能导致起火。 ( 4 ) 固体的燃烧爆炸危险性 固体燃烧分两种情况，对于硫、磷等低熔点单质，受热时首先熔化，继之升华 成蒸气进行燃烧，无分解过程，容易着火：对于大多数化合物，受热时首先分解， 生成气态或液态小分子产物，然后再发生氧化而燃烧。 某些固态化学物质一旦点燃将迅速燃烧，例如镁，一旦燃烧将很难熄灭；某些 固体对摩擦、撞击特别敏感，如爆炸品、有机过氧化物，当受外来撞击或摩擦时， 很容易引起燃烧爆炸，故运输该类货物时，装卸作业要轻拿轻放，切忌摔、碰、 拖、拉、抛、掷等；某些固态物质在常温或稍高温度下即能发生自燃，如黄磷若 露置空气中可很快燃烧。 运输事故中，引发固体火灾事故较多的是固体的自热燃烧。可发生自热燃烧的， 如硝化棉及其制品( 如火药、硝酸纤维素、电影胶片等) 在常温下会自发分解放 出分解热，而且它们的分解反应具有自催化作用，容易导致燃烧或爆炸。同样， 植物和农副产品( 如稻草、木屑、粮食等) 含有水分，会因发酵而放出发酵热， 若积热不散，温度逐渐升高至自燃点，则会引起自燃。货物运输中棉花、菜籽等 发生火灾属于这种隋况。 综上所述，色险货物发生燃烧爆炸的条件极易形成，主要原因是这些货物基本 上都具易燃性，“助燃物”和“点火源”容易产生。 ( 5 ) 火灾与爆炸的破坏作用 火灾与爆炸都会带来生产设施的重大破坏和人员伤亡，但两者的发展过程显著 不同。火灾是在起火后火场逐渐蔓延扩大，随着时间的延续，损失数量迅速增长， 损失大约与时间的平方成比例，如火灾时间延长一倍，损失可能增加四倍。爆炸 则是猝不及防。可能仅在一秒钟内爆炸过程已经结束，设备损坏、厂房倒塌、人 员伤亡等巨大损失也将在瞬间发生。 爆炸通常伴随发热、发光、压力上升、真空和电离等现象，具有很强的破坏作 用。它与爆炸物的数量和性质、爆炸时的条件、以及爆炸位置等因素有关。此外， 危险货物发生火灾和爆炸往往会由于货物本身的毒害性和化学反应，以及容器的 爆裂而造成人员中毒和环境污染。 2 2 2 毒害危险性 第2 类3 项、第6 类以及第3 类、第8 类危险货物均可能具有毒害危险性，除 此之外，燃烧反应同时放出有毒气体，同样具有毒害勉险性。 毒害危险性可以造成重大的灾害性事故，如1 9 8 4 年1 2 月3 日凌晨，印度的中 央联邦首府博帕尔的美国联合碳化公司农药厂发生毒气泄漏事故，有近4 0 吨剧毒 的甲基异氰酸酯( m i c ) 及其反应物在2 小时内冲向天空，顺着每小时7 4 公里的 西北风，向东南方向飘荡，刹时间毒气弥漫，覆盖了相当部分市区( 约6 4 7 平方 公里) 。高温且密度大于空气的m i c 蒸气，在当时1 7 。c 的大气中，迅速凝聚成毒 雾，贴近地面层飘移。许多人在睡梦中就离开了人世。而有更多的人被毒气熏呛 后惊醒，涌上街头，人们被这骤然降临的灾难弄得晕头转向，不知所措。博帕尔 市顿时变成一座恐怖之城，一座座房屋完好无损，满街遍野到处是人、畜和飞鸟 的尸体，惨不忍睹。在短短的几天内死亡2 5 0 0 余人，有2 0 多万人受伤需要治疗。 一星期后，每天仍有5 人死于这场灾难。半年后的1 9 8 5 年5 月还有1 0 人因事故 受伤而死亡，据统计本次事故共死亡3 5 0 0 多人，受到永久伤害但未死亡的人数达 4 5 万。这次事故经济损失高达近百亿美元，震惊整个世界，各国化工生产部门纷 纷进行安全检查，清除隐患，都在汲取这次悲惨事故的教训，防止类似事故发生。 有毒危险货物侵害入体，主要经呼吸道、消化道和皮肤进入俸内，可引起皮肤 刺激、过敏反应、缺氧、昏迷、麻醉直至死亡，长期的影响还包括致癌、致畸、 基因突变等。当有毒危险货物进入环境，对大气、土壤和水的污染，还会给生态 环境和人体健康造成无法挽回的损失。 毒害性事故发生的原因，主要是包装质量不良或装卸、运输过程中的撞击、摩 擦造成包装破损、泄漏；在高温、火灾、或与其它货物接触发生化学反应时更 会产生大量的毒害性气体。 2 23 放射焦险性 第7 类危险货物均具有放射危险性。过量的射线照射能引起机体损伤，发生呕 吐、出血甚至死亡，癌症发病等，但除了急性大剂量照射外，这种损伤往往不是 立即表现出来。而是有一定的“潜伏期”，有的射线引起的伤害会造成染色体畸变、 甚至要到下一代才表现出来。而目前，受到放射性辐射尚无特效治疗方法。 放射性事故的发生，主要是内包装受到损坏所致。另外，经常办理放射性物品 的港口码头和船舶，若忽视承运检查，不遵守装卸作业时间，装卸、码放不当， 作业中不穿戴必要的防护用品，也会造成放射线的内、外照射伤害， 2 2 ，4 腐蚀危险性 第8 类危险货物均具有腐蚀危险性。高浓度酸能使皮肤角质层蛋白质凝固坏 死，呈界限明显的皮肤烧伤，并可引起局部疼痛性凝固性坏死。但一般的酸腐蚀， 由于组织蛋自凝固后局部形成一种痂壳，可以防止继续损害。碱腐蚀则不同，在 损伤肌体的同时，形成皂化脂肪或可溶性的碱性蛋白可以继续使组织破坏加深。 还有的腐蚀品，如氢氟酸，可迅速穿透皮肤，分布在组织器官和体液中，从而抑 制多种酶的活力，严重的氢氟酸腐蚀烧伤，可以引起氟离子全身性中毒，导致低 钙血症，可致人死亡。腐蚀性物品多为液体状态，一般封装于玻璃、陶瓷、塑料、 金属容器中，包装易碎，封口要求严格。 2 3 危险货物储运过程事故类型汹1 2 3 ，1 火灾事故 火灾事故是指发生着火且造成财产损失或人员伤亡的事故。国家标准火灾分 类( c b 4 9 6 8 8 5 ) 按物质燃烧特性将火灾分为四类； ( 1 ) a 类火灾 指难熔化的固体物质火灾，火灾后一般能留下灼热的余烬，如木材、棉、毛、 麻、纸张火灾等。 ( 2 ) b 类火灾 指液体火灾和易熔化的固体物质火灾，如汽油、煤油、柴油、乙醇、沥青、石 蜡火灾等。 ( 3 ) c 类火灾 指气体火灾，如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气火灾等。 ( 4 ) d 类火灾 指金属火灾，如钾、钠、镁、钛、铝、铝镁合金火灾等。 这种分类方法对防火和灭火，特别是对选用灭火剂和灭火器材有指导意义，但 对预测火灾事故的损失并无多大帮助。 按照火灾持续时间的长短，火灾可以分为瞬间火灾和非瞬间火灾。瞬间火灾指 持续时间很短的火灾，例如火球和闪火。 烧的物质升入空中，形成云或球状火焰。 物燃烧产生的一种持续时问很短的火灾， 火球是指一种燃烧速度极快的火灾，燃 闪火是指易燃气体或蒸气与空气的混合 火焰的传播速度小于声速，冲击波超压 的破坏效应可忽略不计。非瞬间火灾是指持续时间比较长的火灾，例如池火灾。 池火灾是指失火现场的层液体挥发出的物质的持续燃烧现象，如油罐火灾、油 井火灾等。 按照火灾发生在露天还是密闭空间内，火灾分为室外火灾和室内火灾。这里的 室泛指密闭空间，包括房屋、车辆、舰船、飞机、隧道、地下结构等。在室外火 灾条件下，空气供应充足，燃烧比较完全，产生的烟气可向高空自由扩散，因此 烟气危害比较小，火灾产生的热辐射是主要危险因素。在室内火灾条件下，空气 供应有限，燃烧常常很不完全，火灾中产生大量的有毒有害烟气，而且由于顶板 的约束，烟气不能自由上升，而是在室内迅速蔓延，很快充满整个密闭空间。因 此，火灾产生的烟气比热辐射对密闭空间内人员的安全构成更大威胁。 2 ，3 。2 爆炸事故 爆炸事故是指由于某种原因发生的意外爆炸，爆炸事故一般会造成财产损失 或人员伤亡。根据爆炸反应的性质，爆炸事故分为物理爆炸事故、化学爆炸事故 和核爆炸事故。本文主要研究化学爆炸事故。 在化学危险品生产、储存和运输过程中，发生频率高、后果严重的爆炸事故 主要是如下四类： ( 1 ) 凝聚相爆炸事故； ( 2 ) 无约束蒸气云爆炸事故； ( 3 ) 有约束可燃气体( 含蒸气) 和粉尘爆炸事故： ( 4 ) 沸腾液体扩展蒸气爆炸事故。 2 3 3 毒气泄漏事故 毒气泄漏事故指有毒气体或蒸气意外泄漏到空中，并在空中扩散，使得泄漏 源附近来不及疏散或采取有效防护措施的人员发生中毒这样一种事故现象。根据 泄漏持续时间长短的不同，毒气泄漏分为瞬间泄漏和连续泄漏。瞬间泄漏是指持 续时间很短的泄漏，连续泄漏是指持续时间比较长的泄漏。 第3 章泄漏物在大气中的扩散模型 3 1 主要的泄漏扩散模型 泄漏的危险化学品，在大气中的扩散模型有很多，它们对于扩散过程的描述、 使用范围、参数的选取、建模等各不相同。尽管泄漏气体在大气中的扩散模型种 类很多，但是最常用的为高斯模型、s u t t o n 模型、f e m 3 模型等”“。 ( 1 ) 高斯模型( g a u s sm o d e l ) 。3 删 浚模型适用于点源的扩散，早在上个世纪五、六十年代就己被应用。它是从统 计方法入手，考察扩散物质的浓度分布。根据泄漏气体的密度和泄漏源的类型， 气体的扩散模型可分为烟羽模型( p l u m em o d e l ) 和烟团模型( p u f fm o d e l ) 两种模 式。泄漏量较大且密度比空气密度大的气体扩散呈现烟团式扩散，瞬时源和部分 连续源泄漏易形成高斯烟团扩散，其特点是泄漏的气云团在较长时间内不易被空 气稀释，例如氯气或液化石油气等的储罐爆炸破裂、反应器瞬时冲料紧急排放、 压力容器安全阀异常启动、放空阀门瞬时误开等形成的泄漏气体扩散。若泄漏气 体密度与空气接近或经空气稀释后很短时间密度与空气接近时，其泄漏气体的扩 散属于高斯烟羽扩散，大部分流量较小的连续源易形成烟羽扩散，例如氨气、煤 气储罐上的管道穿孔、器壁裂缝、管道问法兰盘垫圈破裂等的泄漏气体扩散。 烟羽模型的假设如下：定常态，即所有的变量不随时间变化；适用于密度 与空气相差不多的气体的扩散( 不考虑重力或浮力的作用) ，且在扩散过程中不发 生化学反应；扩散气体的性质与空气相同；扩散物质到达地面时，完全反射， 不被地面吸收；在x 轴方向上，平流输送作用远大于扩散作用；坐标系的x 轴 与流动方向重合，横向速度分量v 、垂直速度分量w 均为o ；假定地表面足够平坦。 烟羽模型的浓度分布算式为： c 罔一彘e 蚓2 p 警) 2 恬心 慨， 式中，