摘要：由于化工园区内的化工企业内部存储和使用的危险化学品数量、种类较多，且大多具有易燃易爆等危险特性，若一家企业发生火灾爆炸等事故，可由此引发多米诺效应，影响周边企业、甚至附近城镇人员的生命财产安全。本文将通过参考相关研究资料，从说明多米诺效应的基本内涵入手，结合具体实例，重点针对化工园区多米诺事故风险评价与防控技术进行简要分析研究。
关键词：化工园区；多米诺效应；风险评价；防控技术
引言：化工园区内企业，一旦发生火灾爆炸事故，会产生多米诺效应，不仅直接影响本企业正常生产，其引发的严重后果会造成周边企业人员、甚至周边城镇居民生命和财产安全造成重大威胁，如2015年天津港“8.12”瑞海公司特别重大火灾爆炸事故、2019年江苏响水县“3.21”天嘉宜化工爆炸事故均造成周边单位、城镇居民生命和财产不同程度伤害。2019年8月应急管理部印发《化工园区安全风险排查治理导则（试行）》中要求，评估化工园区布局的安全性和合理性，对多米诺效应进行分析，提出安全风险防范措施，降低区域安全风险，避免多米诺效应。因此，在城镇建设中有必要加强对化工园区多米诺事故风险的科学评估与有效防控，最大程度地避免化工园区内事故多米诺效应，切实提高化工园区整体安全性及城镇建设安全。
1 多米诺效应的简要概述
多米诺效应指的就是由单个多元素所构成的系统网络当中，条件一定的情况下，某一原本极微小的初始事件也有可能引发一系列连锁反应的现象。在化工园区中，该效应常表现为某一局部单元发生异常情况而引发包括火灾、爆炸等在内的各种安全事故时，不仅会产生爆炸冲击波及碎片等物理影响，同时初始事故还会出现继续扩展、传播，出现如危险化学品泄漏等更为严重的后果影响[1]。可使人员中毒、甚至失去生命等，形成一系列连锁反应。该效应的发展模式如下图所示：
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图1 化工园区中的多米诺效应
2 化工园区多米诺事故风险评价分析
2.1提出基本假设
在对化工园区多米诺事故风险进行评价时，首先根据实际情况合理提出基本假设。一般假设对于目标影响设备，初始事故采用指数形式传播。假设园区内有且仅有一个高失效概率的设备，则初始事故同样有且仅有一个。假设可以明确事故传播方向，则下级事故只能通过上级事故传播。本文以某化工区块为例，该区块内同时有4个圆柱形常压立式储罐，其容量最大值为1000t。假设1号储罐出现火灾，受火灾热辐射的影响，目标设备2号、3号、4号储罐的壳壁、结构材料等均有可能出现高温强度降低，导致容器内的压力迅速升高。1号储罐中产生的火焰还极有可能导致其它目标设备点火引燃等一系列安全事故。
2.2确定影响范围
一旦初始事件的物理效应传播至目标装置，且物理效应值比规定目标装置实效阈值要高，将会直接损坏目标装置并出现多米诺事故。以化工园区内由喷射火引发多米诺事故阈值为例，如果分别用与以及表示喷射火的长度、目标装置之间的距离以及热辐射通量，则其阈值如表1所示：
表1 由喷射火引发的多米诺事故阈值统计表
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在上文提及的化工区块案例中，假设储罐1号与2号或是1号与3号同时发生火灾，则4号储罐将会叠加受到热辐射。由此推断得出该火灾事故中的多米诺效应的事件序列为储罐1号-储罐2号（或储罐3号）-储罐4号。假设储罐2或3号发生火灾，则事故影响方向如下图所示：
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图2 多米诺事故影响方向示意图
2.3设定判据阈值
多米诺事故会否发生的关键依据即为阈值。通常通过对初始事件影响下，目标设备出现失效情况的概率进行准确计算，由此对二次事故的发生可能性进行判断。根据相关规定可知，在喷射火环境中，常压与压力容器的安全距离需要分别控制在50m与25m，此时化工园区内设置的各种安装装置包括喷淋系统、防火隔热层等才能够有效发挥自身作用。结合相关研究资料，设定如表2所示的火灾扩张阈值，其中有效减缓时间指的就是火灾从开始出现直至有效实施相关应急处理措施的全部时间。
表2 火灾扩张阈值统计表
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10min 60kW/m2 15kW/m2
2.4 建立相关模型
为进一步提升化工园区多米诺事故风险评价的效率与评价精准性，本文选择采用数学建模的方式。仍然以该化工区块为例，对于储罐在火灾环境中可能出现的状况，可统一用库进行表示，火灾影响行动则可以用变迁进行表示，状态变化则用网络托肯流动进行表示。假设化工园区内的储罐数量为n个，并且分别有相应颜色与各个储罐相对应，则有：.png)
在整个多米诺事故中，所出现的状态主要包括初始火灾事故、各储罐状态、储罐接收热辐射及其达到的门槛值以及储罐损坏时出现的火灾事故。各个库中至少有一个托肯，各托肯均有相对应的颜色。事故中每一个状态也有相应的迁移。在确定多米诺事故中的变迁概率分布时，采用如下公式：
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在这一公式中，t代表着暴露时间，其单位为秒，I与则分别表示热负荷与热辐射[2]。在对热负荷概率值进行估算时，则需要使用下列公式，其中a、b均为对升级向量具有较高依赖度的变量：
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本文使用该模型对化工区块中的储罐火灾多米诺事故风险进行评价，经计算可知当1号储罐发生火灾时，其失效时间约为11min，而储罐2号与3号接收热量相一致，均比规定阈值热强度即15kW/㎡要高，这也表明距离1号储罐较近的2、3号储罐存在较大安全风险。最终得到当多米诺事故扩展序列为1时，其对应的事故概率也为1。当序列分别为与时，其对应的多米诺事故概率相同，均为，序列依次为时，相应的事故概率均为。如果序列为，则相应多米诺事故概率为。
3 化工园区事故多米诺风险防控技术
3.1 优化布局设计
化工园区建设应按照国家标准规范规定，综合考虑主导风向、地势高低落差、企业装置之间的相互影响、产品类别、生产工艺、物料互供、公用设施保障、应急救援等因素，合理布置功能分区。劳动力密集型的非化工企业不得与化工企业混建在同一化工园区内。在有效防范化工园区事故多米诺效应时，需要根据风险评估结果，在确定目标设备事故场景的具体特征、事故影响范围与阈值等重要参数的前提下，结合工厂规划布局及国家相关标准规范要求，对其进行优化设计。在对工厂布局进行优化设计时，可以采用设置目标函数的方式，并运用相关专业工具软件，依托迭代算法快速求解出安全距离、安全容量的最优解。在有效提升园区整体安全性的同时，也能够有效抑制事故多米诺效应。
3.2安全防护技术措施
考虑到化工园区的特殊性，在防范事故多米诺风险时，还需要立足园区实际情况，科学设置完善的安全装置。化工装置应设计装备自动化控制系统，并根据工艺过程危险和风险分析结果、安全完整性等级评价结果，设置安全仪表系统。涉及重点监管危险化工工艺的大、中型新建建设项目开展安全仪表系统设计。重大危险源的化工生产装置应装备满足安全生产要求的自动化控制系统，设置紧急停车系统。构成一级、二级重大危险源的危险化学品罐区应实现紧急切断功能。重大危险源中的毒性气体、剧毒液体和易燃气体等重点设施，设置紧急切断装置。对易燃液体储罐设置阻火器、泡沫发生器、浮盘、氮封、液位高低联锁等措施，储罐区周围设置阻燃性能良好的防火堤、隔堤，有效阻绝火焰与周围罐区及相关设备直接接触，导致其它罐体被点火引燃[3]。涉及爆炸危险生产装置发生事故时，防爆墙能够使得爆炸碎片及爆炸冲击波等可以得到有效阻拦，避免对现场工作人员的生命财产安全造成伤害。化工园区应能保障双电源供电。必要时建设配套的固体废物特别是危险废物集中处置设施，并实行专业化运营管理，充分利用信息化等手段实施监督和管理。化工园区应配套建设污水处理设施，确保化工安全事故发生。
3.3制定应急响应机制
化工园区应建设安全监管和应急救援信息平台，构建基础信息库和风险隐患数据库，接入企业重大危险源实时在线监测监控相关数据、关键岗位视频监控、安全仪表等异常报警数据，实现对化工园区内重点场所、重点设施在线实时监测、动态评估和及时自动预警；建立园区三维倾斜摄影模型，在平台中实时更新园区建设边界、园区内企业边界及分布等基础信息；化工园区应将接入数据上传至省、市级应急管理部门。建立健全化工园区内企业及公共应急物资储备保障制度，统筹规划配备充足的应急物资装备。化工园区还需要主动针对多米诺事故制定出科学完善的应急响应机制，对园区内各岗位工作人员在此过程中的应负职责、工作范围等进行统一明确。工作人员应当主动参考其他化工园区在防范多米诺事故中的先进经验，借鉴其成功案例并立足自身实际，在对各类风险隐患及其危险程度等进行深入分析下，有针对性地制定相应的风险防范对策与应急响应预案。以便化工园区内发生事故时，相关人员可迅速做出应急响应，有效控制事故后果影响。
结束语：总之，化工园区建设必须严格遵循国家相关标准规范规定和产业要求，采用数学建模以及各种先进技术手段，对多米诺事故风险进行准确定性与定量评估。在此基础上主动对园区布局进行优化设计，合理配置相应的安全防护装置并构建完善的应急响应机制，以此有效达到防范化工园区事故多米诺风险的目的。
参考文献：
[1]胡灵慧.化工园区喷射火灾热辐射模型及多米诺风险评估方法研究[D].浙江工业大学，2019.
[2]张苗.化纤生产企业多米诺效应风险与消防应急能力评估方法研究[D].天津工业大学，2019.
[3]曾楚楚.基于鱼骨图分析的化工企业多米诺风险评价方法研究[D].南京大学，2017.
论文作者:夏金斌
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2月第5期
论文发表时间:2020/4/30
标签：园区论文; 化工论文; 事故论文; 多米诺论文; 储罐论文; 风险论文; 效应论文; 《城镇建设》2020年2月第5期论文;