一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散方法及系统

技术领域

本发明涉及突发事件安全疏散领域，更具体涉及一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散方法及系统。

背景技术

近年来，燃气泄漏突发事件频繁发生，灾害放大效应也越加明显。燃气突发事件具有连锁性、复杂性和放大性的特点，容易造成严重的人员伤亡后果。因此，当燃气泄漏事件发生时，需要迅速做出决策，及时、正确地进行人员疏散，才有可能将伤害降至最低。因此，有必要研究一种燃气管线泄漏突发事件的安全疏散方法。

1.中国专利申请号CN201810348059.8，公开了一种危化企业应急疏散线路优选方法及装置，该方法是通过构建真实泄漏场景集合进行泄漏模拟，实时记录各泄漏场景中各预设监测点气体浓度，确定可能泄漏扩散区域；判断不同泄漏场景中各待疏散点的气体浓度是否达到预设报警阈值，将可触发报警的泄漏场景作为该待疏散点的疏散场景集合，确定疏散路线，并从中选择到达所有可能泄漏扩散区域累加边界上任意路线出口点的疏散路线为备选疏散路线集合；计算备选疏散路线各疏散场景人员中毒风险得到累积个人中毒风险，遍历备选疏散路线集合，以最小累积个人中毒风险为优化函数得到最优疏散路线。该方法的缺点是没有考虑有毒气体浓度不同伤害程度对于人员疏散路径选择的影响，这可能会增加人员受伤害的风险。

2.中国专利申请号CN201610320272.9，公开了毒气泄漏事故下的人员疏散安全评估方法、装置及设备，该方法是采用泄漏扩散模型进行模拟，得出有毒气体时间序列的空间浓度分布状况，即浓度场。模拟沿设定疏散路径的人员疏散过程，获取疏散个体在不同时间的空间位置，计算设定疏散路径的疏散个体的毒性负荷，根据毒性负荷与有毒气体的种类计算疏散个体的致死概率，进而得到疏散个体的死亡率，最终判断在设定疏散路径的人员疏散安全程度。该方法通过评估在疏散路径上人员受有毒有害气体的影响，进而确定疏散路径的安全性，但考虑的因素比较片面，路径选择方法比较单一，很多场景下可能并不适用。

现有关于突发事件安全疏散的方法在研究思路上都比较一致，通常都是先确定疏散范围，再确定疏散范围内的人员数量、道路分布与庇护场所位置，最后研究最佳疏散路径。但是这些方法首先在考虑突发事件人员疏散范围时，对于事件后果类型的分析都不够充分；其次在确定最佳疏散路径时，选取的影响因素也多是道路的拥挤度、人员疏散速度等，而没有考虑事件后果不同伤害程度对于疏散路径选择的影响；最后在应对突发事件选择庇护场所方面，没有考虑到实际上庇护场所距离事发地的距离比较远，要经历多个疏散路段才能完成疏散，这就有可能会造成虽然选择的疏散路径比较短，但由于疏散人群在该路径中处于疏散范围内的时间较长，而大大增加了人员受伤害的风险。综上所述现有技术关于突发事件安全疏散的方法考虑不全面，难以实现安全高效的人员疏散。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术关于突发事件安全疏散的方法存在考虑不全面，难以实现安全高效的人员疏散的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散方法，所述方法包括：

步骤一：根据燃气泄漏事故后果模型获取燃气泄漏突发事件的各类后果影响范围以及伤害分区，根据各类后果影响范围以及伤害分区获取燃气泄漏突发事件的疏散范围；

步骤二：获取疏散出发点、疏散出口节点、警戒点、疏散路网节点以及庇护场所；

步骤三：获取疏散路网内各路段的疏散时间，根据各路段的疏散时间、通行道路所处的事故伤害分区及周边危化企业数量等信息获取疏散效果；

步骤四：获取各疏散出发点经过中间节点到对应的疏散出口的所有路径，根据各路径的疏散效果确定最佳疏散效果路径；

步骤五：获取合适的庇护场所。

本发明综合考虑燃气突发事件的各类后果影响范围及伤害分区，将伤害分区叠加到疏散路径上，对各个疏散路径上的风险与时间进行综合性评估，进而得到最佳疏散效果的路径及疏散出口，并给出适合的庇护场所位置，从而实现高效、安全的人员疏散。

优选的，所述步骤二包括：

步骤201：根据地理信息系统识别出疏散范围内的各类建筑物位置信息，可由城市人口密度热力图或相关政府部门获取各类建筑物的人口数量，若无法获取，则根据建筑物的属性预估该影响范围内的人口数量；

步骤202：以各类建筑物的出口作为疏散范围内人群疏散出发点A

步骤203：识别出疏散范围内的所有道路交通控制点即交叉路口作为疏散路径的中间节点A

步骤204：由疏散的出发点、中间节点、疏散出口节点共同构成了燃气泄漏突发事件的疏散路网节点A

步骤205：识别出事发地疏散范围外所有的庇护场所A

优选的，所述步骤三包括：

通过公式

根据人群速度和密度关系式利用公式

利用公式

优选的，所述步骤四包括：利用0-1规划找出某一疏散出发点

优选的，所述步骤四还包括：

安全疏散路径是沿着

对于任意路线x

对于起点节点1，所有节点都是离开此节点，所以-x

对于结束节点9，所有都是进入该节点，所以x

满足约束条件的情况下，构建

根据

优选的，所述步骤五包括：筛选距离疏散范围道路距离最近的庇护场所

本发明还提供一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散系统，所述系统包括：

影响范围获取模块，用于根据燃气泄漏事故后果模型获取燃气泄漏突发事件的各类后果影响范围以及伤害分区，根据各类后果影响范围以及伤害分区获取燃气泄漏突发事件的疏散范围；

疏散处理模块，用于获取疏散出发点、疏散出口节点、警戒点、疏散路网节点以及庇护场所；

疏散效果获取模块，用于获取疏散路网内各路段的疏散时间，根据各路段的疏散时间、通行道路所处的事故伤害分区及周边危化企业数量等信息获取疏散效果；

最佳疏散效果模块，用于获取各疏散出发点经过中间节点到对应的疏散出口的所有路径，根据各路径的疏散效果确定最佳疏散效果路径；

庇护场所获取模块，用于获取合适的庇护场所。

优选的，所述疏散处理模块还用于：

步骤201：根据地理信息系统识别出疏散范围内的各类建筑物位置信息，可由城市人口密度热力图或相关政府部门获取各类建筑物的人口数量，若无法获取，则根据建筑物的属性预估该影响范围内的人口数量；

步骤202：以各类建筑物的出口作为疏散范围内人群疏散出发点A

步骤203：识别出疏散范围内的所有道路交通控制点即交叉路口作为疏散路径的中间节点A

步骤204：由疏散的出发点、中间节点、疏散出口节点共同构成了燃气泄漏突发事件的疏散路网节点A

步骤205：识别出事发地疏散范围外所有的庇护场所A

优选的，所述疏散效果获取模块还用于：

通过公式

根据人群速度和密度关系式利用公式

利用公式

优选的，所述最佳疏散效果模块还用于：利用0-1规划找出某一疏散出发点

优选的，所述最佳疏散效果模块还用于：

根据最佳疏散效果的0-1规划模型，获取某一疏散出发点

优选的，所述庇护场所获取模块还用于：筛选距离疏散范围最近的庇护场所

本发明的优点在于：本发明综合考虑燃气突发事件的各类后果影响范围及伤害分区，将伤害分区叠加到疏散路径上，对各个疏散路径上的风险与时间进行综合性评估，进而得到最佳疏散效果的路径及疏散出口，并给出适合的庇护场所位置，从而实现高效、安全的人员疏散。

附图说明

图1为本发明实施例所公开的一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散方法的流程图；

图2为本发明实施例所公开的一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散方法中管道泄漏模型示意图；

图3为本发明实施例所公开的一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散方法中疏散路径的网络图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散方法，所述方法包括：

步骤S1：根据燃气泄漏事故后果模型获取燃气泄漏突发事件的各类后果影响范围以及伤害分区，根据各类后果影响范围以及伤害分区获取燃气泄漏突发事件的疏散范围；具体过程为：

(1)燃气泄漏事故模型分析

1)根据燃气事故位置、泄漏类型描述，获取泄漏燃气管线压力、管径等基本参数，基于燃气突发事件后果危险最大化原则，根据管道泄漏模型计算燃气管道泄漏量。

方法1：燃气管线泄漏时，管道内和泄漏孔内的气体分别存在两种流态，即临界流和亚临界流，最为普遍的情形为管道内亚临界流，孔口临界流或亚临界流。孔口亚临界流的情形一般是指随着泄漏孔径的增大，气体由临界流转为亚临界流，此外还包括管道断面破裂的情况。根据上述情形并结合经典的“孔”和“管道”模型开发了一种新模型，用于计算中低压下分配系统中的气体释放量。该模型兼顾了小孔泄漏和管道断裂泄漏两种情形。模型在使用时考虑到最大泄漏量的情况，即泄漏孔直径为管道直径时进行计算。

图2为管道泄漏模型示意图，以下详细介绍具体计算过程：

第一步：计算Ma

式中，D

第二步：计算中间参量Y

式中，Ma

第三步：计算流体雷诺数：

式中，

式中：ρ为流体密度，kg/m

第四步：计算管道范宁摩擦系数

若Re<100000，

f＝0.079Re

若Re≧100000，

f＝0.0232Re

式中，f为管道范宁摩擦系数；

第五步：求解Ma

式中，L为初始点到泄漏点的管道长度，m。

第六步：根据泄漏孔面积A

式中，Q1为泄漏孔处气体的质量流量，kg/s；P

第七步，P

式中，P

方法2：燃气管道泄漏速率的计算方法如下式：

式中：

P

k——气体绝热系数，天然气一般取1.326。

根据上式可得出P

当运行压力大于转换压力时，泄漏速率计算方法如下式

式中：Q为泄漏速率，kg/s；C

当运行压力小于或等于转换压力时，泄漏速率计算方法如下式所示

其中Y为气体膨胀因子。

2)计算燃气扩散在大气上(x方向、y方向)的浓度分布情况，计算方法可采用拉格朗日烟团模型或高斯烟羽模型等；

可采用高斯烟羽模型计算浓度扩散分布，其浓度分布表达式为：

其中：C(x,y,z,H)为泄漏气体的质量浓度，kg/m

表1烟羽模型扩散系数

为简化计算，令He＝y＝z＝0，则

根据风险最大化原则，燃气泄漏扩散系数一般按照城镇条件F计算。

3)取燃气扩散体积浓度值(可由质量浓度转换)不小于3％vol(甲烷爆炸下限)的范围，为人员疏散区域S1。为了防止发生火灾或爆炸事故，应该尽快通知危险区域内人员停止可能产生点火源的行为，并组织危险区域内居民疏散，基于此危险区边界浓度选择燃气爆炸下限浓度3％，通过将体积浓度转换为质量浓度C＝C

(2)燃气泄漏事故后果模型分析

1)喷射火模型S

喷射火是指天然气管道发生泄漏，带压气体会从破裂处高速的喷出，遇有点火源形成的喷射火灾。喷射火主要通过热辐射作用周边的环境和人群，强烈的热辐射可能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。

假定火焰为圆锥形，并用从泄漏处到火焰长度4/5处的点源模型来表示。

喷射火火焰长度可用如下方程得到

化简可得l

点热源的热辐射通量按下式计算

式中：q为入射热辐射剂量，kw/m

被辐射点至泄漏点距离可认为：

对于喷射火灾，根据表2不同事故伤害阈值，将热通量值带入上式即可得到不同伤害分区对应的影响范围；

2)蒸气云爆炸模型S

蒸气云爆炸是指燃气大量快速泄漏，与周围空气混合形成覆盖范围很大的“预混云”，在某一有限空间遇点火源而导致蒸气云爆炸。蒸气云爆炸产生的超压冲击波会对周边的人员和造成一定的伤害。

蒸气云的TNT当量：

式中m

式中：R—爆炸场某点至爆源的距离，m；△P—爆炸波的入射超压，Pa。

根据表2不同事故伤害阈值，将超压值带入上式即可得到不同伤害分区对应的影响范围。

3)火球模型S

燃气泄漏爆炸释放巨大的能量加热周围的空气形成向外猛烈膨胀的火球。爆炸火球的伤害形式主要为皮肤伤害和视网膜烧伤，严重时能致人死亡。

燃气在泄漏后如果在尚未与空气充分混合即被点燃，属于扩散性的燃烧，即形成球形或半球形的火体，称为火球。火球能够产生强烈的热辐射，对管道周围人员和财产构成伤害。火球燃烧可以认为是瞬态燃烧，因此采用热剂量准则。对处于火球内部的目标，显然将被热辐射毁伤，而对于火球以外的目标，其毁伤程度可以根据目标所接受的热毁伤阈值来判定，同样根据给定的阈值即可求出毁伤半径。

距离火球中心某距离处的目标受到的入射热辐射剂量，具体为：

式中：q—入射热辐射剂量，kJ/m

根据表2不同事故伤害阈值，将热辐射值带入上式即可得到不同伤害分区对应的影响范围。

4)地下空间爆炸模型S

当燃气管线因地质灾害导致管线弯曲变形，发生微小泄漏后，泄漏气体存在通过土壤扩散至相邻地下空间聚集爆炸的可能。考虑到爆炸后果，地下空间主要指连通管线(污水管线、雨水管线、暗渠及同功能管线、电力管线)。结合相关研究，地下空间爆炸致灾模式以超压为主。

当燃气管线因地质灾害导致管线弯曲变形，发生微小泄漏后，泄漏气体存在通过土壤扩散至相邻地下空间聚集爆炸的可能。考虑到爆炸后果，这里地下空间主要指连通管线(污水管线、雨水管线、暗渠及同功能管线、电力管线)线。根据相关实验，爆炸破片影响半径小于超压伤害半径，在此不再考虑破片影响。地下空间爆炸致灾模式主要为超压。

以待评估燃气管段12.5m范围连通管线为计算对象。

首先需要考虑燃气扩散至相邻空间概率，概率由下式计算

式中P

其中S

对于连通管线截面积S

1)对于雨污水管线，其截面积可表示为：

式中R

2)对于暗渠等长方形管道，其截面积可表示为：

S

式中a，b分别为暗渠的宽，高。

因此，利用燃气泄漏喷射火模型、蒸气云爆炸模型、火球模型、地下空间爆炸模型对人员的伤害程度来划分人员疏散范围。根据表2不同事故伤害阈值得出燃气爆炸对应的不同伤害后果范围S

死亡区范围：S

重伤区范围：S

轻伤区范围：S

由此可得燃气泄漏突发事件的疏散范围为：

S＝S

表2不同事故伤害阈值

步骤S2：获取疏散出发点、疏散出口节点、警戒点、疏散路网节点以及庇护场所；具体过程为：

步骤201：根据地理信息系统识别出疏散范围内的各类建筑物位置信息，可由城市人口密度热力图或相关政府部门获取各类建筑物的人口数量，若无法获取，则根据建筑物的属性预估该影响范围内的人口数量，具体参阅文献《王海波,蔡铭,钟舒琦.一种基于建筑物属性的城市人口分布方法[B]或者专利文献CN201611086311.X,2016,11》；

步骤202：以各类建筑物的出口作为疏散范围内人群疏散出发点A

步骤203：识别出疏散范围内的所有道路交通控制点即交叉路口作为疏散路径的中间节点A

步骤204：由疏散的出发点、中间节点、疏散出口节点共同构成了燃气泄漏突发事件的疏散路网节点A

步骤205：识别出事发地疏散范围外所有的庇护场所A

步骤S3：获取疏散路网内各路段的疏散时间，根据各路段的疏散时间、通行道路所处的事故伤害分区及周边危化企业数量等信息获取疏散效果；具体过程为：

在进行燃气管线泄漏突发事件安全疏散时，将疏散范围内的人群从A

人群密度反映的是一个空间内人员的数量和稠密程度，通常用单位面积上的人数表示。一般情况下，最大人群密度是7～8人/m

根据人群速度和密度关系式利用公式

单个路段的风险主要考虑两方面：路段所在的伤害分区和周边周边危化企业数量等信息，如下表所示：

表3单个路段风险评估值

利用公式

步骤S4：获取各疏散出发点经过中间节点到对应的疏散出口的所有路径，根据各路径的疏散效果确定最佳疏散效果路径；利用0-1规划找出某一疏散出发点

如图3所示，安全疏散路径是沿着

对于任意路线x

如图3所示，对于起点节点1，所有节点都是离开此节点，所以-x

对于结束节点9，所有都是进入该节点，所以x

满足约束条件的情况下，构建

根据

步骤S5：获取合适的庇护场所，具体过程为：筛选距离疏散范围道路距离最近的庇护场所

通过以上技术方案，本发明提供的一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散方法，在燃气泄漏事件发生进行人员安全疏散时，不仅要考虑路径最短、时间最少等问题，更要考虑人员在疏散道路上所承受的事故伤害影响，防止人员踏入风险程度更高的道路，从而造成更大的人员伤亡。燃气泄漏突发事件发生后，首要任务就是要把影响范围内的人群疏散出去，若在确定庇护场所时，只单一考虑疏散点到庇护场所的道路距离情况，很有可能造成疏散人群在影响范围内滞留时间相对过长，也就使得人群遭受伤害的可能性随之升高，因此确定疏散范围外最近的道路控制点作为中转节点就显得很有必要。基于此，本发明综合考虑燃气突发事件的各类后果影响范围及伤害分区，将伤害分区叠加到疏散路径上，对各个疏散路径上的风险与时间进行综合性评估，进而得到最佳疏散效果的路径及中转点，并给出适合的庇护场所，从而实现高效、安全的人员疏散。

实施例2

本发明还提供一种燃气管线泄漏突发事件安全疏散系统，所述系统包括：

影响范围获取模块，用于根据燃气泄漏事故后果模型获取燃气泄漏突发事件的各类后果影响范围以及伤害分区，根据各类后果影响范围以及伤害分区获取燃气泄漏突发事件的疏散范围；

疏散处理模块，用于获取疏散出发点、疏散出口节点、警戒点、疏散路网节点以及庇护场所；

疏散效果获取模块，用于获取疏散范围内各路段的疏散时间，根据各路段的疏散时间、通行道路所处的事故伤害分区及周边危化企业数量等信息获取疏散效果；

最佳疏散效果模块，用于获取各疏散出发点经过中间节点到对应的疏散出口的所有路径，根据各路径的疏散效果确定最佳疏散效果；

庇护场所获取模块，用于获取合适的庇护场所。

具体的，所述疏散处理模块还用于：

步骤201：根据地理信息系统识别出疏散范围内的各类建筑物位置信息，可由城市人口密度热力图或相关政府部门获取各类建筑物的人口数量，若无法获取，则根据建筑物的属性预估该影响范围内的人口数量；

步骤202：以各类建筑物的出口作为疏散范围内人群疏散出发点A

步骤203：识别出疏散范围内的所有道路交通控制点即交叉路口作为疏散路径的中间节点A

步骤204：由疏散的出发点、中间节点、疏散出口节点共同构成了燃气泄漏突发事件的疏散路网节点A

步骤205：识别出事发地疏散范围外所有的庇护场所A

具体的，所述疏散效果获取模块还用于：

通过公式

根据人群速度和密度关系式利用公式

利用公式

具体的，所述最佳疏散效果模块还用于：利用0-1规划找出某一疏散出发点

具体的，所述最佳疏散效果模块还用于：

如图3所示，安全疏散路径是沿着

对于任意路线x

对于起点节点1，所有节点都是离开此节点，所以-x

对于结束节点9，所有都是进入该节点，所以x

满足约束条件的情况下，构建

根据

具体的，所述庇护场所获取模块还用于：筛选距离疏散范围最近的庇护场所

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。