有毒气体罐车运输泄漏的源强及位置反算研究

作     者：史阳 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何瑞春

授予年度：2013年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 

主      题：高斯扩散模型 源强反算 静止罐车泄漏 移动罐车泄漏 多辆罐车泄漏 

摘      要：因道路运输可以实现直达运输、同时又能够很好地衔接其他运输方式，其已然成为气体化学品运输的主要方式;罐式车辆运输可实现装卸机械化、同时又能改善装卸条件，成为液体与气体化学品道路运输的主要承载工具。由于道路及周边人口稠密、车辆众多，一旦气体化学品在运输过程中发生泄漏，特别是有毒气体发生泄漏而又得不到及时控制，将会对道路及周边的人员造成伤亡、对环境造成破坏。因此，为在事故发生后快速确定泄漏源的强度和位置、准确判断事故影响的范围和浓度，政府救援部门应从被动安全研究方面研究事故应急问题，其有义务对气体化学品运输危险源进行辨识、有必要对有毒气体罐车运输泄漏源进行估算。 首先对有毒气体罐车运输危险源进行辨识，政府救援部门被动安全研究属于事故后的决策问题，应从事故发生前潜在的危险进行分析，以便针对性的减轻事故的影响程度和范围。第一，通过对有毒气体罐车运输泄漏致因分析，指出有毒气体罐车运输泄漏经历初始事件、初次事故、能量无约束流动和二次事故四个阶段，能量无约束流动是二次事故发生的驱动力。第二，通过对有毒气体罐车运输第一类、第二类危险源的辨识，依次从有毒气体危险特性、毒性指标和危害途径分析了有毒气体在运输过程中固有的危险因素;依次从人、车、环境和安全管理四个方面分析了有毒气体在运输过程中潜在的危险因素。第三，通过对有毒气体罐车运输泄漏对策研究，指出政府救援部门应重点从事后管理角度研究事故应急问题，及时救援对降低有毒气体运输事故的影响起着重要的作用，而进行有毒气体泄漏的源强及位置反算研究是实现及时救援的最根本的途径。 其次根据泄漏源强度、气象数据以及扩散模型就计算出泄漏源下风向的有毒气体浓度和扩散范围，因而对泄漏的源强及时而准确的确定是事故应急救援的基础。然后通过充分考虑现实泄漏中诸多实际情况，本文根据不同的泄漏相态、泄漏点位置及罐车的运行状态，分别讨论有毒气体罐车运输过程中典型的四种泄漏情景：静止罐车（点源）瞬时泄漏、静止罐车（点源）连续气相泄漏、静止罐车（面源）连续液相泄漏、移动罐车（线源）连续液相泄漏（移动罐车连续气相泄漏事故剧烈，罐车驾驶员很容易察觉而停车处理，故此类情景归为静止罐车连续气相泄漏）。其中，静止罐车瞬时泄漏、静止罐车连续气相泄漏分别选择相应的高斯烟团扩散模型和高斯烟羽扩散模型计算的浓度值与泄漏源下风向传感器监测的浓度值的匹配度作为目标函数建立模型，将源强反算问题归结为最优化问题进行求解，并利用单纯形搜索算法对目标函数进行优化，确定泄漏源强和位置。上述两种泄漏情形均为点源泄漏，而静止罐车连续液相泄漏考虑实际情况形成液池而构成面源泄漏问题;移动罐车连续液相泄漏类似汽车尾气排放，罐车行驶可以看作连续的点源所构成的线源泄漏问题。在原有高斯扩散模型的基础上设计出高斯面源和线源连续扩散模型。本文通过模拟监测数据并利用Matlab编程实现单纯形搜索算法求解源强反算问题，并验证算法的可行性。实例结果表明单纯形搜索算法能以较小的误差和较快的速度反算出结果，适合于多维变量的搜索。 接着本文尝试研究多辆有毒气体罐车运输过程中的泄漏的情形：两辆静止罐车同时瞬时泄漏，因不同的泄漏源组合可能产生相同的监测浓度，从而导致最优化问题存在多个极值点，利用单纯形搜索算法只能得到一组非劣解。 最后，利用源强反算方法能够及时而准确的得到较为真实的源强值，然后结合相应的扩散模型计算出有毒气体的污染范围和浓度，有毒气体罐车运输泄漏分为四种典型的泄漏情形在准确的估算泄漏的源强及位置问题上有较好的理论意义和实践意义。不仅为有毒气体运输企业和政府救援部门提供一种参考，同时也为有毒气体运输的事故预测和紧急救援提供一种指导。