基于案例和随机网络的油储系统火灾情景推演.pdf
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1、第41卷第3期INFORMATION,SAFETYANDMANAGEMENT|信息、安全与管理139基于案例和随机网络的油储系统火灾情景推演YUAN Changfeng,TONG Yating,MENG Shasha,WANG Jiahui袁长峰峰童雅婷孟莎莎王佳荟大连海事大学航运经济与管理学院,辽宁大连116 0 2 6摘要:油储系统火灾事故的发展蔓延将导致灾害更为严重的二次或次生事故,为较准确掌握事故可能的发展过程和变化趋势,根据情景分析思想,提出了基于案例和随机网络的油储系统火灾情景推演方法,构建了情景推演随机网络模型。通过对国内外17 3例石油储罐典型火灾爆炸事故案例的统计分析,总结出
2、油储系统火灾事故应急过程中2 0 种主要情景,构建了油储系统火灾事故情景演化路径图,并运用随机网络方法将其转化为油储系统火灾事故情景演化随机网络,通过随机网络解析算法,求得了情景演化路径的可能发生概率、平均发生时间、发生时间方差等特征值。在情景可能发生概率求解中,提出了综合考虑由案例统计得到的情景条件概率和Dempster-Shafer(DS)证据理论修正的专家评分得到的情景经验概率相结合的情景发生概率求解规则。以大连“716”油库火灾爆炸事故为例,通过与实际事故发展演化过程的对比分析,验证了所提方法和模型的有效性。基于案例和随机网络的油储系统火灾情景推演方法和推演随机网络模型,较好地解决了事
3、故发展演化过程的定性和定量描述问题,为油储系统火灾事故情景演化态势的判断从概率统计意义上提供了新的量化分析手段。关键词:油储系统;火灾事故;情景推演;随机网络D0I:10.3969/j.issn.1006-5539.2023.03.020Scenario evolution of oil storage system fire based on real cases and GERT networkSchool of Maritime Economics and Management,Dalian Maritime University,Dalian,Liaoning,116026,China
4、Abstract:The development and spread of fire incidents for oil storage system will lead to more serioussecondary incidents.In order to grasp the possible development process and changing trend of the incidentmore accurately,based on the scenario analysis approach,this paper proposes a scenario evolut
5、ion method ofoil storage system fire based on historical cases and GERT(Graphical Evaluation and Review Technique)network,and develops a scenario evolution GERT network model.Through the statistical analysis of 173historical cases of fire and explosion incidents in oil storage tank at home and abroa
6、d in nearly 50 years,twenty main scenarios in the emergency processes for fire incidents in oil storage system are summarized,andthe possible scenario evolution paths of fire incident for oil storage system are developed and transformed intoGERM network of scenario evolution.The probability of occur
7、rence,average occurrence time,variance ofoccurrence time and other characteristics of possible paths of scenario evolution are obtained by analysis收稿日期:2 0 2 3-0 1-18基金项目:国家自然科学基金资助项目“油储系统火灾事故应急过程本质安全的风险源分析方法研究”(5140 40 52);辽宁省教育厅科学研究经费项目(面上项目)“油气储运火灾事故应急过程风险评估及主动防控研究”(LJKZ0049);教育部产学合作协同育人项目“新工科背景下
8、适应航运发展新需求的决策支持系统 课程教学改革”(2 0 2 10 2 1590 12)作者简介:袁长峰(197 5-),女,山西阳泉人,教授,博士,主要从事储运安全、应急管理、决策支持等方面的研究工作。E-mail:ycf1028 天然气与石油1402023年6 月NATURALGAS ANDOILalgorithm of GERT network.Among them,the solving rule of scenario occurrence probability is put forward,which combines the scenario conditional proba
9、bility obtained by case statistics with the scenario experienceprobability obtained by expert score modified by DS(D e m p s t e r-Sh a f e r)e v i d e n c e t h e o r y.T a k i n g t h e“7 16 Dalian Oil Depot fire and explosion incident as an example,the effectiveness of the proposedmethod and mode
10、l is verified by comparing the development and evolution process with actual event.Thescenario evolution method and model of oil storage system fire based on historical cases and GERT networkcan better solve the problem of qualitative and quantitative description of the development and evolutionproc
11、ess of the incident,which provides a new quantitative analysis method for judging the scenario evolutionof fire incident in oil storage system from the perspective of probability statistics.Keywords:Oil storage system;Fire incident;Scenario evolution;GERT network基于随机网络的地震生命工程情境推演平台系统;方志0前言油储系统火灾事故是危
12、害社会公共安全的重大突发事件,损失多、影响大,社会影响恶劣。事故的发生、发展速度快,演化扩展过程会出现许多不可预知的情景状态,情景间的相互作用又会导致新的情景出现,使得事故的发展具有不确定性和随机性。为有效提高事故的应对和应急处置能力,辅助决策者对事故发展趋势做出更正确合理的判断,应尽可能地获知事故演化过程中可能出现的情景状态,掌握情景可能的发展演化路径,以及各演化路径的可能发生概率和造成的事故后果。油储火灾事故属于典型的非常规突发事件,事故的发展过程会出现一系列不同的情景,从情景角度进行分析和推演更符合事故发展过程,而情景分析和推演方法也是非常规突发事件普遍采用的研究方法。目前常用的情景推演
13、方法主要有以下几种。1)基于系统动力学理论建立情景演化模型。李勇建等人 以汶川地震衍生的堰塞湖事件为例,建立了该事件的系统动力学情景演化模型,并进行了模拟仿真;王德鲁等人2 从企业应急行为和公众行为反应角度,建立了企业突发事件演化系统动力学模型并仿真。2)基于贝叶斯网络或动态贝叶斯网络的情景推演方法。屈静等人3采用动态贝叶斯网络构建了输油管道泄漏事故情景推演模型,研究输油管道泄漏事故情景演化的特征与路径;巩前胜4、夏登友等人5运用动态贝叶斯网络构建了非常规突发灾害事故情景推演模型;张江石等人6 1以天津港“8 12”事故为例,基于外部环境、事件情景、应急处置3类情景要素分析危险化学品事故的情景
14、演变路径,采用动态贝叶斯网络构建情景推演模型;XinPeiwei等人7 为实现灾害的实时识别,建立了灾害情景的贝叶斯网络映射模型;WuJiansong等人8 运用贝叶斯网络方法建立了矿井突水灾害事故的情景演化模型。3)基于随机网络的情景推演方法。杨保华9建立了非常规突发事件情景推演的随机网络模型,并搭建了耕等人10 1把随机网络方法和贝叶斯推理工具相结合,建立了灾害演化的随机网络模型;周愉峰等人 运用情景分析方法,构建了基于情景推演的地震灾害演化的动态随机网络模型。在这些情景推演方法中,基于系统动力学理论建立情景演化模型更关注事件的发展演化结果和可能导致的危险状态,较少给出事故发展可能的情景演
15、化路径的概率预测;基于贝叶斯或动态贝叶斯网络的情景推演方法能较好地描述事故发展的情景演化过程,着重于情景节点的发生概率求解,而非情景演化路径的概率预测;基于随机网络的情景推演方法能够较好地建立事故发展的情景演化网络,但在求解每条路径从初始情景至某个消失情景的路径概率时,仍主要依赖于专家的主观经验,影响了路径概率的准确性。虽然在路径概率的求解过程中,有些也结合了贝叶斯网络推演方法,但贝叶斯网络主要是对情景节点发生概率的计算,在相邻前后情景组成的情景演化路径上,后情景节点的前提情景节点只有1个时,用贝叶斯网络计算出的后情景节点的发生概率可以认为是该路径的发生概率,但如果后情景节点的前提情景节点不止
16、1个时,由贝叶斯网络计算出的概率是该后情景节点的发生概率,不能简单认为是该路径的发生概率。因此,考虑油储系统火灾事故发展演化的动态性、随机性的特征,本文提出了基于案例和随机网络的油储系统火灾情景推演方法。即通过对已发生事故案例的统计分析,总结出油储系统火灾事故发生后主要的事故情景以及可能的情景演化路径,运用随机网络方法建立事故的情景演化模型,采用随机网络方法和本文提出的情景发生概率求解方法(在求解相邻前后情景组成的演化路径时,将实际事故案例统计与专家经验相融合,由实际案例数据计算结果求得的条件概率与专家给出的经验概率进行比较,通过设定一定的阈值,确定出不同情况下二者的比较运算结果,由此确定出相
17、邻情景节点组成的演化路径概率,减少专家的单纯主观经验对计算结果的影响,进一步提高计算结果的较准确性),对各情第41卷第3期INFORMATION,SAFETYANDMANAGEMENT信息、安全与管理141景以及情景演化路径的发生概率进行预测计算,从概率径,而要获知可能的情景演化路径,就必须要找到组成统计意义上,为事故发展演化趋势的预判提供大概率可演化路径上这些可能的情景。为此,本文通过收集整理能的评估方法。目前,将实际的事故案例统计分析与随相关资料和公开报道,统计了国内外17 3例石油储罐典机网络方法相结合,构建油储系统火灾事故情景推演模型火灾爆炸事故12-16。所统计的典型火灾爆炸事故是型
18、及评估演化路径发生概率的方法,还未见公开报道。指:具有代表性的较大火灾爆炸事故,这些事故对企业或社会造成了影响严重,并产生了较大财产损失或人员1油储系统火灾应急过程主要情景分析伤亡。主要统计了6 种火灾模式的石油储罐火灾爆炸事当油储系统火灾事故发生后,随着时间的推进,事故,即先爆炸后燃烧、先燃烧后爆炸、局部稳定燃烧、爆故会发展和演变为多种可能的情景,例如当油库区输油炸后不燃烧、沸溢性燃烧、单罐着火后蔓延为多罐燃烧管线起火后,在应急处置过程中可能会相继出现:大量爆炸。统计的事故案例中对储罐类型、起火原因、油品原油泄漏一油品流火灾区,形成大面积地面流尚火一种类等均没有固定标准。通过统计分析发现,这
19、些事故油罐损坏,罐体塌或炸裂一高温残片飞溅,破坏周围中有12 8 例(包括国内7 7 例,国外51例)是初次事故发的油储设施一相邻储罐爆炸起火。事故发展和演化的生后在应急处置过程中又引发了二次事故。通过对12 8可能途径就是几个或多个情景随时间发展的组合。决例事故的分析汇总,总结出应急处置过程中频繁出现的策者在应急处置过程中,要对事故可能的发展态势做出20种事故主要情景和出现频数15,见表1。正确的评估,就要获知事故发生后可能的情景演化路表112 8 例油储系统火灾事故应急过程主要情景和发生次数统计表Tab.1 Statistical table of main scenarios and o
20、ccurrences in emergency processes of 128 fire incidents for oil storage system情景罐内油品燃烧,沸溢飞溅,高温残10 0片飞溅S1油品燃烧,高温残片飞溅,引燃周30围树木等易燃物S2高温残片飞溅,破坏或引燃周围2 3其他油储设施S3油罐或者输油管线产生爆炸S499冲击波破坏了供电供水设施S,8冲击波破坏了建筑物S。12冲击波破坏了消防设施S14频数/情景次冲击波对其他油储设施造成破坏,导13致更大面积泄漏S:储罐或者输油管线剧烈燃烧,产生热97辐射S。热辐射引燃了其他油储设施S10o输油管线破损、变形Sl油罐损坏,罐
21、体塌或炸裂,焊接处8 3破裂S12产生高温蒸汽云S13蒸汽云遇热,静电火花燃烧爆炸S14频数情景次油品复燃复爆S15油储设施爆炸对供电供水系统15造成破坏S1636油品从管线或法兰等部位泄漏、9 7喷出,四处流消S1749油品外溢,产生流尚火S18流尚火引燃其他油储设施S1968外溢油品对环境造成污染S2018频数/次2085595或多个初始情景(如S,、S,),此时,应急决策主体(如现2油储系统火灾情景演化分析2.1油储系统火灾情景演化路径分析油储系统火灾事故发生后,依照事故发展演化规律、外界环境、人为应急处置措施等的干扰程度,会呈现出初始情景发生、情景发展演化和情景消失的过程。采用夏登友等
22、人17 提出的情景要素表达方法,建立油储系统火灾事故的情景演化过程,见图1。图1中,S,S,为情景;S消为情景消失;T,T,为处置目标;M,M,为处置措施;为情景的自身演变,即情景按照其自身发生发展机理的变化过程以及结果;t为时间;t。为初始情景发生时刻;t为情景发展演化中的某一时刻;t,为情景消失时刻。油储系统火灾事故初次发生后,在t。时刻将出现1个场救援人员、应急决策者)会根据出现的情景制定相应的应急目标和处置措施,事故情景在自身演变的同时,向预期应急目标发展。到t,时刻,由于之前采取的应急处置措施效果的差异,会出现新的不同情景和情景演化路径,例如情景状态S1,对其采取处置措施M,若M,有
23、效,S,向预期处置目标T,发展,情景状态由S,演变到S2,若M,无效,S,可能演变到S3;同样,对情景状态S,设定处置目标T,采取处置措施M,若M,有效,则S,达到预期处置目标T,并在t,时刻情景消失,事故结束,即形成S1S2-S消的情景演化路径;但若M,无效,S,则可能演变到S4,对S4再设定预期处置目标T4,并采取处置措施M4伴随着M.有效与否继续演变,直至t,时刻情景消失,在这一过程中,则可能的情景演化路径为:S1S2S4S消。由此可见,油储系统火灾事故发生后,随着事故天然气与石油1422023年6 月NATURALGAS ANDOIL;to初次事故已发生初始情景发生Fig.1 Diag
24、ram of scenario evolution process in oil storage system fire的发展和应急措施的介人,可能会出现一系列情景状态以及多条情景演化路径,不同的情景演化路径可能会产生不同的事故后果。因此,构建出油储系统火灾事故可能的情景演化路径,并获知各路径可能的发生概率,对决策者较准确判断事故发展态势和提出有效应急处置措施,减少二次或次生事故损失具有重要意义。2.2油储系统火灾情景演化路径图的构建基于图1的油储系统火灾情景演化流程,根据表11-T,达到一-未达到T图1油储系统火灾情景演化过程示意图统计的油储系统火灾事故应急过程主要情景,构建了油储系统火灾情
25、景演化的可能路径图,见图2。图2 中,S4为随着事故发展新生成的输油管道爆炸情景;S。为直接引发了二次或次生事故(如大面积的林木火灾或易燃物的爆炸事故);横向箭头为灾害事故情景朝着最乐观的方向演变,如S17S20S消;纵向箭头为灾害事故情景朝着最悲观的方向演变,如 S,S3SS17S18SiS16;处置目标T和处置措施M具体含义见表2。最乐观的灾害事故情景演化路径T,未达到T,2未达到情景发展演化达到一T.大到S消M1未达到达到一情景消失S11达到T未达到MMS3SS酒T,达到未达到达到最S的灾火害事故情景演化路径达到一T2达到T未达到T未达到达到未达到S达到一未达到T,达到达到T未达到M,T
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