基于系统动力学的氯化泄漏事故仿真模型设计及安全对策研究开题报告

文 献 综 述

1、前言

据不完全统计，自建国以来国内化工系统发生的重大及典型泄漏事故共50余起，这些事故引起火灾、爆炸或有毒物质泄漏，导致厂内外人员大量伤亡，或是导致财产损失和环境的严重破坏，或二者兼有之。在这些典型泄露事故中存在着氯化反应中的氯气泄漏的典型案例。

氯化反应一般指将氯元素引入化合物中的反应。在有机化学反应中，氯化反应一般包括置换氯化、加成氯化和氧化氯化，在安全方面具有较高的风险，属于高危行业之一。在生产过程中极易发生火灾、爆炸、中毒事故，造成人身伤亡的同时也造成严重的环境污染。氯化反应常用的氯化剂氯气是一种剧毒化学品，氧化性强，储存压力较大。氯气在室温下为黄绿色气体，为有毒气体[1]。由于氯气具有助燃性、氧化性、腐蚀、毒害等特性，使得其在生产、使用、储存、运输过程中存在潜在的风险，稍有不慎就会酿成事故，给国家和人们的生命财产造成破坏和损失，尤其是对生态环境的不可逆性损害将无法挽回[2]。

2、氯气泄漏事故案例

案例1:2004年4月15日19时左右，位于重庆市江北区的重庆天原化工总厂氯冷凝器发生局部的三氯化氮爆炸后，16日凌晨、下午液氯储罐接连发生爆炸。在整个事故中造成9人死亡和失踪，3人受伤，罕见的15万人大转移。

案例2:2005年3月29日，一辆液氯运输车在京沪高速淮安段肇事，致数万村民紧急疏散转移，数千群众中毒住院治疗，28人死亡，大面积农作物受灾，周围环境受到了严重污染，京沪高速公路宿迁至宝应段关闭20h。

案例3:2005年4月12日，无锡某化工股份有限公司因电器故障引起全公司停电，造成氯甲烷装置液氯工段液氯泵中液氯泄漏，导致部分员工和周边居民因吸入氯气产生不适反应，1243人接受治疗。

案例4:2006年7月9日银川市西夏区某厂发生毒气泄漏，有1名工人下班关闭密封罐阀门时发现阀门松动，在关闭过程中发生氯气泄漏，造成123人中毒。

3、对应研究

一般来说事故具有因果性、潜伏性等特性[3]。针对因果性，只要竭尽全力把这些原因事先都识别出来(包括直接和间接原因)，加以控制和消除，就可以预防事故发生。事故的潜伏性是说事故在尚未发生或还未造成后果之时，是不会显现的，所以应该在事故发生之前充分辨识危险源，进行风险分析，事先采取措施进行控制，最大限度地防止危险因素转化为事故[4]。然而从系统论的角度来看，现代企业是一个开放的、复杂的、具有高度非线性关系的系统，其发展和生产运作的整个过程也是一个复杂的时变动态过程。企业伤亡事故的发生是这一复杂时变动态运行过程中的不和谐机制导致的。这是企业伤亡事故发生的宏观机制[5]。

因此针对氯化反应项目涉及内容多、关系复杂等特点，选择运用系统动力学仿真模拟的方法和理论，试图建立氯化过程中由于装置腐蚀而导致的泄漏事故的系统动力学模型(SD模型)，寻找出泄漏事故的直接和间接原因，进而探讨相关的安全对策。

系统动力学(System Dynamics)是由美国麻省理工学院的J. W. Forrester教授[6]于20世纪50年代创立的系统仿真方法，它是根据系统论、控制论、信息论以及大系统论等有关理论和方法建立起来的一种数学模型，是研究高度非线性、多变量、多重反馈复杂系统的一种定量方法。该方法早期研究对象是以企业为中心的工业系统，主要分析生产管理、库存管理等企业问题而提出的系统仿真方法。

目前，系统动力学广泛运用于研究城市经济发展、企业经营管理、宏观经济规划、区域经济、能源规划、工程系统等许多领域[7-8]。系统动力学作为政策与规划实验室，以反馈理论为基础，以系统方法论的基本原则考察客观世界，适宜处理高阶次、非线性、多重反馈的时变动态系统，其最大优点是可以定性和定量方法相结合[9]。现今系统动力学己经是一种常用的系统工程方法，在很多领域应用尤其是区域经济开发，生态环境保护等方面「10-12]。系统动力学仿真试验能够科学预测伤亡事故发生趋势，为企业制定防止伤亡事故发生、加强安全管理的有效措施提供科学的参考依据；同时，系统动力学仿真试验能够事先检验这些措施的有效性和可行性，为企业进一步改进和完善安全管理提供了一个有效方法[13]。依据仿真结果，可以重新设置仿真时间参数，如延长时间，可以得出在达到系统安全水平指标之后的发展趋势，以此来帮助企业把握投入和安全指标的发展趋势，制定有效的调配资源计划和安全控制的长期措施[14]。

由于系统动力学的存在诸多优点，因此被应用于各种领域的研究。在矿山领域中运用系统动力学的理论和方法，建立瓦斯爆炸三类危险源系统的SD模型，对某煤矿瓦斯爆炸三类危险源系统进行模拟预测。根据预测结果，为煤矿安全生产和危险源的控制提供理论指导[15]。对企业进行的系统动力学试验应用表明，利用系统动力学对企业伤亡事故率进行仿真有效揭示了企业伤亡事故率与企业发展、运作过程的非线性机制，并能够对企业伤亡事故率的发展趋势做出科学预测与分析[16]。利用系统动力学在油气行业可以动态预测井喷事故发展过程，在分析导致井喷事故主要因素的基础上，结合系统动力学的相关原理，构建井喷事故系统仿真流图，并运用系统动力学仿真软件对井喷事故的整体流程进行仿真，实现了对油气井安全水平的动态监测和预警[17]。

参考文献

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[4]Liu yingxue Four一Grade Protecting System for Preventing City Chemical Goods From Leakage Science Press Beijing /New York[ C] ,2004. 10:1 326一1 330

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[15]田水承, 等. 基于三类危险源的瓦斯爆炸SD仿真. 煤矿安全，2012（7）：213-216.

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