安全MBE—基于模型的硫化氫泄漏風險監測與防控

寫在前面

　　近年來，因在有限空間作業中，由于硫化氫有毒有害氣體中毒造成的事件、事故屢有發生，同時，又因硫化氫泄漏擴散評估缺乏科學的研判，現場施救人員的盲目施救，造成事故的進一步擴大，傷亡人數劇增，給國家、企業和家庭帶來無可挽回的巨大損失。

　　硫化氫不僅僅有毒，還易燃。硫化氫有毒，有臭雞蛋味的惡臭，吸入可發生急性中毒，其在 空氣中的最高容許濃度為10mg/m3 。接觸硫化氫后出現眼刺痛、羞明、 流淚、結膜充血、咽部灼熱感、咳嗽等眼和上呼吸道刺激表現，或有頭痛、頭暈、乏力、惡心等神經系統癥狀。人的嗅覺閾值為 0.012～ 0.031mg/m3 。硫化氫的 LC50 為 444ppm(也有文獻為 409ppm，即 622mg/m3 )。人員接觸 300mg/m3 濃度的硫化氫，1小時可引起強烈刺激，嚴重者發生肺水腫；接觸 760mg/m3濃度的硫化氫，15～60 分鐘可能引起生命危險——發生肺水腫、支氣管炎及肺炎；接觸 1000mg/m3濃度的硫化氫數秒鐘，就可出現全身癥狀，呼吸麻痹而死亡。

　　另外，硫化氫是重氣，泄漏后會沿著下風方向且沿地面或者墻體向下擴散，人員接觸中毒的幾率更大。

　　于此，我們提出解決辦法，采用工業互聯網平臺技術，采用“數據+模型”方式，將硫化氫泄漏擴散機理模型與工廠實時條件做無縫結合，構建硫化氫泄漏風險監測與防控平臺，以期望為硫化氫泄漏事故做些力所能及的事。具體表現為：

　　在工廠里面，一旦硫化氫泄漏，結合現場的實時風向風力條件、廠區的實時人員位置，廠區現場硫化氫監測傳感器數據，對硫化氫隨著時間變化的濃度和影響區域進行模擬分析和研判，確保在泄漏氣體達到危害濃度前對人員疏散作出有效的輔助決策。

建立評估模型

輸入參數

環境參數

　　1) 地面風速(m/s)(<2，2~3，3~4，4~6，>6)

　　2) 輻射強度(白天日照(強)，白天日照(中等)，白天日照(弱)，夜間條件(陰天且云層薄，或低空云量為4/8)，夜間條件(天空云量為3/8))

　　3) 周邊環境(草原、平坦開闊地，農作物地區，村落、分散的樹林，分散的高矮建筑物(城市)，密集的高矮建筑物(大城市))

　　4) 環境平均風速u(m/s)

　　5) P0—環境壓力(Pa)

　　6) Ta—環境大氣溫度(K)

　　7) 風向玫瑰圖

其他輸入參數

　　毒性物質泄漏類型(連續泄漏、瞬時泄漏)

　　泄漏源高度H0(m)

　　中毒濃度(mg/m3)

　　泄漏物質密度(kg/m3)

---------------------連續泄漏(煙羽)-------------------

　　泄漏時間t(s)

　　燃料泄漏量Q(kg)

　　氣云出口速度(m/s)

---------------------瞬時泄漏(煙團)----------------------

　　泄漏物質溫度Ts(K)

　　泄漏速率Qm(m3/s)

　　泄漏源內徑d(m)

研判矩陣示例設計

　　風速，來源于現場的氣象風力實時數據，正常是2S一個數據；

　　硫化氫濃度，來源于擴散模型計算模擬結果和現場傳感器監測數據；

　　泄漏源下風向距離，來源于擴散模型計算模擬結果；

　　對應視頻，來源于現場監控視頻；

　　可能受影響的人員，來源于實時人員定位獲取到的，擴散模型模擬受影響范圍內的人員。人員定位數據可來源于人員的GPS定位或者藍牙定位。

　　下圖為氣體擴散的模擬效果圖和分析結果示例。

　　通過統一平臺，結合地理信息系統或者廠區三維系統，整合資源，動態實時反饋危險品硫化氫監測監控信息、硫化氫物質危害信息、廠區實時人員動態信息、廠區實時天氣氣象信息、廠區應急物資等方面具體信息，最大限度地做好應急平時防控和預警預防。

風險監測預警

　　通過對硫化氫儲罐，操作溫度‐10℃，壓力 0.7MPa)及一套液體硫化氫灌裝設備實現在線管理，實現企業重點監測的實時數據、歷史數據、報警數據的調閱，監控狀態的實時顯示。

　　實現硫化氫儲罐和灌裝設備的位置信息、儲存信息、物質危害信息、應急處置信息、周邊環境信息的資源管理。

　　實現硫化氫有毒氣體濃度數據、壓力數據、液位數據的實時監測，實時數據巡查、歷史數據巡查和趨勢分析。

　　通過直接接入、集成視頻管理系統等方式實時獲取硫化氫裝置設備區域的視頻監控信息。系統具有視頻監控列表展示功能，能快速查詢企業視頻。

　　建立報警規則和提醒機制，實現不同場景下報警判斷，報警類型提醒、報警逾期未處理提醒等。報警類型有參數報警和視頻報警，參數報警提醒有溫度、壓力、濃度等關鍵參數和大參數報警提醒，視頻報警有人員闖入、人員脫崗等報警提醒。

氣象監測預警

　　氣象監測預警子系統應實現與當地氣象局氣象數據進行集成，實時獲取氣象局最新氣象信息，并支持氣象信息的可視化展示，能夠提供實時氣象數據支持。

　　可視化展示內容應包括：

　　實時數據：系統能夠實時展示當前天氣實況，內容包括：氣溫、相對濕度、降水量、風力風向。

　　預報數據：系統能夠根據接入的數據，展示當日、7天、8-15天的預報天氣信息。

　　預警數據：在遭遇惡劣天氣時，系統應能夠按照天氣預警預報的等級來進行預警提醒。

人員監測預警

　　結合GPS定位或者藍牙定位人員定位技術，獲取廠區當前實時人員位置和人數統計。實時展示在廠區三維或者GIS地圖上，人員包括員工、訪客、承包商等人員。

　　當可燃有毒氣體泄漏報警啟動后，人員定位系統自動鎖定到泄漏源周邊的人員分布，統計人數、識別人員身份、定位人員實時位置，根據硫化氫泄漏應急預案，識別并輸出可能受影響的人員列表。

事故風險評估

　　建立硫化氫事故風險評估系統。

　　(1) 將硫化氫裝置基本信息、環境參數信息等靜態不常變化的信息進行預先輸入和管理。

　　(2)將氣象風速風力信息、廠區人員信息兩類實時信息進行接入，系統自動或人員手動進行硫化氫有毒氣體擴散的評估和模擬。

應急輔助決策

　　泄漏事故應急啟動后，結合地理信息系統(GIS)定位，查詢事發危險物質理化特性，標繪事發點(泄漏源)周圍輸入半徑范圍內的環境，在GIS地圖上進行應急救援物資、力量、設備設施、專家等信息分布查看，回傳現場數據(包括但不限于：鄰近危險源、工藝流程、圖像、地理信息、事故設備信息等)，并進行事故模擬分析(包括蒸氣云爆炸事故模擬、有毒有害物質泄漏擴散模擬)，計算出事故的死亡半徑，重傷半徑，輕傷半徑、中毒濃度、影響距離、受影響人員等信息，研判出事故影響事態，輔助現場救援。

結語

　　安元.安全無憂網圍繞企業的人、機、物、環、管幾大要素，將企業工廠自動化控制信息、現場人員操作和作業環境信息、廠區環境氣象信息、企業安全管理信息等匯聚接入，建立點、線、面三位一體的風險識別和風險評估模型，根據風險評估結果，把風險控制措施落實到作業票管理、設備管理、人員在崗在位管理、事故管理、應急管理等各個安全管理環節中，建立“基于模型的安全工廠”，簡稱“安全MBE”，幫助企業實現一個更智能化的安全管理模式，助力企業合規能力提升、安全能力提升、體系能力提升。

　　本文中硫化氫泄漏風險監測與防控平臺的構建是“安全MBE”在工業企業工廠安全管理中的典型應用。

　　首先，風險監測預警：實現感知數據與信息系統的無縫結合，不安全狀態、不安全行為、不安全環境的實時響應、動態預警；

　　其次，事故應急支持：科學風險計算模型與業務過程模型的協同作用；風險要素、事故模擬、危險物質信息、危險工藝信息、不良環境信息與應急響應協同作用，支持事故應急。

　　然后，人員在崗在位：人-機交互的高度安全智慧反應能力，實名、定位、軌跡等對人的安全狀態和安全行為進行全過程管控。