安全MBE—基于模型的硫化氢泄漏风险监测与防控

写在前面

　　近年来，因在有限空间作业中，由于硫化氢有毒有害气体中毒造成的事件、事故屡有发生，同时，又因硫化氢泄漏扩散评估缺乏科学的研判，现场施救人员的盲目施救，造成事故的进一步扩大，伤亡人数剧增，给国家、企业和家庭带来无可挽回的巨大损失。

　　硫化氢不仅仅有毒，还易燃。硫化氢有毒，有臭鸡蛋味的恶臭，吸入可发生急性中毒，其在 空气中的最高容许浓度为10mg/m3 。接触硫化氢后出现眼刺痛、羞明、 流泪、结膜充血、咽部灼热感、咳嗽等眼和上呼吸道刺激表现，或有头痛、头晕、乏力、恶心等神经系统症状。人的嗅觉阈值为 0.012～ 0.031mg/m3 。硫化氢的 LC50 为 444ppm(也有文献为 409ppm，即 622mg/m3 )。人员接触 300mg/m3 浓度的硫化氢，1小时可引起强烈刺激，严重者发生肺水肿；接触 760mg/m3浓度的硫化氢，15～60 分钟可能引起生命危险——发生肺水肿、支气管炎及肺炎；接触 1000mg/m3浓度的硫化氢数秒钟，就可出现全身症状，呼吸麻痹而死亡。

　　另外，硫化氢是重气，泄漏后会沿着下风方向且沿地面或者墙体向下扩散，人员接触中毒的几率更大。

　　于此，我们提出解决办法，采用工业互联网平台技术，采用“数据+模型”方式，将硫化氢泄漏扩散机理模型与工厂实时条件做无缝结合，构建硫化氢泄漏风险监测与防控平台，以期望为硫化氢泄漏事故做些力所能及的事。具体表现为：

　　在工厂里面，一旦硫化氢泄漏，结合现场的实时风向风力条件、厂区的实时人员位置，厂区现场硫化氢监测传感器数据，对硫化氢随着时间变化的浓度和影响区域进行模拟分析和研判，确保在泄漏气体达到危害浓度前对人员疏散作出有效的辅助决策。

建立评估模型

输入参数

环境参数

　　1) 地面风速(m/s)(<2，2~3，3~4，4~6，>6)

　　2) 辐射强度(白天日照(强)，白天日照(中等)，白天日照(弱)，夜间条件(阴天且云层薄，或低空云量为4/8)，夜间条件(天空云量为3/8))

　　3) 周边环境(草原、平坦开阔地，农作物地区，村落、分散的树林，分散的高矮建筑物(城市)，密集的高矮建筑物(大城市))

　　4) 环境平均风速u(m/s)

　　5) P0—环境压力(Pa)

　　6) Ta—环境大气温度(K)

　　7) 风向玫瑰图

其他输入参数

　　毒性物质泄漏类型(连续泄漏、瞬时泄漏)

　　泄漏源高度H0(m)

　　中毒浓度(mg/m3)

　　泄漏物质密度(kg/m3)

---------------------连续泄漏(烟羽)-------------------

　　泄漏时间t(s)

　　燃料泄漏量Q(kg)

　　气云出口速度(m/s)

---------------------瞬时泄漏(烟团)----------------------

　　泄漏物质温度Ts(K)

　　泄漏速率Qm(m3/s)

　　泄漏源内径d(m)

研判矩阵示例设计

　　风速，来源于现场的气象风力实时数据，正常是2S一个数据；

　　硫化氢浓度，来源于扩散模型计算模拟结果和现场传感器监测数据；

　　泄漏源下风向距离，来源于扩散模型计算模拟结果；

　　对应视频，来源于现场监控视频；

　　可能受影响的人员，来源于实时人员定位获取到的，扩散模型模拟受影响范围内的人员。人员定位数据可来源于人员的GPS定位或者蓝牙定位。

　　下图为气体扩散的模拟效果图和分析结果示例。

　　通过统一平台，结合地理信息系统或者厂区三维系统，整合资源，动态实时反馈危险品硫化氢监测监控信息、硫化氢物质危害信息、厂区实时人员动态信息、厂区实时天气气象信息、厂区应急物资等方面具体信息，最大限度地做好应急平时防控和预警预防。

风险监测预警

　　通过对硫化氢储罐，操作温度‐10℃，压力 0.7MPa)及一套液体硫化氢灌装设备实现在线管理，实现企业重点监测的实时数据、历史数据、报警数据的调阅，监控状态的实时显示。

　　实现硫化氢储罐和灌装设备的位置信息、储存信息、物质危害信息、应急处置信息、周边环境信息的资源管理。

　　实现硫化氢有毒气体浓度数据、压力数据、液位数据的实时监测，实时数据巡查、历史数据巡查和趋势分析。

　　通过直接接入、集成视频管理系统等方式实时获取硫化氢装置设备区域的视频监控信息。系统具有视频监控列表展示功能，能快速查询企业视频。

　　建立报警规则和提醒机制，实现不同场景下报警判断，报警类型提醒、报警逾期未处理提醒等。报警类型有参数报警和视频报警，参数报警提醒有温度、压力、浓度等关键参数和大参数报警提醒，视频报警有人员闯入、人员脱岗等报警提醒。

气象监测预警

　　气象监测预警子系统应实现与当地气象局气象数据进行集成，实时获取气象局最新气象信息，并支持气象信息的可视化展示，能够提供实时气象数据支持。

　　可视化展示内容应包括：

　　实时数据：系统能够实时展示当前天气实况，内容包括：气温、相对湿度、降水量、风力风向。

　　预报数据：系统能够根据接入的数据，展示当日、7天、8-15天的预报天气信息。

　　预警数据：在遭遇恶劣天气时，系统应能够按照天气预警预报的等级来进行预警提醒。

人员监测预警

　　结合GPS定位或者蓝牙定位人员定位技术，获取厂区当前实时人员位置和人数统计。实时展示在厂区三维或者GIS地图上，人员包括员工、访客、承包商等人员。

　　当可燃有毒气体泄漏报警启动后，人员定位系统自动锁定到泄漏源周边的人员分布，统计人数、识别人员身份、定位人员实时位置，根据硫化氢泄漏应急预案，识别并输出可能受影响的人员列表。

事故风险评估

　　建立硫化氢事故风险评估系统。

　　(1) 将硫化氢装置基本信息、环境参数信息等静态不常变化的信息进行预先输入和管理。

　　(2)将气象风速风力信息、厂区人员信息两类实时信息进行接入，系统自动或人员手动进行硫化氢有毒气体扩散的评估和模拟。

应急辅助决策

　　泄漏事故应急启动后，结合地理信息系统(GIS)定位，查询事发危险物质理化特性，标绘事发点(泄漏源)周围输入半径范围内的环境，在GIS地图上进行应急救援物资、力量、设备设施、专家等信息分布查看，回传现场数据(包括但不限于：邻近危险源、工艺流程、图像、地理信息、事故设备信息等)，并进行事故模拟分析(包括蒸气云爆炸事故模拟、有毒有害物质泄漏扩散模拟)，计算出事故的死亡半径，重伤半径，轻伤半径、中毒浓度、影响距离、受影响人员等信息，研判出事故影响事态，辅助现场救援。

结语

　　安元.安全无忧网围绕企业的人、机、物、环、管几大要素，将企业工厂自动化控制信息、现场人员操作和作业环境信息、厂区环境气象信息、企业安全管理信息等汇聚接入，建立点、线、面三位一体的风险识别和风险评估模型，根据风险评估结果，把风险控制措施落实到作业票管理、设备管理、人员在岗在位管理、事故管理、应急管理等各个安全管理环节中，建立“基于模型的安全工厂”，简称“安全MBE”，帮助企业实现一个更智能化的安全管理模式，助力企业合规能力提升、安全能力提升、体系能力提升。

　　本文中硫化氢泄漏风险监测与防控平台的构建是“安全MBE”在工业企业工厂安全管理中的典型应用。

　　首先，风险监测预警：实现感知数据与信息系统的无缝结合，不安全状态、不安全行为、不安全环境的实时响应、动态预警；

　　其次，事故应急支持：科学风险计算模型与业务过程模型的协同作用；风险要素、事故模拟、危险物质信息、危险工艺信息、不良环境信息与应急响应协同作用，支持事故应急。

　　然后，人员在岗在位：人-机交互的高度安全智慧反应能力，实名、定位、轨迹等对人的安全状态和安全行为进行全过程管控。