邱岚伊，李润求，2，3*，高建淑，刘 勇，2，3，崔 燕，2，3
（1.湖南科技大学 资源环境与安全工程学院，湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大学 应急管理部南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室，湖南 湘潭 411201；3.湖南科技大学 煤矿安全开采技术湖南省重点实验室，湖南 湘潭 411201）
随着我国社会的持续进步与发展，人们对化学工业品的需求越来越多，而其中大部分是危化品。但由于我国危化品产销分布不均匀，有95%以上的危化品需要异地运输，其中道路运输是危化品主要运输方式。而在危化品的道路运输过程中，一旦发生泄漏事故，很可能造成火灾爆炸、人员伤亡与经济财产损失等不良后果[1-2]，不利于维护国家安定、促进社会发展与实现人民幸福。例如：2020年6月13日，浙江温岭沈海高速发生液化石油气运输槽罐车爆炸事故，造成20人死亡，直接经济损失约9 477万元。因此，预测危化品道路运输泄漏事故伤害范围与分析其事故后果对制定危化品道路运输事故应急预案有重大意义。
针对危化品泄漏扩散已有许多研究，如：程方明等[3]研究了环境风速及泄漏时间对罐区高压天然气非恒定速率泄漏扩散的影响；王大庆等[4]结合实际泄漏过程中压力容器内状态参数的动态变化规律，构建了气体非稳态泄漏模型；鄢曙光等[5]基于计算流体力学方法研究了高校实验室甲烷扩散规律并分析风速与通风条件对甲烷扩散的影响。乙醇广泛应用于工农业、食品医疗等各个领域，其在道路运输中一旦发生泄漏事故则后果严重。由于危化品种类繁多，泄漏扩散规律复杂，不同泄漏方式下各因素对伤害范围影响不同，特别地对乙醇泄漏扩散的研究较少。因此，本文通过单因素变量法[6]模拟乙醇罐车泄漏事故，研究瞬时泄漏下各个因素对不同伤害范围的影响规律，得出各个因素的重要度，并基于多元回归分析方法[7]建立乙醇罐车瞬时泄漏伤害范围预测模型，为实际预测乙醇泄漏扩散伤害范围提供理论参考。
1 乙醇罐车泄漏扩散模型
乙醇俗称酒精，在常温常压下是一种无色透明、带有香味且易挥发的液体，并具有低毒性、易燃性与易爆性。乙醇的应用领域非常广泛，不仅可作为制取溶剂等的原料，制造醋酸等产品，还可用于清洁消毒与预防褥疮等。
乙醇罐车发生泄漏，如遇明火则引起池火灾，进而对周围环境造成热辐射伤害。此外，挥发的乙醇蒸气与空气预混并扩散，若未遇到点火源，则发生中毒事故；若延迟点火且不发生爆炸，则发生闪火事故；若延迟点火且上空开阔发生爆炸，则发生蒸气云爆炸。
由于研究背景是乙醇罐车在道路运输中发生货车碰撞导致乙醇瞬间大量泄漏，因此仅分析有毒蒸气云、可燃蒸气云、爆炸蒸气云及池火热辐射4种伤害方式。乙醇罐车泄漏伤害方式与等级见表1。乙醇蒸气的密度比空气大，其泄漏扩散会受到重力的影响，表现为重气扩散[8]。因此，乙醇蒸气扩散选用重气扩散模型进行分析。
表1 乙醇罐车泄漏伤害方式与等级
伤害范围最大半径是指危化品达到能够造成相应伤害方式与等级下伤害后果的最低浓度所形成的最大范围。科学合理地确定伤害范围最大半径能够有效指导事故应急救援。若伤害范围最大半径偏小，则会造成人员疏散范围偏小，处于伤害范围内的人群将会受到伤害；若伤害范围最大半径偏大，则会浪费人力物力资源进行不必要的疏散。因此，准确确定伤害范围最大半径对制定应急预案与有效进行安全疏散有重要的现实意义。
2 伤害范围影响因素分析
乙醇罐车在道路运输中发生货车碰撞导致乙醇瞬间大量泄漏，且乙醇具有挥发性，易与空气混合形成混合气体，因此乙醇泄漏扩散伤害范围与泄漏源、大气环境等因素有关，即受环境风速、泄漏量、温度、湿度与云量等因素的影响[9]。单因素变量法是指在研究受多个因素影响的事物时，通过每次仅改变其中1个因素，而其余因素保持不变，从而研究这个因素对事物的影响，按照此方法依次研究全部因素，最后再综合解决的科学研究方法。单因素变量法能把多因素的问题转化为多个单因素的问题，广泛应用于实验研究和科学探索之中。因此，为研究各个因素对乙醇罐车瞬时泄漏伤害范围的影响，通过调查湖南省乙醇罐车道路运输情况，采用单因素变量法并运用ALOHA软件，分别对环境风速1～15 m/s，泄漏量4～44 t，温度0～35℃，湿度0～100%，云量0～100%等条件下进行乙醇泄漏扩散模拟。
2.1 环境风速
基于湖南省全年风速变化情况，风速从1 m/s逐渐递增至15 m/s，对乙醇罐车瞬时泄漏进行模拟，发现有毒蒸气云、可燃蒸气云及爆炸蒸气云伤害范围随风速的增加而减小，而池火热辐射伤害范围随风速的增加而先增加后减小。以池火热辐射为例，其伤害范围如图1所示。由于风的作用，有毒蒸气云、可燃蒸气云及爆炸蒸气云不断与周围空气扩散混合，乙醇蒸气体积分数不断降低，因此其伤害范围越小。风速较小时，池火在风的作用下加速燃烧，其热辐射伤害范围越大；风速较大时，随着风速的不断增加，池火燃烧变弱，其热辐射伤害范围变小。
图1 不同风速对乙醇罐车瞬时泄漏池火热辐射伤害范围的影响
2.2 泄漏量
根据罐车道路运输实际情况，泄漏量从4 t逐渐递增至44 t，对乙醇罐车瞬时泄漏进行模拟，发现4种伤害方式下的伤害范围随泄漏量的增加而增加。以有毒蒸气云为例，其伤害范围如图2所示。泄漏量越大，乙醇浓度越高，风险性越高，故而伤害范围越大。
图2 不同泄漏量对乙醇罐车瞬时泄漏有毒蒸气云伤害范围的影响
2.3 温度、湿度、云量
通过调查湖南省全年温度、湿度与云量等的变化情况，对温度从0℃递增至35℃、湿度从0%递增至100%、云量从0%递增至100%，分别对乙醇罐车瞬时泄漏进行模拟，发现其伤害范围基本不变，说明温度、湿度与云量对乙醇罐车瞬时泄漏伤害范围基本没有影响。
3 多元回归模型建立
精确预测乙醇罐车泄漏伤害范围，可以精细制定应急预案，精准控制事故后果。
3.1 建模方法
多元回归分析法是基于样本数据研究多变量间关系的统计分析方法。通过单因素变量法分析乙醇罐车瞬时泄漏伤害范围的影响因素，不难发现环境风速与泄漏量对泄漏伤害范围的影响较大，而温度、湿度与云量等因素对泄漏伤害范围几乎没有影响。因此，根据多元回归分析理论，设伤害范围最大半径L为因变量，环境风速V与泄漏量M分别为自变量，建立因变量与自变量之间的二元二次函数关系式f（V，M），即
式中：α1，α2，α3，α4，α5，α6为回归参数。
3.2 模型建立
根据乙醇罐车瞬时泄漏伤害范围最大半径的建模方法，通过对模拟工况数据进行多元回归，建立了乙醇罐车瞬时泄漏伤害范围最大半径的二元二次回归预测模型组，见表2。由其拟合度可知，该预测模型组的拟合度普遍较高，且趋近于1，说明二次回归预测模型组的拟合效果好，对模拟工况数据的拟合程度高。
表2 多元二次回归预测模型组与其拟合度
为了比较分析，同时对伤害范围最大半径与风速、泄漏量进行了二元一次和二元三次回归建模。一次回归预测模型较为简单，其预测精度不高。三次回归预测模型复杂，处理数据繁杂，不便于实际应用，且其预测精度较二次回归预测模型提高不大。因此，二次回归预测模型不仅对伤害范围有较高的预测精度，且便于在实际应用。
3.3 模型检验
为了检验所建立的二元二次回归预测模型组的预测效果，对模拟工况数据进行分析计算，发现其相对误差均较小，预测精度较高。以池火热辐射的伤害范围为例，其预测模型的相对误差如图3所示。
图3 池火热辐射的多元二次回归预测模型相对误差
由图3可知，轻度、中度与重度伤害范围的相对误差基本在5%以下，其平均相对误差分别为2.34%，2.33%与3.27%，有较好的预测精度。由此可见，在一定的误差范围内，利用二元二次回归预测模型能够有效预测乙醇罐车瞬时泄漏下不同伤害方式和伤害等级的伤害范围。
4 结论
（1）在乙醇罐车瞬时泄漏伤害范围的影响因素中，风速与泄漏量是关键影响因素，有毒蒸气云、可燃蒸气云与爆炸蒸气云的伤害范围随风速的增加而减小，池火热辐射的伤害范围随风速的增加而先增加后减小；4种伤害方式下的伤害范围随泄漏量的增加而增加。温度、湿度与云量对伤害范围基本无影响。
（2）基于多元回归分析方法，建立了以伤害范围最大半径为因变量、环境风速与泄漏量为自变量的不同伤害方式和伤害等级下由12个多元回归方程组成的二次预测模型组，结果表明：二次回归预测模型对乙醇罐车瞬时泄漏伤害范围有较好的预测精度。
（3）建立乙醇罐车瞬时泄漏伤害范围预测模型，不仅能为预测乙醇泄漏扩散伤害范围提供理论参考，而且对制定危化品道路运输事故应急预案、确保人员安全疏散及控制泄漏事故损失等有较好的指导意义。
