农药危化品安全预警平台系统的开发与应用

成四喜，雷筱娱，黄铮铮

(湖南化工研究院，湖南 长沙 410014)

农药是重要的农业生产资料，对防治有害生物、应对暴发性病虫灾害、保障农业可持续发展具有十分重要的作用，直接影响着国家粮食安全、农产品质量安全和生态环境安全，同时部分农药属于危险化学品，其本身具有易燃、易爆、有毒、有害、腐蚀性强等许多潜在的危险特性，而农药危化品安全事故往往具有突发性、复杂性、激变性、群体性等特点。为了农药危化品安全使用及预警信息的及时发布，笔者构建了农药危化品安全评价的数学模型，开发了农药预警平台系统，该平台系统是以农药危化品生产、销售、仓储、使用、运输等全流程的安全预警为主要功能模块的开放性平台，可为农药危险化学品企业、管理机构与个人提供预警信息。

1 危化品安全评价方法简介

危化品安全评价方法包括检查表法、专家评议法、预先危险分析法、故障分析法、故障树分析法、事件树分析、安全评价法、危险指数评价法、指标评价法等。这些评价方法可以分为定性与定量两类[1–3]。常用安全评价方法的比较见表1。

表1 一些常用安全评价方法比较

定量安全评价方法可以分为危险指数评价法、概率风险评价法和破坏范围评价法[3]。危险指数评价法是通过对运行现状应用事故危险指数模型，以事故概率及事故严重度为基础，对设备和工艺的性质状态等因素进行比较计算，常用的危险指数评价法有：ICI 公司研发的蒙德法，道化学公司爆炸火灾危险指数评价法，化工厂危险指数评价、危险度评价法。概率风险评价法是半定量的安全评价方法，根据事故致因因素事故发生概率，应用数理统计中的概率分析方法，求取事故基本致因因素的关联度或整个评价系统的事故发生概率的安全评价方法。伤害范围评价法是根据事故的数学模型，应用计算数学方法，求取事故对人员的伤害范围或对物体的破环范围的安全评价方法。包括液体泄漏模型、气体泄漏模型、气体绝热扩散模型、蒸气云爆炸超压破坏模型、锅炉爆炸伤害TNT 当量法、池火火焰与辐射强度评价模型、火球爆炸伤害模型、爆炸冲击波超压伤害模型、毒物泄漏扩散模型等。

2 农药危化品预警数学模型的构建

农药危化品的安全事故主要包括易燃、易爆、毒害、腐蚀等几类[4]，笔者在对长沙市农药危化品生产、储存、运输等调查分析的基础上，研究农药危化品的危害因素、发生火灾爆炸的主要原因，参考国内外先进安全评价方法，结合农药危化品的性质特点，建立主要针对燃烧和爆炸两类农药安全事故类型的预警数学模型。该数学模型是基于农药危化品单位生产、经营、储存、运输、使用各环节实时采集的安全状态数据，实时进行包括事故发生可能性和事故后果严重程度两方面的综合分析，并得到事故总风险，最后结合不同事故类型的风险得出重大危险源的总风险程度，并依此进行预警。事故发生可能性和事故后果严重程度的分析基于模糊数学理论，采用模糊评价技术进行评价，再根据美国石油协会(API)提出的标准API580 中风险矩阵方法确定事故的实时风险程度。重大危险源的总风险采用各事故风险的最大值，即以各事故风险的最高程度作为总风险程度。

2.1 农药危化品事故发生可能性判断

1) 确定事故发生的影响因素集，记为{xi}。考虑3 个因素：环境温度(x1)，气体浓度(x2)，泄漏量(x3)。确定事故发生可能性的评价集，记为{vi}，如取ν1(一般)、v2(中)、v3(高)、v4(极高)。

2) 计算{xi}对{vi}的隶属度，分析事故发生的临界状态中因素xi的数值，确定为预警区间的上限；根据因素xi的不同特性选择适当的数值，并确定为预警区间的下限；实时风险预警适用范围为因素xi上下限之间。设L 为该因素取值的下限，H 为上限。考虑农药安全事故发生的实时环境、浓度、泄漏量等对L、H 进行设定。计算隶属度公式如下：

3) 计算结果记为隶属度矩阵S，见下式：其中{S11S12S13S14}为人员伤亡的单因素评判，{S21S22S23S24}为财产损失的单因素评判，{S31S32S33S34}为事故影响范围的单因素评判。

4) 采用层次分析法确定影响因素集{xi}的相对权重集W。计算WS 得到事故发生可能性的隶属度向量，根据最大隶属度原则得到事故发生可能性的评价。

2.2 农药危化品事故后果严重度评判

1) 确定事故后果严重度的影响因素集，记为{xi}，取：x1为人员伤亡、x2为财产损失、x3为事故影响范围。确定事故后果严重度的评价集，记为{vi}，取：v1为一般、v2为中、v3为高、v4为极高。

2) 计算{xi}对{vi}的隶属度。

(1)计算事故后果

包括死亡半径R1，重伤半径R2，轻伤半径R3，财产损失半径R4。式中，WTNT为蒸气云的TNT 质量(kg)；Wf为蒸气云中燃料的总质量(kg)；α 为蒸气云爆炸的当量因子，表明参与爆炸的可燃气体分数；Qf为蒸气云的燃烧热(MJ/kg)；QTNT为TNT 的爆炸热，取4.12 至4.69 MJ/kg。

(2)计算损失

N1、N2、N3分别为死亡人数、重伤人数、轻伤人数；N4为财产损失，万元；ρ1为人口密度，人/m2；ρ2为财产密度，万元/m2；影响范围取R1、R2、R3、R4中最大值。

(3)确定因素集中各个影响因素对评价集4个等级的隶属函数。

计算结果记为隶属度矩阵S：

3) 确定因素集{xi}的相对权重集W，计算WS得到事故后果严重度的隶属度向量，根据最大隶属度原则，得到事故后果严重度的评价。

3 农药危化品预警软件开发技术方案

3.1 编程语言与数据库选择

在建立农药危化品数学模型的基础上进行了软件开发，农药危化品安全预警涉及众多参数的输入、输出，会用到大量相关的数学模型，鉴于软件模拟评价设计的复杂性，采用成熟的开发语言及工具集合。笔者选择Eclipse IDE 作为软件开发工具。Eclipse IDE 是一个优秀的可视化开发环境，其不仅使软件开发过程可视化，而且利用计算机图形技术与方法，对大量数据进行处理，并用图形、图像的形式表现出来。另选择JAVA + LINUX + MYSQL + TOMCAT 的技术组合。开发语言采用JAVA，属于当前最为流行、开发效率很高的高级语言；平台的部署服务器为LINUX，为服务器的通用操作系统；数据库采用MYSQL 数据库，为开源的中型数据库，作为免费的商业数据库而广泛采用；WEB 服务器采用TOMCAT，是应用最为广泛的WEB 服务器。上述组合应用非常普遍，文档支持相当丰富，技术成熟稳定，有利于项目的顺利实施。

3.2 平台功能及技术路线

3.2.1 平台预警功能

平台将农药危化品预警模型进行程序实现，对用户提供实时风险评估功能，可展现预警的评估结论和详细分析过程，支持多种格式的评估报告导出或打印功能。考虑农药各门类物质性质的不同、农药生产全流程各单位所处的环境的不同、具备的安全措施与安全应急能力的差异，本平台支持预警指标参数的动态调整，能够对每种事故伤害模型的后果进行定量的计算和定性的等级划分，据此发布预警信息。

3.2.2 平台预警功能技术路线

通过对当前危化品预警的相关专利、危化品化学特性和爆炸模型进行分析，在此基础上建立农药危化品预警的评价体系，并建立相关数学模型，在建立数学模型的基础上，选用合适的计算机实现技术，将预警模型软件化，从而实现动态、实时接收用户参数输入做出安全预警分析和评价。具体技术路线图如下：

图1 农药危化品安全预警技术路线

4 结论与讨论

本研究描述了一种用于农药危化品火灾爆炸风险发生可能性的预测模型、后果严重程度的评估模型以及事故整体风险的综合模型。然而农药危化品品种众多，每类甚至每种物质发生安全事故的情况都不尽相同，因此，平台设计了后台参数管理系统，可以根据物质的不同进行参数自主设定。但如何根据各种门类不同的危化品设计不同的指标参数，各指标之间可能存在某种关联还有待进一步探讨。由于安全评价本身不仅涉及自然科学，而且涉及管理学、逻辑学、心理学等社会科学的相关知识，安全评价指标及其权值的选取与生产技术水平、安全管理水平、生产者和管理者的素质以及社会和文化背景等因素密切相关。因此，每种评价模型都有一定的适用范围和限度，对各类事故后果模型、事故经济损失评价方法、事故对生态环境影响评价方法、人的行为安全性评价方法等还有待进一步研究。

[1]国家安全生产监督管理局．安全预评价导则[M]．北京：煤炭工业出版社，2003．

[2]陈宝智．危险源辨识控制及评价[M]．成都：四川科学技术出版社，1996．

[3]吴宗之，高进东，魏利军．危险评价方法及其应用[M]．北京：冶金工业出版社，2002：105–106．

[4]汪元辉．安全系统工程[M]．天津：天津大学出版社，1999．