城市下水道和化粪池气体爆炸风险评估与预警机制研究

【摘要】： 下水道和化粪池是城市必不可少的基础设施。近年来,全国许多城市都先后发生过严重的下水道和化粪池爆炸事故,严重威胁着人民生命和财产安全。因此开展城市下水道和化粪池气体爆炸风险评估及预警机制方面的研究对保障城市基础设施安全以及城市公共安全十分重要。 本论文针对重庆市城市下水道和化粪池气体爆炸事故频发、安全隐患严重等问题,通过现场调研与数据收集,对比分析已发生气体爆炸事故与已有监控系统报警的时间及地域分布特征和可燃气体浓度变化特征,从机理上研究可燃气体的积聚现象,分析气体爆炸诱因,构建了城市下水道和化粪池气体爆炸风险评估模型,提出了气体爆炸预警模式,可为城市下水道和化粪池按风险级别分级管理,以及提高预警系统的安全性和有效性提供技术依据。主要得到了以下结论: ①通过分析可燃气体浓度变化规律及可燃气体积聚机理,发现下水道和化粪池内可燃气体存在三种积聚结果:稳定状态、扰动状态和聚集状态。并筛选出HRT(水力停留时间)、管道内污泥沉积状态、相邻化粪池排气条件、外源性可燃气体泄露概率是影响下水道内可燃气体积聚的主要因素;化粪池排气条件、负荷状态、外源性可燃气体泄露概率是影响化粪池内可燃气体积聚的主要因素。压力和流量的变化是影响下水道和化粪池内可燃气体浓度变化的主要因素。 ②根据风险评估理论,建立了城市下水道和化粪池气体爆炸半定量风险评估模型。城市下水道和化粪池气体爆炸风险是可燃气体积聚可能性与爆炸后果的综合体现。通过建立风险评估指标体系,将可燃气体积聚可能性等级(L)与爆炸后果等级(C)分别分为五个级别,并建立半定量风险矩阵。气体爆炸风险值R为L与C的乘积,根据风险值R在半定量风险矩阵中的区域将气体爆炸风险确定为重度风险、中度风险及轻度风险三个级别。对确定为重度风险级别的下水道和化粪池,应建立可燃气体在线监控系统。这种半定量评价的方法比较灵活,可解决缺乏安全风险基准标准的问题。管理人员可根据具体要求,调整半定量风险矩阵图中三个风险等级所对应的风险值R的区域,确定应按重度风险级别管理的对象,从复杂繁多的下水道和化粪池中筛选出重点监控对象。 ③通过诱因分析,构建了城市下水道和化粪池气体爆炸风险评估指标体系,并通过专家调查法和层次分析法,确定了各指标的权重系数。下水道内可燃气体积聚可能性等级评价指标包括:平均水力停留时间指数、检查井内管网交汇指数、外源性气体聚集指数,其权重系数分别为:0.304、0.145、0.551;下水道气体爆炸后果等级评价指标包括:所在区域人口密度分值、次生灾害可能性分值,其权重系数分别为:0.804、0.196。化粪池内可燃气体积聚可能性等级评价指标包括:化粪池容积指数、化粪池负荷指数、外源性气体聚集指数,其权重系数分别为:0.150、0.619,0.231;化粪池气体爆炸后果等级评价指标包括:所在区域人口密度分值、次生灾害可能性分值,其权重系数分别为:0.810、0.190。 ④根据可燃气体浓度变化特征,提出下水道和化粪池气体安全监控系统的监控指标为爆炸下限的百分比浓度,以%LEL表示。并建立了三种预警模式:稳定模式、扰动模式和聚集模式,以及对应的判别标准。预警模式判别标准基于可燃气体浓度变化趋势判别式:?1Δ=?C t i CtiCti。若从某一采样时刻起,连续3次出现后一时刻的采样浓度大于前一时刻的现象,判定为可燃气体浓度有增加趋势。通过这种判别标准,可大幅度减少现有下水道和化粪池气体安全监控系统的频繁报警与“误报”现象,提高气体监控预警系统的可靠性和有效性。 在此基础上,提出了三种预警等级:安全、关注和警戒。不同预警模式对应不同预警等级,不同预警等级对应不同管理对策。其中聚集模式确定为警戒等级,应立即采取处理措施。并将下水道和化粪池作为一个统一的有机整体,建立联动预警调控机制。 【关键词】：下水道 化粪池 气体爆炸 风险评估 预警
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景10-11
• 1.2 国内外研究情况概述11-15
• 1.2.1 下水道和化粪池气体成分及浓度研究现状11-12
• 1.2.2 下水道和化粪池安全管理系统研究现状12-14
• 1.2.3 下水道和化粪池气体安全监控系统研究现状14-15
• 1.3 课题研究的目的及意义15-16
• 1.4 主要研究内容和要解决的问题16-18
• 2 重庆市主城区下水道和化粪池气体爆炸事故及报警分析18-32
• 2.1 重庆市主城区下水道和化粪池设施现状18-20
• 2.1.1 重庆市主城区下水道设施现状18-19
• 2.1.2 重庆市主城区化粪池设施现状19-20
• 2.2 重庆市主城区下水道和化粪池气体爆炸事故特征分析20-22
• 2.2.1 已发生气体爆炸事故统计20-21
• 2.2.2 已发生气体爆炸事故时间及地域分布特征21-22
• 2.3 重庆市下水道和化粪池气体安全监控系统报警情况分析——以南岸区为例22-26
• 2.3.1 重庆市南岸区气体安全监控系统基本情况22-23
• 2.3.2 报警情况统计23-26
• 2.3.3 气体浓度报警数据模式26
• 2.4 主要影响因素探析26-28
• 2.5 本章小结28-32
• 3 城市下水道和化粪池可燃气体积聚机理研究32-44
• 3.1 下水道可燃气体积聚机理研究32-39
• 3.1.1 下水道内可燃气体来源32-33
• 3.1.2 下水道内可燃气体浓度变化影响因素33-37
• 3.1.3 下水道中的气液两相流及脉动现象37-38
• 3.1.4 下水道内可燃气体积聚机理38-39
• 3.2 化粪池可燃气体积聚机理研究39-42
• 3.2.1 化粪池内可燃气体来源39-40
• 3.2.2 化粪池内可燃气体浓度变化影响因素40-41
• 3.2.3 化粪池内可燃气体浓度脉动现象41-42
• 3.2.4 化粪池内可燃气体积聚机理42
• 3.3 本章小结42-44
• 4 城市下水道及化粪池气体爆炸风险评估44-64
• 4.1 风险评估方法44-48
• 4.1.1 风险评估模型44-46
• 4.1.2 风险分级及管理对策46-48
• 4.1.3 评价指标权重确定方法48
• 4.1.4 评价指标体系建立原则48
• 4.2 下水道气体爆炸风险评估模型48-55
• 4.2.1 下水道气体爆炸风险因子分析48-49
• 4.2.2 下水道气体爆炸风险评估指标体系49-54
• 4.2.3 各评价指标权重系数的确定54-55
• 4.3 化粪池气体爆炸安全风险评估模型55-61
• 4.3.1 化粪池气体爆炸风险因子分析55-56
• 4.3.2 化粪池气体爆炸风险评估指标体系及风险分级56-60
• 4.3.3 各评价指标权重系数的确定60-61
• 4.4 本章小结61-64
• 5 城市下水道及化粪池气体爆炸预警机制研究64-72
• 5.1 下水道和化粪池气体安全监控指标及阈值64-66
• 5.1.1 下水道和化粪池气体安全监控指标64-65
• 5.1.2 可燃气体浓度报警阈值65-66
• 5.2 气体浓度变化与预警模式66-69
• 5.3 预警模式判别、预警等级及管理对策69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 6 结论和建议72-74
• 6.1 主要结论72-73
• 6.2 存在问题及建议73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录82-90

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