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        氯氣泄漏擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)分析

        2011-06-12 03:23:02周德紅王六九
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)定度氯氣高斯

        周德紅,王六九

        (1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院,湖北 武漢 430074;2.銅陵市郊區(qū)八一學(xué)校,安徽 銅陵 244000)

        0 引 言

        氯氣是我國(guó)化學(xué)事故發(fā)生率最多的危險(xiǎn)化學(xué)品之一,氯氣泄漏事故往往會(huì)導(dǎo)致眾多人員中毒或死亡,不僅給公眾的生命健康和環(huán)境造成非常嚴(yán)重的影響,給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了損失,而且也為搶險(xiǎn)救援工作帶來(lái)極大的困難.其重要原因之一就是人們對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散規(guī)律不甚了解,尤其是氯氣泄漏擴(kuò)散后中毒傷害范圍的變化,安全警戒疏散距離的確定等信息不能及時(shí)獲得,從而延誤了中毒區(qū)域內(nèi)人員的最佳救援時(shí)機(jī).本文對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析,選用高斯模型,根據(jù)Matlab編程對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬,估算出泄漏氣體擴(kuò)散濃度的分布及危害范圍,從而為現(xiàn)場(chǎng)警戒、人員緊急疏散以及采取必要的補(bǔ)救措施提供科學(xué)的依據(jù),將有助于指導(dǎo)企業(yè)在發(fā)生氯氣泄漏事故后,及時(shí)了解氯氣泄漏的擴(kuò)散范圍和濃度分布,指導(dǎo)遇險(xiǎn)人員正確逃生,避免因吸入氯氣而中毒或窒息,達(dá)到“本質(zhì)安全化”,保證企業(yè)的安全生產(chǎn).

        1 氯氣的危害

        氯氣在室溫下為黃綠色氣體,屬于2.3類有毒氣體,其理化性質(zhì)見(jiàn)表1[1].由于氯氣的物質(zhì)特性,氯氣的危害主要表現(xiàn)為毒性危害、腐蝕性危害、燃爆性危害和環(huán)境危害.氯氣易造成人員中毒,具有強(qiáng)刺激性.吸入5~10 min氯氣的致死濃度為0.09%,吸入0.5~1 h致死的氯氣濃度為0.003 5%~0.005%,吸入0.5~1 h致重病的氯氣濃度為0.001 4%~0.002 1%[2-3].

        表1 氯氣的理化性質(zhì)

        2 氯氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)分析模型

        2.1 氯氣泄漏原因分析

        根據(jù)對(duì)氯氣發(fā)生的事故統(tǒng)計(jì),一般情況下,以泄漏型事故較為常見(jiàn),泄漏事故主要有以下四種類型[4]:設(shè)計(jì)失誤、設(shè)備原因、安全管理原因和人為失誤.

        2.2 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型的選擇

        本文選擇高斯模型對(duì)氯氣泄漏進(jìn)行模擬分析,高斯模型對(duì)氣體泄漏計(jì)算具有一定的普遍性和通用性.高斯模型計(jì)算公式見(jiàn)公式(1)[5].

        (1)

        式(1)中:C(x,y,z)—?dú)怏w泄漏在空間任意一點(diǎn)的濃度,mg/m3;

        Q—單位時(shí)間排放量,mg/s;

        y—泄漏點(diǎn)的垂直距離,m;

        z—泄漏點(diǎn)的鉛直距離,m;

        u—平均風(fēng)速,m/s;

        σy、σz—橫向和鉛直向的擴(kuò)散參數(shù),m;

        H—泄漏點(diǎn)高度,m.

        2.3 基于Matlab模擬氯氣泄漏擴(kuò)散流程

        本文將通過(guò)Matlab編程對(duì)于氯氣泄漏擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬[6].根據(jù)氯氣理化特性、泄漏方式、環(huán)境參數(shù)及擴(kuò)散參數(shù),對(duì)氯氣泄漏過(guò)程進(jìn)行可視化模擬,模擬流程見(jiàn)圖1.

        圖1 基于Matlab模擬氯氣泄漏擴(kuò)散流程圖

        3 實(shí)例—氯氣儲(chǔ)罐泄漏風(fēng)險(xiǎn)分析

        本文以氯氣儲(chǔ)罐為例,假設(shè)風(fēng)速方向?yàn)閤軸方向,則擴(kuò)散符合高斯模式.設(shè)該儲(chǔ)罐最大可儲(chǔ)存液氯40 t,儲(chǔ)罐尺寸為直徑3.0 m,高度為6 m,首先計(jì)算泄漏速率.假定液氯儲(chǔ)罐距離地面高3.0 m處發(fā)生泄漏,氯氣在儲(chǔ)罐中是液態(tài)形式存在,預(yù)測(cè)液氯泄漏可能的影響范圍,泄漏速率采用公式(1),參數(shù)的設(shè)定和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.

        表2 設(shè)定事故條件下液氯泄漏速率計(jì)算表

        3.1 氯氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)分析與模擬準(zhǔn)備

        根據(jù)高斯模式,使用Matlab編寫(xiě)程序模擬氯氣泄漏擴(kuò)散情況,預(yù)測(cè)氯氣泄漏風(fēng)險(xiǎn).

        3.2 氯氣泄漏擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)影響分析

        根據(jù)Matlab編寫(xiě)程序計(jì)算氯氣泄漏后分別在A、C、D、F大氣穩(wěn)定度下濃度變化情況見(jiàn)圖2~9(模擬平均風(fēng)速為2 m/s未列出B和E大氣穩(wěn)定度下濃度變化圖,因其變化不明顯).

        圖2 大氣穩(wěn)定度為A、風(fēng)速2 m/s時(shí)氯氣泄漏濃度沿風(fēng)速方向變化曲線圖(y=0)

        圖3 大氣穩(wěn)定度為C、風(fēng)速2 m/s時(shí)氯氣泄漏濃度沿風(fēng)速方向變化曲線圖(y=0)

        圖4 大氣穩(wěn)定度為D、風(fēng)速2 m/s時(shí)氯氣泄漏濃度沿風(fēng)速方向變化曲線圖(y=0)

        圖5 大氣穩(wěn)定度為F、風(fēng)速2 m/s時(shí)氯氣泄漏濃度沿風(fēng)速方向變化曲線圖(y=0)

        圖6 大氣穩(wěn)定度為A、風(fēng)速2 m/s時(shí)氯氣泄漏擴(kuò)散模擬圖(z=0)

        圖7 大氣穩(wěn)定度為C、風(fēng)速2 m/s時(shí)氯氣泄漏擴(kuò)散模擬圖(z=0)

        圖8 大氣穩(wěn)定度為D、風(fēng)速2 m/s時(shí)氯氣泄漏擴(kuò)散模擬圖(z=0)

        圖9 大氣穩(wěn)定度為F、風(fēng)速2 m/s時(shí)氯氣泄漏擴(kuò)散模擬圖(z=0)

        3.3 氯氣泄漏擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)模擬結(jié)果

        從風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果可以看出,在大氣穩(wěn)定度為A時(shí),濃度最高值約為170 g/m3,出現(xiàn)在25 m處;在大氣穩(wěn)定度為C時(shí),濃度最高值約為44 g/m3,出現(xiàn)在60 m處;在大氣穩(wěn)定度為D時(shí),濃度最高值約為28 g/m3,出現(xiàn)在90 m處;在大氣穩(wěn)定度為F時(shí),濃度最高值約為10 g/m3.出現(xiàn)在130 m處.氯氣泄漏后,出現(xiàn)濃度最高點(diǎn)的距離隨大氣穩(wěn)定度A至F呈現(xiàn)減小趨勢(shì),氯氣泄漏影響區(qū)域范圍隨大氣穩(wěn)定度A到F的變化而增大.

        4 結(jié) 語(yǔ)

        氯氣屬于劇毒品,一旦發(fā)生泄漏將產(chǎn)生重大惡性事故.本文通過(guò)對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析,選用高斯擴(kuò)散模型,通過(guò)Matlab進(jìn)行數(shù)值模擬.風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)論如下:

        a.能夠更好地了解氯氣泄漏后的濃度分布及泄漏擴(kuò)散后濃度隨距離的變化規(guī)律;

        b.風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果可以確定人員疏散的安全警戒距離、人員中毒及傷害范圍;

        c.可以模擬出不同大氣穩(wěn)定度下氯氣泄漏擴(kuò)散的濃度變化規(guī)律.

        參考文獻(xiàn):

        [1] 《新編危險(xiǎn)物品安全手冊(cè)》編委會(huì).新編危險(xiǎn)物品安全手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.

        [2] 劉崇芝,李春孝.淺談氯氣泄漏事故的特性及處置方法[J].山東消防,1997(12):41-42.

        [3] 周德紅,張艷芳,王紅漢.氯氣泄漏擴(kuò)散半徑估算與應(yīng)急處置[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2006,32(8):4-6.

        [4] 王凱全,邵輝.事故理論與分析技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

        [5] 郭廷忠.環(huán)境影響評(píng)價(jià)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

        [6] 種秀華.基于MATLAB氣體擴(kuò)散的高斯煙羽模型界面化數(shù)值模擬[J].科學(xué)進(jìn)步與對(duì)策,2007(10):244-246.

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