崔 英

新疆煤田地質(zhì)局綜合隊（830000）

煤氣運移擴散與監(jiān)控技術(shù)研究進展

崔 英

新疆煤田地質(zhì)局綜合隊（830000）

總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于煤氣擴散與監(jiān)控技術(shù)的研究，對煤氣的泄漏濃度典型的計算模型如高斯模型、唯像模型、Sutton模型、箱及相似模型、三維CFD模型等模擬方法及優(yōu)缺點進行總結(jié)歸納，以期為后續(xù)研究提供借鑒作用。

煤氣；運移擴散；監(jiān)控技術(shù)；研究進展

1 研究模型基礎(chǔ)

目前國內(nèi)外對煤氣的泄漏濃度典型的計算模型有高斯模型、唯像模型、Sutton模型、箱及相似模型、三維CFD模型等。高斯模型是最早開發(fā)的數(shù)學(xué)模型,適用于點源的擴散,從統(tǒng)計方法入手,考察擴散質(zhì)的濃度分布。唯象模型主要適用于中性或重氣體的研究,且計算簡便,結(jié)果表現(xiàn)直觀,側(cè)重于大規(guī)模泄漏的研究。Sutton模型較適用于中性氣體的擴散研究，但其精度不高，與試驗值相差較大。箱及相似模型適用于預(yù)報氣云的總體特征,如平均半徑、平均高度和平均氣云溫度，而不考慮其在空間上的細節(jié)特征。三維傳遞現(xiàn)象模型適用于各流體湍流運動的研究，計算機硬件和軟件的飛速發(fā)展也使這種數(shù)值計算方法不斷完善。

2 國外研究進展

在泄漏擴散試驗研究方面，煤氣泄漏擴散的試驗研究較少，但從20世紀80年代開始對氣體泄漏擴散機理的研究，就逐步地采用大規(guī)模現(xiàn)場試驗的方法，比較著名的有China lake and French man flat試驗、Maplin Sands試驗和Thorney island系列試驗等。

在氣體擴散模型與模擬方面，國外的研究起步較早,2001年RodBarratt在“環(huán)境與商業(yè)從業(yè)者系列”中，其中就有一本書對近年來各種氣體擴散模型進行了一個總結(jié)。

在監(jiān)控報警系統(tǒng)方面，國外從20世紀30年代開始研究開發(fā)氣體傳感器和報警系統(tǒng)，并且得到了較快發(fā)展，這主要是由于人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高。日本在報警器方面起步較早，發(fā)展迅速。日本使用液化石油氣始于1952年。20世紀70年代燃氣用戶急劇增長，到現(xiàn)在用戶己達2千多萬戶，同時家用燃氣報警器開始推廣。隨著日本燃氣的普及，燃氣報警器的研制、開發(fā)和銷售發(fā)展迅速，現(xiàn)在已有99.1%的液化石油氣用戶裝上報警器[1～3]。

3 國內(nèi)研究進展

國內(nèi)學(xué)者近年來研究較為活躍，特別是在危險品泄漏后的擴散模擬及影響區(qū)域研究方面，己有不少研究成果。

化工部化工勞動保護研究所研究了重要有毒物質(zhì)泄漏擴散模型，對國內(nèi)外的一些擴散模型進行了小結(jié)；杜建科利用己有的理論模型，分析了這兩種泄漏類型的特點及其擴散規(guī)律，提出了傷害區(qū)域的劃分和估算方法，為準確地預(yù)測毒氣擴散危險區(qū)域，及時采取有效措施組織搶險救援活動，提供了一種行之有效的方法。鐘江榮和趙振東等人考慮到GIS次開發(fā)語言的局限性，利用外部程序語言開發(fā)了毒氣擴散濃度空間分布的計算程序，動態(tài)鏈接到GIS系統(tǒng)中來實現(xiàn)模擬，為減輕城市和大型企業(yè)在地震下有毒物質(zhì)的泄漏與擴散災(zāi)害和應(yīng)急反應(yīng)提供了有效手段。肖敬斌和王京剛采用MATLAB語言，將常用大氣擴散模式編制成大氣擴散函數(shù)，組成大氣擴散專業(yè)工具箱及通用條件下的大氣擴散模式DEMOS圖形。潘旭海和蔣軍成分析了描述易燃易爆及有毒有害氣體泄漏擴散過程的數(shù)學(xué)模型，得到了重氣云團外形尺寸(云團半徑和云團高度)、空氣卷吸量隨時間的變化關(guān)系以及下風(fēng)向固定點處地面最大濃度值。

在監(jiān)控報警系統(tǒng)方面，可燃氣體的安全問題也越來越被人們所認識。許多生產(chǎn)廠家逐漸開發(fā)生產(chǎn)了可燃氣體探測器、報警控制器。為使這一類產(chǎn)品在生產(chǎn)、檢驗、質(zhì)量監(jiān)督中有統(tǒng)一的標準可循，在研究、分析國外同類產(chǎn)品的有關(guān)技術(shù)資料的同時,我國制定了相應(yīng)的國家標準。武漢華大安信公司已成功開發(fā)出功能符合國家最新標準（GB 47XX-2003）的新一代分布智能火災(zāi)報警系統(tǒng)，其中分布智能火災(zāi)報警系統(tǒng)由分布智能火災(zāi)報警器、分布智能感溫火災(zāi)探測器、手動火災(zāi)報警按鈕和各類控制模塊等配套產(chǎn)品組成。但這些產(chǎn)品多采用DCS（Distributed Control System）結(jié)構(gòu)，上位機與下位之間的通信采用4～20 mA的模擬信號，系統(tǒng)的維護性和擴展性不理想[4～6]。

4 小結(jié)

綜上所述，由于煤氣泄漏擴散與監(jiān)控問題本身的復(fù)雜性以及目前技術(shù)結(jié)構(gòu)有待完善等原因，煤氣運移擴散規(guī)律與監(jiān)控技術(shù)的研究依然任重道遠。目前，常用的模型普遍偏重一方面，忽略另一方面,這一顧此失彼的建立模型方法模擬效果較差，只是通過試驗室和計算機模擬了解了氣體擴散的規(guī)律，缺乏對鋼鐵企業(yè)工作場所煤氣轉(zhuǎn)移和擴散規(guī)律的研究，盡管對煤氣引起的火災(zāi)、爆炸、中毒事故采取了眾多預(yù)防手段和控制措施，但并沒有徹底的解決問題。另外，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)雖然煤氣監(jiān)控系統(tǒng)運行良好,但煤氣監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的布局和位置不合理，通風(fēng)系統(tǒng)對危險隅角煤氣聚積設(shè)計考慮不充分，誤報警系數(shù)高，抗干擾能力低。

[1]Ting Wang,Tara C.Hutchinson,Gas leakage rate through reinforced concrete shear walls：Numerical study[J].Nuclear Engineering and Design,2005,235：2246～2260.

[2]Mostafa Saadata,Aminolla Bahaoddinia,et al.High incidence of suicide by burning in Masjid-i-Sulaiman(southwest of Iran),a polluted area with natural sour gas leakage [J],Burns,2004,30：829～832.

[3]Vivek P.Utgikar,Todd Thiesen.Safety of compressed hydrogen fuel tanks：Leakage from stationary vehicles[J], Technology in Society,2005,27：315～320.

[4]馬存棟.高壓天然氣管道破裂氣體擴散規(guī)律模擬結(jié)果分析[J].油氣田地面工程,2005,24(3)：8～10.

[5]潘旭海,蔣軍成.重氣云團瞬時泄漏擴散的數(shù)值模擬研究[J].化學(xué)工程,2003,31(1)：35～39.

[6]蔡兵.基于CAN總線的可燃氣體監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].吉首大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2005(2)：104～106.