姚見 馬東池 王曉昕 劉玉嫚 吳雅菊

摘 要：針對(duì)冷庫(kù)液氨泄漏事故，采用高斯煙羽模型進(jìn)行分析，并分別針對(duì)城市和鄉(xiāng)村不同的地表粗糙度情況分析下風(fēng)向地面中心線的擴(kuò)散質(zhì)量濃度和危害區(qū)域。通過(guò)matlab數(shù)值模擬表明，發(fā)生在城市的液氨泄漏的下風(fēng)向地面擴(kuò)散質(zhì)量濃度的最大值高于鄉(xiāng)村，但是危害區(qū)域比發(fā)生在鄉(xiāng)村的?。煌ㄟ^(guò)模擬，劃分了不同的危害區(qū)域，可以為發(fā)生在城市和鄉(xiāng)村不同的地域情況下的人員疏散和現(xiàn)場(chǎng)警戒提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：液氨泄漏 高斯煙羽 地表粗糙度 matlab數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：X820 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（c）-0082-02

氨氣，高毒，被列入到國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局編制的《首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》。近年來(lái)，隨著我國(guó)制冷企業(yè)的快速發(fā)展以及液氨制冷劑的廣泛使用，液氨泄漏事故不斷發(fā)生，2013年8月31日，位于上海市豐翔路1258號(hào)的上海翁牌冷藏實(shí)業(yè)有限公司發(fā)生液氨泄漏事故，造成15人死亡，25人受傷。特別是由于使用液氨制冷劑的冷庫(kù)位于城市人口密集區(qū)或是城郊區(qū)現(xiàn)象的存在，相比于鄉(xiāng)村而來(lái)，若發(fā)生液氨泄漏事故，可能造成的后果更加嚴(yán)重。

因此，預(yù)測(cè)城市和鄉(xiāng)村不同地域情況下氨泄漏后的空間濃度分布，可以有針對(duì)性的劃分人員的中毒區(qū)域，對(duì)應(yīng)急疏散指揮決策起到指導(dǎo)作用。

1 擴(kuò)散模型選取

該文以冷庫(kù)液氨連續(xù)泄漏擴(kuò)散為例，采用高斯煙羽模型對(duì)泄漏擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬，高斯煙羽模型如下所示[1-2]：

（1）

式中：C（x ，y ，z ） 為泄漏物質(zhì)在（x ，y ，z ）點(diǎn)處的質(zhì)量濃度，mg/m3；u為風(fēng)速，m/s；Q 為泄漏源的泄放速度，mg/s；x ，y ，z 為預(yù)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，m ；H 為有效源高，m；δy，δz分別為y，z 方向的擴(kuò)散參數(shù)，與大氣穩(wěn)定度和水平距離有關(guān)。

2 事故模型假設(shè)

冷庫(kù)制冷作用的氨系統(tǒng)包括儲(chǔ)罐、管線、閥門、連接法蘭、泵的密封等，容易發(fā)生泄漏事故的部位：液氨儲(chǔ)罐的氣相進(jìn)出口、液相進(jìn)出口、排污口、放散口、液面計(jì)接口、安全閥接口、壓力表接口等接管、閥門、法蘭連接密封等部位失效或泄漏。冷庫(kù)及冷藏間等的氨管道法蘭、閥門、法蘭連接密封部位失效或泄漏。假設(shè)液氨儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏事故，液氨儲(chǔ)罐容積為40 m3，工作壓力為1.5 Mpa，設(shè)計(jì)壓力為2.16 Mpa，工作溫度為50 ℃。漏到大氣中后，因壓力瞬間變?yōu)槌?，其中有一部分迅速蒸發(fā)為氣體，假定液氨泄漏時(shí)全部被蒸發(fā)，此時(shí)根據(jù)泄漏源模型[3]的氣體泄漏模型，泄漏速率為4.9114 kg/s。現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速為5.4 m/s，大氣穩(wěn)定度為D，有效源高4 m。

3 泄漏擴(kuò)散模擬

3.1 大氣穩(wěn)定度的確定

擴(kuò)散系數(shù)與大氣穩(wěn)定度緊密相關(guān)，通過(guò)天空中觀測(cè)的風(fēng)速、云量、云速和日照等天氣資料，將大氣的擴(kuò)散稀釋能力分為A、B、C、D、E、F6個(gè)穩(wěn)定度級(jí)別[4]，本例中根據(jù)風(fēng)速和當(dāng)時(shí)的天氣情況確定大氣穩(wěn)定度等級(jí)為D。

3.2 擴(kuò)散系數(shù)的選擇

表1列出了大氣穩(wěn)定度為D時(shí)的連續(xù)泄漏擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算公式[5] 。本例中為評(píng)估城市和鄉(xiāng)村不同位置的液氨泄漏擴(kuò)散的危害范圍，選取城市和鄉(xiāng)村兩種情況下的泄漏擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

3.3 matlab及危害區(qū)域分析

根據(jù)matlab編寫程序模擬在城市和鄉(xiāng)村不同情況下液氨泄漏的擴(kuò)散情況，見圖1。通過(guò)模擬可知，城市情況下的濃度最高值約為11.656 g/m3，出現(xiàn)在20 m處；鄉(xiāng)村情況下的濃度最高值約為9.6613 g/m3，出現(xiàn)在48 m處。對(duì)泄漏氨氣進(jìn)行毒性評(píng)估時(shí)，根據(jù)文獻(xiàn)[4]選取30，140，553，1750和3500 mg/m3為危害質(zhì)量濃度閾值，分別代表氨氣對(duì)人體無(wú)明顯刺激、輕度危害、中度危害、強(qiáng)烈刺激、危及生命和即時(shí)死亡的質(zhì)量濃度。

通過(guò)圖1可知，若冷庫(kù)選址在鄉(xiāng)村（城市）發(fā)生液氨泄漏事故，濃度在距離泄漏源約48 m（20 m）迅速增大為濃度最大值，隨后迅速下降隨著距離的增加濃度值緩慢降低。

圖2給出了液氨在鄉(xiāng)村和城市不同場(chǎng)所泄漏后的等濃度曲線，危及生命和即時(shí)死亡和強(qiáng)烈刺激的質(zhì)量濃度曲線區(qū)域應(yīng)做好隔離措施，嚴(yán)禁進(jìn)入；質(zhì)量濃度為30 mg/m3以內(nèi)的區(qū)域均為人員防護(hù)區(qū)域，防護(hù)措施根據(jù)危害程度的增加防護(hù)等級(jí)逐漸增強(qiáng)。鄉(xiāng)村和城市不同情況下估測(cè)泄漏源下風(fēng)向分別為2119 m處和735 m氨氣的擴(kuò)散質(zhì)量濃度值約為30 mg/m3。發(fā)生在鄉(xiāng)村的液氨泄漏擴(kuò)散危害范圍比發(fā)生在城市的危害范圍要大，但是城市屬于人口密集區(qū)，因此在選址上應(yīng)該避免在人口密集的城區(qū)建冷庫(kù)。不管是在鄉(xiāng)村還是城市都應(yīng)該考慮液氨泄漏后對(duì)周邊區(qū)域的影響，根據(jù)其不同的危害區(qū)域做好應(yīng)急預(yù)案。

4 結(jié)語(yǔ)

（1） 基于高斯煙羽模型對(duì)冷庫(kù)液氨泄漏進(jìn)行了數(shù)值模擬，選取代表不同地表粗糙度的城市和農(nóng)村兩種不同情況下的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行分析。通過(guò)數(shù)值模擬得出，發(fā)生在城市的液氨泄漏的下風(fēng)向地面質(zhì)量濃度的最大值比鄉(xiāng)村情況下大，但是其危害區(qū)域比鄉(xiāng)村情況小。

（2）通過(guò)模擬，把泄漏后的區(qū)域按照不同危險(xiǎn)程度進(jìn)行了劃分，可以為人員疏散和現(xiàn)場(chǎng)警戒提供理論依據(jù)，應(yīng)急預(yù)案的制定更要根據(jù)城市和鄉(xiāng)村的不同情況劃分不同的警戒區(qū)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧金華，沈賢明，張保平，等. Matlab在化學(xué)危險(xiǎn)性氣體擴(kuò)散模擬分析中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2005（5）：96-98.

[2] 王洪德，莫朝霞.基于高斯模型的液氨儲(chǔ)罐泄漏擴(kuò)散仿真分析[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2012（9）：31-36.

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[4] 夏登友，錢新明，黃金印，等. 液氨泄漏擴(kuò)散模擬及危害評(píng)估[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2014（3）：22-27.

[5] 劉茂.事故風(fēng)險(xiǎn)分析理論與方法[ M ].北京：北京大學(xué)出版社，2011.