氯氣泄漏擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)分析

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，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)氯氣泄漏過程進(jìn)行可視化模擬，模擬流程見圖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)：

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[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.

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