煤氣運(yùn)移擴(kuò)散與監(jiān)控技術(shù)研究進(jìn)展

崔 英

新疆煤田地質(zhì)局綜合隊(duì)（830000）

煤氣運(yùn)移擴(kuò)散與監(jiān)控技術(shù)研究進(jìn)展

崔 英

新疆煤田地質(zhì)局綜合隊(duì)（830000）

總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于煤氣擴(kuò)散與監(jiān)控技術(shù)的研究，對(duì)煤氣的泄漏濃度典型的計(jì)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(diǎn)進(jìn)行總結(jié)歸納，以期為后續(xù)研究提供借鑒作用。

煤氣；運(yùn)移擴(kuò)散；監(jiān)控技術(shù)；研究進(jìn)展

1 研究模型基礎(chǔ)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)煤氣的泄漏濃度典型的計(jì)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(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)模型,適用于點(diǎn)源的擴(kuò)散,從統(tǒng)計(jì)方法入手,考察擴(kuò)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(jì)算簡(jiǎn)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(kuò)散研究，但其精度不高，與試驗(yàn)值相差較大。箱及相似模型適用于預(yù)報(bào)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(xì)節(jié)特征。三維傳遞現(xiàn)象模型適用于各流體湍流運(yùn)動(dòng)的研究，計(jì)算機(jī)硬件和軟件的飛速發(fā)展也使這種數(shù)值計(jì)算方法不斷完善。

2 國(guó)外研究進(jìn)展

在泄漏擴(kuò)散試驗(yàn)研究方面，煤氣泄漏擴(kuò)散的試驗(yàn)研究較少，但從20世紀(jì)80年代開(kāi)始對(duì)氣體泄漏擴(kuò)散機(jī)理的研究，就逐步地采用大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，比較著名的有China lake and French man flat試驗(yàn)、Maplin Sands試驗(yàn)和Thorney island系列試驗(yàn)等。

在氣體擴(kuò)散模型與模擬方面，國(guó)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(shū)對(duì)近年來(lái)各種氣體擴(kuò)散模型進(jìn)行了一個(gè)總結(jié)。

在監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)方面，國(guó)外從20世紀(jì)30年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)氣體傳感器和報(bào)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(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高。日本在報(bào)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(jì)70年代燃?xì)庥脩艏眲≡鲩L(zhǎng)，到現(xiàn)在用戶己達(dá)2千多萬(wàn)戶，同時(shí)家用燃?xì)鈭?bào)警器開(kāi)始推廣。隨著日本燃?xì)獾钠占?，燃?xì)鈭?bào)警器的研制、開(kāi)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(bào)警器[1～3]。

3 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)學(xué)者近年來(lái)研究較為活躍，特別是在危險(xiǎn)品泄漏后的擴(kuò)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(dòng)保護(hù)研究所研究了重要有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散模型，對(duì)國(guó)內(nèi)外的一些擴(kuò)散模型進(jìn)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(diǎn)及其擴(kuò)散規(guī)律，提出了傷害區(qū)域的劃分和估算方法，為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)毒氣擴(kuò)散危險(xiǎn)區(qū)域，及時(shí)采取有效措施組織搶險(xiǎn)救援活動(dòng)，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(kāi)發(fā)語(yǔ)言的局限性，利用外部程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了毒氣擴(kuò)散濃度空間分布的計(jì)算程序，動(dòng)態(tài)鏈接到GIS系統(tǒng)中來(lái)實(shí)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(kuò)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(yǔ)言，將常用大氣擴(kuò)散模式編制成大氣擴(kuò)散函數(shù)，組成大氣擴(kuò)散專業(yè)工具箱及通用條件下的大氣擴(kuò)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(kuò)散過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，得到了重氣云團(tuán)外形尺寸(云團(tuán)半徑和云團(tuán)高度)、空氣卷吸量隨時(shí)間的變化關(guān)系以及下風(fēng)向固定點(diǎn)處地面最大濃度值。

在監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)方面，可燃?xì)怏w的安全問(wèn)題也越來(lái)越被人們所認(rèn)識(shí)。許多生產(chǎn)廠家逐漸開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了可燃?xì)怏w探測(cè)器、報(bào)警控制器。為使這一類產(chǎn)品在生產(chǎn)、檢驗(yàn)、質(zhì)量監(jiān)督中有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可循，在研究、分析國(guó)外同類產(chǎn)品的有關(guān)技術(shù)資料的同時(shí),我國(guó)制定了相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。武漢華大安信公司已成功開(kāi)發(fā)出功能符合國(guó)家最新標(biāo)準(zhǔn)（GB 47XX-2003）的新一代分布智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，其中分布智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由分布智能火災(zāi)報(bào)警器、分布智能感溫火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)火災(zāi)報(bào)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(jī)與下位之間的通信采用4～20 mA的模擬信號(hào)，系統(tǒng)的維護(hù)性和擴(kuò)展性不理想[4～6]。

4 小結(jié)

綜上所述，由于煤氣泄漏擴(kuò)散與監(jiān)控問(wèn)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(yùn)移擴(kuò)散規(guī)律與監(jiān)控技術(shù)的研究依然任重道遠(yuǎn)。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(guò)試驗(yàn)室和計(jì)算機(jī)模擬了解了氣體擴(kuò)散的規(guī)律，缺乏對(duì)鋼鐵企業(yè)工作場(chǎng)所煤氣轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散規(guī)律的研究，盡管對(duì)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(méi)有徹底的解決問(wèn)題。另外，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)雖然煤氣監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行良好,但煤氣監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的布局和位置不合理，通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)危險(xiǎn)隅角煤氣聚積設(shè)計(jì)考慮不充分，誤報(bào)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(kuò)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(tuán)瞬時(shí)泄漏擴(kuò)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?xì)怏w監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].吉首大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2005(2)：104～106.