ALOHA軟件在液氯泄露事故的模擬分析與應(yīng)用

摘要：危險(xiǎn)化學(xué)品一旦泄漏極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸和中毒事故，給社會(huì)公共安全帶來(lái)極大的危害。本文利用ALOHA模擬軟件對(duì)液氯泄露事故中可能發(fā)生的瞬時(shí)泄露和連續(xù)泄露兩種事故場(chǎng)景進(jìn)行了模擬分析，得到了不同事故場(chǎng)景時(shí)液氯泄露的擴(kuò)散形狀和區(qū)域面積，定量描述了災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)有毒物質(zhì)的擴(kuò)散濃度與影響范圍，從而為應(yīng)急指揮決策者準(zhǔn)確安全地組織救援與疏散提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：ALOHA軟件;瞬時(shí)泄露;連續(xù)泄露;液氯

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各類(lèi)化工企業(yè)規(guī)模和數(shù)量都呈快速增加狀態(tài)，化工企業(yè)涉及的原料與產(chǎn)品多為易燃、易爆和有毒物質(zhì)，做好危險(xiǎn)化學(xué)品的日常管理就顯得至關(guān)重要，由于設(shè)備故障、自然災(zāi)害和人為失誤等原因，?；沸孤妒鹿暑l頻發(fā)生，對(duì)社會(huì)造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。如2005年3月29日京滬高速淮安段發(fā)生液氯泄露特大事故，造成29人死亡，350人住院治療，上萬(wàn)人緊急疏散和近3000萬(wàn)元財(cái)產(chǎn)損失的嚴(yán)重后果[1]。2006年11月1日，湖北孝感市境內(nèi)一氮肥廠發(fā)生液氨泄漏事故，氨氣隨風(fēng)進(jìn)入城區(qū)，近2萬(wàn)居民被迫緊急疏散，事故造成1人死亡、6人受傷[2]。2009年8月23日，一輛裝有30t氯磺酸的槽罐車(chē)在河南安陽(yáng)境內(nèi)發(fā)生泄漏事故，造成3名消防官兵中毒送醫(yī)[3]。消防救援人員能否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)泄漏事故中的擴(kuò)散區(qū)域范圍進(jìn)行界定對(duì)于正確有效地組織人員疏散和制定應(yīng)急救援措施具有重大意義。目前市場(chǎng)上廣泛使用的擴(kuò)散性模擬軟件有SLAB、DEGADIS、ARCHIE和ALOHA，它們都能夠?qū)Χ喾N危化品液氯泄露事故進(jìn)行模擬分析。本文采用ALOHA軟件對(duì)液氯泄漏擴(kuò)散事故進(jìn)行模擬分析研究。

2 氯氣的物理化學(xué)性質(zhì)

液氯為黃綠色液體，常溫下為氣態(tài)，氯氣為黃綠色有刺激性氣體，有刺激性氣味，分子量為70.91，比空氣重，本身不會(huì)燃燒，但與其它化合物放在一起會(huì)產(chǎn)生燃燒，氯氣或者其它可燃?xì)怏w與水蒸氣結(jié)合都會(huì)發(fā)生爆炸。液氯幾乎對(duì)所有的金屬盒非金屬都有腐蝕作用。氯氣對(duì)人體的眼、呼吸道粘膜有刺激作用，輕度中毒者伴隨著惡心、嘔吐、胸悶、肺水腫等現(xiàn)象的發(fā)生，重度中毒者會(huì)出現(xiàn)心跳驟?；蛘咚劳鯷4]。

3 ALOHA軟件介紹

ALOHA （Areal Locations of Hazardous Atmospheres）是有害大氣空中定位軟件的簡(jiǎn)稱(chēng)，是為化學(xué)物品泄露事故開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)模擬程序。利用ALOHA軟件能夠?qū)σ蚧瘜W(xué)物品泄露而導(dǎo)致的有毒氣體的擴(kuò)散、火災(zāi)或爆炸等危險(xiǎn)事故的發(fā)生進(jìn)行模擬[5]。

4 液氯泄露事故模擬與分析

本文借助ALOHA軟件，對(duì)液氯在不同風(fēng)速條件下的瞬時(shí)和連續(xù)泄漏兩種場(chǎng)景下的擴(kuò)散影響范圍進(jìn)行模擬和定量分析。

4.1危害準(zhǔn)則的確定

液氯泄漏事故中有毒氣體對(duì)人們的身體產(chǎn)生致命的危害，會(huì)使人感到頭暈、惡心、發(fā)慌，人們吸入過(guò)多的氣體會(huì)產(chǎn)生生命危險(xiǎn)。本文選用急性暴露導(dǎo)則AELGs對(duì)危害準(zhǔn)則進(jìn)行確定。AELGs濃度分為AELG-l、AELG-2和AELG-3三個(gè)等級(jí)。AELG-l準(zhǔn)則用于那些暴露于毒氣環(huán)境中出現(xiàn)憤怒、頭暈、眼花等輕微現(xiàn)象的人群。AELG-2準(zhǔn)則用于那些暴露于毒氣環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的、削弱逃生能力的人群。AELG-3準(zhǔn)則用于那些暴露于毒氣環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)生命危險(xiǎn)的人群。

4.2事故場(chǎng)景假設(shè)

假設(shè)一輛裝有液氯儲(chǔ)罐車(chē)在連霍高速三門(mén)峽路段由于交通事故側(cè)翻發(fā)生泄漏，儲(chǔ)罐總?cè)萘繛?000L，沖裝系數(shù)為90%，儲(chǔ)存溫度為15℃，事故發(fā)生地點(diǎn)位于東徑110°51′、北緯：34°32′，海拔473米。

場(chǎng)景1：假設(shè)液氯鋼瓶在車(chē)輛側(cè)翻過(guò)程中遭到外部物體的猛烈碰撞，造成液氯鋼瓶受損，鋼瓶?jī)?nèi)的液氯揮發(fā)，這是瞬時(shí)泄露的一種情況。

場(chǎng)景2：假設(shè)液氯鋼瓶在車(chē)輛側(cè)翻過(guò)程中遭到外部物體的猛烈碰撞，造成液氯鋼瓶中間開(kāi)始破裂，出現(xiàn)孔徑約2cm的裂縫，液氯隨即泄露至地面。事故發(fā)生時(shí)，環(huán)境溫度為28℃，東風(fēng)3級(jí)，風(fēng)速約為4.5m/s，空氣相對(duì)濕度為65%，附近地面為水泥混凝土路面，高速路北側(cè)有一近村莊，選擇離事故發(fā)生地最近的一處居民房屋為敏感點(diǎn)。

4.3 瞬時(shí)泄露

消防救援人員使用ALOHA軟件，在軟件中使用過(guò)程中輸入救援事故發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、氣候條件、事故發(fā)生地點(diǎn)周邊的環(huán)境信息、危險(xiǎn)化學(xué)品信息等相關(guān)的一些參數(shù)，選擇直接釋放的釋放類(lèi)型，在計(jì)算過(guò)程中選擇重氣擴(kuò)散模型，泄漏事故的時(shí)間假設(shè)為1分鐘。根據(jù)選定的危險(xiǎn)準(zhǔn)則，得到氯氣擴(kuò)散影響區(qū)域和敏感點(diǎn)的濃度變化模擬圖。

（1）氯氣擴(kuò)散影響區(qū)域

從圖1可以看出，在下風(fēng)向最遠(yuǎn)距離為3.8km，側(cè)風(fēng)向最大寬度為0.3km范圍內(nèi)氯氣濃度大于20ppm，該范圍內(nèi)的人員如果滯留一個(gè)小時(shí)則生命會(huì)產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致生命直接窒息。這個(gè)時(shí)候消防救援人員應(yīng)在有限的時(shí)間內(nèi)根據(jù)救援場(chǎng)景及時(shí)疏散現(xiàn)場(chǎng)人員戴好?；贩雷o(hù)服，撤離現(xiàn)場(chǎng)。

在下風(fēng)向最遠(yuǎn)距離為8.8km范圍內(nèi)氯氣濃度為2～20ppm，該范圍內(nèi)的人員如果滯留一個(gè)小時(shí)會(huì)產(chǎn)生頭暈、身體不舒服，消防救援人員應(yīng)將該范圍內(nèi)的人員放置在協(xié)助疏散區(qū)，讓其在室內(nèi)封閉空間進(jìn)行就地避難，等待其他醫(yī)護(hù)等工作人員的救援。

濃度低于2ppm的區(qū)域，該范圍內(nèi)的人員如果滯留一個(gè)小時(shí)會(huì)對(duì)身體造成輕微的傷害，設(shè)為自主疏散區(qū)，該區(qū)域的人員可自行疏散。劃分好疏散區(qū)域后可確定疏散方案，迅速指揮人員撤離事故現(xiàn)場(chǎng)。

（2）敏感點(diǎn)濃度變化

距離事故發(fā)生點(diǎn)以東350米，往北130米處有一村莊，將離事故發(fā)生地最近的一處居民房屋為敏感點(diǎn)。

從圖2可以看出，在擴(kuò)散的前幾分鐘，該位置處的氯氣濃度隨著時(shí)間的增加而遞增，而且很快的達(dá)到某一特定值，室外氯氣濃度超過(guò)了嚴(yán)重傷害數(shù)值，隨著時(shí)間的推移，室外氯氣濃度保持一定數(shù)值不變，而室內(nèi)的濃度也超過(guò)輕度傷害數(shù)值。建議該村莊的人員在事故發(fā)生后，應(yīng)盡量呆在室內(nèi)封閉空間就地避難，待室外濃度降低以后，立即自行疏散。

4.4連續(xù)泄露

消防救援人員使用ALOHA軟件，在軟件中使用過(guò)程中輸入救援事故發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、氣候條件、事故發(fā)生地點(diǎn)周邊的環(huán)境信息、危險(xiǎn)化學(xué)品信息、儲(chǔ)罐和泄漏源等相關(guān)的一些參數(shù)，釋放類(lèi)型選擇泄漏釋放，在計(jì)算過(guò)程中選擇重氣擴(kuò)散模型，泄漏事故的時(shí)間假設(shè)為1小時(shí)，最大泄露強(qiáng)度為431千克/分鐘。根據(jù)選定的危險(xiǎn)準(zhǔn)則，得到氯氣擴(kuò)散影響區(qū)域和敏感點(diǎn)的濃度變化模擬圖。

（1）氯氣擴(kuò)散影響區(qū)域

從圖3可以看出，在下風(fēng)向最遠(yuǎn)距離為2.3km，側(cè)風(fēng)向最大寬度為0.15km范圍內(nèi)氯氣濃度大于20ppm，該范圍內(nèi)的人員如果滯留一個(gè)小時(shí)則生命會(huì)產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的話生命直接窒息，這個(gè)時(shí)候消防救援人員應(yīng)在有限的時(shí)間內(nèi)根據(jù)救援場(chǎng)景及時(shí)疏散現(xiàn)場(chǎng)人員戴好?；贩雷o(hù)服，撤離現(xiàn)場(chǎng)。

下風(fēng)向最遠(yuǎn)距離為6.3km范圍內(nèi)氯氣濃度為2～20ppm，該范圍內(nèi)的人員如果滯留一個(gè)小時(shí)會(huì)產(chǎn)生頭暈、身體不舒服，消防救援人員應(yīng)將該范圍內(nèi)的人員放置在協(xié)助疏散區(qū)，讓其在室內(nèi)封閉空間進(jìn)行就地避難，等待其他醫(yī)護(hù)等工作人員的救援。

下風(fēng)向最遠(yuǎn)距離為10.2km范圍濃度低于2ppm的區(qū)域，該范圍內(nèi)的人員如果滯留一個(gè)小時(shí)會(huì)對(duì)身體造成輕微的傷害，設(shè)為自主疏散區(qū)，該區(qū)域設(shè)為自主疏散區(qū)，消防救援人員劃分好疏散區(qū)域后可確定疏散方案，迅速指揮人員撤離事故現(xiàn)場(chǎng)。

（2）敏感點(diǎn)濃度變化

從圖4可以看出，在擴(kuò)散的前幾分鐘，該位置處的氯氣濃度隨著時(shí)間的增加而遞增，而且很快的達(dá)到某一特定值，室外氯氣濃度超過(guò)了輕度傷害數(shù)值，此后，室外氯氣濃度一直保持在一個(gè)較低的水平，而室內(nèi)的濃度一直沒(méi)有超過(guò)輕度傷害數(shù)值。建議該村莊的人員在事故發(fā)生后的最初階段，應(yīng)盡量呆在室內(nèi)封閉空間就地避難。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）本文利用ALOHA對(duì)瞬時(shí)泄露和連續(xù)泄露兩種可能場(chǎng)景下的氯氣事故影響區(qū)域和敏感點(diǎn)的氣體濃度變化進(jìn)行了模擬分析，并把擴(kuò)散影響區(qū)域分為緊急疏散區(qū)、協(xié)助疏散區(qū)和自主疏散區(qū)。

（2）在瞬時(shí)泄露事故條件下，根據(jù)敏感點(diǎn)處的氯氣濃度隨時(shí)間變化圖，在擴(kuò)散的前幾分鐘內(nèi)，室外氯氣濃度超過(guò)了嚴(yán)重傷害數(shù)值，之后很快降低到該數(shù)值一下，而室內(nèi)的濃度也超過(guò)了輕度傷害數(shù)值。

（3）在連續(xù)泄露事故條件下，根據(jù)敏感點(diǎn)處的氯氣濃度隨時(shí)間變化圖，室外氯氣濃度超過(guò)了輕度傷害數(shù)值，此后，室外氯氣濃度一直保持在一個(gè)較低的水平，而室內(nèi)的濃度一直沒(méi)有超過(guò)輕度傷害數(shù)值。

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作者簡(jiǎn)介：

趙民生（1982-），男，河南省三門(mén)峽人，三門(mén)峽市消防救援支隊(duì)一級(jí)指揮員，助理工程師，本科學(xué)歷，主要從事消防救援和消防監(jiān)督檢查工作。

基金項(xiàng)目：

河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目課題（課題編號(hào)：15B520025;課題名稱(chēng)：基于物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算技術(shù)的三門(mén)峽市消防報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)）