工业企业事故性泄漏扩散模型_葛秀坤

2 P - G 扩散模型
211 烟团模型 1) 瞬时地面点源烟团模型 [11 - 13 ]
1 国内外泄漏扩散模型的研究与发展
111 国外研究现状
国外在这方面的研究工作始于上个世纪 70 、 80 年代 , 提 出了大量的泄漏扩散模型 。美国 、 英国 、 德国等发达国家 , 在
80 年代初便完成了以 Buro 、 Coyote 、 Thorney Island 为代表的一
图1 烟团模式的水平扩散参数 σy 曲线图 σy2 Horizontal diffusion parameter of puff model Fig. 1
c ( x , y , z) =
Q
-
y
2
-
z
2
2 2σ z
(8)
c ( x , y , 0) =
Q
-
y
2
(9)
c ( x , 0 , 0) =
2006 年 7 月 葛秀坤 ,等 : 工业企业事故性泄漏扩散模型 Jul , 2006
令 y = 0 ,得到地面轴线浓度为
c ( x , 0 , 0 , t) = Q
3/ 2 π σ σ 2 x σ y z
exp
-
( x - ut )
2
exp
-
( x - ut ) 2
2σx
2
-
y
2 2
2σy
-
z
2
2 2σ z
(1)
令 z = 0 ,得到地面浓度为
c ( x , y , 0 , t) = Q
π σ σ 2 x σ y z
3/ 2
exp
-
( x - ut ) 2
2 2σ x
-
y
2
2 2σ y
(2)
164
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
c ( x , y , z) = Q y
2 2
2 2 π σ σ σ Q/ ( y z u) 项随 x 增加而减少 ; 而指数项 exp ( - H / 2 z) 却
随 x 增加而增大 , 两项共同作用 , 必然在地面轴线的某一距离
x 处 , 有其地面轴线浓度的最大值 。 H
σ z| ×
( z + H) 2
π σ σ y zu
Q
(10)
2) 有效源高 H 的连续点源 [13 - 15 ]
以风速 ( u ≠0) 方向为 x 轴方向 , 泄漏源中心对地面的 投影为坐标点 ,假定流场稳定 ,则其浓度分布为 :
c ( x , y , z) = Q exp πu σ σ 2 y z
2
-
y2
2 2σ y
×
( z + H) 2
的泄漏扩散进行了现场试验研究 。迄今为止 ,已经出现了数 以百计的事故后果模型 。如 DEG ADIS 、 G AUS 、 SUTTON 、 ALO2
HA 、 SLAB 、 TRACE领域的研究
工业企业事故性泄漏扩散模型 3
葛秀坤1 , 孙志红2
(1 江苏工业学院环境与安全工程系 ,江苏常州 213016 ; 2 东莞
(15)
令 z = 0 , 得到地面浓度为
c ( x , y , 0) = Q
3/ 2 π σ σ 2 x σ y z
σ σ 式中 σ x、 y、 z 为扩散参数 , 取值参考图 3 和 4 。
y
2 2 2σ y
exp
-
H
2
2 2σ z
(5)
3 应用实例
某化工企业在氯乙烯生产过程中 ,大量使用氯气作为原 料 。在某生产厂突然发生氯气泄漏 。根据源模式估算约有
2 2σ z
(2 π) exp
3/ 2
σ σ x σ y z
-
exp
2
-
x ax m
=
2σy + exp
2
(14)
( z - H)
2 2σ z
出现地面轴线最大浓度为 :
(4)
c ( x , 0 , 0) max =
z z 2Q σ 0 . 234 Q σ ( ) = 2 ・ σ πuH2 σ e uH y y
110 kg 氯气在瞬间泄漏 。泄漏时为有云的夜间 , 初步观测发
令 y = 0 , 得到地面轴线浓度为
c ( x , 0 , 0) = Q
3/ 2 π σ σ 2 x σ y z
exp
-
H
2
2 2σ z
(6)
若以风速方向为 x 轴 , 泄漏源中心对地面的投影为坐标 点 ,则浓度分布为
c ( x , y , z , t) = Q y
(3)
exp
-
( z - H) 2
2 2σ z
+
exp
-
( z + H) 2
2 2σ z
×
(7)
2σx
2
式中 Q 为泄漏物质质量流量 , kg/ s ; t 为泄漏时间 , s ; σ x、 σ σ y、 z 为扩散参数 ,取值参考图 1 和 2 。
exp
-
( x - ut ) 2
2 2σ x
以风速方向为 x 轴 ,坐标原点取在泄漏点处 ,风速恒定为
u , 则源强为 Q 的浓度分布为 c ( x , y , z , t) = Q
3/ 2 π σ σ 2 x σ y z
系列大规模现场泄漏扩散试验 。在 90 年代 ,又针对毒性物质 3 收稿日期 : 2006206201
作者简介 : 葛秀坤 ,教师 ,从事安全事故机理及模拟分析研究 。 基金项目 : 江苏工业学院科技基金项目 ( ZMF04020038)
明该模型的实际应用 ,为工业企业的事故后果模拟评价以及重大事故 应急预案的编制提供了一定的参考 。 关键词 : 扩散 ; 泄漏 ; 事故后果模拟分析 ; P - G 模型 中图分类号 : X937 文献标识码 : A
0 引 言
在化工生产中 ,所使用的物料大多具有易燃易爆 、 有毒有 害的危险特性 ,一旦由于某种原因发生泄漏 ,则泄漏出来的物 料会在浓度梯度和风力的作用下在大气中扩散 ,造成火灾 、 爆 炸、 中毒事故 。例如 1984 年 12 月印度博帕尔联合碳化物公 司所属农药厂有毒气体泄漏造成 2 000 多人死亡 ,5 万人失 明 ,20 多万人被迫转移 , 引起世界各国的震惊 。1979 年温州 电化厂液氯泄漏 ,是我国第一个受到广泛关注的严重泄漏事 故 ,造成 59 人死亡 , 约 800 人严重中毒 [1 - 4 ] 。1993 年 8 月 5 日 ,深圳化学危险品仓库爆炸火灾事故造成 15 人死亡 ,100 多 人受伤 ,损失 2 亿多元 。这些灾难性的事故促使各国对泄漏 扩散事故产生的原因 、 机理 、 影响以及后果模拟评价等进行大 量的研究 。通过扩散模式可估算泄漏物质的影响范围及危险 性质和程度 。如在多大范围以内为火灾爆炸危险区 ,多大范 围内为急性中毒死亡区 、 明确人员疏散区域等 ,但是也存在一 些不足 ,比如没有考虑风速 、 大气稳定度 、 地面情况等的影响 。 本文对工业企业的泄漏扩散模型的国内外研究情况进行了调 查研究 ,在对各模型分析的基础上 ,针对目前工业企业的事故 后果模拟评价中所采用泄漏扩散模型存在的问题和不足 , 提 出应用 P - G( Pasquill - G ifford) 扩散模型研究物质泄漏的扩散 模式 ,为工业企的事故后果的模拟评价以及重大事故应急预 案的编制提供一定的参考 。
2
现云量小于 4/ 10 ,风速为 2 m・ s - 1 。泄漏源高度很低 ,可近似 为地面源处理 。居民区距泄漏源处 400 m 。根据瞬时地面点 源烟团模型可以计算烟团中心到达居民区的时间 、 烟团到达 居民区时的氯气浓度 、 判断氯气的地面浓度经多远距离后才
(2 π) 3/ 2σ σ x σ y z
灾、 爆炸和扩散等方面的风险评估软件 ,也做了大量试验 , 使 得这方面的理论更成熟 、 更完善 [4 - 7 ] 。
112 国内研究现状
在国内 ,对危险化学品泄漏事故模型的研究起步较晚 ,但 是随着整体安全水平的提高和环境保护意识的增强 , 国内对 危险化学品泄漏事故的研究越来越深入 。北京城市危险源控 制技术研究中心作为北京的一个高新技术实验室 “八五” , 期 间 ,化工部劳保所承担了国家攻关课题的一个子课题 ,进行过 毒物泄漏扩散模型研究 。自 1997 年成立以来 ,该研究中心一 直将毒物泄漏计算机仿真技术研究作为其主攻方向之一 , 不 断进行泄漏扩散模型和风洞模拟实验研究 ,先后完成了 “重要 有毒物质泄漏扩散模型及监控技术研究” 、 “有毒气体泄漏风 洞模拟实验与扩散模型研究” “ 、毒物泄漏扩散模型研究” 等科 研课题 ,并将一些研究成果应用于危险源监控预警示范工程 及许多劳动安全卫生预评价项目 , 在泄漏事故后果评价方面 积累了丰富的技术经验 。但后来由于实验验证不充分等原 因 ,该课题的成果没有推广 。大连理工大学 ,主要研究毒性气 体泄漏扩散模型 ,提出了板块模型 ; 南京工业大学主要研究 气体扩散的模拟与仿真技术 。我国在危险化学品泄漏的扩散 模型研究方面也较为成熟并已投入应用 , 但是在可视化软件 开发方面实践的较少 。针对化工企业的实际特点 ,通过可视 化软件对可能发生的事故进行预测 , 对己发生的事故进行分 析和处理 , 可以为应急救援的 系 统 化 、 科学化提供决策依 据 [8 - 10 ] 。 总之 ,过去对泄漏扩散的研究大部分考虑不全面 ,如没有 考虑到风速 、 大气稳定度 、 地面情况 ( 建筑物 、 树木等 ) 等对泄 漏物质在大气中的扩散产生的影响 , 有些扩散模型无法确定 大气稳定度和扩散参数等 。本文针对目前模型存在的不足并 在前人研究成果的基础上 , 采用 P - G 扩散模型研究物质泄 漏的扩散模式 。