ALOHA軟件在液氯槽車泄漏事故后果模擬中的應(yīng)用

1、aloha軟件在液氯槽車泄漏事故后果模擬中的應(yīng)用摘要隨著我國(guó)化工和石油化工行業(yè)的發(fā)展，液氯作為工業(yè)原料得到了 廣泛應(yīng)用，其運(yùn)輸量在不斷攀升，導(dǎo)致液氯槽車泄漏事故頻發(fā)。消防 部隊(duì)作為化學(xué)事故應(yīng)急救援的主體力量，在液氯槽車泄漏事故處置過(guò) 程屮面臨的任務(wù)復(fù)雜而艱巨，如何在第一吋間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況快速預(yù)測(cè) 合理可信的危害區(qū)域是進(jìn)行人員疏散及有效展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)處置工作的前 提。木文通過(guò)對(duì)液氯泄漏擴(kuò)散模型的研究，分析了液氯泄漏擴(kuò)散的過(guò) 程及規(guī)律；通過(guò)對(duì)毒性傷害準(zhǔn)則及標(biāo)準(zhǔn)的研究，選擇了科學(xué)合理的毒 性判定濃度標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的毒性關(guān)注濃度值。在特定的事故場(chǎng)景下，采 用aloha軟件對(duì)一起液氯槽車泄漏事故的危害區(qū)域進(jìn)行了模擬

2、與分 析。同時(shí)，考慮到實(shí)際救援工作中事故場(chǎng)景的復(fù)雜性與多變性，本文 還利用aloha軟件對(duì)氣象條件（如風(fēng)速、溫度、濕度等）、泄漏源 項(xiàng)（泄漏口大小、位置及類型）、地表狀態(tài)等主要影響因素進(jìn)行了模 擬，得出了相關(guān)結(jié)論。結(jié)果表明，液氯椚車泄漏事故的危害后果十分 嚴(yán)重，當(dāng)事故場(chǎng)景中某一參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，其危害區(qū)域會(huì)發(fā)生規(guī)律性 的變化。關(guān)鍵詞：aloha軟件；液氯槽車；泄漏；后果模擬；影響因素abstractwith the rapid development of economy and petrochemical industry, the range of chlorine service has

3、been wider and wider, it has been the important chemical products. but the accident of chlorine transport has been increasing year by year. chlorine gas leakage accident brings strong toxicity, and the diffusion range is extensive, the hazard area is also wide. leakage accident once in place, it wil

4、l causing large casualties and property losses. how to forecast damage area rapidly and accurately during rescue process? as the professional rescue efforts, fire army should solve the important topic urgently.the paper is on the basis of researching the chlorine diffusion model and chlorine hurt st

5、andards. using the aloha software imitate the hypothetical liquid chlorine tank leakage accidents, describe the poison distribution with image and text. through the analysis of the results of aloha imitating, provide security for the fire army to forecast damage area rapidly and accurately, take eme

6、rgency action effectively and layout disposal power rcasonably. it also provide scientific basis for the fire army to formulate relevant plans.keywords: aloha software; liquid chlorine tank car; leak; simulation result; factors.摘要iabstract ii目錄1111緒論11.1研究背景11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3研究的主要內(nèi)容及意義22氯氣泄漏事故概述32.1氯氣的

7、理化性質(zhì)及危害32. 1. 1氯氣的理化性質(zhì)32. 1.2氯氣的危害32.2氯氣泄漏事故統(tǒng)計(jì)及分析33液氯泄漏事故理論模型及傷害準(zhǔn)則63.1理論模型63. 1. 1泄漏模型63.1.2擴(kuò)散模型63.2毒性傷害準(zhǔn)則及標(biāo)準(zhǔn)83. 2. 1毒性傷害準(zhǔn)則83. 2. 2毒性判定濃度標(biāo)準(zhǔn)93.3危害區(qū)域的劃分104液氯槽車泄漏事故后果模擬與影響因素分析114.1 aloha軟件簡(jiǎn)介114.2事故場(chǎng)景114.3模擬結(jié)果及討論114.4影響因索模擬與討論134. 4. 1氣象條件134. 4. 2地表狀況144. 4. 3泄漏源項(xiàng)145結(jié)論與展望16參考文獻(xiàn)17in1緒論1.1研究背景伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快

8、速發(fā)展，化為化工生產(chǎn)原料、屮間體及產(chǎn)品的危險(xiǎn)化學(xué) 品的種類和需求量不斷增加，在生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過(guò)程屮發(fā)生屮毒、燃 燒或爆炸事故的頻率及規(guī)模也在逐年上升，嚴(yán)重威脅著國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全。液 氯作為化工生產(chǎn)的重要屮間產(chǎn)晶，被廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、醫(yī)藥、農(nóng)藥、冶金、自 來(lái)水殺菌劑、漂白粉和氯化物制造等行業(yè)，近年來(lái)其運(yùn)輸量在不斷攀升，導(dǎo)致液氯槽 車泄漏事故頻發(fā)。液氯具有毒害性、腐蝕性等危險(xiǎn)特性，一旦發(fā)生泄漏，其有毒蒸氣 云會(huì)沿地面迅速擴(kuò)散，極易造成人員群體屮毒甚至死亡，還會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成不同程 度的污染。例如，2005年3月29日京滬高速公路江蘇淮安段發(fā)生液氯槽車泄漏事故, 共造成28人

9、中毒死亡，350多人住院治療，10000余名村民被疏散，并造成京滬高速 公路宿遷至宋應(yīng)段（約110km）被迫關(guān)閉20小吋，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到2901萬(wàn)元人民 幣。消防部隊(duì)作為化學(xué)事故應(yīng)急救援的主體力量，在氯氣泄漏事故處置過(guò)程中，面臨 的搶險(xiǎn)救援任務(wù)復(fù)雜而艱巨，除針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)泄漏源及泄漏物采取科學(xué)、合理的處 置措施外，最重要的是要及吋、準(zhǔn)確地確定氯氣泄漏擴(kuò)散的危害范圍，以便及吋、快 速地對(duì)救援力量進(jìn)行科學(xué)部署，合理確定需疏散的人群范圍，從而最人限度地減少人 員傷亡，減輕事故損失。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)晶泄漏事故的研究較早，上個(gè)世紀(jì)八i年代初完成了以burro> coyote11

10、和thomey island等有代表性的-系列大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，并提出了大量的泄 漏、擴(kuò)散數(shù)值計(jì)算模型。其中，非重氣模型主耍是高斯煙羽模型和高斯煙i才i模型，并 且由于該模型系列簡(jiǎn)單，易于理解，運(yùn)算量小，且提出時(shí)間較早，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多，因而 較為成熟，應(yīng)用也最為廣泛。對(duì)于重氣云模型，口前已有約200個(gè)。依據(jù)建模假設(shè)、 原理和復(fù)朵程度的不同，以及模型的發(fā)展歷程及模型間的相互關(guān)系，重氣云模型分為 唯象模型（以b&m模型為典型代表）、箱模型（包括gastar模型、hegabox 模型、dezedf模型等）、計(jì)算流體力學(xué)（cfd）模型、淺層模型（以slab模型為4】 典型代表）等。基丁泄漏擴(kuò)散模型的

11、計(jì)算較為復(fù)雜，尤其是描述復(fù)朵擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué) 模型，因而為快速、準(zhǔn)確地計(jì)算模擬結(jié)果，基于相應(yīng)模型進(jìn)行相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā), 采用計(jì)算機(jī)對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行模擬逐漸成為主流。口前，常見(jiàn)的模擬軟 件有美國(guó)海岸警備隊(duì)和氣體研究所開(kāi)發(fā)的degadis、美國(guó)殼牌公司在20家化工和 石油化工公司的支持下開(kāi)發(fā)的hgsystem以及美國(guó)國(guó)家海洋和大氣局開(kāi)發(fā)的 aloha軟件以及archie> derma等擴(kuò)散模式模擬軟件以及cfd軟件（包扌舌 fluent、cfx 和 phoniecs 等）、fem3、fem3a、fem3c 系列模型以及 disco 模型等數(shù)值計(jì)算模擬軟件。我國(guó)在此方面的研究起步

12、較晚，始于上枇紀(jì)九十年代，且未開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，僅有 小規(guī)模的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。原化工部勞動(dòng)保護(hù)研究所在“八五”期間對(duì)有毒物質(zhì)的泄漏擴(kuò) 散進(jìn)行了研究，在總結(jié)和建立事故性泄漏模式及泄漏源模型的基礎(chǔ)上提出了事故性泄 漏擴(kuò)散的hly模型，該模型與國(guó)外一些著名的泄漏擴(kuò)散模型和比與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的吻合程 度更好9，但因單體模型的特性參數(shù)、過(guò)程控制因子的時(shí)效性欠佳，因而影響了實(shí)用 性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分高校和科研單位在吸收國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)值模型進(jìn) 行了改良與修止，以使模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果更好地吻合。在軟件模擬方面，北京城市 危險(xiǎn)源控制技術(shù)研究中心自1997年成立以來(lái)，一直將泄漏計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究作為其 主攻方向之一，

13、通過(guò)不斷進(jìn)行泄漏擴(kuò)散模型和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究，先后完成了 “重要有毒 物質(zhì)泄漏擴(kuò)散模型及監(jiān)控技術(shù)研究”、“有毒氣體泄漏風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)與擴(kuò)散模型研究”、 “毒物泄漏擴(kuò)散模型研究”等科研課題，并將一些研究成果應(yīng)用于危險(xiǎn)源監(jiān)控預(yù)警示 范工程及許多勞動(dòng)衛(wèi)生預(yù)評(píng)價(jià)項(xiàng)目中。南京工業(yè)大學(xué)主要研究氣體擴(kuò)散的模擬與仿真 技術(shù)，推出了一系列較為成熟的軟件。此外，公安部消防局組織研發(fā)了化學(xué)災(zāi)害事故 處置輔助決策系統(tǒng)軟件。1.3研究的主要內(nèi)容及意義本文從消防部隊(duì)的實(shí)戰(zhàn)需求出發(fā)，在研究氯氣的理化性質(zhì)及危害的基礎(chǔ)上，選擇 目前事故頻率高、危害性大的液氯椚車泄漏事故作為研究對(duì)彖，對(duì)其泄漏擴(kuò)散模型及 傷害準(zhǔn)則進(jìn)行研究，并合理選擇毒性

14、判定濃度標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的毒性關(guān)注濃度值，采用 aloha軟件及時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)一起液氯椚車泄漏事故的危害區(qū)域。同時(shí)，考慮到實(shí) 際救援工作中事故場(chǎng)景的復(fù)雜性和多變性，本文利用aloha軟件還對(duì)氣彖條件（如 風(fēng)速、溫度、濕度等）、泄漏源項(xiàng)（泄漏口大小、位置及類型）、地表狀況 等主要影響因素進(jìn)行了模擬與分析，便于消防部隊(duì)迅速、有序地展開(kāi)應(yīng)急行動(dòng)并 合理確定人群緊急疏散范圍，更為預(yù)案的編制提供有力的理論依據(jù)和技術(shù)支持。2氯氣泄漏事故概述2.1氯氣的理化性質(zhì)及危害2.1.1氯氣的理化性質(zhì)氯氣學(xué)名為氯，商品名為液氯，分了式：cl2,分了量:70.91,室溫下為黃綠色、 有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，加壓液化或冷凍液化

15、后為黃綠色油狀液體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下, 氯氣的密度為3.214kg/n?,比空氣重約2. 5倍，因此氯氣在空氣中不易擴(kuò)散氯氣能溶于水，但溶解度不大，且隨環(huán)境溫度的升高而減少，易溶于堿溶液、cs2 和ccb等有機(jī)溶劑。氯氣是強(qiáng)氧化劑，本身不燃，但能助燃，與絕大多數(shù)有機(jī)物均能 發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至發(fā)生爆炸。氯氣的主要物理參數(shù)見(jiàn)表2.1。表2.1氯氣的主要物理參數(shù)物質(zhì)名稱相對(duì)分子質(zhì)量沸點(diǎn)液體平均比熱汽化熱(j)氯71-340.962.89x1022.1.2氯氣的危害2.1.2.1毒害性根據(jù)gb13690-92常用危險(xiǎn)化學(xué)品的分類及標(biāo)志可知，氯氣屬于2.3類有毒氣 體。氯氣是一種具有強(qiáng)烈刺激性氣味的高毒氣體

16、，主要經(jīng)呼吸道侵入人體，損壞上呼 吸道及支氣管粘膜。低濃度時(shí)，只刺激眼和上呼吸道；高濃度時(shí)，傷害全呼吸道，可 引起肺水腫。除局部刺激外，氯氣對(duì)全身也有影響，可損害屮樞神經(jīng)系統(tǒng)，引起植物 神經(jīng)紊亂，主要是副交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)，出現(xiàn)血壓偏低、竇性心動(dòng)過(guò)緩和心率不齊 等。吸入高濃度氯氣后，引起迷走神經(jīng)反射性心跳驟停，發(fā)生“電擊樣”死亡。2.1.2.2腐蝕性氯氣有腐蝕作用，可以腐蝕皮膚、衣服等，如液氯接觸皮膚，會(huì)使皮膚發(fā)生灼傷, 導(dǎo)致急性皮炎。在處置過(guò)程中釆取一些防腐措施，穿防化服作業(yè)等。223燃爆性氯氣在空氣屮不燃燒，但能助燃，一般可燃物大都能在氯氣屮燃燒，一般易燃?xì)?體或蒸汽也都能與氯氣形成爆炸性

17、混合物，液氯能與氫氣、醇、瞇等發(fā)生爆炸性反應(yīng)。 在這種環(huán)境下作業(yè)時(shí)，要采取必要的防爆措施，如使用防爆的堵漏工具和通訊工具等。2.2氯氣泄漏事故統(tǒng)計(jì)及分析在崔輝的博士論文中，統(tǒng)計(jì)了 2000年7月到2003年6月三年中發(fā)生的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故,如表2.2所示。表2.2近年來(lái)泄漏事故統(tǒng)計(jì)表泄漏事故頻度泄漏事故死、傷人數(shù)序號(hào)泄漏物質(zhì)次數(shù)序號(hào)物質(zhì)受傷人數(shù)死亡人數(shù)1煤氣天然氣391氯氣171212氯氣322笨72893氨氣173煤氣、天然氣379514硫化氫134氨氣228265一氧化碳85硫化氫76386笨56一氧化碳21217其他327其他42960合計(jì)146合計(jì)3573206由表2.2可知，氯氣是

18、在我國(guó)生產(chǎn)和生活中泄漏事故發(fā)生頻率較高，是對(duì)人類健 康影響危害最大的危險(xiǎn)化學(xué)品之一。i大i此，研究氯氣泄漏事故的危害后果對(duì)于減輕有 毒物質(zhì)泄漏造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失最具代表性。此外，筆者還統(tǒng)計(jì)了我國(guó)近5年 來(lái)發(fā)生的氯氣泄漏事故，如表2. 3所示。表2.3 20062010年全國(guó)氯氣泄漏事故統(tǒng)計(jì)型年份運(yùn)輸儲(chǔ)存生產(chǎn)使用廢棄2006314020074231200852222009422120104131合計(jì)208145百分比42.6%17%29.8%10.6%由表2.3可以看出，近5年來(lái)在運(yùn)輸環(huán)節(jié)發(fā)生的氯氣泄漏事故為20起，占事故總 數(shù)的42.6%，其發(fā)生率遠(yuǎn)高于在生產(chǎn)、儲(chǔ)存與使用環(huán)節(jié)發(fā)生的事故率

19、。究其原因，主 要是由于在運(yùn)輸過(guò)程中，沒(méi)有固定的使用地點(diǎn)，一般也沒(méi)有專職的使用操作人員，使 用環(huán)境經(jīng)常變換，導(dǎo)致事故發(fā)生的影響因素較多，管理復(fù)雜，因此容易發(fā)生事故。此 外，此類事故與生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用等固定裝置發(fā)生的事故相比，現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜多變， 不確定性因素較多，從而導(dǎo)致事故現(xiàn)場(chǎng)危害區(qū)域的確定較為困難?？紤]到上述原因， 本文將選擇液氯榊車為例，深入研究液氯椚車泄漏事故的危害范圍，并對(duì)其影響因素 進(jìn)行分析。3液氯泄漏事故理論模型及傷害準(zhǔn)則3.1理論模型3.1.1泄漏模型危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏速度、泄漏時(shí)間和泄漏量是影響事故后果的重要參數(shù)，因而計(jì) 算危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏速率和泄漏量，是計(jì)算事故后果的必要前提，

20、是泄漏分析的主要 內(nèi)容，泄漏模型主要是用于計(jì)算危險(xiǎn)化學(xué)品在不同泄漏模式下的泄漏速率和泄漏量。 泄漏模型包拈瞬時(shí)泄漏、連續(xù)性液體泄漏、連續(xù)性氣體泄漏和兩相流泄漏。本文中液 氯泄漏為連續(xù)液體泄漏。當(dāng)發(fā)生泄漏的設(shè)施的裂口規(guī)則的，并且裂口尺寸、泄漏的危險(xiǎn)化學(xué)品的熱力學(xué)， 物理化學(xué)性質(zhì)及參數(shù)已知時(shí)，可以根據(jù)流體力學(xué)的有關(guān)方程計(jì)算泄漏量。當(dāng)裂口不規(guī) 則時(shí)，往往采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。液體泄漏可以用流體力學(xué)的伯努利方程計(jì)算，其泄漏速率為：q°=qapp；p" + 2g/t（3.1）式中，為液體泄漏流量，kg/s； 典型取值為0.8 ； a為泄漏口面積，m2； p 為泄漏液體密度，kg/m3；

21、p為容器內(nèi)介質(zhì)壓力，pa； £為環(huán)境壓力，pa； g為重力加 速度，9.8m/s2； h為泄漏口上液位高度，m。表31液體泄漏系數(shù)雷諾數(shù)re裂口形狀圓形（多變性）三角形長(zhǎng)方形>1000.650.600.55<1000.500.450.403.1.2擴(kuò)散模型由于液氯是一種過(guò)熱液體，因此泄漏后液氯會(huì)發(fā)生閃蒸，閃蒸后形成的蒸氣將在 大氣中擴(kuò)散，形成蒸氣云。3.1.2.1液體的擴(kuò)散泄漏時(shí)直接蒸發(fā)的液體所占百分比代可按卜式計(jì)算：(3.2)式中，cp為液體的定壓比熱，j/(kgk)； t為泄漏前液體的溫度，k； to為液體在 常壓下的沸點(diǎn)，k; h為液體的氣化熱，j/kg。發(fā)生閃蒸時(shí)

22、的液體蒸發(fā)速率q可由下式計(jì)算：q = fvm/t(3.3)式中，f為直接蒸發(fā)的液體與液體總量的比例；m為泄漏的液體總量，kg； t為 閃蒸時(shí)間，so3.1.2.2氣體的擴(kuò)散氣體的擴(kuò)散情況與氣體的性質(zhì)有關(guān)。根據(jù)氣體密度和空氣密度z間的關(guān)系，氣體 可分為重氣、中性氣體和輕氣。如杲氣云密度顯著大于空氣密度，氣云將受到方向向 下的負(fù)浮力(即重力)作用，這樣的氣云稱為重氣云。如果氣云密度顯著小于空氣密 度，氣云將受到方向向上的正浮力作用，這樣的氣云稱為輕氣云。如果氣云密度與空 氣密度相當(dāng)，氣云將不受明顯的浮力作用，這樣的氣云稱為中性氣云。輕氣云和中性 氣云統(tǒng)稱為非重氣云。重氣云團(tuán)的擴(kuò)散行為不同于非重氣云

23、團(tuán)的擴(kuò)散,通?？煞譃樗膫€(gè)階段：重力沉降、 空氣卷吸、云團(tuán)加熱和重氣擴(kuò)散向非重氣擴(kuò)散的轉(zhuǎn)變。重氣沉降：由于云團(tuán)與周圍空 氣間的密度差，導(dǎo)致重氣塌陷，引起云團(tuán)厚度的降低和徑向尺寸的增大。此階段對(duì)云 團(tuán)的外形尺寸、空氣卷吸及濃度分布起支配作用的是重力塌陷引起的湍流，大氣湍流 起輔助作用?？諝饩砦悍譃轫敳靠諝饩砦蛡?cè)面空氣卷吸?？諝饩砦倪^(guò)程也就是 云團(tuán)稀釋沖淡的過(guò)程。云團(tuán)加熱：由于初始泄漏云團(tuán)與周圍環(huán)境間的溫度差異，必須 考慮云團(tuán)所吸收的熱量。向非重氣擴(kuò)散轉(zhuǎn)變：隨著云團(tuán)的稀釋，richardson數(shù)會(huì)逐漸 減小，當(dāng)小于臨界richardson數(shù)時(shí)，可認(rèn)為重氣效應(yīng)完全消失，重氣擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵?氣擴(kuò)散

24、。在實(shí)際事故中，重氣泄漏要比中性浮力氣體造成的事故影響大得多。aloha軟件屮包括適用于中性浮力氣體的高斯模型和適用于重氣的模型。由于氯 氣的密度比空氣大，因此一般情況卜氯氣泄漏事故通常采用重氣模型。aloha中的重 氣模型以degadis (重氣體擴(kuò)散模型，dense gas dispersion model)模型為基礎(chǔ)，但 有所修改。aloha選擇這個(gè)模型是因?yàn)樗钠毡榻邮苄院推渌髡哌M(jìn)行了大量的檢 驗(yàn)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為i心 y,z) =cc (x) exp 一cc (x) exp 一r-兀叫2l s()丿( 、1+八 z云丿.、l+h|y| > b(x)y > b(x)(3.4

25、)每個(gè)下風(fēng)方向有四個(gè)必須計(jì)算的函數(shù)變量，口(兀)為中心線的濃度分布；s3為 水平濃度比例系數(shù)；b為水平均勻截面的一半，結(jié)論必須遵循一個(gè)耦合的經(jīng)驗(yàn)公式， 這個(gè)線性方程必須解決每一個(gè)階段的發(fā)展發(fā)向。與計(jì)算中性浮力氣體的高斯模型所不同的是，aloha用于計(jì)算重氣的方程比較 復(fù)雜，需要對(duì)14個(gè)方程同時(shí)進(jìn)行計(jì)算以得到結(jié)果。3.2毒性傷害準(zhǔn)則及標(biāo)準(zhǔn)3.2.1毒性傷害準(zhǔn)則有毒化學(xué)品對(duì)人體的傷害程度主要考慮毒物濃度和作用時(shí)間。當(dāng)毒物濃度高于某 一臨界數(shù)值時(shí)，才會(huì)對(duì)人員造成傷害，并且毒物濃度越高，對(duì)人身體的傷害越犬；作 用時(shí)間越氏，對(duì)人體的傷害也越大。因此，有毒化學(xué)品的傷害準(zhǔn)則目前主要有兩種， 即毒物濃度傷害準(zhǔn)

26、則和毒物劑量傷害準(zhǔn)則。毒物濃度傷害準(zhǔn)則認(rèn)為只有毒化學(xué)品濃度高于某一臨界濃度值時(shí)，才會(huì)造成人員 傷害，否則，即使氏期接觸也不會(huì)對(duì)人員造成傷害。毒物劑量傷害準(zhǔn)則認(rèn)為人員是否 受到傷害及受到傷害的程度取決于毒物濃度與接觸時(shí)間兩個(gè)參數(shù)。當(dāng)有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散后對(duì)泄漏點(diǎn)及鄰近地區(qū)的人員造成毒性暴露傷害時(shí)，具有突 發(fā)應(yīng)急情況下較短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)的較高濃度暴露水平的特點(diǎn)，因此影響人員是否受到 傷害及受到傷害的程度主要取決于毒物的濃度，因此木文選擇毒物濃度傷害準(zhǔn)則。322毒性判定濃度標(biāo)準(zhǔn)在毒性判定濃度標(biāo)準(zhǔn)方面，目前一般采用美國(guó)和歐盟的標(biāo)準(zhǔn)，主要包扌舌急性暴露 指引水平(acute exposure guidelin

27、e levels, aegl) “ 八、應(yīng)急反應(yīng)規(guī)劃指南(emergency response planning guideline, erpg) > 臨時(shí)應(yīng)急暴露限值(temporary emergency exposure limit, teel)> 應(yīng)急暴露指引水平(emergency exposure guideline levels, eegls)> 短時(shí)公眾應(yīng)急指引水平(short-term public emergency guideline levels, spegls)、即危害牛命和健康值(immediately dangerous to life or h

28、ealth, idlh)等。在aloha軟件中，其默認(rèn)的毒性判定濃度標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)先級(jí)依次為aegl、erpg、 teel、idhl。但實(shí)際上不同污染物的優(yōu)先順序有可能存在不同，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)目 標(biāo)污染物的具體情況而定，建議選取同級(jí)別偏嚴(yán)格的值。氯氣的aegl、erpg、teel 和idhl值如表3.1所示。表31常見(jiàn)化學(xué)品的aegl、erpg、teel和idlh (ppm)化學(xué)品 名稱aeglerpgteelidlh氯氣-123-12301230.522013200.50.522010基于上述原則，本文選用aegl作為預(yù)測(cè)氯氣泄漏擴(kuò)散危害范圍的毒性判定濃度 標(biāo)準(zhǔn)。aegl在aloha中可以將其作為

29、關(guān)心的毒性水平對(duì)可能危害人體的毒氣高濃度 區(qū)域進(jìn)行預(yù)側(cè)。aegl考慮到了敏感個(gè)體，旨在保護(hù)幾乎所有人群。每個(gè)aegl- aegl-1, aegl-2, aegl-3是為五個(gè)暴露周期建立的：10分鐘，30分鐘，60分 鐘，4小時(shí)和8小時(shí)。在aloha中，60minute aegl暴露界限是默認(rèn)的毒性水平。aegl-1：當(dāng)物質(zhì)的空氣濃度高于這個(gè)水平吋，包括易感個(gè)體在內(nèi)的普通人員會(huì)產(chǎn) 生明顯的不適、刺激或無(wú)癥狀的非感覺(jué)影響。然而，這些影響并不會(huì)使人喪火能力且 是短暫的，在暴露停止時(shí)是可逆的。aegl-2：物質(zhì)的空氣濃度高于這個(gè)水平時(shí)，包括易感個(gè)體在內(nèi)的普通人員會(huì)出現(xiàn) 不可逆的或其它嚴(yán)重的、長(zhǎng)時(shí)間的不

30、良健康效應(yīng)，或削弱其逃生能力。aegl-3：物質(zhì)的空氣濃度高于這個(gè)水平時(shí)，包括易感個(gè)體在內(nèi)的普通人員會(huì)岀現(xiàn) 威脅生命的健康影響或死亡。33危害區(qū)域的劃分有毒物質(zhì)彌散在大氣中，會(huì)使接觸的人群產(chǎn)生不同程度中毒癥狀，影響人們的身 體健康，嚴(yán)重者甚至造成死亡。本文根據(jù)aegl提供的三級(jí)數(shù)據(jù)，將毒物對(duì)人員的危 害區(qū)域劃分為致死區(qū)、重傷區(qū)和輕傷區(qū)。致死區(qū)一該區(qū)內(nèi)人員若無(wú)任何防護(hù)乂未及時(shí)逃離，則其中半數(shù)左右的人員將中毒 死亡，其毒性關(guān)注濃度值為aegl-3,即20ppmo重傷區(qū)一該區(qū)內(nèi)人員將重度或中度中毒，需住院治療，個(gè)別會(huì)中毒死亡，其毒性 關(guān)注濃度值為aegl-2,即2ppmo輕傷區(qū)一該區(qū)內(nèi)人員半數(shù)左右將

31、有中度、輕度中毒或吸入反應(yīng)癥狀，但一般經(jīng)門 診治療即可康復(fù),aegl-1,即0.5ppm。4液氯槽車泄漏事故后果模擬與影響因素分析4.1 aloha軟件簡(jiǎn)介aloha (areal locations of hazardous atmospheres)是由美國(guó)環(huán)保署(epa)化 學(xué)制品突發(fā)事件和預(yù)備辦公室(ceppo)、美國(guó)海洋和大氣管理(noaa)響應(yīng)和恢 復(fù)辦公室共同開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，是計(jì)算機(jī)輔助突發(fā)事件操作管理cameo套裝中的一 部分。該系列軟件還包押cameo和marplot軟件，cameo是?；窋?shù)據(jù)庫(kù)管 理軟件，marplot是地圖繪制軟件。這三個(gè)軟件可以共享信息，互相調(diào)用。alo

32、ha內(nèi)置的危險(xiǎn)化學(xué)品數(shù)據(jù)庫(kù)中含有近1000種常見(jiàn)危險(xiǎn)化學(xué)品的物理性質(zhì)、化 學(xué)性質(zhì)和毒性數(shù)據(jù)。該軟件中采用的數(shù)學(xué)模型有切高斯模型、degadis重氣擴(kuò)散模 型、蒸汽云爆炸、bleve火球、閃火等成熟的計(jì)算模型。利用aloha能夠模擬毒性、 可燃性、熱輻射和超壓等與化學(xué)品泄漏而導(dǎo)致毒性氣體擴(kuò)散、火災(zāi)或爆炸相關(guān)的主要 危害，可以快速預(yù)測(cè)出對(duì)人體產(chǎn)牛立即健廉影響的毒氣濃度范圍以及可燃性氣體爆炸 所能涉及的范圍。目前，aloha已廣泛應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和應(yīng)急輔助決策等領(lǐng)域。4.2事故場(chǎng)景假設(shè)2007年5月6日16時(shí)，在經(jīng)緯度為已117。15 40 '、”39。10 15 ",海拔 高度為5

33、m的京津高速公路天津路段因交通事故導(dǎo)致一輛液氯槽車發(fā)生泄漏。該槽車 榊罐ii5m,罐體直徑1.8m,實(shí)際載有3t液氯。事故發(fā)生時(shí)，環(huán)境溫度為20°c,風(fēng)速 為5m/s,風(fēng)向?yàn)闁|南，濕度為50%,云層覆蓋率為5。泄漏口為1個(gè)比較規(guī)則的圓形 孔洞，直徑為3cm,泄漏口離罐體底部30cmo距事故現(xiàn)場(chǎng)下風(fēng)向2.5km,側(cè)風(fēng)向100m 處有一個(gè)村莊，村莊房屋類型多為雙層建筑物。4.3模擬結(jié)果及討論根據(jù)上述事故場(chǎng)景，需輸入aloha軟件中的主要參數(shù)如表4所示。表41主要參數(shù)槽罐尺寸(m)風(fēng)速環(huán)境溫度(°c)風(fēng)向相對(duì)濕度云層覆蓋率地表狀況房岸類型1.8x55m/s20se50%5開(kāi)闊平原

34、雙層無(wú)遮蓋將各項(xiàng)參數(shù)輸入到aloha中，根據(jù)所設(shè)定的毒性評(píng)價(jià)指標(biāo)aegl模擬計(jì)算出氯 氣的毒害區(qū)域如圖4.1所示。>=20 ppm = aegl-3(60 min)>=2 ppm = aegl-2(60 min)>=0.5 ppm = aegl-1(60 min)confidence lin已s圖4.1 aloha軟件危害區(qū)域模擬圖從圖4可知，沿中心軸線的下風(fēng)最遠(yuǎn)距離2200m,側(cè)風(fēng)向最遠(yuǎn)距離140m以內(nèi)的 一個(gè)橢圓區(qū)域內(nèi)為死亡區(qū)域，此時(shí)的氯氣的濃度為20ppmo沿中心軸線的下風(fēng)最遠(yuǎn)距 離5200m,側(cè)風(fēng)方向最遠(yuǎn)距離270m以內(nèi)的一個(gè)橢圓區(qū)域內(nèi)為重傷區(qū)域，此時(shí)的氯氣 的質(zhì)量濃

35、度為2ppmo沿中心軸線的下風(fēng)最遠(yuǎn)距離8700m，側(cè)風(fēng)方向最遠(yuǎn)距離410m以 內(nèi)的一個(gè)橢圓區(qū)域內(nèi)為輕傷區(qū)域，此時(shí)的氯氣的濃度為0.5ppmominutesoutdoor concentration indoor concentrationat point:dovnvind: 2500 yards off centerline: 100 yards圖4.2敏感點(diǎn)氯氣濃度變化曲線另外，aloha能夠給出影響區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)60min內(nèi)的質(zhì)量濃度變化曲線，該功 能可以為敏感點(diǎn)或重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的應(yīng)急決策做出更加仔細(xì)的指導(dǎo)。圖4.2表示的是距 離泄漏源下風(fēng)方向2.5km,側(cè)風(fēng)方向100m處作為敏感點(diǎn)的村莊60

36、min內(nèi)氯氣的質(zhì)量 濃度變化曲線。由圖4.2可知，在該敏感點(diǎn)處戶內(nèi)、戶外的濃度均低于致死濃度，口 戶外濃度遠(yuǎn)高于戶內(nèi)濃度。此外，戶外濃度隨著泄漏事故的發(fā)生短時(shí)間內(nèi)急劇上升， 在泄漏后約67min時(shí)達(dá)到了最大值，大約為14ppm左右。之后急劇下降，15min后 戶外濃度趨于0o而在此過(guò)程中，戶內(nèi)濃度變化不大。同時(shí)，由于戶外氣體擴(kuò)散至戶 內(nèi)需要一定的時(shí)間，因此戶內(nèi)氣體濃度的峰值出現(xiàn)有時(shí)間上的延遲。對(duì)于處于該村莊 的人員來(lái)說(shuō)，戶內(nèi)和戶外人員所采取疏散的策略是不同的。在泄漏后約67min時(shí)， 戶外濃度將急劇上升，超過(guò)了重傷區(qū)邊界濃度，此時(shí)戶外人員或向外部逃避人員將會(huì) 受到嚴(yán)重傷害，而此時(shí)戶內(nèi)濃度較低。

37、因此，在事故發(fā)生后，對(duì)于該村莊戶外的人員 應(yīng)立即轉(zhuǎn)移至戶內(nèi)，關(guān)閉門窗，積極等待救援或者先利用濕毛山等物體捂住口鼻做好 簡(jiǎn)易防護(hù)，再迅速?gòu)膫?cè)風(fēng)方向撤離。4.4影響因素模擬與討論本文考慮到事故現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性與多變性，在原設(shè)定事故場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，對(duì)氣彖條 件、地表狀況、泄漏源項(xiàng)中的某些參數(shù)進(jìn)行了替代，利用aloha軟件分別進(jìn)行了模 擬，其結(jié)果如下。4.4.1氣象條件本文對(duì)氣象條件中的風(fēng)速、溫度、濕度、云層覆蓋率分別進(jìn)行替代，其模擬結(jié)果 如表4.2所示。表4.2氣象條件替代情形下危害區(qū)域的擴(kuò)散距離（m）影響因素致死區(qū)重傷區(qū)輕傷區(qū)3200045007400氣風(fēng)速（m/s）721005200870091900

38、49008200象溫度（°c）1021005100860030240058009600條濕度25%22005200870075%220052008700件云層3220052008700覆蓋率7220052008700（1）風(fēng)速。風(fēng)速影響毒氣云團(tuán)的擴(kuò)散速度和被空氣稀釋的速度，對(duì)氯氣擴(kuò)散危害 區(qū)域的影響較大。由表4.2可知，風(fēng)速在15m/s時(shí)，易使毒氣云團(tuán)擴(kuò)散，ii隨著風(fēng) 速的增加，其危害區(qū)域在顯著增大。這是因?yàn)殡S著的風(fēng)速增加，氯氣的擴(kuò)散速度增大, 從而使其危害區(qū)域擴(kuò)大。當(dāng)風(fēng)速大于5m/s時(shí)，隨著風(fēng)速的增加，氯氣的危害區(qū)域稍有 減小，但變化不顯著。這是因?yàn)?，一方面隨著風(fēng)速的增加，氯氣的擴(kuò)

39、散速度增大，危 害區(qū)域有擴(kuò)大的趨勢(shì)；而另一方面，風(fēng)速過(guò)大，大氣的湍流越強(qiáng)，空氣的稀釋作用也 越強(qiáng)，氯氣易消散，乂使危害區(qū)域有縮小的趨勢(shì)。而此時(shí)后者將逐漸起主導(dǎo)作用，反 而導(dǎo)致危害區(qū)域縮小。(2) 溫度。由表4.2可知，隨著環(huán)境溫度的升高，液氯的蒸發(fā)速度增加，口其擴(kuò) 散速度也隨z增大，致使氯氣擴(kuò)散危害區(qū)域增加。(3) 濕度、云層覆蓋率。由表4.2可知，濕度與云層覆蓋率對(duì)氯氣泄漏危害區(qū)域 的影響較小。4.4.2地表狀況地表狀況不同時(shí)，其模擬結(jié)果如表4.3所示。表43地表狀況替代情形下危害區(qū)域的擴(kuò)散距離(m)影響因素致死區(qū)重傷區(qū)輕傷區(qū)森林190049008300地農(nóng)狀況露天水源30006600980

40、0由表4.3可知，地農(nóng)狀態(tài)對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散危害區(qū)域的影響較人。隨著地面粗糙度 的壇加，樹(shù)木或地面建筑物會(huì)加大地表大氣的湍流程度，從而壇強(qiáng)空氣的稀釋作用， 阻礙氯氣向下風(fēng)方向的擴(kuò)散，導(dǎo)致其危害區(qū)域縮小。4.4.3泄漏源項(xiàng)對(duì)泄漏源項(xiàng)中的泄漏孔徑、泄漏口高度、泄漏口類型分別進(jìn)行替代，其模擬結(jié)果 如表4.4所示。表44泄漏源項(xiàng)替代情形下危害區(qū)域的擴(kuò)散距離(m)影響因素致死區(qū)重傷區(qū)輕傷區(qū)泄泄漏孔徑5240059009800(cm)10260060009900漏泄漏口高度25250062009900源(cm)4052517003300項(xiàng)泄漏口類型孔洞220052008700閥門150048008500(1)

41、 泄漏孔徑。隨著泄漏孔徑的增大，單位時(shí)間內(nèi)的泄漏量增加，因而其危害區(qū) 域擴(kuò)大。(2) 泄漏口高度，即考慮泄漏口處于液相空間和氣相空間兩種情況。當(dāng)泄漏口處 于液相空間時(shí)，其泄漏氣化量大于相同孔徑條件下泄漏口處于氣相空間時(shí)的氣體泄漏 量，因此前者的危害區(qū)域遠(yuǎn)大于后者。(3) 泄漏口類型。由表4.4可知，在其他條件一定時(shí)，泄漏口為孔洞時(shí)的危害區(qū) 域明顯大于泄漏口為閥門時(shí)的危害區(qū)域。5結(jié)論與展望本文在研究氯氣的理化性質(zhì)及危害的基礎(chǔ)上，深入研究液氯泄漏擴(kuò)散模型及傷 害準(zhǔn)則，科學(xué)合理地選擇了毒性濃度判定標(biāo)準(zhǔn)(aegl)作為各危害區(qū)域劃定的依據(jù), 利用aloha軟件對(duì)一起液氯槽車泄漏事故進(jìn)行了模擬與分析。同

42、時(shí)，考慮到事故現(xiàn)場(chǎng) 的復(fù)雜性與多變性，本文還針對(duì)氣象條件、地表狀態(tài)及泄漏源項(xiàng)中的一些參數(shù)進(jìn)行了 模擬與分析，其結(jié)論如下：(1) 在液氯泄漏擴(kuò)散的危害區(qū)域內(nèi)，戶外濃度要遠(yuǎn)高于戶內(nèi)濃度，并且由于戶外 氣體擴(kuò)散至戶內(nèi)需要一定的時(shí)間，因此戶內(nèi)氣體濃度的峰值出現(xiàn)有時(shí)間上的延遲。(2) 氣象條件的改變，對(duì)液氯泄漏擴(kuò)散的危害區(qū)域有不同程度的影響。風(fēng)速和溫 度對(duì)危害區(qū)域的影響較大，在風(fēng)速為15m/s時(shí)，隨著風(fēng)速的增加，危害區(qū)域增大， 當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增加時(shí)，危害區(qū)域則稍有減小。隨著溫度的升高，危害區(qū)域增大。而云層 覆蓋率和濕度對(duì)危害區(qū)域基本無(wú)影響。(3) 地表狀況對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散危害區(qū)域的影響較大。隨著地面粗糙度的增加，危 害區(qū)域縮小。(4) 泄漏源項(xiàng)的改變，對(duì)液氯泄漏擴(kuò)散的危害區(qū)域有不同程度的影響。隨著泄漏 孔徑的增加，危害區(qū)域增大，當(dāng)泄漏口為孔洞時(shí)的危害區(qū)域明顯大于泄漏口為閥門時(shí) 的危害區(qū)域。當(dāng)泄漏口處于液相空間時(shí)的危害區(qū)域要遠(yuǎn)大于泄漏口處于氣相空間的危 害區(qū)域。由于木人的能力水平有限，模擬結(jié)果沒(méi)有以地圖的形式給出。論文的下一步的工 作將研究aloha軟件與marplot軟件結(jié)合使用，使模擬結(jié)果以地圖形式給出從而 使模擬結(jié)果更加直觀。參考文獻(xiàn)1 donald l enmak, henr