第五章：毒物泄漏及擴(kuò)散模型-第四次

1化工安全工程

Chemicalengineeringsafetyfundamentalandapplication鄒?？鼸mail:zouhk@Tel:64443134第四章泄漏源模型

一、源模型簡(jiǎn)介依據(jù)描述物質(zhì)釋放時(shí)所表現(xiàn)出的物理化學(xué)過(guò)程的理論，或傳遞過(guò)程理論及經(jīng)驗(yàn)方程而建立。作用：源模型給出了流出速率、流出總量(總時(shí)間)和流出狀態(tài)。二、釋放機(jī)理大孔和有限孔內(nèi)容回顧第四章泄漏源模型

三、7個(gè)基本模型液體經(jīng)孔洞流出液體經(jīng)貯罐上的孔洞流出液體經(jīng)管道流出蒸汽經(jīng)孔洞流出，塞壓氣體經(jīng)管道流出閃蒸液體液池蒸發(fā)或沸騰內(nèi)容回顧第五章：毒物泄漏及擴(kuò)散模型主要內(nèi)容：有毒物質(zhì)泄漏及擴(kuò)散模型的意義、步驟、作用。擴(kuò)散影響參數(shù)。中性浮力擴(kuò)散模型、14個(gè)例子；Pasquill-Gifford模型重氣擴(kuò)散毒性作用標(biāo)準(zhǔn)釋放動(dòng)量和浮力的影響釋放緩解前言1、有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散模型的意義事故期間，過(guò)程單元或設(shè)備釋放出大量有毒物質(zhì)，形成的危險(xiǎn)氣云可能傳播到整個(gè)工廠(chǎng)區(qū)域和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)。重大化學(xué)品事故（如Bhopal）的發(fā)生及后果，使人們意識(shí)到應(yīng)急計(jì)劃的重要性，將工廠(chǎng)設(shè)計(jì)成毒物釋放事故發(fā)生最少、事故后果最小化的重要性。需要毒物釋放模型，描述其遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程規(guī)律。2、作用

毒物釋放和擴(kuò)散模型是后果模擬步驟的重要部分；是應(yīng)急管理、應(yīng)急響應(yīng)、應(yīng)急決策的基礎(chǔ)。前言3、步驟確定泄漏事件、泄漏源（第4章介紹了7種泄漏源模型）建立源模型，對(duì)事故釋放、釋放速率、釋放量等進(jìn)行描述。應(yīng)用擴(kuò)散模型估算下方向有毒有害物質(zhì)的濃度，并由此根據(jù)一些準(zhǔn)則來(lái)評(píng)估釋放的后果及影響。5.1擴(kuò)散影響參數(shù)擴(kuò)散模型用于描述事故釋放后由釋放源開(kāi)始向其他地點(diǎn)及大范圍區(qū)域的大氣輸送過(guò)程。釋放發(fā)生后，大氣中的毒害物質(zhì)在風(fēng)作用下以煙羽方式（連續(xù)源，圖5-1）、或云團(tuán)方式（瞬時(shí)源，圖5-2）帶走。1.風(fēng)圖5-1物質(zhì)連續(xù)泄漏形成煙羽物質(zhì)連續(xù)泄漏形成煙羽1.風(fēng)圖5-2物質(zhì)瞬時(shí)泄漏形成煙團(tuán)物質(zhì)瞬時(shí)泄漏形成煙團(tuán)5.1擴(kuò)散影響參數(shù)多個(gè)因素影響著毒害物質(zhì)在大氣中的擴(kuò)散：風(fēng)速；大氣穩(wěn)定度；地形條件（建筑物、地面類(lèi)型、地面構(gòu)筑物）；釋放源離地面的高度；釋放的初始動(dòng)量和浮力。2.大氣穩(wěn)定度

大氣穩(wěn)定度與空氣的垂直混合有關(guān)。白天，空氣溫度隨高度增加而下降，地面處空氣受熱密度變?。ㄕ趄v），向上運(yùn)動(dòng)；夜晚，空氣溫度隨高度增加下降不多，垂直運(yùn)動(dòng)較少。此外，由于土壤、地表導(dǎo)熱系數(shù)大，夜間無(wú)太陽(yáng)輻射，地面附近空氣溫度要降低，空氣密度變大，垂直方向運(yùn)動(dòng)較小。圖5-3，晝間和夜間空氣溫度隨高度的變化，溫度梯度影響空氣的垂直運(yùn)動(dòng)夜間晝間2.大氣穩(wěn)定度穩(wěn)定度劃分：不穩(wěn)定、中性和穩(wěn)定劃分標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)地面加熱速度與地面散熱速度相對(duì)快慢1加熱速度＞地面散熱速度地面附近的空氣溫度比高處的空氣溫度高，地表附近空氣的密度小，上層空氣密度大，密度小的空氣在這種浮力作用下上升，導(dǎo)致大氣不穩(wěn)定。[晴天上午9、10點(diǎn)后，肉眼會(huì)觀(guān)測(cè)到地表升騰；春秋早晨水霧消散]。F?。綟重2加熱速度=散熱速度。熱量對(duì)大氣擾動(dòng)很小，但很難長(zhǎng)久保持。F浮=F重3加熱速度＜散熱速度。地面附近的溫度比高處空氣的溫度低，地表附近空氣密度大于高處空氣的密度。F浮＜F重。重力影響抑制了大氣機(jī)械湍流。3.地面條件地面條件通過(guò)對(duì)大氣施加曳力（摩擦力）改變風(fēng)速分布及大小。平坦的地面、水面等曳力小。高層建筑、密集建筑群等曳力、起作用的范圍均比較大。圖5-3地面情況對(duì)垂直風(fēng)速梯度的影響

地面條件：影響地表的機(jī)械混合和隨高度變化的風(fēng)速

4.釋放高度隨著泄漏高度的增加，煙羽達(dá)到地面的時(shí)間和距離均增加；此外，煙羽到達(dá)地面時(shí)的濃度也會(huì)更低，原因是煙羽被更多的稀釋。圖5-5泄漏高度增加地面濃度降低對(duì)地面濃度的影響很大，釋放高度越大，地面濃度越低。L2L1H1H2。5.釋放物質(zhì)的浮力和動(dòng)量釋放物質(zhì)的浮力和動(dòng)量改變了泄漏的有效高度；釋放物質(zhì)的物化性質(zhì)決定了擴(kuò)散影響的區(qū)域和程度。內(nèi)部浮力占支配地位轉(zhuǎn)變區(qū)周?chē)h(huán)境湍流占支配地位初始加速和稀釋風(fēng)源圖5-6泄漏物質(zhì)的初始動(dòng)量和浮力影響煙羽的特性噴射氣體動(dòng)量將氣體帶到釋放點(diǎn)上方高處，使有效釋放高度更高。氣體噴出后氣體物化性質(zhì)（ρ，μ，D

）等導(dǎo)致氣體是（上浮還是下沉）及其快慢。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間在空氣里傳播后，釋放的氣體被充分稀釋混合，與局部大氣環(huán)境物化性質(zhì)一致，變?yōu)橹行愿×怏w。5.釋放物質(zhì)的浮力和動(dòng)量釋放物質(zhì)的浮力和動(dòng)量改變了泄漏的有效高度；釋放物質(zhì)的物化性質(zhì)決定了擴(kuò)散影響的區(qū)域和程度。噴泉

5.2中性浮力擴(kuò)散模型中性浮力擴(kuò)散模型用來(lái)估算釋放后所釋放出的氣體與空氣混合，導(dǎo)致混合氣體具有中性浮力后下風(fēng)向各處的濃度；適用于低濃度氣體。經(jīng)常有兩種中性浮力蒸氣云擴(kuò)散模型：煙羽（連續(xù)源釋放）和煙團(tuán)模型（瞬時(shí)釋放）。煙團(tuán)模型可用來(lái)描述煙羽；對(duì)涉及動(dòng)態(tài)煙羽的研究（如風(fēng)向變化），須使用煙團(tuán)模型。（5-1）考慮固定質(zhì)量Qm的物質(zhì)瞬時(shí)泄漏到無(wú)限膨脹擴(kuò)張的空氣中，坐標(biāo)系固定在釋放源處。假設(shè)不發(fā)生反應(yīng)，或不存在分子擴(kuò)散，釋放所導(dǎo)致的物質(zhì)的濃度C可由式(5-1)?？紤]到湍流的影響，用平均值和隨機(jī)量來(lái)代替速度；5.2中性浮力擴(kuò)散模型5.2中性浮力擴(kuò)散模型（5-7）Kt：湍流擴(kuò)散系數(shù)，取決于大氣湍流程度、地形條件等對(duì)式（5-7），可給定適當(dāng)?shù)某跏紬l件（t=0的條件）和邊界條件，即可對(duì)各種情況進(jìn)行求解。圖5-7：風(fēng)作用下連續(xù)點(diǎn)源泄露（煙羽）

x：風(fēng)向；y：橫風(fēng)向；z：垂直風(fēng)向用于擴(kuò)散模型的坐標(biāo)系5.2中性浮力擴(kuò)散模型圖5-8風(fēng)作用下煙團(tuán)隨風(fēng)的移動(dòng)

x：風(fēng)向；y：橫風(fēng)向；z：垂直風(fēng)向5.2中性浮力擴(kuò)散模型5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理CASE-1：無(wú)風(fēng)情況下、穩(wěn)態(tài)、連續(xù)點(diǎn)源釋放湍流擴(kuò)散系數(shù)不變（所有方向上）邊界條件：質(zhì)量釋放速率不變：無(wú)風(fēng)：A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形穩(wěn)態(tài)：經(jīng)坐標(biāo)變換和積分：（5-16）CASE-2：無(wú)風(fēng)煙團(tuán)擴(kuò)散

湍流擴(kuò)散系數(shù)不變（所有方向上）邊界條件：一定量的物質(zhì)瞬間釋放無(wú)風(fēng)：A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理（5-20）CASE-3：無(wú)風(fēng)情況下的非穩(wěn)態(tài)連續(xù)點(diǎn)源釋放(從開(kāi)始釋放到達(dá)到穩(wěn)態(tài)前)

質(zhì)量釋放速率不變：湍流擴(kuò)散系數(shù)不變（所有方向上）無(wú)風(fēng)：初始條件：邊界條件：A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理（5-22）（5-7）化簡(jiǎn)為：湍流擴(kuò)散系數(shù)不變（所有方向上

）質(zhì)量釋放速率不變：CASE-4：有風(fēng)情況下的穩(wěn)態(tài)連續(xù)點(diǎn)源釋放

風(fēng)沿一個(gè)方向如x方向：邊界條件：沿?zé)熡鹬行木€(xiàn)A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理（5-27）（5-24）任意點(diǎn)處平均濃度：CASE-5：無(wú)風(fēng)時(shí)的煙團(tuán),湍流擴(kuò)散系數(shù)是各向異性煙團(tuán)釋放，湍流擴(kuò)散系數(shù)不同邊界條件：無(wú)風(fēng)：A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理（5-7）（5-29）化簡(jiǎn)為：CASE-6：有風(fēng)情況下穩(wěn)態(tài)連續(xù)點(diǎn)源釋放，湍流擴(kuò)散系數(shù)各向異性連續(xù)釋放，

風(fēng)沿一個(gè)方向如x方向：邊界條件：與CASE-4相同，差別在于擴(kuò)散系數(shù)

沿?zé)熡鹬行模?/p>

A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理（5-31）（5-32）化簡(jiǎn)為：CASE-7：有風(fēng)下的煙團(tuán)煙團(tuán)釋放，各方向湍流擴(kuò)散系數(shù)不同，風(fēng)沿x方向：邊界條件：與CASE-5相同，但有風(fēng)

A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理（5-33）通過(guò)坐標(biāo)移動(dòng)，經(jīng)處理后可以得到：CASE-8：釋放源在地面上的無(wú)風(fēng)時(shí)的煙團(tuán)與CASE-5相同，但釋放源在地面。釋放源在地面代表不能滲透的條件，因此濃度是CASE-5的兩倍

（CASE-5）A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理（5-34）（5-29）CASE-9：釋放源在地面上的穩(wěn)態(tài)煙羽

與CASE-6相同，但釋放源位于地面，如圖5-9所示。地面不能滲透。結(jié)果是濃度應(yīng)是CASE-6的濃度的2倍

（CASE-6）A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理（5-35）（5-31）CASE-10：連續(xù)的穩(wěn)態(tài)源。釋放源在地面上方

連續(xù)釋放，

風(fēng)沿一個(gè)方向x方向：邊界條件：對(duì)此種情形，地面起著距源H處的不能滲透的邊界作用

。A：采用湍流擴(kuò)散系數(shù)Kj的情形5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理若，簡(jiǎn)化為釋放源在地面上的情況（5-36）

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：簡(jiǎn)便有效的處理方法-Pasquill-Gifford模型對(duì)于上面10種情形都依賴(lài)于K。一般K隨位置、時(shí)間、風(fēng)速和天氣情況而變。湍流擴(kuò)散系數(shù)這一方法是在理論上可行，但實(shí)驗(yàn)上不方便，且不能提供有效的關(guān)系式。[問(wèn)題！]

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法解決辦法：1、Sutton提出了解決辦法，引入新的擴(kuò)散系數(shù)定義。下風(fēng)向：側(cè)風(fēng)向：垂直風(fēng)向：（5-37）分別代表下風(fēng)向、側(cè)風(fēng)向和垂直方向濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。這些值比湍流擴(kuò)散系數(shù)更易由實(shí)驗(yàn)確定。

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法2、擴(kuò)散系數(shù)是大氣情況及釋放源下風(fēng)向距離的函數(shù)：大氣情況：根據(jù)六種不同的穩(wěn)定度等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)，見(jiàn)表5-1。表5-1Pasquill-Gifford的擴(kuò)散模型的大氣穩(wěn)定度等級(jí)表面風(fēng)速（m/s）晝間日照夜間條件強(qiáng)適中弱薄云層或大于4/8低沉的云≤3/8＜22～33～44～6＞6AA～BBCCA～BBB～CC～DDBCCDDFEDDDFFEDD穩(wěn)定度等級(jí)依賴(lài)于風(fēng)速和日照程度。白天，風(fēng)速的增加導(dǎo)致較高的穩(wěn)定度；夜晚則相反。原因是從白天到夜晚，垂直方向上溫度變化引起的。對(duì)連續(xù)源的擴(kuò)散系數(shù)σy和σz

，由圖5-10，5-11給出。表5-2為相應(yīng)關(guān)系式。為給出σx

的值，假設(shè)：

σx=σy

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法圖5-10泄漏位于農(nóng)村時(shí)P-G煙羽模型的擴(kuò)散系數(shù)

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法圖5-11泄漏位于城市時(shí)P-G煙羽模型的擴(kuò)散系數(shù)

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法表5-2煙羽擴(kuò)散的Pasquill-Gifford模型擴(kuò)散系數(shù)Pasquill-Gifford穩(wěn)定度等級(jí)/m/m農(nóng)村條件ABCDEF城市條件A～BCDE～F5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法圖5-12P-G煙團(tuán)模型的擴(kuò)散系數(shù)

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法表5-3煙團(tuán)擴(kuò)散的Pasquill-Gifford模型擴(kuò)散系數(shù)Pasquill-Gifford穩(wěn)定度等級(jí)/m或

/m/mPasquill-Gifford穩(wěn)定度等級(jí)/m或

/m/mABCDEFPasquill由式（5-37）重新得到了CASE-1～CASE-10的方程，即Pasquill-Gifford模型。煙團(tuán)的擴(kuò)散系數(shù)是基于有限數(shù)據(jù)得到的，不夠精確。

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法CASE-11：地面上瞬時(shí)點(diǎn)源的煙團(tuán)，坐標(biāo)系固定在釋放點(diǎn)，風(fēng)速恒定為u，風(fēng)向沿x軸方向(與情況7相同)（5-38）

求地面某點(diǎn)濃度時(shí)，可令z=0，求得：（5-39）

地面上沿x軸的濃度，可令y=z=0，求得：（5-40）

氣云中心坐標(biāo)的濃度：（5-41）

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法CASE-11：地面上瞬時(shí)點(diǎn)源的煙團(tuán)，坐標(biāo)系固定在釋放點(diǎn)，風(fēng)速恒定為u，風(fēng)向沿x軸方向站在固定點(diǎn)(x,y,z)處的個(gè)體，所接受的全部劑量可用濃度的時(shí)間積分：（5-42）

地面上的全部劑量，可對(duì)式（5-39）進(jìn)行積分得到：（5-43）

地面上沿x軸的全部劑量為（5-44）

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：簡(jiǎn)便有效的處理方法-Pasquill-gifford模型CASE-11：地面上瞬時(shí)點(diǎn)源的煙團(tuán)，坐標(biāo)系固定在釋放點(diǎn)，風(fēng)速恒定為u，風(fēng)向沿x軸方向用固定濃度定義氣云邊界，連接氣云周?chē)嗟葷舛鹊狞c(diǎn)的曲線(xiàn)稱(chēng)為等值線(xiàn)，對(duì)于指定濃度C*，地面上的等值線(xiàn)可按下面過(guò)程求出：指定C*、u和t；利用式(5-40)確定沿x軸的濃度C（x,0,0,t），定義沿x軸的氣云邊界；在式(5-45)中令C（x,y,0,t）=C*，確定由步驟(2)確定的每一個(gè)中心線(xiàn)的y值。

對(duì)于每一個(gè)所需的t值，可重復(fù)使用該過(guò)程。（5-45）

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法CASE-12：地面上連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽，風(fēng)向沿x軸方向，風(fēng)速恒定為u與情況9相同，其結(jié)果與式5-35的形式相近，（5-38）

地面濃度可令z=0，求得：（5-38）

下風(fēng)向，沿?zé)熡鹬行木€(xiàn)的濃度可令y=z=0，求得：（5-38）

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法CASE-13：位于地面Hr高處的連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽風(fēng)向沿x軸，風(fēng)速恒定為u（5-49）

地面濃度可令z=0，求得：地面中心線(xiàn)濃度可令y=z=0，求得：（5-50）

（5-51）

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法CASE-13：位于地面Hr高處的連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽風(fēng)向沿x軸，風(fēng)速恒定為u地面沿x軸的最大濃度：（5-52）

下風(fēng)向地面上最大濃度出現(xiàn)的位置，可由下式求得：（5-53）

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法CASE-14：位于地面Hr高處的瞬時(shí)點(diǎn)源的煙團(tuán)，坐標(biāo)系位于地面并隨煙團(tuán)移動(dòng)，風(fēng)向沿x軸，風(fēng)速恒定為u煙團(tuán)中心在x=ut處，平均濃度為：時(shí)間的相關(guān)性通過(guò)擴(kuò)散系數(shù)來(lái)完成。（5-54）

地面濃度可令z=0，求得：（5-55）

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法CASE-14：位于地面Hr高處的瞬時(shí)點(diǎn)源的煙團(tuán)，坐標(biāo)系位于地面并隨煙團(tuán)移動(dòng)，風(fēng)向沿x軸，風(fēng)速恒定為u地面中心線(xiàn)濃度可令y=z=0，求得：（5-56）

地面上的全部劑量：（5-57）

5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

B：Pasquill-Gifford模型方法（5-58）

CASE-15：位于地面Hr高處的瞬時(shí)點(diǎn)源的煙團(tuán)，坐標(biāo)系位于地面的釋放點(diǎn)處，風(fēng)向沿x軸，風(fēng)速恒定為u5.2中性浮力擴(kuò)散模型：處理

最壞事件情形對(duì)于煙羽：最大濃度通常在釋放點(diǎn)處，若在高于地平面的地方發(fā)生，那么地面上的最大濃度出現(xiàn)在釋放處的下風(fēng)向上的某一點(diǎn)。對(duì)于煙團(tuán)：最大濃度通常在煙團(tuán)的中心。若在高于地平面的地方發(fā)生，煙團(tuán)中心將平行于地面移動(dòng)，并且地面上的最大濃度出現(xiàn)直接位于煙團(tuán)中心的下方。煙團(tuán)等值線(xiàn)的直徑先增加在達(dá)到最大后逐漸減小。如果天氣條件未知或不能確定，需要按最壞情形考慮，即估算最大濃度，故選擇導(dǎo)致最小值的擴(kuò)散系數(shù)和風(fēng)速的天氣條件和風(fēng)速?？蛇x擇大氣穩(wěn)定度為F，風(fēng)速按小于1.5考慮。52僅用于氣體的中性浮力擴(kuò)散，湍流混合是擴(kuò)散的主要特征。僅對(duì)距離釋放源0.1-10km范圍內(nèi)的距離有效。Pasquill-Gifford擴(kuò)散模型的局限性例5-1解：由表5-1可知，大氣穩(wěn)定度等級(jí)為D。擴(kuò)散系數(shù)可由圖5-10或表5-2得到。代入5-1可得到：5.3重氣擴(kuò)散二、重氣云擴(kuò)散特點(diǎn)：①重氣云釋放后，可能在垂直和水平方向上形成尺寸相近的氣云（源附近）；②重氣云在重力影響下向地面沉降，高度減小，水平范圍擴(kuò)大；③在重力作用下，氣云向周?chē)諝鈹U(kuò)散而被稀釋?zhuān)虎芸諝饨?jīng)垂直方向和水平方向進(jìn)一步卷吸，氣云高度略增加；⑤充分稀釋后，大氣湍流超過(guò)重力影響而居支配地位，顯示出典型高斯擴(kuò)散特征。一、概念

氣體密度大于其擴(kuò)散所經(jīng)過(guò)的周?chē)諝饷芏鹊臍怏w稱(chēng)為重氣。影響因素：分子量和溫度。5.3重氣擴(kuò)散某城郊冶煉廠(chǎng)18根煙囪不分晝夜排放廢氣上萬(wàn)居民生活在濃煙中（2004年07月22日來(lái)源：貴州都市報(bào)）硅錳冶煉釋放的黃褐色濃煙中,含有大量粉塵,濃煙升上天空后,粉塵很快會(huì)沉到地面。5.3重氣擴(kuò)散三、重氣擴(kuò)散的Britter-Mcquaid模型1、模型建立：通過(guò)量綱分析和對(duì)現(xiàn)有重氣云的擴(kuò)散數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)后建立的。2、適用條件：對(duì)瞬時(shí)源或連續(xù)源地面重氣釋放都適用；因主要對(duì)偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村地區(qū)地形（即平坦、開(kāi)闊地形）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，故僅適用于那些類(lèi)型條件下的釋放；不能解釋如釋放高度、地面粗糙度和風(fēng)速的影響。（釋放發(fā)生在周?chē)h(huán)境溫度下）3、應(yīng)用條件：需給定初始?xì)庠企w積、初始煙羽體積流量、釋放持續(xù)時(shí)間、初始?xì)怏w密度，及10m高處的風(fēng)速、下風(fēng)向距離和周?chē)鷼怏w密度。5.3重氣擴(kuò)散4、應(yīng)用步驟

①確定重氣模型是否適用。初始?xì)庠聘×Χx為：②確定特征源尺寸：a)連續(xù)釋放的特征源尺寸（5-59）

g0：初始浮力系數(shù)；g：重力加速度；ρ0：泄露物質(zhì)的初始密度；ρa(bǔ)：周?chē)h(huán)境空氣的密度。g0>0，下沉；g0<0，上浮。[向下為正]；重氣：ρ0>ρa(bǔ)，g0>05.3重氣擴(kuò)散b)

瞬時(shí)釋放的特征源尺寸（5-60）

Di:為瞬時(shí)源的特征源尺寸[i:instantaneous],V0為泄露的重氣物質(zhì)的初始體積。Dc：特征源尺寸，q0：重氣擴(kuò)散的初始煙羽體積流量，m3/s；u：10m高處的風(fēng)速,m/s。[c:continuous]（5-61）

5.3重氣擴(kuò)散③對(duì)厚重氣云判據(jù)如下：

a：連續(xù)釋放

b:瞬時(shí)釋放（5-62）

（5-63）

若滿(mǎn)足這些準(zhǔn)則，可用圖5-13和5-14來(lái)估算下風(fēng)向的濃度。表5-4和5-5給出了圖中關(guān)系的表達(dá)式。5.3重氣擴(kuò)散（5-64）

④連續(xù)源或瞬時(shí)源的區(qū)分準(zhǔn)則

：泄露持續(xù)時(shí)間；x為下風(fēng)向的距離判為連續(xù)重氣釋放；,可采用兩種模型但取最大濃度結(jié)果，瞬時(shí)釋放；5.3重氣擴(kuò)散5.3重氣擴(kuò)散5.3重氣擴(kuò)散5.3重氣擴(kuò)散

對(duì)于

非等溫釋放：B-M模型推薦了兩種不同的計(jì)算方法處理一：對(duì)初始濃度進(jìn)行修正（見(jiàn)例5-3）處理二：不考慮傳熱的影響，釋放物質(zhì)與周?chē)h(huán)境氣體溫度相平均。如果這兩種方法計(jì)算結(jié)果相差很小，則溫度的影響可以忽略；若相差在2倍以?xún)?nèi)，則用最大濃度或最悲觀(guān)的計(jì)算結(jié)果；若相差2倍以上，則使用更加詳盡的方法。5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)

一、問(wèn)題提出：

通過(guò)擴(kuò)散計(jì)算得到濃度后，需要判斷什么樣的濃度水平具有危險(xiǎn)性？如何利用第二章的閾限值來(lái)確定不同的危險(xiǎn)性水平范圍？方法1：采用第2章的概率模型，考慮毒物濃度瞬時(shí)變化的效應(yīng)，但僅對(duì)少數(shù)化學(xué)物質(zhì)有效，且這些模型結(jié)果變化范圍較大方法2：簡(jiǎn)化方法，即指定一些毒害物濃度標(biāo)準(zhǔn)，假設(shè)個(gè)人暴露于超過(guò)該濃度標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境中就有危險(xiǎn)。5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)

二、標(biāo)準(zhǔn)和方法：1、ERPGs：由美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)AIHA(AmericanIndustrialHygieneAssociation)出版[EmergencyResponsePlanningGuidelines]污染空氣的應(yīng)急反應(yīng)計(jì)劃指南，給出了三個(gè)濃度范圍。⑴ERPG-1：空氣中最高濃度低于該值下，幾乎所有人都可暴露于其中1h，除了輕微的短暫的對(duì)身體危害或明顯氣味外，沒(méi)有其他影響。⑵ERPG-2：空氣中最高濃度，若低于該值，幾乎所有人都能在其中暴露1h，逐步顯示出不可逆或嚴(yán)重的健康危害，或削弱人員采取保護(hù)行動(dòng)的能力。⑶ERPG-3：空氣中最高濃度，幾乎所有人在其中暴露1h，會(huì)逐步顯示出危機(jī)生命健康的影響

AIHA獲得了47個(gè)ERPG；且逐步校驗(yàn)，更新和擴(kuò)充。ERPGs正逐漸成為企業(yè)/政府的標(biāo)準(zhǔn)。表5-6緊急響應(yīng)計(jì)劃指南(ERPGs)(凡無(wú)注明，單位均為ppm)5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)物質(zhì)ERPG-1ERPG-2ERPG-3化學(xué)物質(zhì)ERPG-1ERPG-2ERPG-3氨252001000甲醛11025氯氣1320乙醛102001000氯化氫320100甲醇20010005000硫化氫0.130100苯501501000氰化氫N(xiāo)A1025氯苯11025氟化氫2050苯酚1050200光氣NA0.21甲苯503001000二氧化氯0.3315甲硫醇0.00525100溴0.215乙酸乙烯575500四氯化鈦5mg/m320mg/m3100mg/m3苯乙烯5025010005.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)2、IDLH濃度標(biāo)準(zhǔn)[ImmediatelyDangeroustoLifeandHealth]

由NIOSH（國(guó)家職業(yè)安全與健康研究中心）發(fā)布了常見(jiàn)工業(yè)氣體急性毒性測(cè)量IDLH濃度。⑴IDLH定義為：“暴露于污染物，此暴露很可能引起死亡，或直接的或后續(xù)的永遠(yuǎn)不可逆的健康影響，或妨礙人員從暴露環(huán)境中逃離”。

⑵IDLH值也考慮了急性中毒反應(yīng)，如嚴(yán)重的眼部刺激、逃生障礙等。IDLH標(biāo)準(zhǔn)是某一最大濃度，超過(guò)該濃度后，所有未防護(hù)的人員必須離開(kāi)該區(qū)域；超過(guò)該濃度后，必須提供高度可靠的人員保護(hù)設(shè)備裝置。

5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)⑶IDLH值是為保護(hù)眾多人員而制定的（未考慮敏感人群），必須根據(jù)敏感人群進(jìn)行調(diào)整、例如對(duì)老人、殘障人員或病人等需要調(diào)整。⑷目前已有380種化學(xué)物質(zhì)的IDLH數(shù)據(jù)。對(duì)可燃蒸汽，IDLH濃度定義為可燃下限（LIL）濃度的10%。但I(xiàn)DLH標(biāo)準(zhǔn)尚未被公認(rèn)，且關(guān)于該值的文件資料很少。5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)3、EEGL標(biāo)準(zhǔn)[EmergencyExposureGuidelineLimits]-緊急暴露標(biāo)準(zhǔn)

由美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)的毒物學(xué)家制定，目前對(duì)44種化學(xué)物給出了EEGL值。⑴EEGL定義：在緊急情況下，人們持續(xù)暴露其中1～24h并完成指定任務(wù)所能接受的氣體、蒸汽或煙霧的濃度。⑵應(yīng)用：暴露于EEGL濃度中可能產(chǎn)生瞬間刺激，或中樞神經(jīng)系統(tǒng)受影響，但不應(yīng)該產(chǎn)生持續(xù)影響或削弱完成任務(wù)能力的影響。5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)⑶SPEGL：一般公眾可接受的暴露濃度使用SPEGL需考慮不同敏感類(lèi)型人群對(duì)暴露的反應(yīng)。⑷EEGL和SPEGL值見(jiàn)表5-7。

EEGL和SPEGL相對(duì)IDLH的優(yōu)勢(shì)在于：SPEGL考慮了對(duì)敏感人群的影響；EEGL和SPEGL是針對(duì)一些不同的持續(xù)時(shí)間而提出的。表5-7緊急暴露指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)(EEGLs)(凡無(wú)注明，單位均為ppm)5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)物質(zhì)1小時(shí)EEGL24小時(shí)EEGL來(lái)源化學(xué)物質(zhì)1小時(shí)EEGL24小時(shí)EEGL來(lái)源氨100NRCVII丙酮85001000NRCI氯氣30.5NRCII丙烯醛0.050.01NRCI氯化氫2020NRCVII甲醇20010NRCIV硫化氫10NRCIV苯502NRCVI一氧化碳40050NRCIV三氯乙烯2×10-81×10-8NRCVIII二硫化碳50NRCI甲基苯肼0.240.01NRCV光氣0.20.02NRCII甲苯200100NRCVII二氧化氮10.04NRCIV二甲苯200100NRCII氟7.51NRCI環(huán)氧乙烷201NRCVI水銀（蒸汽）0.2mg/m3NRCI乙二醇4020NRCIV5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)4、ACGIH的閾限值—美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生聯(lián)合會(huì)（ACGIH）的TLV-STEL和TLV-Cs等可作為基準(zhǔn)。這些閾限值用于保護(hù)人員免受來(lái)自化學(xué)物暴露的急性影響（如刺激和麻醉）。這些標(biāo)準(zhǔn)可用于毒性氣體擴(kuò)散，但他們是為人員暴露設(shè)計(jì)的，故結(jié)果比較保守。（p36-37）5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)5、OSHA的PEL值。具有法律效力[PermissibleExposureLimit]-PEL標(biāo)準(zhǔn)同針對(duì)TLV-TWA的ACGIH標(biāo)準(zhǔn)相似，亦以8h的時(shí)間加權(quán)平均暴露為基礎(chǔ)的，引自O(shè)SHA的“可接受的最高極限濃度”?！捌茦O限”或“影響水平”等適于作為基準(zhǔn)使用。5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)6、EPA-RMP標(biāo)準(zhǔn)[RiskManagementPlanning]由EPA發(fā)布的一組毒性限值，作為RMP的一部分，并附有毒氣體釋放作了空中擴(kuò)散模擬。按照優(yōu)先順序，毒性限值為：①ERPG-2；②由緊急計(jì)劃部門(mén)和公眾緊急知情法發(fā)布的關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)（levelofconcern，LOC）。LOC是“普通群眾暴露于極度危險(xiǎn)的物質(zhì)中，在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)不會(huì)引起嚴(yán)重的不可逆的健康影響的最高濃度。”在RMP標(biāo)準(zhǔn)中，給出了74種物質(zhì)的毒性限值（表5-8）表5-8EPA風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃確定的中毒極限5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)物質(zhì)中毒極限(mg/L)化學(xué)物質(zhì)中毒極限(mg/L)氨(無(wú)水)0.14四氯化鈦0.02氯氣0.0087丙烯醛0.0011氯化氫(無(wú)水)0.030呋喃0.0012硫化氫0.042氯仿0.49一氧化氮0.031二硫化碳0.16二氧化氯0.0028甲基苯肼0.0094光氣0.00081溴0.0065二氧化硫0.0078三氧化硫0.010氟0.0039環(huán)氧丙烷0.59

甲醛（無(wú)水）0.012

乙酸乙烯0.265.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)本節(jié)小結(jié)：①ERPG、SPEGL、EEGL是通常情況特別是制定緊急反應(yīng)計(jì)劃時(shí)可以利用的最直接相關(guān)的毒物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。它們的建立很明確，即應(yīng)用于一般人群和考慮敏感人群，解決毒性數(shù)據(jù)中的合理的不確定性因素。②若涉及無(wú)SPEGL和EEGL的物質(zhì)，可采用IDLH標(biāo)準(zhǔn)。由于IDLH標(biāo)準(zhǔn)的健力未考慮敏感人群，另外它們是建立在最多30分鐘的暴露時(shí)間的基礎(chǔ)上，故EPA建議影響區(qū)域的確定應(yīng)以10%IDLH標(biāo)準(zhǔn)作為暴露標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)③若研究的目的主要是確定瞬時(shí)影響的區(qū)域（如感覺(jué)器官傷害或者氣味影響），則使用TLV-STEL和最高極限可能最為合適，一般而言，對(duì)位于這些極限確定的區(qū)域以外的人員，可認(rèn)為不受影響④若無(wú)ERPG數(shù)據(jù)，可利用Craig的濃度指標(biāo)體系（表5-9）⑤各種方法的結(jié)果可能有差異，實(shí)際使用中要選擇適用的方法表5-9推薦的可選擇濃度指標(biāo)體系5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)碼：AIHA—美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)NIOSH—國(guó)家職業(yè)安全與健康研究院NRC—加拿大國(guó)家研究委員會(huì)EPA—環(huán)境保護(hù)局FEMA—聯(lián)邦緊急管理局DOT—美國(guó)運(yùn)輸部OSHA—美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局ACGIH—美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生學(xué)者政府聯(lián)合會(huì)5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)

初始隔離和防護(hù)區(qū)示意圖初始隔離區(qū)是指發(fā)生事故時(shí)，公眾生命可能受到威脅的區(qū)域。是以泄漏源為中心的一個(gè)園周?chē)颍車(chē)陌霃郊礊槌跏几綦x距離。該區(qū)域只允許少數(shù)消防特勤官兵和搶救隊(duì)伍進(jìn)入。防護(hù)區(qū)是指下風(fēng)向有毒害氣體、蒸氣、煙霧或粉塵可能影響的區(qū)域，泄漏源下風(fēng)向的正方形區(qū)域。正方形的邊長(zhǎng)即為下風(fēng)向疏散距離。該區(qū)域內(nèi)如果不進(jìn)行防護(hù)，則可能使人致殘或產(chǎn)生嚴(yán)重的或不可逆的健康危害，應(yīng)疏散公眾，禁止未防護(hù)人員進(jìn)入或停留。5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)

圖片七控制區(qū)分布示意圖5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)

熱區(qū)(紅區(qū)，限制區(qū))

：該區(qū)域是直接接近泄漏源的區(qū)域，在其邊界應(yīng)該設(shè)有明顯的標(biāo)志，將其與其外的區(qū)域區(qū)別開(kāi)來(lái)。在此區(qū)域內(nèi)的主要任務(wù)是進(jìn)行人員疏散,區(qū)域內(nèi)不執(zhí)行洗消和傷員救護(hù)。只有受過(guò)正規(guī)訓(xùn)練和有特殊裝備的應(yīng)急處置人員才能夠在這個(gè)區(qū)域作業(yè)。所有進(jìn)入這個(gè)區(qū)域的人員必須在安全人員和指揮者的控制下工作，還應(yīng)設(shè)定一個(gè)可以在緊急情況下得到后援人員幫助的緊急入口。5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)

暖區(qū)(黃區(qū)，除污區(qū))

：是進(jìn)行人員和設(shè)備洗消及對(duì)熱區(qū)實(shí)施支援的區(qū)域。該區(qū)域設(shè)有進(jìn)入熱區(qū)的通道入口控制點(diǎn)和清洗控制通道。一般應(yīng)設(shè)有兩種清洗通道，分別用于處理傷亡人員和穿戴防護(hù)服的救援人員。只有受過(guò)訓(xùn)練的凈化人員和安全人員才可以在該區(qū)工作。5.4毒性作用標(biāo)準(zhǔn)

冷區(qū)(綠區(qū)，支援區(qū))

：冷區(qū)內(nèi)設(shè)有指揮所，并具有一些必要的控制事故的功能。該區(qū)域是安全的，只有應(yīng)急人員和必要的專(zhuān)家才能在該區(qū)域停留。將其轉(zhuǎn)變?yōu)閜pm，假設(shè)其壓力為1atm，溫度為298K，則其濃度為798ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1ppm的ERPG-1。如果是在戶(hù)外和泄漏源的下風(fēng)向，那么