危险化学品泄漏扩散研究探讨

对危险化学品泄漏扩散的研究是事故应急救援的基础。针对近年来日益增多的危险化学品泄漏事故,本文从数学模型和计算机仿真模拟两方面系统评述了国内外危险化学品泄漏扩散方面的研究,其中数学模型研究主要分为“反求源强”模型和扩散模型两类,计算机仿真模拟主要分为静态离线仿真模拟和实时动态仿真模拟两类。在此基础上,提出了进一步研究的一般框架和研究的方向。     

基于真三维GIS的危险化学气体泄漏扩散动态模拟仿真系统

针对传统危险化学气体泄漏扩散软件在模拟表现力方面的不足,提出将改进的随机游走大气泄漏扩散模型集成到真三维地理环境信息系统中,完成了基于真三维GIS环境下的危险化学品泄漏扩散模拟仿真系统的设计与开发.该系统能够在真三维场景中直观地展示危险化学气体的三维扩散过程,实时显示危险化学品泄漏扩散浓度分布图及事故不同程度的危害范围.同时通过与PHAST软件模拟结果对比,验证了该系统的可靠性.系统可以直观地、有效地帮助应急指挥人员组织应急救援和疏散,为企业、政府在危险化学品泄漏事故预防、预测和评估以及应急预案的制定提供参考.     

基于无线传感器网络的气体泄漏源快速定位方法研究

为及时发现大气环境中危险化学品泄漏事故,快速准确判断泄漏源位置,实现有效的监测监控,开发出集气体质量浓度信息采集、时间校准、无线收发等功能于一体的集成探测模块。在此基础上,建立基于无线传感器网络(WSN)的气体泄漏实时监测平台,提出实时监测数据和高斯扩散模型相结合的气体泄漏源快速定位方法。通过开展实际场地泄漏试验,实现气体泄漏源的快速定位,并分析试验系统的敏感度。结果表明:气体泄漏扩散受风力影响很大;合理布局探测器,能有效提高泄漏源定位精度,为危险气体泄漏事故的应急决策提供决策参考。     

水深对海底管道泄漏水下气体扩散行为的影响研究

针对海底输气管道泄漏气体扩散问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立海底输气管道泄漏水下气体扩散模型,重点考虑水深的影响,对不同水深条件下的气体扩散行为进行模拟与分析,预测水下气体扩散路径、上浮时间、海面溢出点位置及溢出区域范围等关键参数,通过数值仿真与数据拟合,建立海底输气管道泄漏水下气体扩散参数快速计算模型。研究结果表明:海底输气管道泄漏水下气体扩散至海面时,形成不规则的倾斜倒锥形羽流结构;水深对气体扩散过程中羽流的倾斜角度和气泡分散程度具有重要影响;随着水深增加,气体扩散至海面的时间增长,溢出区域范围增大;不同水深条件下,气体羽流水平和垂向参数整体变化规律基本一致。     

工业LNG储罐泄漏扩散数值模拟

针对工业LNG储罐泄漏问题,基于Fluent软件结合UDF修正风速模型,研究不同工况下泄漏发展情况,并对泄露口下风向沿直线距离上的泄漏气体浓度进行分析,得出准确气体扩散浓度范围。研究结果表明,泄漏孔口越接近地面,横向扩散距离越大。相同风速下,泄漏路径上气体浓度具有相似的变化趋势,风速越高泄漏气体沿扩散路径的稀释作用越强。劲风条件下,泄漏下风口直线路径上最高CH4浓度与距离呈现负相关规律。     

近海埋地管道泄漏气体扩散安全评估研究

为评估近海埋地管道泄漏气体扩散风险，基于流体体积与多孔介质方法，建立水下埋地管道泄漏气体扩散预测模型，模拟气体在海底土壤及海水中的运移扩散过程。研究结果表明:泄漏气体在海底土壤中扩散时间较短，扩散直径变化经历快速增长期、缓慢增长期和平稳期3个阶段，海水中羽流直径与羽流高度均随时间增加，且相比羽流高度，羽流直径的增长速度呈现先大后小的态势；增加泄漏孔径与泄漏压力，气体在海底土壤中扩散直径增大，海水中气泡体积明显增加，上浮时间减少，水平偏移量和海面处羽流直径减小。该模型可实现对近海埋地管道气体泄漏的准确预测，得出扩散轨迹等关键羽流数据，为后续的安全评估提供数据支撑和理论支持。     

航天发射场液体推进剂的泄漏扩散模型研究

为了实现对有毒推进剂泄漏扩散浓度的快速估算，对液体推进剂偏二甲肼在发射场泄漏蒸发扩散的实际情况进行理论分析，建立扩散模型，并从泄漏源、沉积效应、地面反射、大气稳定度等方面对扩散模型进行完善；应用数值模拟方法进行仿真，将数值模拟结果与实验数据、理论计算结果进行对比分析。研究结果表明:气体扩散模型与数值模拟及实验结果基本一致，但扩散模型计算结果偏小，这是由于推进剂进行了燃烧和氧化反应，扩散区域温度上升，大气稳定度降低，实际浓度更大。     

液氯瞬时泄放扩散过程实时仿真

分析液氯钢瓶或容器爆炸后的氯气扩散各阶段的数学模型，设计了计算机实时仿真软件，最后给出大气扩散模型计算的云团在风力驱使下漂浮途中造成污染区域的等浓度曲线。文章的结论和实施方案对其它液化气体、尤其是重气的扩散过程模拟及实时仿真有参考价值。     

模式搜索算法在毒气泄漏中的源强反算

基于泄漏源下风向的浓度监测数据并结合大气扩散模式建立反算模型,以确定泄漏源的位置和强度。以扩散模式仿真的浓度数据与监测数据的匹配度作为目标函数,将反演问题转化为优化问题,利用模式搜索算法迭代优化。以高斯模型为例验证了算法的可行性,结果表明利用探测器提供的测量浓度值,模式搜索算法能够在较短时间内搜索到最优解,在计算复杂性或时间上较梯度型算法和智能优化算法有一定优势。该算法能够及时而准确地反算出泄漏源强度和位置,为事故的应急响应与救援提供依据。     

天然气净化厂管道泄漏H2S毒害后果影响因素数值分析

为定量评估高含硫天然气开敞空间泄漏过程中风速、风向、泄漏速度、泄漏方向对毒害后果的影响，以天然气净化厂管道泄漏为例，采用正交实验设计方法设计实验场景，基于CFD进行泄漏扩散仿真实验，以吸入剂量、毒害面积、最大毒害面积到达时间、毒害体积、最大毒害体积到达时间作为毒害效应指标，分析不同因素对毒害后果的影响，并提出后果控制建议。研究结果表明:采用CFD方法进行泄漏扩散仿真能够还原泄漏扩散过程；利用正交实验进行影响因素分析可以节省实验资源、获取准确结果；风向和风速对各后果指标均比较敏感，在天然气净化厂建设过程中应着重考虑风的影响。仿真与正交实验结合的方法能够有效评估毒害后果影响因素的敏感性，可为毒害气体泄漏风险防控提供指导。     

化工罐区重质气体多源泄漏扩散实验研究

在模拟实验平台开展了罐区重质气体多源泄漏扩散的实验研究,考察多泄漏源同时泄漏时,泄漏源在罐区的位置、泄漏源间距对罐区重质气体漏扩散过程的影响。结果表明:泄漏源越靠近罐区边缘,重质气体扩散范围越大;泄漏源越靠近罐区中心区域,周围罐的阻碍作用较大,中心区域的重质气体浓度越高;泄漏源间的间距越小,泄漏源中间区域的重气浓度越大,泄漏源间的间距增大,气体扩散范围也增大,事故影响范围越大;泄漏压力、体积速率总和相同时,在一定的距离范围内,多源同时泄漏时空间各点的重质气体浓度与各泄漏源单独泄漏时空间各点重质气体浓度总和基本一致。     

管廊内泄漏口朝向对天然气管道泄漏扩散影响的模拟分析*

为掌握综合管廊内天然气输气管道泄漏口朝向对气体扩散的影响,使用FLUENT软件对4种不同朝向的泄漏口泄漏过程进行3维数值模拟,对比分析不同工况下气体浓度分布。结果表明:泄漏形成的射流产生强烈气体掺混,降低泄漏口附近气体浓度梯度;随着距泄露孔距离的增加,气体受惯性力作用减弱,并在浮力作用下抬升。管廊纵截面气体浓度场可分为泄漏口附近的均匀区和距离泄漏口较远的分层区。在均匀区内,探测器高度上气体质量分数纵向分布呈阶梯状;距泄漏口较远距离(大于20 m),泄漏口朝向对探测器高度上气体浓度纵向分布影响较小。基于稳态气体分布控制方程,提出气体在分层区内纵向分布关系式。当泄漏口刚好位于2探测器中央（最不利工况）时,泄漏孔朝向为X+（管道距离壁面较远侧）的泄漏气体在喷出后与空气接触时间长,产生涡量更大,使气体在管廊纵向上蔓延速度降低,探测器响应时间相对较长。     

气体扩散数学模型在安全评价方面的应用

工业生产、储运过程涉及储存大量气态和液态的危险性物质,该类物质大都易燃易爆、有毒有害。民用燃料的输送和储藏,也涉及易燃易爆。气体或液体物质发生泄漏事故,可能对附近居民和环境造成极大的危害。气体物质一旦发生泄漏,很难将其限定在一定范围内,势必造成大面积的危害。因此,事故状态下有毒气体的扩散,是安全评价中灾害后果评价的重要内容。笔者通过梯度输送理论,建立了无风条件下气体扩散的动态模型。在限定容器中气体介质是中性气体的情况下,由于中性气体在扩散过程中各向同性,扩散方程获得了简化。进一步限定容器形状为最常见的圆柱形,确定了模型的边界条件,求出了该条件下扩散方程的解析解。开发的扩散模型建立的理论依据是梯度输送理论即单位时间内物质通过单位面积的输送的通量与浓度梯度成正比。同时对建立的模型在安全评价方面的应用进行了初探,结合实例提出了该模型的应用方向。     

基于GIS的危险化学气体泄漏事故应急响应研究

为了研究危险化学气体泄漏事故扩散过程以及受灾人员疏散规划问题。提出以GIS为“连接器”,将危险化学气体的泄漏和扩散过程模拟、气体扩散风险分析和最优疏散方案生成3个过程进行集成,实现泄漏事故的综合应急响应。研究结果显示:方法能针对各类泄漏事故模拟气体的动态扩散过程,并生成受灾人员疏散规划方案,有助于应急处置机构及时决策,进而减少生命财产的损失。     

埋地管道泄漏天然气在分层填筑土壤扩散数值模拟研究

城市埋地天然气管道发生泄漏不易被发现,并易产生爆炸、火灾、中毒等次生事故,针对低压埋地天然气管道施工分层填筑与不分层填筑的两种情况建立模型,依据多孔介质模型修正后的基本控制方程,采用FLUENT组分运输模型、RNG k-ε湍流模型,对管道沟渠分层填筑与不分层填筑气体泄漏扩散情况进行数值模拟。根据仿真土壤含气摩尔量划分三个浓度区域进行分析,分层填筑土壤分界处砂土含气量达到低浓度的时间较快约为60 s,12 min可以达到高浓度区域。两种材质交界面处,高浓度气体扩散存在延迟,中浓度和低浓度气体扩散在交界面处扩散曲线有明显拐点,进入到上层土壤材料后扩散速率加快,不分层填筑模型扩散速率没有明显改变。     

LNG储罐泄漏危险性计算及影响因素分析

针对LNG储罐泄漏气体扩散模拟分析过程中存在计算和分析过程复杂的问题,选取适当的气体扩散模型,对危险气体的扩散进行模拟和分析,绘制蒸汽扩散UFL(爆炸上限)、LFL(爆炸下限)、1/2LFL浓度等值线图,实现蒸汽扩散伤害分区的准确划分,提高了计算速率和精确度。并利用程序模拟分析了风速、地表粗糙度、泄漏速率等因素对LNG泄漏气体扩散影响。研究结果表明,当风速方向和泄漏源泄漏方向相同时,蒸汽扩散距离和危害范围随风速增大呈减小趋势;蒸汽在下风向扩散距离随着地表粗糙度的增大而减小;扩散距离和危害范围随泄漏速率的增大而增大。     

石化企业毒气泄漏的数值模拟与危险性评估

针对石化企业中可能造成毒气泄漏的装置或设备,从工程实际出发,建立了3种毒气泄漏和扩散的数值模型.根据模型和给定的扩散条件,对毒气的泄漏和扩散进行数值模拟和动态仿真,得到毒气泄漏后人员死亡区域、危险区域和有感区域的动态变化结果.对石化企业有毒物质源进行毒性分级,并确定了相应的毒气泄漏危险性参数.通过给定的装置和设备泄漏危险性参数计算得到毒气泄漏的危险性矩阵,进而对石化企业有毒有害气体泄漏进行危险性评估.     

城区天然气管道泄漏数值模拟与爆炸危害分析

在人口密度为三级和四级的城区内,密集的高建筑物对天然气管道泄漏后的扩散和流场形成产生重要影响。本文以某城市的实际情况为例,建立多建筑物的空间几何模型,采用k-ε湍流方程,SIMPLE算法,模拟了在三种不同风流速度、三种不同压力条件下,城区天然气管道泄漏气体在多建筑物地形中的扩散情况。根据模拟结果,依据天然气的爆炸极限,对模拟结果及其火灾爆炸危害的范围进行了对比分析。结果表明,CH4气体的泄漏扩散同时受管道压力、风流速度和周围建筑物的影响;同时受当地风速的影响,泄漏气柱在风流作用下会发生偏折,造成阻挡风流的建筑物内侧危险气体浓度升高,大大增加建筑物周围环境的危险性。研究结果对城区天然气管道的建设具有一定的指导意义。     

季节趋势模型在气体泄漏扩散模拟预测中的应用

基于江苏工业学院油气储运安全综合实验模型平台,利用示踪技术,模拟了有害气体瞬时泄漏扩散的整个过程。结合趋势季节模型,以六号探头为研究对象,利用指数平滑法,进行时间序列预测,得到下一个时间段的有害气体扩散数据。研究表明泄漏物质浓度有下降的趋势,模型输出结果较好,拟合度高,一定程度上反映了泄漏后有害气体未来的扩散趋势。该研究结果对泄漏事故扩散趋势做出准确的预测,对建立有针对性的应急救援预案,实施有效的现场控制,具有一定的科学参考价值。     

复杂山区地形水利水电液氨施工泄漏研究

水电工程中液氨泄漏扩散对周围居民的危害很大,疏散区域划分成为重要的防护措施,但在复杂地形条件下确立准确的疏散区域成为难题。为解决这一难题,通过现场调查所得数据,采用大涡模拟方法对泄漏气体扩散进行模拟,分析氨的泄漏扩散在大气中的扩散规律,研究泄漏气体的扩散动力学演化过程及影响范围,计算泄漏事故中不同时间段影响范围,得出时间序列上的爆炸危险区域和有毒气体影响区域,最后总结分析制定安全防护距离的影响因素,为周边居民安全防护策略提供参考。