基于MATLAB的液氯泄漏后果仿真分析.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：基于 的液氯泄漏后果仿真分析王严（青海省西宁市消防救援支队，青海西宁 ）摘要：针对青海省某多晶硅企业的液氯储罐区，进行了液氯泄漏的危险性分析。通过建立高斯烟羽模型，分析了氯气泄漏扩散的浓度分布；利用 软件，探究了不同环境因素如大气稳定度对氯气扩散的影响程度并进行了事故后果的定量分析，从而得到有效的应急疏散范围。结果表明：仿真，不仅可以快速精确地完成复杂的计算和分析，预测特定位置人员的伤亡情况，还能够将结果以图形的形式呈现，有利于相关安全人员直观地分析判断事故情况，制定相应的应急措施。关键词：液氯泄漏；事故后果；定量分析；仿真中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；近年来，光伏产业进入了发展快车道。位于光伏产业链上游的多晶硅，作为发展光伏不可或缺的功能性材料，其需求量也在快速增长。依托青海清洁能源的供应优势，青海省某多晶硅生产企业的多晶硅总产能达 到 万 ，可 实 现 减 少 二 氧 化 碳 排 放 量 万 ，有效降低了光伏产业自身的“碳足迹”。然而，在多晶硅生产过程中，涉及到的主要物料如液氯、氢气等危险化学品，非常容易引发火灾、爆炸、中毒等事故，存在极大的安全隐患 。液氯储存是多晶硅生产工序中关键的一环。由于液氯具有剧毒和腐蚀性，在常压下会汽化成气体，有剧烈刺激作用，吸入人体即将造成严重的中毒事故，后果十分严重 。年 月 日，河北省沧州市利兴特种橡胶股份有限公司发生液氯泄漏事故，导致该公司现场员工及附近人员中毒，周边群众 余人被紧急疏散，造成 人死亡、人入院治疗。年 月 日，安徽省芜湖市鸠江区芜湖融汇化工有限公司在充装液氯槽罐车的过程中发生液氯泄漏，造成附近群中 人因中毒而住院治疗。可见，在液氯泄露事故中，氯气中毒是最主要的危险因素，发生频率极高。因此，如何快速准确地预测液氯泄露事故后果，科学分析其严重程度和影响范围，对多晶硅企业编制事故应急预案、进行应急救援和减少事故损失等均有着重大的意义 。但直接使用氯气泄露事故后果模型进行危害后果分析，不仅需要进行十分复杂的计算，而且所得结果不能够直观鲜明地反映出危害后果，致使安全工作人员难以快速开展针对性的防护工作 。故借助 软件可根据实际状况建立仿真模型，同时还能对其中数据进行调整，不仅定量分析高效，而且输出图形直观，能够准确具体地分析评定安全事故对企业及其他相关主体所带来的不利影响，便于其制定和实施更加科学合理的应对举措 。不同浓度的液氯泄漏对人员造成的影响液氯属剧毒危险化学品，且密度较空气大，一旦发生泄漏，不易吹散，并随风向贴地面朝下风向区域扩散，危害后果严重，波及范围广。当液氯钢瓶或汽化器发生大量泄漏时，其危及的范围可迅速达到数百米，甚至数公里，在此范围内的人员需紧急疏散，或采取其它防护措施，才能使事故导致的人员伤亡降到 年 月云南化工 第 卷第 期 ，最低。由表 可知，泄露的液氯质量浓度在 以上时被认定为致死区，为重伤区，为致伤区，为呼吸反应区，安全区的质量浓度在 以下 。表 泄露液氯的质量浓度对人员造成的影响序号质量浓度（）人员反应 深吸少许可能危及生命 可能造成致命性损伤 接触 可能引起严重损伤 引起剧烈的咳嗽 刺激咽喉 有明显的气味刺激眼鼻 略有气味工作场所允许最高浓度 氯气泄漏后果模型常用的大气扩散模型为高斯（）模型，适用于中性气体。尽管此模型信息量较大，但其内容并不复杂，计算和分析起来也相对更加容易，所以这种方法得到了十分普遍的运用 。如果出现了液氯泄露，液氯在最开始的时候处于液体状态，但随着温度的不断上升，液氯会迅速地发生挥发，而且在空气流动的带动作用之下，将迅速发生扩散。在实际中，对其进行分析和测定时，主要借助于高斯烟羽模型。以风速方向为 轴方向，坐标点为泄漏源中心，则浓度分布的数学模型如（）式 ：（，）（）式中，（，）为（，）位置点所具有的质量浓度水平，；是空气流动速度，；是泄露的速度，；为侧风向扩散系数，；为垂直风向扩散系数，。气体音速流动：()（）气体泄漏速率为（）：()槡（）式中，为气体泄漏系数，圆形是 ，三角形是 ，长方形是 ；为裂口面积，仿真用 小型孔径；为气体相对分子质量，为 ；为普适气体常数 （）；为氯气的储存温度 ，常温 ；为氯气的绝热指数 。粗糙度和地面类型之间的关系如表 所示 。则有效粗糙度 的粗糙地形扩散系数可表示为：（）（）（）（）（，）（）（）（）表 粗糙度和地面类型的关系地面类型 草原、平坦开阔地 农作物地区 村落、分散的树林 分散的高矮建筑物（城市）密集的高矮建筑物（大城市）上述式子中，、按照表 中的数值取值，其它系数按表 取值 。表 大气稳定度与 、的关系大气稳定度 （）（）（）（）（）（）（）（）（）（）表 不同大气稳定度对应的各参数的值稳定度 年 月云南化工 第 卷第 期 ，氯气泄漏后果 仿真分析以青海省某多晶硅生产企业为例，该企业液氯库房共计存有液氯钢瓶 个，每个存储 液氯，共计 。依据中国危险源辨识最新标准 危险化学品重大危险源辨识，液氯储罐区属于重大危险源 。氯气一旦泄露，可能会引发人员中毒，甚至死亡，这无疑是摆在应急救援工作者面前的一道难题。主要原因就是人们对氯气泄漏扩散规律掌握不清，尤其是氯气泄漏扩散后安全距离的实时变化，从而延误了救人的最佳时机。因此，了解液氯泄漏的质量浓度分布、影响区域及人员中毒概率等，对保证人员疏散安全、降低灾害损失、指导救援工作都有重大意义。本文采用 软件来模拟研究液氯泄漏后的质量浓度分布、影响区域及人员中毒情况。如图 图 所示。图 大气稳定度为 的气体扩散质量浓度分布图图 大气稳定度为 的气体扩散质量浓度分布图图 大气稳定度为 的气体扩散质量浓度分布图图 大气稳定度为 的气体扩散质量浓度分布图图 大气稳定度为 的气体扩散质量浓度分布图图 大气稳定度为 的气体扩散质量浓度分布图分析图 图 可知，当大气稳定度越稳定时，下风向地面中心线扩散浓度最大值与点源的距离不断扩大。原因是由于泄漏气云密度大，只能在地表进行扩散，随着空气流动性的增加，泄漏的气云将实现快速地消散。即大气越稳定，泄漏气云越不易向高空消散而贴近地表扩散；大气越不稳定，空气垂直对流运动越强，泄漏气云消散得越快。因此在对液氯泄漏扩散进行应急管理时，应选取扩散影响范围最大的情况进行分析，即大气稳定度为 时的液氯泄漏扩散的危害区域。年 月云南化工 第 卷第 期 ，结语针对青海省某多晶硅企业的液氯泄漏事故风险分析，采用高斯烟羽模型测定液氯扩散后的浓度分布，然后利用 软件对液氯泄漏的扩散浓度和扩散距离进行了数值模拟。仿真结果不仅可以快速精确地完成原本复杂的计算，而且依靠其绘图功能可直观显示事故后果，使企业和相关安全工作者能够直观准确地判定事故后果的伤害区域及不利影响，根据分析评定结果制定和实施更加科学合理的举措，对企业的安全规划和应急管理具有重要的指导意义。参考文献：王严，李琳某多晶硅生产企业重大危险源辨识与分级 化工管理，（）：吴子科，刘晋，齐东川，等基于社会风险曲线的液氯泄漏事故后果分析研究 工业安全与环保，（）：毛海峰，姜丛熙液氯罐车泄漏影响区域及人员疏散研究 消防科学与技术，（）：王丹，赵文武液氯储罐泄漏扩散危险区域预测 云南化工，（）：张锦荣，李平，王文璇液氯运输泄漏事故扩散风险分析 中国安全生产科学技术，（）：曹杨，王红红，吕松松，等危险性气体泄漏扩散研究方法对比 工业安全与环保，（）：王文娟，刘剑锋 危险性气体泄漏扩散数学模拟研究 工业安全与环保，（）：王孔森基于高斯模型对氯气泄漏浓度分布的快速估算方法研究 中国安全生产科学技术，（）：彭登奎 液氯钢瓶泄漏扩散分析 广东化工，（）：王丹，赵文武 液氯储罐泄漏扩散危险区域预测 云南化工，（）：危险化学品重大危险源辨识：收稿日期：作者简介：王严（），男，陕西咸阳人，硕士，工程师，专业技术 级，主要从事灭火与抢险救援现场管理工作。：（上接第 页）测定结果与其他方法对比将 个样品分别送到两家检测机构用离子色谱法进行分析，结果与电位滴定法比对，详见表 。表 结果对比表（氯）样品编号电位滴定法离子色谱法（）离子色谱法（）结论利用对比检验方法对自动电位滴定法数据进行了检验，结果表明，电位滴定法与离子色谱法偏差小，证明电位滴定法准确度、精密度能够满足生产要求。另外，此方法操作简便、滴定速度快，重现性好，在实际铜冶炼生产中对铜精矿中氯离子含量更好的进行控制。参考文献：铜精矿化学分析方法 第 部分 氟和氯含量的测定 离子色谱法：北 京：国 家 标 准 委 员会，史静，孟萌萌，路遥，等 电位滴定法测定铜精矿中氯 冶金分析，（）：马兵兵 自动电位滴定法测定工业碳酸钠中氯化钠含量 中国无机分析化学，（）：陈建华 电位滴定法测定铜精矿中氯 理化检验：化学分册 ，（）：李晓瑜，胡军凯 自动电位滴定法测定铜精矿中高含量氯 中国无机分析化学，（）：收稿日期：作者简介：姚依玲（），女，云南玉溪人，助理工程师，主要从事化验分析工作。