氯气泄漏论文（精选3篇）
氯气泄漏论文 篇1
化工生产、运输、储存和使用过程中涉及各种类型的易燃易爆、有毒有害的危险物质, 一旦发生泄漏事故, 将会造成严重的经济损失以及人员伤亡, 同时对环境造成不可逆的影响。根据原劳动部的有关统计数据, 在因毒物泄漏造成的人员伤亡中, 约有90%与重气泄漏有关。重气泄漏后易在地面和低洼处积聚, 扩散时存在一个“坍塌”过程, 因而使得横向污染距离大, 气云高度低且高浓度区域持续时间长, 短时间内污染程度加剧, 容易造成更大的危害。另外, 在实际发生的气体泄漏扩散事故中, 泄漏气体往往沿地表进行扩散, 扩散过程中易受地表状况 (如建筑物等) 的影响, 此时地形条件是影响其扩散行为的重要因素。由于地形的影响, 温度场、风场和湍流场随时变化, 而且变化相当剧烈, 同时又由于地形的阻塞与分流, 扩散过程远比平坦地形复杂, 这使模型的预测与实际状态有较大的偏差, 为复杂地形下大气环境的准确预测带来很大困难。CFD模型可用于各种泄漏扩散场景、地形条件和气象条件, 能够较为准确地描述重气扩散的物理过程。
氯气是重要的化工原料, 也是最常用的危险化学物质, 由于它具有助燃性、氧化性、腐蚀、毒害等特性, 使其在生产、使用、储存、运输过程中存在潜在的风险, 稍有不慎就会酿成事故, 给国家和人民的生命财产造成破坏和损失。据统计, 氯气是我国重气事故发生率最多的危险化学品之一。目前, 国内外有关氯气泄漏扩散的事故很多, 不仅影响到企业本身的安全, 甚至影响到区域的公共安全, 对其扩散过程进行研究具有一定的现实意义。
1 物理描述
1.1 扩散过程基本方程
重气在边界层中的传送和扩散过程都是通过湍流输送来实现的。计算流体力学中用于描述重气在中性大气中湍流扩散的三维非定常方程主要有连续性方程、动量方程、能量方程、组分方程及气体混合物状态方程。与分子扩散相比, 大气边界层中湍流将大大加强气云与大气的动量、热量和质量的传递。由于在低层大气中风速比声速小得多, 可以把空气中质点的平均运动看作是不可压缩流体的运动, 所以大气边界层中的不可压流体可用Navier-Stokes方程描述, 见式 (1) 、 (2) 。
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式中:ui为 (x, y, z) 三个坐标方向上的速度, m/s;g为重力加速度, m2/s;ρ为混合气体密度, kg/m3;p为绝对压力, Pa;μt为流体的湍流粘度, kg/ (m·s) ;u'为脉动速度, m/s。
1.2 湍流模型的选择
用湍流模型来封闭以上方程组。标准κ-ε模型适合完全湍流的流动过程模拟, 此模型假设流体的湍流粘度μt与湍动能κ和湍流耗散率ε有如式 (3) 所示关系。
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式中:cμ为经验常数。湍流动能κ和湍流动能耗散率ε分别可以从式 (4) 、 (5) 方程式得到。
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式中:σκ和σε分别为湍动能κ和湍流耗散率ε对应的Prandtl数, 一般取值σκ=1.0、σε=1.3;Gk为由层流速度梯度而产生的湍流动能, 其表达式undefined为系数, Sij为平均应力张量系数;其他经验参数依次为:cμ=0.09;c1ε=1.44;c2ε=1.92。
2 CFD模型
2.1 基本假设
由于建筑物对氯气泄漏扩散过程的影响较为复杂, 为简化分析, 模拟过程作如下假设:
(1) 气体为亚音速流动, 且泄漏速率恒定, 即不随压力的变化而变化; (2) 气体在扩散中不发生化学反应和相变反应, 也不发生液滴沉降; (3) 风向为水平方向, 风速和风向不随时间、地点和高度变化; (4) 不考虑泄漏气体与空气的温度差异, 即气体和环境之间无热量交换。
2.2 初始条件
取计算区域的尺寸为60 m×40 m×15 m, 把泄漏源简化为一个尺寸为0.15 m×0.15 m×0.15 m的立方体泄漏口, 泄漏方向与地面平行, 距地面高0.1 m, 环境温度25 ℃, 建筑物尺寸为3.3 m×5.7 m×2.6 m, 距离泄漏源5 m, 环境风向为西风, 风速为3.5 m/s, 计算模型如图1所示。笔者对15 kg的氯气连续泄漏5 min进行模拟分析。
对流场区域进行网格划分采用非线性不均匀网格。经过比较, 笔者采用的计算模型为非定常的分离隐式算法, 湍流模型采用标准κ-ε双方程模型, 选用有限体积法 (FVM) 对控制方程进行离散, 速度压力用SIMPLE法耦合, 在时间方向上用二阶隐式格式离散。
3 计算结果与分析
3.1 建筑物宽度影响
在所建模型的基础上, 仅改变建筑物宽度, 分别取w为3 m和8 m, 结合原模型三种情况对空间中氯气的浓度分布进行讨论, 其他计算条件与原模型相同, 见图2。
从图2中可以看出, 当建筑物宽度较小时, 大部分气体可以绕过建筑物向下风向扩散, 只有少量气体翻越建筑物, 导致气体的高浓度区主要集中在建筑物的两侧, 顶部的浓度较小;随着建筑物宽度的增大, 气体横向扩散作用减弱, 形成气体的局部积聚, 在气体浮力和向上风力的共同作用下气体会逐渐越过建筑物顶端向下风向扩散, 此时建筑物顶端的气体浓度较高, 地面处气体浓度较低。
3.2 建筑物高度影响
在所建模型的基础上, 仅改变建筑物的高度, 分别取H=1.5 m和H=4.5 m, 结合原模型三种情况对空间中氯气的浓度分布进行讨论, 其他计算条件与原模型相同, 见图3所示。
从图3中可以看出, 随建筑物高度增加, 建筑物对气体扩散的阻挡作用增强, 气体在垂直方向的扩散作用减弱, 只能绕过建筑物两侧向下风向扩散, 使气体扩散后形成的危险区域在垂直方向的传输距离逐渐减小, 即建筑物高度越高越易减缓危险区域在垂直方向的传播距离。因此, 随建筑物高度的增加, 气体的高浓度区从建筑物顶部逐渐转移到两侧。
3.3 泄漏口与建筑物间距离影响
在所建模型的基础上, 仅改变泄漏口至建筑物间的距离, 分别取L=2 m和L=10 m, 结合原模型三种情况对空间中氯气的浓度分布进行讨论, 其他计算条件与原模型相同, 见图4所示。
从图4中可以看出, 泄漏口与建筑物的间距较小时, 氯气的高浓度区主要集中在建筑物两侧和顶部, 此时的建筑物对气体扩散的阻挡作用比较明显, 建筑物下风向气体浓度较低;当泄漏口与建筑物间距较大时, 氯气的高浓度值减小, 建筑物顶部的高浓度范围增大, 这是由于泄漏口离建筑物越远, 气体被空气稀释越快, 而且当气体扩散至建筑物迎风面时, 垂直方向的扩散已经比较显著, 大部分气体可以越过建筑物到达下风向, 造成建筑物下风向气体浓度较大。随着间距的增加, 垂直方向的扩散作用增强, 越过建筑物的气体增多, 相同时刻气体危险区域在垂直方向的传输距离就增大。
3.4 泄漏口位置影响
3.4.1 泄漏口高度影响
在所建模型的基础上, 仅改变泄漏源高度, 分别取h为0.5 m和1.0 m, 结合原模型三种情况对空间中氯气的浓度分布进行讨论, 其他计算条件与原模型相同, 见图5所示。
从图5中可以看出, 当泄漏源位置较高时, 泄漏气体扩散至地面的垂直距离较大, 气体因重力作用下沉时被空气稀释较快, 所以在相同的泄漏源强度和气象条件下, 扩散至地面同等距离处的气体浓度会降低, 危险区域和浓度值也相应地减小;当泄漏源较低时, 泄漏的气体会沿着地表向下风向扩散, 而且不易被空气稀释, 下风向的高浓度值较大, 造成的危害也较严重。
3.4.2 泄漏口在下风向影响
前面讨论了泄漏源位于建筑物上风向时的气体扩散过程及浓度分布情况, 而在实际中, 有时泄漏源会在建筑物下风向, 所以研究此类的泄漏也有现实意义。在原模型的基础上, 只对调泄漏口和建筑物的位置, 讨论泄漏口位于建筑物下风向时气体的扩散过程。图6为不同平面上氯气的质量浓度分布。
从图6中可以看出, 当泄漏口位于建筑物下风向时, 会在建筑物背面形成一个负压区, 气体受到建筑物背部回流场的影响, 先向建筑物方向扩散, 然后逐渐向建筑物两侧扩散, 但由于风力作用, 气体几乎不能扩散到建筑物的迎风侧;同时由于回流场的作用, 气体积聚在此不易扩散, 只能向上爬升, 并逐渐向建筑物两侧扩散, 但随着高度的增加, 气体浓度值和浓度范围逐渐变小, 导致泄漏源和建筑物背风侧的气体浓度较高, 而距离建筑物较远的下风向气体浓度很低。
4 结 论
研究了建筑物对氯气泄漏扩散的影响, 包括不同的建筑物宽度、高度、泄漏口与建筑物的距离及泄漏口与建筑物的相对位置等, 得到以下结论:
(1) 随着建筑物宽度增加, 气体的高浓度区逐渐从建筑物两侧转移到建筑物顶部;随着建筑物高度增加, 气体的高浓度区逐渐从建筑物顶部转移到建筑物两侧;随着建筑物尺寸的增加, 建筑物对泄漏气体的阻挡作用增强, 下风向气体浓度值和浓度范围减小;
(2) 泄漏口与建筑物间的距离越小, 其对气体的阻挡作用越明显;随着距离的增大, 越过建筑物的气体越多, 在建筑物下风向的气体浓度就越高;
(3) 泄漏源位置是影响重气扩散的重要因素。泄漏源距离地面越高, 泄漏气体扩散至地面的垂直距离越大, 在相同的泄漏源强度和气象条件下, 扩散至地面同等距离处的气体浓度越低;泄漏源在建筑物下风向时, 受建筑物背部回流风场的影响, 气体向建筑物方向扩散并逐渐向两侧扩散, 同时使气体积聚在此不易扩散, 导致泄漏源和建筑物背风侧的气体浓度较高。
参考文献
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氯气泄漏论文 篇2
氯气泄漏事故的应急处置
随着石油化学工业的发展,氯气作为一种化工基本原料,在冶金、纺织、造纸等工业中得到了日益广泛的应用.与此同时,氯气的储存和运输事故却屡屡发生.8月26日,广西维尼纶集团有限责任公司出现巨量氯气泄漏,6个液氯罐(1t/罐)发生爆炸,导致有机厂原料罐场、聚合醇解工段和合成工段等3个部位燃烧,进而引发其他分厂的.连续爆炸.事故共造成20人死亡,60人受伤;7月8日,山东省聊城市莘县化肥厂液氯冲装软管爆裂,造成液氯泄漏事故,共有13人死亡;3月29日,一辆载有35t液氯的山东槽罐车与一辆货车相撞,致使槽罐车液氯大面积泄漏.氯气扩散,造成公路旁边3个乡镇村民重大伤亡.
作 者：张启寅 作者单位：刊 名：劳动保护英文刊名：LABOUR PROTECTION年，卷(期)：“”(11)分类号：X9关键词：
氯气泄漏论文 篇3
事故情况
国家环保总局有关负责人9月13日就贵州遵义钛厂氯气泄漏事故向媒体通报相关情况。9月12日，贵州省遵义市南部工业区内的遵义钛厂有刺激性气体泄漏，导致周围158名群众先后出现流泪、头晕、呕吐、胸闷等症状，被分送到遵义市各医疗机构救治。9月12日下午起，废气排放已达标，事故隐患基本消除，中毒群众无人有生命危险，101人继续留院观察，其余人员已陆续出院。这位负责人说，事故发生后，贵州省环保局派出监察、监测人员赶赴现场，对遵义钛业有限公司展开现场调查，同时对南部工业区各敏感区布点19个（次）进行监测。监测结果显示，遵义钛业有限公司精制车间外12日9：00—11：00空气中氯气浓度最高19.4mg/m3，超标18.4倍，最低4.12mg/m3，超标3.12倍，并呈现出随时间逐步降低的趋势；环境空气中氯气浓度也呈现出多点超标的现象。
调查发现，遵义钛业有限公司四氯化钛反映釜的铜丝在12日早被击穿，造成大量四氯化钛挥发泄漏，并形成白烟；其精制车间浓密机严重老化，现场检查时仍有暴料现象，无组织排放较为严重；其氯化工段生产工况不正常，从11日晚到12日早先后排氯渣两次，表明其反应不完全，监测结果表明氯化工段尾气排放不正常，含氯气体外排，氯化氢排放浓度超标。根据遵义市气象局提供的资料，南部工业区主要为静风到风速小于1m/s的小风，污染物难以扩散导致了此次轻度中毒事件的发生。
这位负责人说，目前，该公司氯化工段一号炉和精制工序已被责令停炉，立即组织进行整改，确保工况正常运行、环保设施正常运行，污染物排放达标后方可恢复生产。环保总局已要求地方环保部门严肃依法查处违法排污企业，并组织人力重点防控。