氯氣泄漏擴(kuò)散過(guò)程及后果評(píng)價(jià)的研究現(xiàn)狀分析

王森林，王駿逸，孫寶江，王文和，3

（1. 中國(guó)石化集團(tuán) 四川維尼綸廠，重慶 401254；2. 重慶科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，重慶 401331；3. 重慶市安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，重慶 401331）

環(huán)境評(píng)價(jià)

氯氣泄漏擴(kuò)散過(guò)程及后果評(píng)價(jià)的研究現(xiàn)狀分析

王森林1，王駿逸2，孫寶江2，王文和2，3

（1. 中國(guó)石化集團(tuán) 四川維尼綸廠，重慶 401254；2. 重慶科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，重慶 401331；3. 重慶市安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，重慶 401331）

綜述了氯氣泄漏擴(kuò)散過(guò)程及后果評(píng)價(jià)的研究成果。從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室模擬和數(shù)學(xué)模擬三方面分析了氯氣泄漏擴(kuò)散各研究方法的優(yōu)勢(shì)和局限性。強(qiáng)調(diào)了氯氣泄漏擴(kuò)散后果評(píng)價(jià)的必要性。指出：必須針對(duì)中國(guó)特有的一些重氣擴(kuò)散建立專屬知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)學(xué)模型；不同層次數(shù)學(xué)模型的精度皆有待于進(jìn)一步提高；需加強(qiáng)基于特定數(shù)學(xué)模型的全過(guò)程統(tǒng)一界面模擬程序的開(kāi)發(fā)。

氯氣泄漏；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；擴(kuò)散規(guī)律；后果評(píng)價(jià)

氯氣常溫常壓下是黃綠色、具有強(qiáng)烈刺激性的有毒氣體，屬劇毒化學(xué)品，其化學(xué)性質(zhì)活潑，能與多種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。氯氣可溶于水，易溶于堿液，易壓縮（由氣態(tài)壓至液態(tài)體積縮小至1/400），相對(duì)分子質(zhì)量70.91，相對(duì)密度2.49，熔點(diǎn)-101℃，沸點(diǎn)-34.6 ℃。氯氣在空氣中不能燃燒，但能助燃，和體積分?jǐn)?shù)5%的氫氣混合時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。空氣中氯氣含量達(dá)到300 mg/m3就會(huì)對(duì)人體造成致命損傷。

氯氣通常以液態(tài)存于鋼制儲(chǔ)罐內(nèi)［1］。由于儲(chǔ)罐受到腐蝕或外力等諸多因素的破壞，一旦氯氣發(fā)生泄漏擴(kuò)散，不僅會(huì)導(dǎo)致周圍人員的中毒和企業(yè)的重大損失，而且會(huì)對(duì)社會(huì)的安定性造成影響。因此，對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散空間模型的建立以及氯氣中毒后果的評(píng)價(jià)成為研究熱點(diǎn)［2-5］。重氣是指泄漏到大氣中以氣態(tài)或氣溶膠狀態(tài)存在的比空氣重的準(zhǔn)氣態(tài)物質(zhì)，如氯氣、氨氣、液化天然氣（LNG）等。因氯氣屬于重氣的一種，故對(duì)重氣泄漏擴(kuò)散的研究也適用于氯氣。當(dāng)前，對(duì)氣體泄漏擴(kuò)散過(guò)程的研究主要有理論研究和試驗(yàn)研究?jī)煞矫妫豪碚摲矫?，主要是針?duì)重氣泄漏擴(kuò)散的物理過(guò)程，建立氣體擴(kuò)散體系和相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型、后果分析和評(píng)價(jià)模型等；試驗(yàn)方面，得到氣體泄漏擴(kuò)散的初始數(shù)據(jù)，為建立數(shù)學(xué)模型、驗(yàn)證數(shù)據(jù)資料提供幫助。

本文綜述了氯氣泄漏擴(kuò)散過(guò)程及后果評(píng)價(jià)的研究成果，以期為氯氣泄漏防治提供一定的參考。

1 氯氣泄漏擴(kuò)散的試驗(yàn)研究

1.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分全尺寸試驗(yàn)和縮比試驗(yàn)兩類，其中，全尺寸試驗(yàn)為物質(zhì)泄漏擴(kuò)散規(guī)律的研究提供了寶貴的資料，至今國(guó)內(nèi)外研究人員仍沿用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證數(shù)值模擬試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.1.1 全尺寸試驗(yàn)

全尺寸試驗(yàn)是在真實(shí)的地形、氣象條件場(chǎng)景下，利用試驗(yàn)物質(zhì)再現(xiàn)事故場(chǎng)景的方法來(lái)研究物質(zhì)泄放后的擴(kuò)散規(guī)律，可獲取準(zhǔn)確可靠的原始數(shù)據(jù)，為理論研究提供數(shù)據(jù)保證。全尺寸試驗(yàn)與其他試驗(yàn)方法相比需要大量的科研經(jīng)費(fèi)和巨大的工作量，需要多個(gè)研究機(jī)構(gòu)和團(tuán)隊(duì)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)。在1970～1980年間，美英兩國(guó)的研究機(jī)構(gòu)將LNG設(shè)為泄漏物進(jìn)行了多次全尺寸試驗(yàn)，得出了LNG的擴(kuò)散規(guī)律。在20世紀(jì)80年代初，由歐洲委員會(huì)資助進(jìn)行了Thorney Island［6-8］等一系列重氣泄漏擴(kuò)散大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲取了大量重氣云在粗糙地形下發(fā)生瞬時(shí)泄漏擴(kuò)散的原始數(shù)據(jù)。后來(lái)，在Thorney Island試驗(yàn)的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了進(jìn)一步的擴(kuò)散試驗(yàn)，得到了寶貴的試驗(yàn)資料。這些資料為開(kāi)展重氣泄漏擴(kuò)散規(guī)律的研究奠定了基礎(chǔ)。美國(guó)Lawrence Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的Burro試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了LNG的蒸發(fā)擴(kuò)散規(guī)律。Thorney Island試驗(yàn)和Burro試驗(yàn)的結(jié)果得到了專家學(xué)者的認(rèn)可，成為研究氣體泄漏擴(kuò)散情況時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證、誤差估計(jì)的依據(jù)［9-10］。

全尺寸試驗(yàn)在完全真實(shí)的環(huán)境條件下進(jìn)行，不用任何的假設(shè)條件，對(duì)于物質(zhì)擴(kuò)散機(jī)理的基礎(chǔ)理論研究和模擬試驗(yàn)具有十分重要的意義。但全尺寸試驗(yàn)也存在一些缺陷，如前期需進(jìn)行大量準(zhǔn)備工作，試驗(yàn)期間需投入大量的人力和物力，對(duì)于危險(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，一旦氣象條件出現(xiàn)意外情況，很可能導(dǎo)致不可控的后果，且天氣情況和地形條件受到多種因素的影響，很難使試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行。

1.1.2 縮比試驗(yàn)

縮比試驗(yàn)是在全尺寸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照一定的比例，規(guī)定試驗(yàn)場(chǎng)景的尺寸和參數(shù)，以達(dá)到縮小全尺寸試驗(yàn)的目的。兩者的基本原理是相似的，即運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似。對(duì)于重氣流體均需考慮重力作用，即滿足原型和模型的Froude數(shù)相同的條件，泄漏數(shù)據(jù)可通過(guò)縮比試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)結(jié)合一定比例換算得出。縮比試驗(yàn)?zāi)芰己玫啬M出重氣擴(kuò)散的真實(shí)場(chǎng)景。Dandrieux［11］等以氯氣為介質(zhì)，采用縮比試驗(yàn)研究了水幕對(duì)可溶性有害氣體擴(kuò)散效率的影響，較為真實(shí)地模擬出了氯氣在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的擴(kuò)散規(guī)律。Hall等［12］用氟化氫進(jìn)行了縮比試驗(yàn)，并創(chuàng)新性地提出了新的研究方向。與全尺寸試驗(yàn)相比，縮比試驗(yàn)具有尺寸小、試驗(yàn)物質(zhì)用量少、對(duì)于一些危險(xiǎn)物質(zhì)的泄漏潛在風(fēng)險(xiǎn)小、試驗(yàn)周期短、效率高等優(yōu)點(diǎn)。由于相似準(zhǔn)則存在一定的影響因素，加之縮比試驗(yàn)器材制造上有誤差，故縮比試驗(yàn)的精度比全尺寸試驗(yàn)要低。另一方面，縮比試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)一樣，具有無(wú)法重復(fù)的缺點(diǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)室模擬

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)耗時(shí)耗力，并且試驗(yàn)條件具有不確定因素。隨著實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展和完善，以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，國(guó)內(nèi)外許多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行模擬危險(xiǎn)氣體擴(kuò)散的研究［13］。

實(shí)驗(yàn)室模擬與縮比試驗(yàn)的方法近似，都是在一定范圍內(nèi)對(duì)真實(shí)氣體泄漏擴(kuò)散場(chǎng)景的模擬。由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)受到諸多條件的限制，目前研究重氣擴(kuò)散的主要試驗(yàn)方法是實(shí)驗(yàn)室模擬，其中應(yīng)用最多的是風(fēng)洞和水槽模擬試驗(yàn)。相對(duì)于全尺寸試驗(yàn)和縮比試驗(yàn)而言，實(shí)驗(yàn)室模擬操作簡(jiǎn)單、可重復(fù)性高、試驗(yàn)條件可控性好，它不僅能直觀地了解重氣的物理擴(kuò)散過(guò)程，更可清楚地掌握擴(kuò)散規(guī)律和擴(kuò)散趨勢(shì)，為以后的模型設(shè)計(jì)提供有力支持。

1.2.1 風(fēng)洞模擬試驗(yàn)

風(fēng)洞模擬試驗(yàn)與縮比試驗(yàn)不同，需要嚴(yán)格遵照相似準(zhǔn)則，在等比例縮小物理模型的基礎(chǔ)上，還要滿足實(shí)際物理過(guò)程的科學(xué)合理性，對(duì)于大氣邊界層的模擬，模型與原型的Reynolds數(shù)、Rossby數(shù)、Prandtl數(shù)、Richardson數(shù)和Eckert數(shù)需分別保持一致。該試驗(yàn)方法具有現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的真實(shí)性和數(shù)學(xué)計(jì)算的可預(yù)測(cè)性等優(yōu)點(diǎn)［14］。

國(guó)外研究風(fēng)洞模擬試驗(yàn)最早，并有很多研究成果，Krogstad等［15］通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M發(fā)現(xiàn)建筑物會(huì)相應(yīng)阻擋重氣擴(kuò)散。Meroney［16］以LNG為泄漏物，模擬出了重氣高架釋放和地面釋放的擴(kuò)散過(guò)程，有助于LNG泄漏擴(kuò)散的研究。

周洪昌等［17］設(shè)計(jì)了風(fēng)洞模擬試驗(yàn)，利用1/250的模型研究了在城市街道中汽車尾氣排放物的擴(kuò)散過(guò)程，考慮了建筑物、風(fēng)速、風(fēng)向、人群等因素之間的關(guān)系。試驗(yàn)證明了城市中大氣邊界層的數(shù)據(jù)與風(fēng)洞模擬邊界層非常接近，由于平行風(fēng)與正交風(fēng)的共同作用導(dǎo)致污染物濃度不滿足疊加原理，誤差很大。張林霞等［18-19］以川渝地區(qū)含硫氣田為研究對(duì)象，進(jìn)行了假設(shè)發(fā)生井噴事故時(shí)H2S擴(kuò)散的風(fēng)洞試驗(yàn)，將H2S擴(kuò)散情況進(jìn)行了比較分析，對(duì)含硫井田作業(yè)安全提出了寶貴建議。姜傳勝等［20］對(duì)比了氣體泄漏擴(kuò)散的風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果與SLAB模型的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)果相一致，即風(fēng)速大小對(duì)重氣連續(xù)泄漏擴(kuò)散產(chǎn)生一定的影響。為了研究障礙物（建筑物）與植物對(duì)重氣擴(kuò)散的影響，劉國(guó)梁等［21］進(jìn)行了風(fēng)洞模擬試驗(yàn)，在變形源假設(shè)的基礎(chǔ)上，闡述了重氣的擴(kuò)散規(guī)律。

1.2.2 水槽模擬試驗(yàn)

水槽模擬是利用液體在水槽中的流動(dòng)來(lái)模擬氣體擴(kuò)散的方法。水槽模擬的可視化效果好，可以清晰地觀察到氣體擴(kuò)散的整個(gè)過(guò)程。宣捷［22］利用水槽模擬法方法來(lái)模擬大氣環(huán)境下中性氣體污染物的擴(kuò)散過(guò)程，取得了較好的效果。秦頌等［23］利用水槽模擬法模擬重氣擴(kuò)散，證明了水槽模擬的可行性。國(guó)外也有利用水槽模擬方法來(lái)模擬重氣擴(kuò)散的研究。在模擬中性氣體方面，水槽模擬具有操作簡(jiǎn)單、可重復(fù)性好、可信度高等優(yōu)勢(shì)，但水和重氣在運(yùn)動(dòng)黏度和比熱容方面差異較大，模擬重氣擴(kuò)散的可靠度還有待檢驗(yàn)。

1.3 小結(jié)

總體而言，無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究和實(shí)驗(yàn)室模擬研究，在試驗(yàn)中均存在條件不可控、重復(fù)性不佳、人力和財(cái)力耗費(fèi)高等缺點(diǎn)，因此均難以普遍開(kāi)展，即使利用其他混合氣體來(lái)替代所研究氣體，也難以獲得預(yù)期的效果。隨著數(shù)值分析方法的逐漸成熟和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，未來(lái)的研究重心將逐漸轉(zhuǎn)移到氣體擴(kuò)散模型的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上。

2 氯氣泄漏擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模擬

在有關(guān)泄漏擴(kuò)散數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，國(guó)外研究人員發(fā)明了唯象模型（Empirical Model，EM）、箱模型（Box Model，BM）、淺層模型（Shallow Layer Model，SLM）和計(jì)算流體力學(xué)模型（Computaional Fluid Dynamic Model，CFDM）4種擴(kuò)散模型，并以此為基礎(chǔ)，衍生出上百種數(shù)學(xué)擴(kuò)散模型來(lái)研究重氣云泄漏擴(kuò)散的規(guī)律。

2.1 國(guó)外研究

2.1.1 EM

EM是指通過(guò)一系列圖表或者簡(jiǎn)單關(guān)系式來(lái)描述擴(kuò)散行為的模型。Briter和McQuaid通過(guò)對(duì)重氣泄漏擴(kuò)散的研究，在處理和積累大量重氣擴(kuò)散試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，按無(wú)因次形式將數(shù)據(jù)繪制成曲線或列線表，提出了B&M模型［24］。德國(guó)開(kāi)發(fā)的VDI模型與B&M模型的處理方法很相似［25］。EM比較簡(jiǎn)單，使用范圍窄，只能當(dāng)作普通的篩選模型，在預(yù)測(cè)粗糙度大的地表重氣擴(kuò)散時(shí)效果欠佳。

2.1.2 BM

van Ulden［26］觀察到重氣氣云下沉的現(xiàn)象，針對(duì)瞬間泄漏重氣云團(tuán)，對(duì)高斯擴(kuò)散模型進(jìn)行改進(jìn)，考慮了氣云的重力下沉，提出了BM的概念。BM將重氣比作一個(gè)圓柱形箱，假定濃度、溫度和其他場(chǎng)在某些空間范圍內(nèi)的場(chǎng)分布是均勻的，而其他分布的參數(shù)均為零。該模型能預(yù)測(cè)重氣云團(tuán)的總體特征如平均半徑、平均高度和平均氣云溫度，而不考慮空間上的其他細(xì)節(jié)特征。該模型具有簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，在平坦地形條件下的擴(kuò)散預(yù)測(cè)結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相一致。但必須假設(shè)速度、濃度為簡(jiǎn)單分布，而通常情況下均為不連續(xù)條件，故不適用于存在障礙物或者復(fù)雜地形情況下的模擬。

2.1.3 SLM

SLM是對(duì)重氣擴(kuò)散的控制方程加以簡(jiǎn)化來(lái)描述其物理過(guò)程。由于垂直方向上重氣的抑制作用以及近似均一的速度，它是基于淺層理論（淺水近似）推廣得到的［27］，主要包括質(zhì)量、組分、動(dòng)量和能量守恒偏微分方程。如果其他量增加到動(dòng)量方程，還可用于山地等復(fù)雜地形上的重氣擴(kuò)散。SLM具有計(jì)算量小、運(yùn)算速度快的優(yōu)勢(shì)，在復(fù)雜計(jì)算的工業(yè)項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，它能真實(shí)地模擬重氣煙云擴(kuò)散的過(guò)程，且預(yù)測(cè)結(jié)果比BM更加準(zhǔn)確可靠，因而得到一些國(guó)家環(huán)保機(jī)構(gòu)的推薦［28］。

2.1.4 CFDM

CFDM是以數(shù)值計(jì)算為基礎(chǔ)，通過(guò)建立一定條件下的基本守恒方程，再結(jié)合時(shí)間流動(dòng)問(wèn)題給出初始條件和計(jì)算邊界條件，通過(guò)模型計(jì)算網(wǎng)格的劃分和計(jì)算域的離散化使得控制方程組封閉，可有效克服BM在模擬計(jì)算重氣泄漏擴(kuò)散受重力和大氣環(huán)境影響時(shí)存在的缺陷。與此同時(shí)，CFDM相比其他模型具有更為優(yōu)越的計(jì)算方法和精度。CFDM模擬了氣體的非定常湍流過(guò)程，最初由England等［29］提出，主要用于模擬重質(zhì)氣體在三維空間內(nèi)的流動(dòng)擴(kuò)散。在此基礎(chǔ)上，Hanna等［30］應(yīng)用FLACS軟件建立3D模型，模擬計(jì)算儲(chǔ)罐內(nèi)氯氣泄漏擴(kuò)散的事故場(chǎng)景，發(fā)現(xiàn)氯氣在平坦地形擴(kuò)散速度較快，導(dǎo)致事故的嚴(yán)重程度加重。CFDM不僅能模擬平坦地形下氯氣的泄漏擴(kuò)散情況，也能得出復(fù)雜地形下氯氣的擴(kuò)散規(guī)律。這種基于Navier-Stokes方程的三維CFDM的模擬計(jì)算方法，可以較好地模擬出重氣云泄漏擴(kuò)散的過(guò)程，得到各氣體擴(kuò)散參數(shù)的數(shù)據(jù)。

2.2 國(guó)內(nèi)研究

我國(guó)對(duì)于化學(xué)物質(zhì)泄漏機(jī)理及其擴(kuò)散規(guī)律的研究相對(duì)于其他各國(guó)較晚，但也取得了很多成果。丁信偉等［31］在總結(jié)大量前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析了不同氣體計(jì)算模型的優(yōu)勢(shì)和局限性，并詳細(xì)闡述了不同模型的適用范圍，同時(shí)指出了危險(xiǎn)氣體擴(kuò)散的研究趨勢(shì)。

潘旭海等［32-37］基于泄漏的發(fā)生機(jī)理及擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)過(guò)程，歸納出7種影響危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏擴(kuò)散的主要因素，如泄漏源所在位置、地形等；此后，根據(jù)7種影響泄漏擴(kuò)散的主要影響因素，獲得了16種事故性泄漏擴(kuò)散模式，并根據(jù)各泄漏擴(kuò)散情形下的初始條件，建立了?；沸孤┰磸?qiáng)量化模型。

考慮到高斯模型和重氣模型等擴(kuò)散模型在模擬管道天然氣泄漏擴(kuò)散時(shí)的局限性，李又綠等［38］加入了重力和水平風(fēng)速來(lái)修正邊界條件，建立起更適用的天然氣泄漏的擴(kuò)散模型，獲得了與實(shí)際泄漏更貼近的管道天然氣泄漏擴(kuò)散規(guī)律。

此外，魏利軍等［39-41］采用CFDM探討和分析了重氣擴(kuò)散的紊流模型。馮志華等［42］對(duì)縮比試驗(yàn)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的大氣穩(wěn)定度、速度、氣流紊流程度對(duì)氣體流動(dòng)的影響進(jìn)行了重點(diǎn)研究，詳述了各試驗(yàn)參數(shù)的求解方法和計(jì)算原理。張?jiān)d［43］對(duì)盒子模型與高斯模型進(jìn)行了探討和分析，較真實(shí)地反應(yīng)出重氣云團(tuán)的擴(kuò)散過(guò)程，提高了定量計(jì)算的精確度。

2.3 小結(jié)

當(dāng)前，對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散模型的研究還缺乏系統(tǒng)性，大部分以理論推導(dǎo)為主，且對(duì)影響泄漏擴(kuò)散因素的研究主要是獨(dú)立的單因素研究。前人所建立的氯氣擴(kuò)散模型也大多以高斯模型為基礎(chǔ)，由于高斯模型非常敏感于擴(kuò)散環(huán)境的瞬變，且具有較差的適應(yīng)性，所以在地形比較復(fù)雜的條件下誤差將明顯增大。雖然已有學(xué)者對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散模型的研究取得了卓有成效的成果，但是模擬結(jié)果與實(shí)際情況下的數(shù)據(jù)仍有不小的誤差，所建立模型的適用條件較差，可信度也較小。

3 氯氣泄漏擴(kuò)散的后果評(píng)價(jià)

泄漏擴(kuò)散事故的后果評(píng)價(jià)可提前分析事故發(fā)生的可能性和嚴(yán)重程度，給出較為科學(xué)合理的評(píng)價(jià)結(jié)果，指導(dǎo)事故應(yīng)急預(yù)案的編制，已經(jīng)成為安全評(píng)價(jià)中普遍使用的方法［44］。

秦言杰等［45］指出，氯氣發(fā)生瞬時(shí)泄漏時(shí)在空間范圍內(nèi)的擴(kuò)散是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，隨著時(shí)間的推演不斷發(fā)生改變，在不同的時(shí)間點(diǎn)，相同地理位置的氯氣濃度是不同的。隨著時(shí)間的變化，氯氣泄漏后依次出現(xiàn)致死區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)、吸入反應(yīng)區(qū)，并且液相泄漏致死區(qū)和重傷區(qū)下風(fēng)向達(dá)到的距離是氣相泄漏的3～5倍。運(yùn)用DNV公司SAFETI軟件模擬了氯氣發(fā)生泄漏擴(kuò)散后引起中毒事故的后果，指出一旦發(fā)生液氯容器泄漏，應(yīng)改變泄漏孔位置，使其位于氣相空間，以減少泄漏危害區(qū)域。

席學(xué)軍等［46］將動(dòng)力學(xué)理論引入到氣體的擴(kuò)散研究中，對(duì)城市地區(qū)發(fā)生的毒氣擴(kuò)散事故進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了毒氣發(fā)生擴(kuò)散后周邊居民的中毒反應(yīng)，并對(duì)事故后果進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，從毒氣擴(kuò)散的本質(zhì)上分析了事故的發(fā)生原因。

此外，一些研究人員將高斯煙雨模型和事故風(fēng)險(xiǎn)概率這兩種研究方法相結(jié)合，分析了儲(chǔ)存在壓力容器內(nèi)液氯泄漏事故的后果，按照一定標(biāo)準(zhǔn)得出了評(píng)價(jià)結(jié)果。

通過(guò)對(duì)氯氣泄漏擴(kuò)散機(jī)理和規(guī)律的研究可以得出：一旦發(fā)生氯氣泄漏擴(kuò)散的嚴(yán)重事件，應(yīng)在最短的時(shí)間內(nèi)以最大的效率有序地實(shí)施救援，保障生命和財(cái)產(chǎn)安全，保護(hù)環(huán)境，把突發(fā)事件造成的損失降低到最低程度。

4 結(jié)語(yǔ)

a）目前，我國(guó)對(duì)模型的理論研究較少，主要是針對(duì)己有模型的二次開(kāi)發(fā)和數(shù)值論證。北美和西歐擁有比較成熟的重氣擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型。由于重氣擴(kuò)散的復(fù)雜性，國(guó)外現(xiàn)有模型并不能全面解決我國(guó)在化工領(lǐng)域中遇到的諸多問(wèn)題，如井噴重氣擴(kuò)散的預(yù)測(cè)。因此，必須針對(duì)中國(guó)特有的一些重氣擴(kuò)散建立專屬知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)學(xué)模型。

b）國(guó)內(nèi)外不同層次數(shù)學(xué)模型的精度皆有待于進(jìn)一步提高，特別是CFDM精度的提高；而CFDM高精度的可用性在一定程度上受制于高性能計(jì)算機(jī)硬件的可用性。

c）目前，能夠做到重氣擴(kuò)散全過(guò)程模擬的模型很少，且不實(shí)用，使得很多數(shù)學(xué)模型僅成為少數(shù)研究機(jī)構(gòu)才可以操作的對(duì)象，故有必要加強(qiáng)基于特定數(shù)學(xué)模型的全過(guò)程統(tǒng)一界面模擬程序的開(kāi)發(fā)。

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（編輯 魏京華）

Analysis on research status of diffusion process and consequence assessment of chlorine leakage

Wang Senlin1，Wang Junyi2，Sun Baojiang2，Wang Wenhe2，3

（1. SINOPEC Sichuan Vinylon Works，Chongqing 401254，China；2. College of Safety Engineering，Chongqing University of Science & Technology，Chongqing 401331，China；3. Chongqing Academy of Safety Science and Technology，Chongqing 401331，China）

The research results of diffusion process and consequence assessment of chlorine leakage are summarized. The strengths and limitations of research methods to chlorine leakage and diffusion are analyzed from three aspects of fi eld test，laboratory simulation and numerical simulation. The necessity of consequence assessment of chlorine leakage and diffusion is emphasized. It is pointed out that：The mathematical models with proprietary intellectual property right for unique heavy gas diffusion in China must be established；The accuracy of different-level mathematical models need to be further improved；The development of unifi ed interface simulation program on the basis of whole process of specifi c mathematical model need to be strengthened.

chlorine leakage；experimental model；diffusion rule；consequence assessment

X82

A

1006-1878（2016）03-0332-06

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.03.019

2016 - 03 - 21；

2016 - 04 - 05。

王森林（1969—），男，四川省宣漢縣人，碩士，高級(jí)工程師，電話023 - 68974217，電郵 slwang666@126.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（91024031）；重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KJ1501313）。