氯气泄漏事故三种模型

氯气泄漏事故三种模型的定量模拟分析

南通其昌镍矿精选有限公司何咏昆

【关键词】：氯气泄漏三种模型定量模拟分析

【内容提要】：本文针对化工企业实际情况，对氯气泄漏的三种模型，提出重气扩散简化的定量模拟分析方法，得出：液氯泄漏情况会比较严重；而气体氯气泄漏，其速度往往是比较慢的。但它们都是泄漏时间的函数，毒害范围将随着时间的延误而不断扩大。在发生氯气泄漏时，我们指挥人员首先应搞清楚是什么类型的泄漏源，然后按照应急程序组织止漏，组织人员撤离。在防止泄漏方面，我们更应预先做好液氯泄漏应急器材、用品的准备，以便在发生泄漏时，有条不紊的开展施救工作。

1 问题的提出：

《危险化学品建设项目安全评价细则（试行）》（安监总危化[2007]255）的颁布实施，对危险化学品建设项目安全评价的风险定量分析提出了更高的要求，建立合理的泄漏模型，科学准确的定量计算，对指导化学事故进行紧急救援，显得十分重要。

在化工企业中，使用氯气的形式，不外于两种，即使用压力钢瓶，或直接使用低压输送的氯气管道。根据这一情况，可能发生的氯气泄漏模型有三种：（1）、压力钢瓶的液氯泄漏；（2）、压力钢瓶的气氯泄漏；（3）、低压管道输送的气氯泄漏。本文就氯气泄漏事故的最常见的三种后果模型进行分析，与同行商榷。

2 泄漏模型的简化与建立：

由于氯气的密度比空气重得多，通常为2.48倍，在泄漏时间少于30分钟的情况下，其系统可近似作为“稳定泄漏源”。以喷射状泄漏出来的氯气，无论是气态或液态，很快会在地面成为“黄绿色”烟雾，这些烟雾在空气中属于“重气扩散”。其扩散程度会受到大气风力、风速、云量、云状和日照等天气资料的影响，国内外学者建立了多种“模型”，最著名的有Pasqyull-Gifford模型和Britter&McQcauid模型。假设的条件很多，计算的方式也很复杂。但无论采用哪一种模型均有很大的“时效性”。如氯气泄漏，开始适用Britter&McQcauid 模型，然后经空气充分稀释以后，通常的大气湍流超过了重力的影响，占支配地

位，典型的高斯扩散特征便显示出来，此时则更符合“高斯扩散模型”。

鉴于上述原理，我们有理由对氯气泄漏模型采用简化形式，以满足安全评价工作的需要。本文采用“蘑菇顶扩散模型”，即考虑了“重气扩散”。

当氯气发生泄漏后，假设地面无风，不考虑天气因素，而且向地面扩散的速度大于向上扩散的速度，即Vx=1/2Vy ，Vg 为泄漏液氯的体积，浓度为c ，则扩散形成半径R 的计算公式为：

3

.3c

Vg

R π=………………………………………………① R′ 向上扩散

3 三种模型的模拟计算 3.1 压力钢瓶的液氯泄漏

3.1.1伯努利方程计算液氯泄漏流速

假设液氯钢瓶发生易熔塞泄漏，瓶内压力为P=1,100,000(Pa)，大气压为P 0 =100,000Pa ，环境温度为25℃，易熔塞泄漏点面积A=(0.006/2)2×3.14=2.826×10-5 (m 2)。在无风条件下，泄漏的液氯在环境温度和自身过热状态下快速气化，并成“蘑菇顶型”扩散。此时，液氯可使用伯努利方程计算泄漏流速：

gh P P A C d 2)

(200+-=ρ

ρ

ω ……………………………………②

式中：ω0—液氯的泄漏流速kg/s ；查资料得C d =0.65；

A=(0.006/2)2×3.14=2.826×10-5 (m 2)； 液氯ρ=1470(kg/m 3 ) ； P=1,100,000(Pa)；

P 0 =100,000Pa ；为了计算方便 2gh ＝0考虑；那么：

)

/(996.001470

100000)

-(110000021470

5-102.8260.652)

(200s kg gh

P P A C d =+⨯⨯⨯⨯=+-=ρ

ρ

ω

则，泄漏量与时间的函数表达式：

Q=f （t ）=ω0 t =0.996 t (kg) …………………………………③ 体积泄漏量与时间的函数关系

泄漏后液氯一部分直接汽化，一部分吸收空气中的热量进行气化；氯气的分子量为70.9，则在沸点-34℃时蒸发蒸气的体积Vg （m 3）为：

t t t 275.0273

34

2739.704.22273273M W 22.4Vg 00=-⨯⨯=+⨯⨯=

ω（m 3） 则，体积泄漏量与时间的函数表达式：

Vg =f v （t ）=0.275 t （m 3） …………………………………④ 3.1.2液氯泄漏伤害范围的计算： 查资料得氯气的危险浓度取值，见表1：

表1 氯气的危险浓度

由此可写出该模型的致死半径和致病半径：

3319467.6/6707.0t c t R ==死…………………………………⑤ 3237088.24/6707.0t c t R ==病 ………………………………⑥ 依据表1中浓度取值，按⑤、⑥式即可计算出伤害范围（半径R ）与泄漏时间t 的关系，列成表2（未考虑风速、风向及扩散速度因素）：

表2 压力钢瓶液氯泄漏时间与中毒致死半径对照表

3.2 压力钢瓶的气体氯气泄漏 3.2.1判定泄漏速度：

在实际使用时，许多企业由于工艺需要，均是直接使用气氯进行氯化，因此，当卧放的压力钢瓶发生上侧易熔塞泄漏时，泄漏的物质为“气体氯气”，根据气体泄漏模型，符合如下等式成立时，该泄漏为超音速流动：

1

012-⎪⎭

⎫

⎝⎛+≤k k k p p …………………………………………⑦

查资料得：氯气的绝热指数k=1.35，经计算⑦式成立，（0.091＜0.537)。所以，本模型为“超音速液氯泄漏”。 3.2.2建立泄漏量与时间的函数关系 （1）计算泄漏流速

超音速泄漏，可按下式计算：

)

/(301.235.22298341.835.19.70101.110826.265.0)1

2

(35

.035.26

51

10s g k RT Mk Ap

C k k d =⎪

⎭

⎫

⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=--+ω则，泄漏量与时间的函数表达式：

Q=f （t ）=ω0 t =2.301t (g) …………………………………⑧ （2）体积泄漏量与时间的函数关系

常温常压下，近视取氯气密度ρ=3.2kg/m 3，于是体积流量ω体可表示为： ω体 =2.301 / 3.2=0.721（升/s ）。 则，体积泄漏量与时间的函数表达式：

Vg =f v （t ）=ω体t =0.721×10-3 t （m 3）……………………………⑨ 3.2.3伤害范围的计算：

同样，假设泄漏的氯气，向上扩散的速度是地面的50％，浓度为c ，则扩散半径公式为：

33

333/0883.0/000688.0.10721.03.3c t c t c

t c Vg R ==⨯⨯==-ππ……………○

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