液氯储罐泄漏扩散数值模拟研究
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摘要
液氯扩散规律研究是液氯泄漏扩散预防控制的基础。本论文采用数值模拟分析了液氯基本特性，对泄漏扩散模型进行系统研究，得出液氯泄漏扩散的方式及影响结果，这与泄漏方式、气体特性、扩散参数及环境参数密切相关。通过对以上影响因素进行系统分析，建立了扩散的几何模型。在此基础上，设置符合本文初始状态、相似准则的网格模型，进行FLUENT模型参数选取，确定各边界条件，再对泄漏模拟所需要的控制参数设置计算，进行数值模拟。FLUENT不能对广阔区域进行详细网格划分和数值模拟，因此对大面积扩散采用ALOHA软件对在不同风速、泄漏源强度、孔径下液氯进行扩散模拟。为液氯泄漏扩散预防控制措施提供指导。
主要工作和结论如下：
（1）在液氯泄漏理论分析的基础上，建立了液氯泄漏扩散计算模型，对实际情况的基本假设、控制方程、参数设定进行研究，建立了液氯扩散几何模型，该模型模型涉及参数众多，针对不同环境、不同类型气体，所对应参数不一样。
（2）通过FLUENT模拟，液氯泄漏在同一截面上轴心处的流速最大，离轴心越远的流速较小；压力扩散非常迅速，在泄漏孔上方Y方向和X方向极小的范围内就与大气达到了平衡，温度随时间发展，受重力影响，形成泄漏抛物线状。顺风条件下：扩散速度快，面积广，危害浓度面积小；逆风条件下：扩散速度缓慢，危害浓度面积大。
（3）针对液氯扩散，采用ALOHA软件进行了不同风速、泄漏源体积、孔径液氯扩散模拟，分析了不同风速、泄漏源体积、孔径液氯扩散的规律，并对事故类型危害程度进行分析，并提出了综合液氯扩散预防控制措施。
Spread of liquid chlorine leak has caused huge casualties and property losses. Ofdiffusion of liquid chlorine is liquid chlorine spill prevention and control of proliferation ofthe foundation. Through this paper the basic characteristics of chlorine and the differentdiffusion models for system analysis, the spread of liquid chlorine spill and the consequencesof the way, with the leakage of way, gas properties, diffusion parameters and environmentalparameters are closely related. On a systematic analysis of the above factors, theestablishment of the diffusion geometry. On this basis, draw the line with the requirements ofthis model grid, the FLUENT model selection to determine the boundary conditions to be set,and then the leak dispersion simulation control parameters needed to calculate and set thenumerical simulation. ALOHA software applications in different wind speed, the source ofleakage intensity, aperture under the chlorine diffusion simulation. Diffusion of chlorineleakage prevention and control measures to provide guidance.
The main work and conclusions are as follows:
（1）the instantaneous leak of liquid chlorine on the basis of theoretical analysis, theestablishment of a rapid diffusion of liquid chlorine leakage model, the actual situation on thebasic assumptions, equations, parameter setting, the establishment of a geometric model ofdiffusion of liquid chlorine. Since the model is a multi-parameter model, which has many ofthe specific parameters must be determined, but for different mining field, different types ofgas, the corresponding parameter is not the same.
（2）FLUENT simulation, chlorine leakage in the same section on the axis at themaximum flow rate, the farther away from the axis of the velocity is relatively small; pressurespread very rapidly leaking hole in the X direction and Y direction over a very small withinreach equilibrium with the atmosphere, the temputer over time, by the effect of gravity, beganto form a leak parabola. Wind conditions: the proliferation of fast, wide area against the concentration of small size; wind conditions: slow diffusion, the concentration of hazardousarea.
（3）ALOHA software simulation of the different wind speed, the source of leakagevolume, pore diffusion law of liquid chlorine, and the extent of the accident type of hazardanalysis, a comprehensive prevention and control measures for chlorine diffusion.
主要工作和结论如下：
（1）在液氯泄漏理论分析的基础上，建立了液氯泄漏扩散计算模型，对实际情况的基本假设、控制方程、参数设定进行研究，建立了液氯扩散几何模型，该模型模型涉及参数众多，针对不同环境、不同类型气体，所对应参数不一样。
（2）通过FLUENT模拟，液氯泄漏在同一截面上轴心处的流速最大，离轴心越远的流速较小；压力扩散非常迅速，在泄漏孔上方Y方向和X方向极小的范围内就与大气达到了平衡，温度随时间发展，受重力影响，形成泄漏抛物线状。顺风条件下：扩散速度快，面积广，危害浓度面积小；逆风条件下：扩散速度缓慢，危害浓度面积大。
（3）针对液氯扩散，采用ALOHA软件进行了不同风速、泄漏源体积、孔径液氯扩散模拟，分析了不同风速、泄漏源体积、孔径液氯扩散的规律，并对事故类型危害程度进行分析，并提出了综合液氯扩散预防控制措施。
Spread of liquid chlorine leak has caused huge casualties and property losses. Ofdiffusion of liquid chlorine is liquid chlorine spill prevention and control of proliferation ofthe foundation. Through this paper the basic characteristics of chlorine and the differentdiffusion models for system analysis, the spread of liquid chlorine spill and the consequencesof the way, with the leakage of way, gas properties, diffusion parameters and environmentalparameters are closely related. On a systematic analysis of the above factors, theestablishment of the diffusion geometry. On this basis, draw the line with the requirements ofthis model grid, the FLUENT model selection to determine the boundary conditions to be set,and then the leak dispersion simulation control parameters needed to calculate and set thenumerical simulation. ALOHA software applications in different wind speed, the source ofleakage intensity, aperture under the chlorine diffusion simulation. Diffusion of chlorineleakage prevention and control measures to provide guidance.
The main work and conclusions are as follows:
（1）the instantaneous leak of liquid chlorine on the basis of theoretical analysis, theestablishment of a rapid diffusion of liquid chlorine leakage model, the actual situation on thebasic assumptions, equations, parameter setting, the establishment of a geometric model ofdiffusion of liquid chlorine. Since the model is a multi-parameter model, which has many ofthe specific parameters must be determined, but for different mining field, different types ofgas, the corresponding parameter is not the same.
（2）FLUENT simulation, chlorine leakage in the same section on the axis at themaximum flow rate, the farther away from the axis of the velocity is relatively small; pressurespread very rapidly leaking hole in the X direction and Y direction over a very small withinreach equilibrium with the atmosphere, the temputer over time, by the effect of gravity, beganto form a leak parabola. Wind conditions: the proliferation of fast, wide area against the concentration of small size; wind conditions: slow diffusion, the concentration of hazardousarea.
（3）ALOHA software simulation of the different wind speed, the source of leakagevolume, pore diffusion law of liquid chlorine, and the extent of the accident type of hazardanalysis, a comprehensive prevention and control measures for chlorine diffusion.
引文
[1]国家安全生产监督管理总局，http://media.chinasafety.gov.cn:8090/iSystem/shigumain.jsp
[2]高云博,蔡香萍.危险物质重气扩散研究综述[J].工业安全与环保, 2009,（12）
[3]沈艳涛,于建国.毒性重气瞬时泄漏扩散过程CFD模拟与风险分析[J].华东理工大学学报（自然科学版）, 2008,（01）
[4]陈甲.管道高压含硫天然气泄漏扩散规律研究[D].西安科技大学, 2010
[5] R. Ohba, A. Kouchi, et al. Validation of heavy and light gas dispersion models for thesafety analysis of LNG tank .Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2004, 17:325-337
[6]姜传胜,丁辉,刘国梁.重气连续泄漏扩散的风洞模拟实验与数值模拟结果对比分析[J].中国安全科学学报,2003
[7]杜可.重气体瞬时源扩散的风洞实验研究[D].北京大学.2001
[8]秦颂,董华.重气扩散的盐水模拟[J].能源技术, 2007,（02）
[9]丁辉.城市安全隐患—重气泄漏的思考[J],安全2004（02）
[10]杨成坤.LNG船舶瞬时泄漏扩散研究[D].大连海事大学,2006
[11]郑远攀.工业危险物质（重气）扩散数学模型研究综述[J].安全与环境学报,2008,（03）
[12]朱红萍,罗艾民,李润求.重气泄漏扩散事故后果评估系统研究[J].中国安全科学学报,2009,（05）
[13] Venart JE. Flixborough:Afinal footnote[J].Journal of Loss Preventioninthe ProcessIndustries, 2007, 20（4/5/6）:621-643
[14]何佳,宣爱国,吴元欣,闫志国,潘杨.氯乙烯的泄漏扩散模拟[J].武汉工程大学学报,2009,（12
[15] Nielsenm,Otts,Jorgensenhe,et al. Field experiments with dispersion of pressure liquefiedammonia[J] .Journal of Hazardous Materials, 1997, 56（1/2）:59-105
[16]周波,张国枢.有害物质泄漏扩散的数值模拟[J].工业安全与环保, 2005,（10）
[17]王文娟,刘剑锋.危险性气体泄漏扩散数学模拟研究[J].工业安全与环保, 2006,（11）
[18] Shao,Shi ZR,Zhuql,et al. Principal component analysis on leakage-diffusion simulation ofharmful gas based on statistical analysis system[C]
[19]丁信伟,王淑兰,徐国庆.可燃及毒性气体扩散研究[J].化学工程, 2000,（01）
[20]潘旭海,蒋军成.重气云团瞬时泄漏扩散的数值模拟研究[J].化学工程, 2003,（01）
[21]黄沿波,梁栋,李剑峰,何卫峰.气扩散模型分类方法[J].安全与环境工程, 2008,（04）
[22]胡世明,张政,魏利军,吴宗之.危险物质意外泄漏的重气扩散数学模拟[J].劳动保护科学技术, 2000
[23]李学军.化学毒性气体事故泄漏扩散的数值模拟及评价[J].山东化工2003
[24] Zhang,Yang R,Shens F,et al. Large eddy simulations of chlorine gas dispersionin differenttwo-dimensional urbanstreet canyon configurations[C].HUANG Ping;WANG Yajun;LIShengcai,et al. Progress insafetyscience andtechnology. Beijing: Sci-ence Press, 2006,VolVI :1338-1341
[25]肖方亮.长江桥区污染事故的应急反应和对策研究[D].武汉理工大学,2009李剑峰.有毒重气扩散数值模拟与应急疏散关键技术研究[D].南开大学,2008
[26] Vanul denap. Onthe spreadingofa heavygas releasednearthe ground[C] .（Amsterdam）:Elsevier, 1974
[27] Britter,Mcquaid J. Workbook on the dispersion ofdense gases[R] .Sheffield,UK: Researchand Laboratory Services Division（HSE）, 1988
[28]黄琴,蒋军成.重气扩散研究综述[J].安全与环境工程, 2007,（04）
[29] Postl.Hgsystem3.0technical reference manual[R] .Chester,UK: Shell researchLtd,Thornton Research Center, 1994
[30]魏利军,张政,胡世明.重气扩散的数值模拟[J].中国安全科学学报,2000（10）
[31]魏利军.重气扩散过程的数值模拟[D].北京化工大学,2000
[32]胡夏琦,含硫化氢高压天然气管道泄漏的数值模拟[D].中国石油大学,2007
[33]段卓平，吕武轩.易燃、易爆（有毒）重大危险源（罐区）泄漏物扩散模型及数值模拟.中国安全科学学报.1999.9（4）:p.65一69
[34] Pesquill.F.,Atlnos Pheriediffsion.1974,Newyork:Wiley
[35]丁信伟,王淑兰,徐国庆.可燃及毒性气体泄漏扩散研究综述.化学工业与工程.1999.16（2）:p.125-12
[36]姜传胜,丁辉,刘国梁,杜可,宣捷,赵汝敖.重气连续泄漏扩散的风洞模拟实验与数值模拟结果对比分析[J].中国安全科学学报, 2003,（02）.
[37]奚旦立等.突发性污染事件应急处置工程.[M].化学工业出版社,2009
[38]危险化学品名录.化学工业出版社,2004
[39]袁发林,液氯贮罐泄漏的预防和紧急处理.[M].,化工安全与环境,2008
[40]陈国华,梁韬,张晖,颜伟文,陈清光.用SAFETI定量评价液氯泄漏事故的风险[J].华南理工大学学报（自然科学版）, 2006,（05）
[41]葛秀坤,孙志红.工业企业事故性泄漏扩散模型[M].安全与环境学报2006
[42]刘国梁.重气烟羽扩散的模拟实验研究[D].北京大学.2001
[43]李国玉.液氯泄漏引起居民中毒事故调查分析[J].工业卫生与职业病, 2004,（06）
[44]郝薇.污水处理现场职工的职业健康安全问题研究[D].南开大学,2007
[45]黄斌,陈建中,殷志伟.液氯泄漏事故扩散范围预测[J].湖南有色金属2007（05）
[46]杜建科.毒气泄漏过程及其危险区域分析[J].中国安全科学学报, 2002,（06）
[47]温亚男.天然气钻井井场安全距离研究[D].首都经济贸易大学,2005
[48]叶军.散装液体危险化学品码头安全管理研究[D].南京理工大学,2006
[49]吴爱香,张瑞芳;液氨球罐泄漏事故后果分析与评价[J];安全;2005（05）
[50]冯雄瑞等.化工安全技术手册[M],化学工业出版社，1993
[51]美国NIST数据中心http://webbook.nist.gov/chemistry
[52]刘延雷.高压氢气快充温升控制及泄漏扩散规律研究[D].浙江大学,2009
[53] Fhient操作手册中文版.第9章:P.9
[54] LinYuan-fang，Cheng Nai-wei．Research on Emergency Assistant Rescue DecisionmakingMethod of Hazardous Chemicals Leakage Accident［J］．Journal of ShenyangInstitute of Aeronautical Engineering，2009，26（2）:73～76
[55] Yang Yu-sheng．The Method of the Evacuation Simulation and Training about HazardousChemical Accidents Based on Gas Dispersion Software［J］.Journal of Chinese People'sArmed Police Force Acadedy，2009，25（2）:51～53
[56] EPA，NOAA．Aloha user's manual．US,2006
[57]周超,王志荣.室外液氯泄漏条件下室内气体浓度影响因素的研究[M].中国安全生产科学技术2010（04）
[58]丁信伟,王淑兰,徐国庆.可燃及毒性气体泄漏扩散研究综述[J].化学工业与工程,1999,（02）
[59]王洪龙,董慧.液氯事故应急处置的对策及措施[M].安全、健康和环境2006（08）
[60]宋元宁,郭洋,徐广大.自来水公司（厂）液氯瓶库安全要求[M].化工安全与环境2010（9）
[61]施婕.突发毒气泄漏事故的急性健康风险分析研究[D].南开大学,2009年
[62]李俊侃.液氛泄漏扩散危害性分析[J].中国职业安全健康协会2008年学术年会论文集;2008（12）
[63]廖光煊,翁韬,朱霁平,刘铁民,刘功智.城市重大事故应急辅助决策支持系统研究[M].中国工程科学2005（07）
[64]吴玉剑,潘旭海,尹新.复杂地形条件下重气扩散研究进展[J].工业安全与环保, 2009,（11）
[65]龚建长,高洪建.液氯气化工艺及安全[J].湖南化工,1994,（01）
[66]时亚丽.易燃液体公路运输泄漏扩散模型计算分析及研究[D].江苏大学,2005
[67]张朝能,宁平,马彩霞.高原复杂地形下城市重气泄漏的数值模拟[J].武汉理工大学学报, 2009,（20）
[68]肖方亮.长江桥区污染事故的应急反应和对策研究[D].武汉理工大学,2009
[69]李剑峰.有毒重气扩散数值模拟与应急疏散关键技术研究[D].南开大学,2008
[2]高云博,蔡香萍.危险物质重气扩散研究综述[J].工业安全与环保, 2009,（12）
[3]沈艳涛,于建国.毒性重气瞬时泄漏扩散过程CFD模拟与风险分析[J].华东理工大学学报（自然科学版）, 2008,（01）
[4]陈甲.管道高压含硫天然气泄漏扩散规律研究[D].西安科技大学, 2010
[5] R. Ohba, A. Kouchi, et al. Validation of heavy and light gas dispersion models for thesafety analysis of LNG tank .Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2004, 17:325-337
[6]姜传胜,丁辉,刘国梁.重气连续泄漏扩散的风洞模拟实验与数值模拟结果对比分析[J].中国安全科学学报,2003
[7]杜可.重气体瞬时源扩散的风洞实验研究[D].北京大学.2001
[8]秦颂,董华.重气扩散的盐水模拟[J].能源技术, 2007,（02）
[9]丁辉.城市安全隐患—重气泄漏的思考[J],安全2004（02）
[10]杨成坤.LNG船舶瞬时泄漏扩散研究[D].大连海事大学,2006
[11]郑远攀.工业危险物质（重气）扩散数学模型研究综述[J].安全与环境学报,2008,（03）
[12]朱红萍,罗艾民,李润求.重气泄漏扩散事故后果评估系统研究[J].中国安全科学学报,2009,（05）
[13] Venart JE. Flixborough:Afinal footnote[J].Journal of Loss Preventioninthe ProcessIndustries, 2007, 20（4/5/6）:621-643
[14]何佳,宣爱国,吴元欣,闫志国,潘杨.氯乙烯的泄漏扩散模拟[J].武汉工程大学学报,2009,（12
[15] Nielsenm,Otts,Jorgensenhe,et al. Field experiments with dispersion of pressure liquefiedammonia[J] .Journal of Hazardous Materials, 1997, 56（1/2）:59-105
[16]周波,张国枢.有害物质泄漏扩散的数值模拟[J].工业安全与环保, 2005,（10）
[17]王文娟,刘剑锋.危险性气体泄漏扩散数学模拟研究[J].工业安全与环保, 2006,（11）
[18] Shao,Shi ZR,Zhuql,et al. Principal component analysis on leakage-diffusion simulation ofharmful gas based on statistical analysis system[C]
[19]丁信伟,王淑兰,徐国庆.可燃及毒性气体扩散研究[J].化学工程, 2000,（01）
[20]潘旭海,蒋军成.重气云团瞬时泄漏扩散的数值模拟研究[J].化学工程, 2003,（01）
[21]黄沿波,梁栋,李剑峰,何卫峰.气扩散模型分类方法[J].安全与环境工程, 2008,（04）
[22]胡世明,张政,魏利军,吴宗之.危险物质意外泄漏的重气扩散数学模拟[J].劳动保护科学技术, 2000
[23]李学军.化学毒性气体事故泄漏扩散的数值模拟及评价[J].山东化工2003
[24] Zhang,Yang R,Shens F,et al. Large eddy simulations of chlorine gas dispersionin differenttwo-dimensional urbanstreet canyon configurations[C].HUANG Ping;WANG Yajun;LIShengcai,et al. Progress insafetyscience andtechnology. Beijing: Sci-ence Press, 2006,VolVI :1338-1341
[25]肖方亮.长江桥区污染事故的应急反应和对策研究[D].武汉理工大学,2009李剑峰.有毒重气扩散数值模拟与应急疏散关键技术研究[D].南开大学,2008
[26] Vanul denap. Onthe spreadingofa heavygas releasednearthe ground[C] .（Amsterdam）:Elsevier, 1974
[27] Britter,Mcquaid J. Workbook on the dispersion ofdense gases[R] .Sheffield,UK: Researchand Laboratory Services Division（HSE）, 1988
[28]黄琴,蒋军成.重气扩散研究综述[J].安全与环境工程, 2007,（04）
[29] Postl.Hgsystem3.0technical reference manual[R] .Chester,UK: Shell researchLtd,Thornton Research Center, 1994
[30]魏利军,张政,胡世明.重气扩散的数值模拟[J].中国安全科学学报,2000（10）
[31]魏利军.重气扩散过程的数值模拟[D].北京化工大学,2000
[32]胡夏琦,含硫化氢高压天然气管道泄漏的数值模拟[D].中国石油大学,2007
[33]段卓平，吕武轩.易燃、易爆（有毒）重大危险源（罐区）泄漏物扩散模型及数值模拟.中国安全科学学报.1999.9（4）:p.65一69
[34] Pesquill.F.,Atlnos Pheriediffsion.1974,Newyork:Wiley
[35]丁信伟,王淑兰,徐国庆.可燃及毒性气体泄漏扩散研究综述.化学工业与工程.1999.16（2）:p.125-12
[36]姜传胜,丁辉,刘国梁,杜可,宣捷,赵汝敖.重气连续泄漏扩散的风洞模拟实验与数值模拟结果对比分析[J].中国安全科学学报, 2003,（02）.
[37]奚旦立等.突发性污染事件应急处置工程.[M].化学工业出版社,2009
[38]危险化学品名录.化学工业出版社,2004
[39]袁发林,液氯贮罐泄漏的预防和紧急处理.[M].,化工安全与环境,2008
[40]陈国华,梁韬,张晖,颜伟文,陈清光.用SAFETI定量评价液氯泄漏事故的风险[J].华南理工大学学报（自然科学版）, 2006,（05）
[41]葛秀坤,孙志红.工业企业事故性泄漏扩散模型[M].安全与环境学报2006
[42]刘国梁.重气烟羽扩散的模拟实验研究[D].北京大学.2001
[43]李国玉.液氯泄漏引起居民中毒事故调查分析[J].工业卫生与职业病, 2004,（06）
[44]郝薇.污水处理现场职工的职业健康安全问题研究[D].南开大学,2007
[45]黄斌,陈建中,殷志伟.液氯泄漏事故扩散范围预测[J].湖南有色金属2007（05）
[46]杜建科.毒气泄漏过程及其危险区域分析[J].中国安全科学学报, 2002,（06）
[47]温亚男.天然气钻井井场安全距离研究[D].首都经济贸易大学,2005
[48]叶军.散装液体危险化学品码头安全管理研究[D].南京理工大学,2006
[49]吴爱香,张瑞芳;液氨球罐泄漏事故后果分析与评价[J];安全;2005（05）
[50]冯雄瑞等.化工安全技术手册[M],化学工业出版社，1993
[51]美国NIST数据中心http://webbook.nist.gov/chemistry
[52]刘延雷.高压氢气快充温升控制及泄漏扩散规律研究[D].浙江大学,2009
[53] Fhient操作手册中文版.第9章:P.9
[54] LinYuan-fang，Cheng Nai-wei．Research on Emergency Assistant Rescue DecisionmakingMethod of Hazardous Chemicals Leakage Accident［J］．Journal of ShenyangInstitute of Aeronautical Engineering，2009，26（2）:73～76
[55] Yang Yu-sheng．The Method of the Evacuation Simulation and Training about HazardousChemical Accidents Based on Gas Dispersion Software［J］.Journal of Chinese People'sArmed Police Force Acadedy，2009，25（2）:51～53
[56] EPA，NOAA．Aloha user's manual．US,2006
[57]周超,王志荣.室外液氯泄漏条件下室内气体浓度影响因素的研究[M].中国安全生产科学技术2010（04）
[58]丁信伟,王淑兰,徐国庆.可燃及毒性气体泄漏扩散研究综述[J].化学工业与工程,1999,（02）
[59]王洪龙,董慧.液氯事故应急处置的对策及措施[M].安全、健康和环境2006（08）
[60]宋元宁,郭洋,徐广大.自来水公司（厂）液氯瓶库安全要求[M].化工安全与环境2010（9）
[61]施婕.突发毒气泄漏事故的急性健康风险分析研究[D].南开大学,2009年
[62]李俊侃.液氛泄漏扩散危害性分析[J].中国职业安全健康协会2008年学术年会论文集;2008（12）
[63]廖光煊,翁韬,朱霁平,刘铁民,刘功智.城市重大事故应急辅助决策支持系统研究[M].中国工程科学2005（07）
[64]吴玉剑,潘旭海,尹新.复杂地形条件下重气扩散研究进展[J].工业安全与环保, 2009,（11）
[65]龚建长,高洪建.液氯气化工艺及安全[J].湖南化工,1994,（01）
[66]时亚丽.易燃液体公路运输泄漏扩散模型计算分析及研究[D].江苏大学,2005
[67]张朝能,宁平,马彩霞.高原复杂地形下城市重气泄漏的数值模拟[J].武汉理工大学学报, 2009,（20）
[68]肖方亮.长江桥区污染事故的应急反应和对策研究[D].武汉理工大学,2009
[69]李剑峰.有毒重气扩散数值模拟与应急疏散关键技术研究[D].南开大学,2008