CN102096768B - 危险化学品泄漏污染评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种危险化学品泄漏污染评估方法，包括如下步骤：1、确定危险化学品扩散源为瞬时泄漏源或连续泄漏源；2、将源扩散分为瞬时泄漏源重气扩散、瞬时泄漏源非重气扩散、连续泄漏源重气扩散和连续泄漏源非重气扩散；3、瞬时泄漏源重气扩散以

的浓度扩散；4、瞬时泄漏源非重气扩散以

的浓度扩散；5、在水平方向，连续泄漏源重气扩散以c＝b₀h₀c₀/(bh)的浓度扩散；6、连续泄漏源非重气云以

的浓度扩散；7、确定并显示污染范围。本发明具有比较准确、直观，且使用简单等特点，可广泛应用于化工、石化、天然气等行业。

Description

危险化学品泄漏污染评估方法

技术领域

本发明涉及评估方法，特别是涉及一种危险化学品泄漏污染评估方法。 

背景技术

在化工、石化、天然气等行业存在着大量的有毒有害的危险化学品，这些危险化学品在生产、运输、存储和使用各个环节，时刻都存在着发生泄漏的危险。通常情况下，为了贮存和运输方便，根据危险化学品的性质，多采用常温加压、低温加压等方式存放。危险化学品一旦泄漏出来，就会在地面附近形成云团，给附近人员带来严重危害。随着现代化工业的发展，危险化学品泄漏事故的发生越来越频繁，造成了巨大的人员伤亡和财产损失，还牵涉到大批的人员紧急疏散问题，严重影响了人们的正常工作和生活，造成极其恶劣的社会影响。 

危险化学品泄漏化学事故危害评估主要是指危险化学品泄漏事故发生后，对危害程度、危害地域、二次污染等进行的评估。有毒或易燃易爆气体泄漏后，在外部的风和危险化学品的浓度梯度作用下，会沿地表面扩散，在事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区。毒气云团传播方向、危害纵深或危害半径、危害地域、等决策数据对危险区居民疏散、减轻事故损失具有重要意义。 

另外，危险化学品泄漏污染评估还可实现事故发生前危险源的管理和控制比如，对化工厂、加油站、储气站等固定灾害源以及危险化学品运输车辆等流动灾害源进行科学评估，以确定被控对象。 

由此可见，如何通过危险化学品泄漏事故的发生形式及污染范围准确地确定安全距离，且能直观显示、简单使用，成为社会关注的关键问题。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种比较准确、直观且使用简单的危险化学品泄漏污染评估方法。 

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为： 

一种危险化学品泄漏污染评估方法，包括如下步骤： 

步骤1、根据环境风速u、泄漏持续时间T₀和观察者距离危险化学品扩散源的距离d，确定危险化学品扩散源为瞬时泄漏源或连续泄漏源后，执行步骤2； 

步骤2、根据危险化学品扩散方式为重气云扩散或非重气云扩散，将瞬时泄漏源扩散分为瞬时泄漏源重气扩散和瞬时泄漏源非重气扩散，将连续泄漏源分为连续泄漏源重气扩散和连续泄漏源非重气扩散；对瞬时泄漏源重气扩散，执行步骤3；对瞬时泄漏源非重气扩散，执行步骤4；对连续泄漏源重气扩散，执行步骤5；对连续泄漏源非重气云扩散，执行步骤6； 

步骤3、在水平面方向，瞬时泄漏源以瞬时重气扩散浓度 

扩散，执行步骤7；其中，c₀₁为瞬时泄漏源扩散所形成重气云初始浓度，h₀₁为瞬时泄漏源扩散所形成重气云初始高度，h₁为瞬时泄漏源扩散所形成重气云扩散高度，r₀为瞬时泄漏源扩散所形成重气云初始半径，r为瞬时泄漏源扩散所形成重气云扩散半径； 

步骤4、瞬时泄漏源以瞬时非重气扩散浓度  $c_2=\frac{{2Q}^{\′}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{3/2}{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y{\mathrm{\σ}}_z}\exp (-\frac{1}{2}\{\frac{{(x-\mathrm{ut})}^2}{{\mathrm{\σ}}_x^2}+\frac{y^2}{{\mathrm{\σ}}_y^2}+\frac{z^2}{{\mathrm{\σ}}_z^2}\left\}\right)$ 扩散，执行步骤7；其中，Q′为瞬时泄漏源瞬时排放的物料量，σ_x、σ_y、σ_z均为横向坐标方向、纵向坐标方向、轴向坐标方向的扩散参数，x、y、z分别为横向坐标、纵向坐标和轴向坐标，t为时间参数； 

步骤5、在水平面方向，连续泄漏源以连续重气扩散浓度c₃＝b₀h₀₂c₀₂/(bh₂)扩散；其中，c₀₂为连续泄漏源扩散所形成重气云初始浓度，h₀₂为连续泄漏源扩散所形成重气云初始高度，h₂为连续泄漏源扩散所形成重气云扩散高度，b₀为连续 泄漏源扩散所形成重气云横截面初始半宽，b为连续泄漏源扩散所形成重气云横截面扩散半宽； 

步骤6、连续泄漏源以连续非重气扩散浓度 扩散，执行步骤7；其中，Q″为连续泄漏源连续排放速度，σ_y、σ_z分别为纵向坐标方向、轴向坐标方向的扩散参数；y、z分别为纵向坐标和轴向坐标； 

步骤7、根据瞬时重气扩散浓度、瞬时非重气扩散浓度、连续重气扩散浓度或连续非重气扩散浓度，确定并显示污染范围。 

综上所述，本发明所述危险化学品泄漏污染评估方法，按照危险化学品扩散源、危险化学品扩散方式分类，根据各分类后的瞬时重气扩散浓度、瞬时非重气扩散浓度、连续重气扩散浓度和连续非重气扩散浓度确定污染范围，因此，本发明所述危险化学品泄漏污染评估方法比较准确；另外，本发明所述危险化学品泄漏评估方法，能直观显示污染范围，所以，具有使用简单的特点。 

附图说明

图1是本发明所述危险化学品泄漏污染评估方法的流程图。 

图2是本发明实施例中一种苯连续泄漏源污染范围示意图。 

图3是本发明静风条件下一种连续泄漏源污染范围示意图。 

图4是本发明一种瞬时泄漏源污染范围示意图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。 

图1是本发明所述危险化学品泄漏污染评估方法的流程图。如图1所示，本发明所述危险化学品泄漏污染评估方法，包括如下步骤： 

步骤1、根据环境风速u、泄漏持续时间T₀和观察者距离危险化学品扩散源的距离d，确定危险化学品扩散源为瞬时泄漏源或连续泄漏源后，执行步骤2。 

步骤2、根据危险化学品扩散方式为重气云扩散或非重气云扩散，将瞬时泄漏源扩散分为瞬时泄漏源重气扩散和瞬时泄漏源非重气扩散，将连续泄漏源分为连续泄漏源重气扩散和连续泄漏源非重气扩散；对瞬时泄漏源重气扩散，执行步骤3；对瞬时泄漏源非重气扩散，执行步骤4；对连续泄漏源重气扩散，执行步骤5；对连续泄漏源非重气云扩散，执行步骤6。 

步骤3、在水平面方向，瞬时泄漏源以瞬时重气扩散浓度 

扩散，执行步骤7；其中，c₀₁为瞬时泄漏源扩散所形成重气云初始浓度，h₀₁为瞬时泄漏源扩散所形成重气云初始高度，h₁为瞬时泄漏源扩散所形成重气云扩散高度，r₀为瞬时泄漏源扩散所形成重气云初始半径，r为瞬时泄漏源扩散所形成重气云扩散半径。 

步骤4、瞬时泄漏源以瞬时非重气扩散浓度  $c_2=\frac{{2Q}^{\′}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{3/2}{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y{\mathrm{\σ}}_z}\exp (-\frac{1}{2}\{\frac{{(x-\mathrm{ut})}^2}{{\mathrm{\σ}}_x^2}+\frac{y^2}{{\mathrm{\σ}}_y^2}+\frac{z^2}{{\mathrm{\σ}}_z^2}\left\}\right)$ 扩散，执行步骤7；其中，Q′为瞬时泄漏源瞬时排放的物料量，σ_x、σ_y、σ_z分别为横向坐标方向、纵向坐标方向、轴向坐标方向的扩散参数，x、y、z分别为横向坐标、纵向坐标和轴向坐标，t为时间参数。 

步骤5、在水平面方向，连续泄漏源以连续重气扩散浓度c₃＝b₀h₀₂c₀₂/(bh₂)扩散；其中，c₀₂为连续泄漏源扩散所形成重气云初始浓度，h₀₂为连续泄漏源扩散所形成重气云初始高度，h₂为连续泄漏源扩散所形成重气云扩散高度，b₀为连续泄漏源扩散所形成重气云横截面初始半宽，b为连续泄漏源扩散所形成重气云横截面扩散半宽。 

步骤6、连续泄漏源以连续非重气扩散浓度 

扩散， 执行步骤7；其中，Q″为连续泄漏源连续排放流量，σ_y、σ_z分别为纵向坐标方向、轴向坐标方向的扩散参数；y、z分别为纵向坐标和轴向坐标。 

步骤7、根据瞬时重气扩散浓度、瞬时非重气扩散浓度、连续重气扩散浓度或连续非重气扩散浓度，确定并显示污染范围。 

总之，本发明中，首先，按照危险化学品扩散源、危险化学品扩散方式，将危险化学品泄漏扩散分为瞬时泄漏重气扩散、瞬时非重气扩散、连续重气扩散、连续非重气扩散；其次，根据瞬时重气扩散浓度、瞬时非重气扩散浓度、连续重气扩散浓度和连续非重气扩散浓度确定污染范围，并显示污染范围。因此，本发明所述危险化学品泄漏污染评估方法比较准确、直观，且使用简单。 

步骤1中，根据环境风速u、泄漏持续时间T₀和观察者距离危险化学品扩散源的距离d，确定危险化学品扩散源为瞬时泄漏源或连续泄漏源的步骤具体为：当uT₀/d＜0.6时，危险化学品扩散源为瞬时泄漏源；当uT₀/d＞2.5时，危险化学品扩散源为连续泄漏源；当0.6＜uT₀/d＜2.5时，如果危险化学品扩散源作为瞬时泄漏源的危险程度大于危险化学品扩散源作为连续泄漏源的危险程度，则危险化学品扩散源为瞬时泄漏源，如果危险化学品扩散源作为瞬时泄漏源的危险程度小于危险化学品扩散源作为连续泄漏源的危险程度，则危险化学品扩散源为瞬时扩散源。 

实际应用中，步骤1之后、步骤2之前，还包括： 

步骤a、判断危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团或非重气云团。 

实际应用中，重气效应是重气云团扩散所具有的特有现象，重气效应不利于危险化学品泄漏物扩散。判断泄漏所形成的云团是否为重气云团，主要有如下两种方法： 

第一种方法，判断危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团或非重气云 团具体为：当危险化学品泄漏扩散所形成云团的云团密度大于或等于空气密度时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团；当危险化学品泄漏扩散所形成云团的云团密度小于空气密度时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为非重气云团。 

第二种方法，所述判断危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团或非重气云团具体为： 

对于瞬时泄漏源，当数值 时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团；当数值 时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为非重气云团；对于连续泄漏源，当数值 

时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团；当数值 

时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为非重气云团。其中，ε、δ为设定数值，g为重力加速度，ρ₀为瞬时泄漏所形成云团初始密度，ρ′₀为连续泄漏所形成云团初始密度，ρ_g为环境空气密度，V₀是瞬时泄漏所形成云团初始体积，V₀′是连续泄漏所形成云团初始体积，D是泄漏源的特征水平尺度，V_*是摩擦速度。实际应用中，根据危险化学品泄漏现场的具体情况设定ε和δ的值。 

实际应用中，随着危险化学品泄漏源扩散的进行，重气云团转化为非重气云团。 

步骤6中，如果连续泄漏源泄漏物是液体，则 若连续泄漏源泄漏物是以音速流动的气体，则 

若连续泄漏源泄漏物是以亚音速流动的气体，则 

其中，C_d为泄漏 系数，A为连续泄漏源裂口面积，ρ泄漏物密度，P为设备内液体压力，P₀为环境压力，g为重力加速度，h为连续泄漏源裂口之上的液位高度；κ为比容热容比，A为连续泄漏源裂口面积，T为气体温度；Y为气体膨胀因子，且  $Y=\sqrt{\frac{1}{\mathrm{\κ}-1}{\left(\frac{\mathrm{\κ}+1}{2}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}+1}{\mathrm{\κ}-1}}{\left(\frac{p}{p_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\κ}}}[1-{\left(\frac{p}{p_0}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}-1}{\mathrm{\κ}}}]},$ p为亚音速流动的气体的气压。 

实际应用中，当连续泄漏源裂口为圆形时，C_d＝1.0；当连续泄漏源裂口为三角形时，C_d＝0.95；当连续泄漏源裂口为长方形时，C_d＝0.9。 

实际应用中，连续泄漏源泄漏物是气体时，如果 

则泄漏的气体流动为亚音速流动；如果 

则泄漏的气体流动为音速流动。 

步骤4和步骤6中，环境风速u具体为：u＝u₀(z/z₀)m；其中，u₀为当地气象台测得的高度为z₀的环境参考风速，z为风速u对应的环境风距地面的高度，m为指数。这里，m＝0.25。 

实际应用中，连续泄漏源泄漏物在大气中扩散到一定高度H，且该高度H对应的环境风速u＜0.4m/s时，将该高度H对应的环境风作为静风。静风条件下连续泄漏源的扩散浓度为 $c\left(R\right)=\frac{{2Q}^{\′\′}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{2/3}r}\·\frac{1}{R^2+(a^2/r^2)H^2};$ 其中，R为静风条件下的扩散半径，a、r为静风条件下的扩散参数。 

实际应用中，σ_x、σ_y、σ_z、a、r可按GB3840-91确定。 

图2是本发明实施例中一种苯连续泄漏源污染范围示意图。图3是本发明静风条件下一种连续泄漏源污染范围示意图。图4是本发明一种瞬时泄漏源污染范围示意图。苯连续泄漏源的连续排放流量为95kg/min、连续排放速度为1m/s，其污染范围如图2所示。静风条件下，连续排放量为0.15kg/s的连续泄漏源，其污染范围如图3所示。1000m³丙烷蒸汽瞬时泄漏的污染范围如图4所 示。 

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，所述污染评估方法包括如下步骤：

步骤1、根据环境风速u、泄漏持续时间T₀和观察者距离危险化学品扩散源的距离d，确定危险化学品扩散源为瞬时泄漏源或连续泄漏源后，执行步骤2；

步骤2、根据危险化学品扩散方式为重气云扩散或非重气云扩散，将瞬时泄漏源扩散分为瞬时泄漏源重气扩散和瞬时泄漏源非重气扩散，将连续泄漏源分为连续泄漏源重气扩散和连续泄漏源非重气扩散；对瞬时泄漏源重气扩散，执行步骤3；对瞬时泄漏源非重气扩散，执行步骤4；对连续泄漏源重气扩散，执行步骤5；对连续泄漏源非重气云扩散，执行步骤6；

步骤3、在水平面方向，瞬时泄漏源以瞬时重气扩散浓度

扩散，执行步骤7；其中，c₀₁为瞬时泄漏源扩散所形成重气云初始浓度，h₀₁为瞬时泄漏源扩散所形成重气云初始高度，h₁为瞬时泄漏源扩散所形成重气云扩散高度，r₀为瞬时泄漏源扩散所形成重气云初始半径，r为瞬时泄漏源扩散所形成重气云扩散半径；

步骤4、瞬时泄漏源以瞬时非重气扩散浓度 $c_2=\frac{{2Q}^{\′}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{3/2}{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y{\mathrm{\σ}}_z}\exp (-\frac{1}{2}\{\frac{{(x-\mathrm{ut})}^2}{{\mathrm{\σ}}_x^2}+\frac{y^2}{{\mathrm{\σ}}_y^2}+\frac{z^2}{{\mathrm{\σ}}_z^2}\left\}\right)$ 扩散，执行步骤7；其中，Q′为瞬时泄漏源瞬时排放的物料量，σ_x、σ_y、σ_z分别为横向坐标方向、纵向坐标方向、轴向坐标方向的扩散参数，x、y、z分别为横向坐标、纵向坐标和轴向坐标，t为时间参数；

步骤5、在水平面方向，连续泄漏源以连续重气扩散浓度c₃＝b₀₂h₀₂c₀₂/(bh₂)扩散；其中，c₀₂为连续泄漏源扩散所形成重气云初始浓度，h₀₂为连续泄漏源扩散所形成重气云初始高度，h₂为连续泄漏源扩散所形成重气云扩散高度，b₀为连续泄漏源扩散所形成重气云横截面初始半宽，b为连续泄漏源扩散所形成重气云横截面扩散半宽；

步骤6、连续泄漏源以连续非重气扩散浓度

扩散，执行步骤7；其中，Q″为连续泄漏源连续排放流量，σ_y、σ_z分别为纵向坐标方向、轴向坐标方向的扩散参数；y、z分别为纵向坐标和轴向坐标；

步骤7、根据瞬时重气扩散浓度、瞬时非重气扩散浓度、连续重气扩散浓度或连续非重气扩散浓度，确定并显示污染范围。

2.根据权利要求1所述的危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，步骤1中，所述根据环境风速u、泄漏持续时间T₀和观察者距离危险化学品扩散源的距离d，确定危险化学品扩散源为瞬时泄漏源或连续泄漏源的步骤具体为：当uT₀/d＜0.6时，危险化学品扩散源为瞬时泄漏源；当uT₀/d＞2.5时，危险化学品扩散源为连续泄漏源；当0.6＜uT₀/d＜2.5时，如果危险化学品扩散源作为瞬时泄漏源的危险程度大于危险化学品扩散源作为连续泄漏源的危险程度，则危险化学品扩散源为瞬时泄漏源，如果危险化学品扩散源作为瞬时泄漏源的危险程度小于危险化学品扩散源作为连续泄漏源的危险程度，则危险化学品扩散源为瞬时扩散源。

3.根据权利要求1所述的危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，步骤1之后、步骤2之前，还包括：

步骤a、判断危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团或非重气云团。

4.根据权利要求3所述的危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，步骤a中，所述判断危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团或非重气云团具体为：当危险化学品泄漏扩散所形成云团的云团密度大于或等于空气密度时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团；当危险化学品泄漏扩散所形成云团的云团密度小于空气密度时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为非重气云团。

5.根据权利要求3所述的危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，步骤a中，所述判断危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团或非重气云团具体为：

对于瞬时泄漏源，当数值

时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团；当数值

时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为非重气云团；

对于连续泄漏源，当数值

时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为重气云团；当数值

时，危险化学品泄漏扩散所形成云团为非重气云团；

其中，ε、δ为设定数值，g为重力加速度，ρ₀为瞬时泄漏所形成云团初始密度，ρ′₀为连续泄漏所形成云团初始密度，ρ_g为环境空气密度，V₀是瞬时泄漏所形成云团初始体积，V₀′是连续泄漏所形成云团初始体积，D是泄漏源的特征水平尺度，V_*是摩擦速度。

6.根据权利要求1所述的危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，步骤6中，如果连续泄漏源泄漏物是液体，则

其中，C_d为泄漏系数，A为连续泄漏源裂口面积，ρ为泄漏物密度，P为设备内液体压力，P₀为环境压力，g为重力加速度，h为连续泄漏源裂口之上的液位高度。

7.根据权利要求1所述的危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，步骤6中，若连续泄漏源泄漏物是以音速流动的气体，则

其中，Y为气体膨胀因子；C_d为泄漏系数，ρ为泄漏物密度，κ为比容热容比，A为连续泄漏源裂口面积，T为气体温度。

8.根据权利要求1所述的危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，步骤6中，若连续泄漏源泄漏物是以亚音速流动的气体，则其中，Y为气体膨胀因子，且 $Y=\sqrt{\frac{1}{\mathrm{\κ}-1}{\left(\frac{\mathrm{\κ}+1}{2}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}+1}{\mathrm{\κ}-1}}{\left(\frac{p}{p_0}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\κ}}}[1-{\left(\frac{p}{p_0}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}-1}{\mathrm{\κ}}}]};$ C_d为泄漏系数，ρ为泄漏物密度，κ为比容热容比，A为连续泄漏源裂口面积，p为亚音速流动的气体的气压。

9.根据权利要求1所述的危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，步骤4、步骤6中，环境风速u具体为：u＝u₀(z/z₀)^m；其中，u₀为当地气象台测得的高度为z₀的环境参考风速，z为风速u对应的环境风距地面的高度，m为指数。

10.根据权利要求9所述的危险化学品泄漏污染评估方法，其特征在于，m＝0.25。

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