氨气泄漏扩散过程的数值模拟研究

摘要

氨作为工业生产原料或最终产物，越来越多地出现在人们的视野里，但由于管理上的疏漏，员工的误操作，以及外部不可抗拒因素，会造成氨气的泄漏扩散。氨气在正常条件下具有易燃、易爆，中毒等危险性质，一旦发生事故，后果严重。
　　为了验证数值模拟的正确性，本文基于CFD软件FLUEN T平台，建立气体泄漏扩散三维数值模型，分析了C O2泄漏扩散过程，对比实验数据与数值模拟结果，瞬时浓度分布与实验测试结果吻合较好。在此基础上考察了风速、泄漏位置、泄漏方向等因素对泄漏扩散过程的影响。风对泄漏气体具有稀释和输运作用，在风的作用下，气体向下风向扩散，随着风速的增大，气体的浓度逐渐减小，危险性也随之减小。随着风速的增大，在水平方向上的泄漏对气体扩散区域的影响会减弱。垂直方向泄漏时，在重力作用下，气体向地面沉积，近地面处气体浓度较大，而水平方向泄漏，气体分布较为均匀，气体浓度较小,在垂直面上的泄漏危险性较之水平方向泄漏时高。
　　结合实际生产场所的气象条件以及氨气储罐的布置情况，模拟了氨气泄漏扩散的过程，绘制不同时刻氨气的浓度区域图，估算不同条件下，气体泄漏的影响范围，模拟结果显示，在静风条件下，储罐发生小孔泄漏，泄漏速度很大，泄漏气体会沿着射流方向迅速喷出，并以射流线为对称轴，均匀向周围扩散，逐渐充满整个区域。当泄漏方向与风向相同时，上风向区域的气体浓度较高，属于重度危害区域；当泄漏口垂直于风向时，警戒区应设置在储罐东南方位上，距离泄漏口30 m的范围内是高浓度危险区，属于重度危害区域，在下风向80-120m的区域范围内，随着与泄漏口距离的减小，气体的浓度有所减小，属中度危险区。当泄漏方向与风向相同时，下风向80-120m的区域，属于中度危险区。在静风条件下，不利于危险气体的扩散，危险气体扩散区域较大，应加强防范。厂区建设应选择在全年最小频率风向上风侧，厂区布置应当将风险较小的区域设置在风险较大区域的上风侧，泄漏源应建造在办公楼、员工宿舍和控制室等建筑的常年主导风向的下风侧，同时要避开可能点火源的下风侧。
　　采用ICI蒙德法对厂区内的氨气储罐区进行危险性分析，得出工厂采取补偿措施前单元的毒性指标为“高”，主毒性指标为“非常高”，爆炸指标为“高”，气体爆炸指标为“中等”，全体危险性为“中等”，氨气储罐区固有爆炸和中毒危险性较大。采取补偿措施后，爆炸指标从“高”降到“低”，全体危险性评分从“中等”降到“缓和”。评价单元的全体危险性指标处于“缓和”的状态，但单元的毒性指标、气体爆炸指标较高，仍需要采取有效的管理措施，制定完善的事故应急预案，降低各个环节的危险性系数，从而降低评价单元的毒性及气体爆炸指标，减少事故造成的危害和损失。
　　根据各类灾害事件的性质、严重程度、可控性和影响范围等因素，将突发灾害事故分成四级：一级（特别重大）、二级（重大）、三级（较大）、和四级（一般）。针对应急管理的四个阶段，即预防、准备、响应、恢复阶段，制定相应的应急措施，指导事故发生后的应急工作，为提高企业危险化学品泄漏事故的应急救援水平提供了意见。

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第一章 文献综述

1 .1研究目的和意义

1 .2国内外研究现状

1 .3本文的研究内容和技术路线

第二章 数值模拟与数学方法的计算

2 .1建立扩散的数学模型

2 .2计算流域建模

2 .3数值模拟的有效性验证

2 .4模拟结果分析

2 .5小结

第三章 厂区内氨气泄漏扩散过程数值模拟的应用

3 .1厂区概况

3 .2数值模拟中几何参数的设定

3 .3模拟结果分析

3 .4氨气储罐泄漏事故警戒区的设定

3 .5小结

第四章 氨气泄漏事故应急处置

4 .1危险性分析

4 .2突发灾害事件分类分级

4 .3事故预防与预警

4 .4应急响应

4 .5应急结束

4 .6信息发布

4 .7后期处置

4 .8小结

第五章 结论与展望

5 .1本文的工作总结

5 .2进一步展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢