（环境工程专业论文）易燃液体公路运输泄漏扩散模型计算分析及研究.pdf

江苏大学硕士研究生学位论文 摘要 在我国许多易燃液体都是经公路运送到各地，公路运输的重要性日益明显。但是由于 运输途中不确定因素的存在。易燃液体在运输过程中极易发生泄漏事故并可能引发中毒、 火灾、爆炸的等恶性事故。泄漏事故一旦发生，不仅严重威胁到人类生命及财产安全，而 且还可能对水体、大气、土壤等各个圈层造成破坏，并对社会经济建设造成极为恶劣的影 响，这就需要在事故发生后及时采取相应的应急措施，将事故损失降到最低，因此对易燃 液体泄漏事故发生后蒸气扩散模式进行研究是十分有必要的，它能从理论上指导事故应急 救援。 因此，本课题的研究目的就是在易燃液体在公路运输过程中发生泄漏事故后。能及时、 迅速、有效、直观地对易燃液体蒸气在大气中的扩散浓度、扩散范围、影响区域做出预测 并以此为依据制定相应的应急措施，希望能为公路运输易燃液体泄漏事故的控制和处理提 供一点参考。 本文在分析了易燃液体的事故特性及影响易燃液体蒸气扩散因素的基础上，分别研究 了易燃液体在公路运输过程中因发生交通事故等因紊导致运输车辆停止时的易燃液体泄 漏并建立其蒸气在大气中的浓度扩散模型：因不确定因素致使运输车辆行驶过程中易燃 液体泄漏，并建立其蒸气在大气中的浓度扩散模型。在此基础上，根据公路运输易燃液体 引发事故的因素及救护现状，阐述了应急救援的基本原则、基本任务及特点，提出事故应 急响应系统和应急监测系统。 本文以d e l p h i 软件作为系统用户界面开发与计算模块编程工具，采用m a t l a b 计算软 件分析蒸气在空间中的浓度分布及影响区域。系统在输入必要参数后，能在计算机上模拟 显示公路运输易燃液体泄漏后其蒸气扩散浓度分布、影响范围等：系统还提供了功能强大 的查询功能( 包括易燃液体理化性质及其危害特性查询、易燃液体突发事故应急措施查询 及主管部门信患查询等) ，便于用户适用。 论文选择运输甲醇为例，用计算机对其进行模拟分析，预测甲醇在公路运输过程中泄 漏事故发生后的蒸气浓度分布、影响区域，并提出相应的应急措施。 在论文的结尾，作者提出了易燃液体在公路运输过程中发生泄漏事故后其他有待于研 究解决的问题。 关键词：易燃液体公路运输泄漏事故大气扩散浓度分布应急救援 江苏大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t i nc h i n a m a n yc o m b u s t i b l el i q u i d sa r et r a n s p o r t e db yr o a d t h ei m p o r t a n c eo fr o a d t r a n s p o r t a t i o ni so b v i o u s b u tb e c a u s eo ft h ee x i s to fu n d e f i n e df a c t o r sd u r i n gt h et r a n s p o r t , t h e l e a k a g ea c c i d e n th a p p e n se a s i l ya n d t h em a l i g n a n ta c c i d e n ts u c ha sp o i s o n i n g ，f i r e ，e x p l o s i o ne t c c a nb ei n i t i a t e dp o s s i b l yd u r i n gt h et r a n s p o r t o n c et h el e a k a g ea c c i d e n th a p p e n s ，i tc a nt r e a tt h e l i f ea n dt h ep r o p e r t ys a f e t y , a n dc a nd e s t r o yt h ee n c l o s el a y e rs u c ha sw a t e rb o d y , a t m o s p h e r e ， s o i l ，a n dc a l li n f l u e n c et 1 1 es o c i a le c o n o m i cc o n s t r u c t i o n s o ，i ti sv e r ye s s e n t i a lt os t u d yt h e m o d eo ft h ev a p o rs p r e a da f t e rt h el e a k a g ea c c i d e n t sh a p p e n w h i c hc a nd i r e c t 也ea c c i d e n t a l e m e r g e n c y r e s c u eo nt h e o r y s o ，t h ep u r p o s eo f t h es u b j e c ti st op r e d i c tt h ed e n s i t ya n dt h er a n g eo f t h ev a p o rs p r e a d ，t h e i n f l u e n t i a la r e at i m e l y , f a s t e f f e t e l y , o c u l a ra n dt of o r m u l a t et h er e l a t er e s c u em e a s u r e sa c c o r d i n g t oi lt ow i s ht op r o v i d et h er e t e r e n c ei no r d e rt oc o n t r o la n dh a n d l et h el e a k a g ea c c i d e n t so ft h e c o m b u s t i b l el i q u i d sd u r i n gt h er o a dt r a n s p o r t a t i o n i n 也i st e x t o nt h eb a s i so fa n a l y z e dt h ea c c i d e n tc b a r a c t e r i s t i co fc o m b u s t i b l el i q u i d sa n d i n f l u e n c ef a c t o r so fc o m b u s t i b l el i q u i d sv a p o rs p r e a d t h el e a k a g eo fc o m b u s t i b l el i q u i d si s s t u d i e dw h e nt h ev e h i c l ei ss t o p p e db e c a u s eo ft h ef a c t o r ss u c ha st r a 瓶ca c c i d e n te t ci nt h e h i g h w a yt r a n s p o r t a t i o nc o u r s eo ff l a m m a b l el i q u i d a n di t sv a p o rd e u s i t ys p r e a dm o d e l si nt h e a t m o s p h e r ei ss e tu p ；a n dt h el e a k a g eo fc o m b u s t i b l el i q u i d si sa l s os t u d i e dw h e nt h ev e h i c l ei s s t e e r i n gb e c a u s eo f t h eu n d e f i n e df a c t o r sd u r i n gt h eh i g h w a yt r a n s p o r t a t i o nc o u r s eo ff l a m m a b l e l i q u i d ，a n di t sv a p o rd e n s i t ys p r e a dm o d e l si nt h ea t m o s p h e r ei ss e tu p a n do nt h i sb a s i s ， a c c o r d i n gt ot h ef a c t o r sw h i c hc a nc a u s et h el e a ka c c i d e n ta n dr e s c u ec u r r e n ts i t u a t i o nd u r i n g l l i g h w a yt r a n s p o r t a t i o n o ft h ef l a m m a b l el i q u i d ，b a s i c p r i n c i p l e ，b a s i c t a s ka n dr e s c u e c h a r a c t e r i s t i co fe m e r g e n c yr e s c u eh a v eb e e ne x p l a i n e d ，a n dt h ee m e r g e n c yr e s p o n d i n gs y s t e m o f a c c i d e n t sa n dt h ee m e r g e n c ym o n i t o r i n gs y s t e ma r ep r o p o s e d i nt h i st e x t ，d e l p h is o f t w a r ei su s e dt od e v e l o pt h es y s t e m a t i cu s e r si n t e r f a c ea n dw o r ko u t t h ec a l c u l a t i o nm o d u l e ，a n dm a t l a bs o f t w a r ei su s e dt oc a l c u l a t ea n da n a l y s i st h es p a t i a l d i s t r i b u t i o no f t h ev a p o rd e n s i t ya n dt h ei n f l u e n t i a la r e a a f t e r 也ee s s e n t i a la c c i d e n t a lp a r a m e t e r s a r ei n p u t t e d t h ec o u r s eo f 也ec h a n g eo ft h ev a p o rd e n s i t yd i s t r i b u t i o na n dt h ei n f l u e n t i a lf n e a s w i t ht h et i m ec a nb es i m u l a t e da n ds h o w no nt h ec o m p u t e ra f t e rt h el e a k i n e s so f t h ec o m b u s t i b l e l i q u i d sd u r i n gr o a dt r a n s p o r t a t i o n t h es y s t e mo f f e r st h ep o w e r f u li n q u i r ya b o u tt h ef u n c t i o n ( i n c l u d i n gt h en a t u r ei n q u i r yo f t h ep h y s i c sa n dc h e m i s t r ya n dt h ee n d a n g e rc h a r a c t e r i s t i ci n q u i r y t 1 1 el1i ，也i l ， t h 1 i k e yw o r d s ：c o m b u s t i b l el i q u i d s ，r o a dt r a n s p o r t a t i o n ，l e a k a g ea c c i d e n t ，a t m o s p h e r e d i f f u s i o n ，d e n s i t yd i s t r i b u t i o n ，e m e r g e n c yr e s c u e l i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了锯学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位办 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密e 学位论文作者签名：时亚而 劬r 年3 月i v 日 指导教师签名 p 南万全 钏年歹月f 丽 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：q 千边，荫 日期：加o f 年月f 啦日 江苏大学硕士研究生学位论文 1 引言 随着我国化学工业和公路建设的发展，道路运输易燃液体的种类越来越多，运输量呈 现逐年上升趋势。与此同时，随着运输量的增加，事故发生的次数和频率也有所增长，已 造成了严重的经济损失和人身伤亡以及不良的社会影响。 易燃液体在公路运输过程中因不确定因素的存在极易发生泄漏事故，而事故旦发 生，除了可能造成巨大的人员伤亡和财产损失外，还牵涉到大批人员的紧急疏散，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。因此，如何准确预测易燃液体在 运输途中可能发生泄漏事故的形式、污染范围、影响区域并采取经济有效的应急控制措施， 是安全、环保、公安、卫生、消防、路政等相关部门所普遍关心的问题。 1 1 概述 随着中国经济的进一步增长，易燃液体的生产将继续保持强劲的上升势头，同时易燃 液体运输量也将随之快速增长。不论在数璧上还是在品种上，公路都以其安全性、灵活性 的特点成为我国易燃液体的主要运输方式之一。但是由于易燃液体在运输过程中存在作业 条件差，从业人员素质不高，安全管理不够等问题，与水运、航空等其他运输方式相比， 易燃液体公路运输安全性较差，存在着泄漏、火灾、爆炸、中毒等重大事故的风险。 近年来危化品公路运输事故发生率一直居商不下，严重威胁到人民群众的生命、财产 安全及环境安全，安全形势十分严峻。据统计，在2 0 0 0 年4 月至2 0 0 1 年1 1 月f a j ，我图共 发生化学品泄漏、火灾、爆炸及中毒事故3 6 4 起，死亡人数为1 1 4 人，受害人数为2 0 0 人， 中毒人数为6 4 人。其中运输事故1 2 6 起( 品种由高到低依次为：油品、液化气、硫酸、氰 化物、三氯化磷、煤气等1 ，占事故总数3 4 6 。 公路运输的重要性日益明显，但由于公路运输具有地域分布广、流动性强、事故现场 差异大等突出特点，给危化品公路运输事故的预防、救援和现场处置造成极大的困难，冉 加上驾驶员缺乏对危化品理化性质的准确了解，缺乏运输过程中的泄漏、火灾、爆炸、中 毒等事故的完整科学的预防和施救对策，因此运输过程中一旦发生事故，往往凶缺乏f 确 的指导，致使施救方法失当而增大损失。而具有易燃易爆、腐蚀、毒性及污染等多种危害 特性的易燃液体( 这摹讲的易燃液体与通常讲的不同，它指的是泄漏后挥发出来的蒸气易 燃的所有液态物质，包括常态液体、低温、压缩液化可燃气体) ，在运输过程中由于不可 抗力、运输车辆突然失灵、操作者疏忽、交通事故等人类目的尚无法预测的因素因此存 在着发生化学事故这个不可根本避免的客观事实。 易燃液体在公路运输过程中的泄漏、火灾、爆炸等事故已成为当今世界普遍关注的安 全和环境问题。它的重要性在于，一方面是因为事故所导致的各类后果不仅会威胁人类的 生命财产安全，而且还有可能对农作物、土壤、水体、大气及生念等各个环境圈层造成破 坏；另一方面在于抵御事故的种种策略本身就难以驾驭，常常是有时间、空问及许多不确 定的环境与事故因素所决定的多维动力学过程。由于易燃液体种类繁多，性质及毒害作用 l 江苏大学硕士研究生学位论文 各异，而且突发事故地点的气象及地理因素未知，因而事故的情况比较复杂，应急救援困 难。故我们需要根据泄漏物质的具体情况，结合事故发生地的地理气象条件，在对事故做 出准确预测、判断的基础上，制定出合理有效的应急救援方案。 1 2 课题研究现状及其意义 1 21 国内外发展现状 近几年来，蒸气在大气中的扩散成为日益重要的课鼷，这种重要性使许多不同种类的 扩散模式建立起来。蒸气泄漏扩散模型是液体物质泄漏后蒸气的蒸发、泄放、输送和扩散 过程的数学物理描述，目前已成为制定救援预案安全评价领域中的一种重要工具。泄漏扩 散模型的研究，最先始于对核尘埃和大气污染的研究。自1 9 6 7 年f r f a r m e r 提出定量危 险评价( q r a ) 以来，在工业领域，例如原子能、航空、武器、石油化工等行业的安全分 析中，q r a 日益引起重视，特别是对易燃、易爆、有毒蒸气泄漏事故的后果研究更是热点 问题。从8 0 年代开始，美、日、欧几次大规模现场泄漏扩散实验的完成，促进了泄漏扩 散模型研究的发展，几十年间报导了百余种模型，并开发了大量的相关的软件，其中较成 功的软件有s a f e 、s a v e i i 、w h a z a n 、e f f e c t s 、p h a s t 、r i s k c u r u e s 、a l o h a 、 s l a b 、d e g a d i s 等等。 我国对泄漏扩散及其重大事故后果仿真方砸的研究始于九十年代初期。“八五”期问， 化工部劳保所承担了国家攻关课题的一个子专题，进行了泄漏扩散模型研究，开发了泄漏 危害分析的仿真软件，但由于后来实验验证不充分等原因，该课题的成果没有推广。另外 北京城市危险源控制技术研究中心自1 9 9 7 年成立以来，一直将泄漏计算机仿真技术研究 作为其主攻方向之一，不断进行泄漏扩散模型和风洞模拟实验研究，先后完成了“重要有毒 物质泄漏扩散模型及监控技术研究”、“有毒重气泄漏风洞模拟实验与扩散模型研究”、“毒 物泄漏扩散模型研究”等科研课题，并将一些研究成果应用于危险源监控预警示范工程及许 多劳动安全卫生预评价项目，在泄漏事故后果评价方面积累了丰富的技术和经验。此外， 劳动部劳保所、东北大学、北京理工大学、南京工业大学等单位也相继开展了这方面的研 究，也取得了一定的成果。 但是这些所做的工作都是对固定源进行研究，对流动源研究的较少，而围定源与流动 源有本质上的区别，流动源在运动过程中，不定因素有很多，而且危害性比固定源要大锝 多，这些软件及模型不一定适用。因此，有必要针对流动源的特殊性，丌发出适用流动源 的软件及模型，来预测评价流动源在发生事故后各种泄漏( 连续泄漏或瞬时泄漏) 事故的 后果、影响范围，重现事故发生过程，分析事故原因，并将模型预测结果以多种方式输出 和分析：数据表格、曲线、以二维图表现平面蒸气扩散范围、以三维图形表现空白j 蒸气扩 散范围。 1 22 本课题研究意义 在运输过程中泄漏事故一旦发生，处理部门往往措手不急，危害人民生命财产安全。 2 江苏大学硕士研究生学位论文 因此，本课题的研究成果将是安全环保管理部门及时了解和处置此类突发性事故产生的事 故后果及其影响、所造成的污染状况和污染程度的必要手段，也是解决事故处理和污染危 害的重要依据，更是力争减轻消除事故对人 f 】危害的强有力的保障。此外，本课题的研究 对最大程度地减少易燃液体在运输过程中的事故损失及人员伤亡，最大程度地降低由事故 带来的环境污染有着重大意义；从我国的交通运输业发展和环境保护相结合和城市建设的 角度来说，也有着一定的现实意义。 另外，易燃液体在公路运输过程中发生事故，不仅造成人员伤亡、财产损失，还会引 发环境污染。此类事故多是突发性事故，因此在事故发生后，能否迅速而有效地采取应急 预案，对控制事故、减少事故损失以及消除环境污染等都起着关键作用。而由于易燃液体 种类的多样性、理化性质的差异，导致国内外至今还没有一套完整的、可普遍适用的应急 救援系统来控制事故发展态势。虽然目前我国已有少数城市正拟建由公安、消防、交通、 环保、卫生等部门组成的事故应急处理网络，但尚未见有成熟的资料和研究成果。因此， 当前开展易燃液体公路运输事故应急救援系统研究具有深刻的理论意义和现实意义。 1 3 本文的主要研究内容和工作 本文围绕公路运输易燃液体泄漏事故，着重从易燃液体泄漏后蒸气扩散模型的建立方 面开展研究，通过查阅大量文献并通过国际互联网查询了解当前易燃液体公路运输业的发 展动态和世界各国在易燃液体泄漏扩散模型领域的最新研究和成果。在此基础上，基本掌 握当今国内外泄漏扩散的理论和实践水平，并借鉴水上运输危化品扩散理论的成果，分析 不同种类的易燃液体在公路运输过程中泄漏其蒸气在空气中的扩散模式，并提出建立公路 运输易燃液体事故应急救援预案的设想。 本文所做的工作： ( 1 ) 根据易燃液体的泄漏量、理化性质、车辆状况、泄漏地点等因素，结合运输车 辆行驶状态，建立公路运输易燃液体泄漏事故蒸气扩散模型，计算易燃液体蒸气最大扩散 影响范围。 ( 2 ) 根据易燃液体的性质( 密度、溶解度、挥发性等) ，蒸气扩散范围，当日的气象 条件，事故发生地的地理条件，对易燃液体泄漏后蒸气在环境中的扩散动态进行深入研究， 而后选取有代表性的甲酵作为研究对象，运用合适的数学模型模拟其在环境中的运动形式 及结果。 ( 3 ) 根据泄漏事故的危害等级、路况并结合泄漏位置、易燃液体的种类及其在环境 中的扩散形式及结果等，提出公路运输易燃液体泄漏事故应急救援预案的设想。 ( 4 ) 运用d e l p h i 软件开发公路运输易燃液体泄漏模型计算及分析软件，该系统建立 了易燃液体理化性质数据库及历史事故案例数据库，能够实现在不同地点、不同气象条件 下通过界面数据输入，经过综合分析易燃液体的种类、事故危害等级，易燃液体蒸气在环 境中的扩散形式及扩散结果，给出相应的应急救援措施，而后系统根据用户的判断选择最 优处理方案。 江苏大学硕士研究生学位论文 医此，本课题的研究成果将悬安全环保管理部门及时了解和处置此类突发性事故产生的事 故后果及其影晌、所造成的污染状况和污染程度的必要手段，也是解挟事故处理和污染危 害的重要依据，更是力争减轻清除事故对入们危害的强有力的保障。此外，本课题的研究 对最大程度地减少易燃液体在逯输过程中的事故损失及人员伤亡，最大程度地降低由事故 带来的环境污染有着重大意义；从我国韵交通运输业发展和环境保护相结台和城市建设的 角度来说，也有着一定的现实意义。 另外，易燃液体在公路运输过程中发生事鼓，不仅造成人员伤亡、财产损失，还会g l 发环境污染。此类事故多是突笈性事故，因此在事故发生后，能否迅速而有效地采取应急 预寨，对控制事故、减少事故损失以及消除环境污染等都超着关键作用。而由于易燃液体 种类的多样性、理化性质的差异，导致国内外至今还投有一套完整的、可普遍适用的应急 救援系统来控制事故发展态势。虽然目前我国已有少数城市正拟建由公安、消防、交通、 环保、卫生等部门组成的事故应急处理网络，但尚未见有成熟的资料和研究成果。因此， 当前开展易燃液体公路运输事故应急救援系统研究具有深刻的理论意义和现实意义。 1 3 本文的主要研究内容和工作 本文围绕公路运输易燃液体泄漏事故，着重从易燃液体泄漏后蒸气扩敝模型的建立方 面开展研究，通过查阅大量文献手 通过国际互联网查询了解当前易燃液体公路运输业的发 展动态和世界各国在易燃液体泄漏扩散模型领域的最新研究和成果。在此基础上，基本掌 握当今国内外泄漏扩散的理论和实践水平，并借鉴水上运输危化品扩散理论的成果，分析 不同种类的易燃液体在公路运输过程中泄漏其蒸气在空气中的扩散模式并提出建立公路 运输易燃液体事故应急救援预案的设想。 本文所做的工作： ( 1 ) 根据易燃澈体的泄漏量、理化性质、车辆状况、泄漏地点等因素结台运输车 辆行驶状态，建立公路运输易燃液体泄漏事故蒸气扩散模型，计算易燃液体蒸气是大扩散 影响范围。 ( 2 ) 根据易燃液体的性质( 密度、溶解度、挥发性等) ，蒸气扩散范围，当r 的气象 条件，事故发生地的地理条件，对易燃液体泄漏后蒸气在环境中的扩散动态进行深入研究， 而后选取有代表性的甲醇作为研究对象运用台适的数学模型模拟其在环境中的运动形式 及结果。 ( 3 ) 根据泄漏事故的危害等级、路况并结合泄漏位置、易燃液体的种类及其在环境 甲的扩散形式及结果等，提出公路运输易燃液体泄漏事故应急救援预案的设想。 ( 4 ) 运用d e l p h i 软件开发公路运输易燃液体泄漏模型计算及分析软件，该系统建立 了易燃液体理化性质数据库及历史事故案例数据库，能够实现在不同地点、不同气象条件 下通过界面数据输入，经过综合分析易燃液体的种类、事故危害等级，易燃液体蒸气在环 境中的扩散形式及扩散结果，给出相应的应急救援措施，而后系统根据用户的判断选择最 境中的扩散形式及扩散结果，给出相应的应急救援措施，而后系统根据用户的判断选择最 优处理方案。 江苏大学硕士研究生学位论文 我国易燃液体公路运输发展迅速，由于天气、车况、驾驶人员以及管理等方面的原因， 恶性事故频频发生，造成重大人身伤亡和经济损失，并对整个社会造成极为恶劣的影响， 而我国现阶段对易燃液体运输过程缺乏系统有效的管理。国外针对一些危险大的设备( 设 施) ，利用计算机网络技术对其安全状态实施远程监控，及时发现问题并控制处理，丽我 国尚未建立起对重大危险源的监测、预测恶性事故发生的监控预警系统和应急救援系统， 没有建立起相应的应急救援预案和装备有效的应急救援装备，故在很大程度上仍然无法预 料和有效防止灾难性突发事故。鼠此，有必要对易燃液体在运输途中发生的泄漏、火灾、 爆炸事故机理及其数学物理模型进行研究，为根本改变我国易燃液体在公路运输过程中发 生事故以后的防治与处理的不利局面提供系统的理论支持及科学的决策依据，并全面开展 事故应急救援体系研究，包括研究并建立快速、有效的指挥系统网络，以便在事故发生后 能够快速调动组织专家、抢险队伍、医疗保障等相关的组织和人员；研究针对不同类型的 事故应急救援预案，以便保证抢险救援工作程序准确，反应灵敏；开发针对不同事故类型 的抢险救援技术和装备，以保证抢险救援工作的切实有效。 4 江苏大学硕士研究生学位论文 2 公路运输易燃液体溜辩扩数理论分析 在易燃液体公路运输过程中，运输单位不按规定申办准运手续，驾驶员、押运员未经 专门培训，运输车辆达不到规定的技术标准，超限超载、混装混运，不按规定路线、时段 运行，甚至违章驾驶等等，都极易引发交通运输事故而导致易燃液体泄漏。由于它们的理 化性质不同，泄漏后会造成路面、水体、土壤的污染，影响生物群落在事故发生地的生存。 因此为了减轻危害程度。有必要对泄漏扩散机理、蒸气的时空浓度分布及影响范围等等进 行研究。 2 1 易燃液体泄漏扩散概论 2 1 1 易燃液体 这里讲的易燃液体的概念与通常讲的不同，指的是泄漏后能挥发出易燃蒸气的液体、 液体混合物或含有处于悬浮状态的固体混合物的液体等等在运输过程中为液态的所有物 质。它包括常温常压下易燃液体、压缩易燃液化气体、低温易燃液化气体三类。 2 1 2 易燃液体的特性 易燃液体之所以有危险性、能引起事故甚至灾难性事故，与其本身的特性有关i l l 。 ( 1 ) 高度的易燃性 出于易燃液体的沸点都很低，故十分易于挥发出易燃蒸气，且液体表面的蒸气压较大， 加之着火所需的能量极小，故易燃液体都具有高度的易燃性。 ( 2 ) 蒸气的爆炸性 易燃液体发生泄漏时事故点空气中含有大量的易燃蒸气，并弥漫在事故点附近，当挥 发出的易燃蒸气与空气混合，达到燃烧爆炸极限范围时，遇火源就会发生爆炸。易燃液体 的挥发性越强，这种爆炸危险就越大；同时，这些易燃蒸气可以任意飘散，或在低沣处聚 积，使得易燃液体更具有火灾危险性。 ( 3 ) 受热膨胀性 储存于密闭容器的易燃液体受热后，在本身体积膨胀的同时会使蒸气压力增加，如若 超过了容器所能承受的压力限度，就会造成容器膨胀以致爆裂。 ( 4 ) 流动性 流动性是任何液体的通性，由于易燃液体易着火，故其流动陛的存在就更增加了火灾 的危险性。液体流动性的强弱主要取决于液体本身的粘度。 ( 5 ) 扩散性 事故中易燃液体溢出，可以向周围扩散，比空气轻的可逸散于空气中，与空气形成混 合物，随j x l 飘荡，致使燃烧、爆炸与毒害蔓延扩大。比空气重的多漂流于地表、沟、角落 等处，可长时间积聚不散，造成迟发性燃烧、爆炸和造成毒物浓度增高，引超人员中毒。 江苏大学硕士研究生学位论文 ( 6 ) 突发性 易燃液体引发的事故，多是突然爆发，在很短的时间内或瞬间即产生危害。一般的火 灾要经过起火、蔓延扩大到猛烈燃烧几个阶段，需经历几分钟到几十分钟，而易燃液体一 旦起火，一轰而起，迅速蔓延燃烧、爆炸交替发生，加之有毒蒸气弥散，迅速产生危害。 ( 7 ) 带电性 多数易燃液体都是电介质，在灌注、输送、喷流过程中能够产生静电，当静电荷积聚 到一定程度则会放电发火，故有引起着火爆炸的危险。 ( 8 ) 毒害性 易燃液体本身或其蒸气大都具有毒害性，有的还有刺激性和腐蚀性，其毒性的大小与 其化学结构、蒸发的快慢有关。中毒的程度与蒸气浓度，作用时间的长短有关。浓度小、 时间短则轻，反之则重。 2 2 易燃液体泄漏扩散分析 2 2 1 固定泄漏源和移动泄漏源 易燃液体在公路运输过程中泄漏，有两种情况：一是途中发生交通事故，导致盛装易 燃液体的容器突然破裂，液体从容器中泄漏出来，覆盖路面，影响事故点四周，此为固定 泄漏源；二是在运输途中盛装易燃液体的容器因磨损、腐蚀等未知因素破裂，液体在驾驶 员尚未知情的情况下连续泄漏，污染范围较大，此为移动泄漏源。 2 2 2 泄漏后果 易燃液体泄漏后会挥发，所产生的气体一般都有毒易燃。因此，泄漏一旦出现，其后 果不但与物质的数量、易燃性、毒性有关，而且与泄漏物质压力、温度等状态有关【2 】。 ( 1 ) 常温常压下易燃液体泄漏后聚集在路面或流到地势低洼处形成液池，液体由于 池表面风的对流而缓慢蒸发，若遇火焰就会发生池火灾。 ( 2 ) 压缩液化易燃气体泄漏时将瞬时蒸发，剩下的液体将形成个池，吸收周围的 热量而继续蒸发。液体瞬时蒸发的比例决定于物质的性质及环境温度，某些物质在泄漏时 将完全挥发，不形成液池。 ( 3 ) 低温液化易燃气体泄漏时即形成液池，吸收周围热量蒸发，蒸发量低予压缩液 化可燃气体的蒸发量，高于常温常压下易燃液体的蒸发量。 易燃液体泄漏后遇到引火源就会被点燃而着火，蒸气与空气混合达到爆炸极限时，遇 引爆能量就会发生爆炸。它们被点燃后的燃烧方式有池火、喷射火、火球和突发火四种。 池火灾可燃液体( 如汽油、柴油等) 泄漏后流到地面形成液池，遇到火源燃烧而 形成池火灾。 喷射火加压的可燃物质泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，则形成喷射 火。 火球和爆炸低温可燃液化气由于过热，容器内压增大，使容器爆炸，内容物释放 6 江苏大学硕士研究生学位论文 并被点燃，发生剧烈的燃烧，产生强大的火球，形成强烈的热辐射。 突发火泄漏的可燃液体蒸发而形成的可燃蒸气在空气中扩散，遇到火源发生突然 燃烧而没有爆炸。此种情况下，处于气体燃烧范围内的人员将会受到伤害。 另外，易燃液体泄漏后挥发出的蒸气多有毒，其危害程度取决于有毒蒸气的浓度、人 与蒸气接触的时间和蒸气的性质。泄漏后有毒蒸气将形成云团在空气中扩散，云团将笼罩 很大的空间，影响范围很大。 2 2 3 泄漏扩散影响因素 在公路运输易燃液体泄漏数学模型建立前有必要认真分析一下易燃液体泄漏蒸气扩 散过程的主要影响因素。易燃液体蒸气泄漏大气扩散过程是一个相当复杂的过程，受到诸 多因素的影响。影响泄漏扩散基本形式的主要因素有： ( 1 ) 泄漏源的情况，包括：泄漏位置，裂孔的形状、尺寸；运输压力和温度等：事故 发生地点及周围的地理环境：泄漏形式是连续泄漏或是瞬时泄漏，是车辆停止时泄漏还是 行驶中泄漏。 ( 2 ) 泄漏物质的理化性质，如分子量、沸点、闪点、比重、蒸气密度、蒸气压、临界 温度、粘度等。 ( 3 ) 环境条件，包括大气稳定度，风速、风向、气温以及泄漏源周围的地形地貌。 大气稳定度表征湍流活动的强弱，支配大气对污染物的稀释扩散能力，大气越稳定， 蒸气云越不易向高空消散，而贴近地表扩散，大气越不稳定，空气垂直对流运动越强，蒸 气云消散得越快；风向决定蒸气的扩散方向，风速决定泄漏物的扩散速度。大气湿度对蒸 气扩散也有影响。通常情况下，湿度大则使蒸气不易扩散；气温或太阳辐射强弱主要是通 过影响大气垂直对流运动而对蒸发气体的扩散产生影响。 逆温层的存在对蒸气扩散也有一定的影响，逆温就是在一般情况下，低层大气中，通 常气温是随高度的增加而降低的，但有时在某些层次可能出现相反的情况，气温随高度的 增加而升高，这种现象称为逆温，出现逆温现象的大气层称为逆温层，多出现在冬春时节 的早晨或傍晚。在逆温层中，较暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面，形成一种极其稳 定的空气层，笼罩在近地层的上空，严重地阻碍着空气的对流运动，使空气中的污染物不 能及时扩散开去。加重大气污染。 另外，事故发生地的地形、地物对蒸气云的扩散也有较大的影响，它们不但能影响泄 漏气云的扩散速度，还影响扩散方向。如地面低洼处气云易于滞留；建筑物、树木等会加 强地表大气的湍流速度，从而增加空气的稀释作用：而开阔平坦的地形、潮泊等则正好相 反：低矮的建筑群、居民密集处或绿化地带泄漏气云不易扩散，对蒸气的传播速度、方向 产生影响，蒸气浓度较高：高层建筑物则有阻挡作用，气云多会从风速较大的两侧迅速通 过。 一般来说，风速小，空气密度大，大气稳定度高时，蒸气不易扩散，在建筑物密集和 丘陵地区等地面粗糙度较大的地区，蒸气扩散也会受到抑制。 江苏大学硕士研究生学位论文 2 3 公路运输易燃液体泄漏蒸气扩散模型 易燃液体在运输过程中一旦发生泄漏事故，常常导致重大的人员伤亡和财产损失。如 果能在事故发生后准确预测出蒸气的影响范围、危害程度，就能采取相应的应急措施，从 而有效地遏制事故的发展，在很大程度上减少事故损失。因此有必要研究易燃液体泄漏扩 散的机理及其数学模型，分析蒸气在大气中的浓度分布及其影响范围，为事故应急提供理 论依据。 2 3 1 常态易燃液体泄漏后蒸气在大气中的扩散模烈 2 3 1 1 运输车辆停止时泄漏扩散模型 在公路运输易燃液体过程中因发生交通事故致使易燃液体瞬间泄漏，液体覆盖路面， 蒸气在外部风和内部浓度梯度的作用下在液体表面蒸发，形成一事故危害区域。此种情况 下可按固定源来分析。此时又分为瞬时泄漏和连续泄漏。 1 1 瞬时泄漏 ( 1 ) 泄漏量的计算 此时泄漏量q 即为运载量。 ( 2 ) 蒸气浓度计算 不形成液池 由于本课题研究的主要对象并非是密度比空气重的易燃液体蒸气，故蒸发后的蒸气扩 散可用高斯模型。当液体泄漏后闪蒸完全，不形成液池时，即为瞬时点源。蒸气浓度计算 模式如下： a 无风情况下： c c w ，硼= 面矛考矗o x p l 一丢【簧十号+ 毒ji m b 有风情况下： c c w ，z ，归面季譬瓦e x p 一圭( 堕芋十毒+ 言 j q 之， 式中c ( x ，y , z ，t ) 瞬时排放时，给定地点和时间的污染物浓度，m g 一： q v 瞬时蒸发的物料质量，m g ； 厅平均风速，耐s ； t 瞬时排放时，污染物的运行时间，s ； x 、v 、z 分别为下风向距离、横风向距离、离地面的距离，m ； o 。、吣o z - x 、y 、z 方向扩散参数。 形成液池 a 液池面积引 如果泄漏后的液体己达到人工边界，则液池面积即为人工边界围成的面积。如果泄漏 江苏大学硕士研究生学位论文 液体未达到人工边界，则可假设以液体的泄漏点为中心呈扁圆柱形在光滑平面上扩散。当 泄漏时间不超过3 0 s 时，这时液池半径r 计算公式如下： ，、巫 r ：f 塑14(2-3) l 疗p ， 式中r * 液池半径，m ； m * 泄漏的液体质量，k g ； g 重力加速度，9 8 m s 2 ； t 泄漏时间，s ： p 设备中液体压力，p a 。 b 蒸发薰的计算 液池内液体蒸发按其机理可分为闪蒸、热量蒸发和质量蒸发三种。 ( a ) 闪蒸 过热液体泄漏后，由于液体的自身热量而立即蒸发称为闪蒸，蒸发所需的热量取自于 液体本身。泄漏时闪蒸率f 可按下式计算。 f ：c p ( t - t o