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近年来,由于煤气泄漏而造成的人员中毒等事故频频发生,给人民的生命财产造成了极大的损失。其重要原因之一就是人们对冶金工业煤气泄漏扩散的规律不甚了解,尤其是煤气泄漏扩散后中毒伤害范围的变化,安全警戒撤离距离的确定等信息不能及时获得,从而延误了中毒区域内人员的救援时机,造成重大人员和财产损失。煤气在给企业带来经济效益的同时,频发的事故性泄漏也对人们的生命和财产造成了严重的危害。
由于煤气中的一氧化碳是无色无味且剧毒的气体,临近作业的人员凭直觉根本无法判断煤气泄漏后扩散的范围及浓度变化,从而无法及时获知撤离事故现场的安全距离,并且导致不能正确地采取应急救援措施,酿成严重后果。本文主要模拟冶金工业煤气泄漏扩散的规律,通过对冶金工业煤气事故泄漏在大气空间内运移、扩散进行数值模拟,估算出泄漏气体扩散浓度的分布及危害范围,从而为现场戒严、人员紧急疏散以及采取必要的补救措施提供科学的依据,将有助于指导企业在发生煤气泄漏事故后,及时了解煤气泄漏的扩散范围和浓度分布,指导遇险人员躲避逃生,避免因吸入煤气而中毒或窒息,达到“本质安全化”,保证企业的安全生产。
由于冶金工业煤气的种类的多样性以及理化性质的差异,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的发展态势。本文探索性地建立了冶金工业煤气泄漏事故应急救援预案,从而为企业或政府相关部门制定或采取煤气泄漏应急救援措施提供指导和参考。一旦冶金工业煤气发生泄漏事故,本论文成果对指导紧急救灾具有重要理论价值和实践意义,将是安全环保部门掌握此类事故后果、影响以及导致的环境污染状况的必要参考,也是事故处理的重要依据,对环境保护和城市安全建设来说有着重要的现实意义。
本论文对煤气泄漏扩散的规律模拟中涉及到的问题作了较为细致的研究。其主要结论如下:
(1)本文在查阅了大量的国内外文献,全面了解国内外煤气泄漏事故的基础上,详细论述现阶段对冶金工业煤气泄漏扩散规律研究的重要性和紧迫性。论述国内外煤气泄漏扩散模拟研究现状、发展趋势。对现有的泄漏扩散资料进行了系统深入的分析和研究,并结合相关领域的学科知识,对冶金工业煤气泄漏扩散进行了分析,讨论了冶金工业煤气的种类,煤气在使用过程中泄漏出现的事故,以及冶金工业煤气泄漏事故的特点及原因,分析了煤气泄漏后造成的危险区域,并确定了毒性危险区域的划分,以及引发煤气泄漏事故的主要原因,煤气泄漏扩散的相关理论,并在此基础上选择煤气泄漏扩散的模拟方法。
(2)要准确实现冶金工业煤气泄漏扩散的分析模拟,首先就是要选择相对准确的泄漏扩散数学模型,由于煤气的泄漏与扩散机理很多,扩散过程中的一些现象和规律还没有被人们很好的理解,因此在做煤气泄漏扩散模型的分析时,主要选择一些常见及较成熟的模型来研究。本论文从气体扩散模型开始,科学地分析了煤气泄漏扩散的规律及常见有害气体泄漏扩散的模型,在分析众多气体扩散模型优劣点的基础上,结合冶金工业煤气泄漏的特点,选择合适的模型作为研究煤气泄漏扩散的应用模型。对煤气泄漏扩散规律的研究,具有相当重要的现实意义。
(3)在选择高斯模型作为研究煤气泄漏扩散的应用模型的基础上,对高斯模型相关参数——煤气泄漏的速度、泄漏源的有效高度、大气稳定度、尤其是扩散参数的计算作了进一步的探讨。由于冶金工业煤气泄漏扩散过程是一个相当复杂的过程,受到诸多因素的影响,本论文对冶金工业煤气泄漏的主要影响因素作详细论述,主要包括温度、风速、日照、云量、以及受到若干因素影响的大气稳定度等,这些气象因素会对煤气的扩散产生直接的影响。
(4)本文研究冶金工业煤气泄漏扩散模拟具有自身的特色,简便实用而又不乏准确性。这是由于冶金工业煤气泄漏事故具有突发性的特点,事故情况无法预知,条件也较为复杂多变,为精确计算带来不便。本文结合武汉某冶金企业煤气管道泄漏的实例,采用Matlab模拟计算高斯烟羽模型连续点源泄漏的情况,编制煤气泄漏量计算、连续点源泄漏的等值浓度图、不同距离处的浓度值求取、煤气泄漏浓度对应的轴向距离求取,先查看近似值,再经过转换成字符型方程求精确解的程序,精确的计算了煤气泄漏的泄漏量,同时掌握煤气泄漏后的浓度分布情况及泄漏扩散后浓度随距离变化的情况,确定人员撤离的安全警戒距离,掌握煤气泄漏扩散浓度分布与风速、大气稳定度等因素的变化关系,确定人员中毒及伤害范围,它为煤气泄漏救援部门及其他相关部门应急反应决策提供技术支撑。
(5)在事故应急反应中,为控制煤气事故规模和减少事故损害,必须进行快速的应急反应行动。为此首先要求人们迅速地对事故后果作出评估,作为确定应急反应措施的依据,以便尽快采取行动,因此本文从煤气泄漏扩散事故应急救援的基本原则、基本任务及其特点、实施煤气泄漏扩散事故应急救援的核心问题、煤气泄漏扩散事故应急响应系统和煤气泄漏扩散事故应急监测系统几个方面建立了冶金工业煤气泄漏事故应急救援预案,为企业或政府相关部门制定煤气泄漏事故应急救援预案提供指导和参考。