煤氣運移擴散與監控技術研究進展

崔 英

新疆煤田地質局綜合隊（830000）

煤氣運移擴散與監控技術研究進展

崔 英

新疆煤田地質局綜合隊（830000）

總結國內外關于煤氣擴散與監控技術的研究，對煤氣的泄漏濃度典型的計算模型如高斯模型、唯像模型、Sutton模型、箱及相似模型、三維CFD模型等模擬方法及優缺點進行總結歸納，以期為后續研究提供借鑒作用。

煤氣；運移擴散；監控技術；研究進展

1 研究模型基礎

目前國內外對煤氣的泄漏濃度典型的計算模型有高斯模型、唯像模型、Sutton模型、箱及相似模型、三維CFD模型等。高斯模型是最早開發的數學模型,適用于點源的擴散,從統計方法入手,考察擴散質的濃度分布。唯象模型主要適用于中性或重氣體的研究,且計算簡便,結果表現直觀,側重于大規模泄漏的研究。Sutton模型較適用于中性氣體的擴散研究，但其精度不高，與試驗值相差較大。箱及相似模型適用于預報氣云的總體特征,如平均半徑、平均高度和平均氣云溫度，而不考慮其在空間上的細節特征。三維傳遞現象模型適用于各流體湍流運動的研究，計算機硬件和軟件的飛速發展也使這種數值計算方法不斷完善。

2 國外研究進展

在泄漏擴散試驗研究方面，煤氣泄漏擴散的試驗研究較少，但從20世紀80年代開始對氣體泄漏擴散機理的研究，就逐步地采用大規模現場試驗的方法，比較著名的有China lake and French man flat試驗、Maplin Sands試驗和Thorney island系列試驗等。

在氣體擴散模型與模擬方面，國外的研究起步較早,2001年RodBarratt在“環境與商業從業者系列”中，其中就有一本書對近年來各種氣體擴散模型進行了一個總結。

在監控報警系統方面，國外從20世紀30年代開始研究開發氣體傳感器和報警系統，并且得到了較快發展，這主要是由于人們安全意識增強，對環境安全性和生活舒適性要求提高。日本在報警器方面起步較早，發展迅速。日本使用液化石油氣始于1952年。20世紀70年代燃氣用戶急劇增長，到現在用戶己達2千多萬戶，同時家用燃氣報警器開始推廣。隨著日本燃氣的普及，燃氣報警器的研制、開發和銷售發展迅速，現在已有99.1%的液化石油氣用戶裝上報警器[1～3]。

3 國內研究進展

國內學者近年來研究較為活躍，特別是在危險品泄漏后的擴散模擬及影響區域研究方面，己有不少研究成果。

化工部化工勞動保護研究所研究了重要有毒物質泄漏擴散模型，對國內外的一些擴散模型進行了小結；杜建科利用己有的理論模型，分析了這兩種泄漏類型的特點及其擴散規律，提出了傷害區域的劃分和估算方法，為準確地預測毒氣擴散危險區域，及時采取有效措施組織搶險救援活動，提供了一種行之有效的方法。鐘江榮和趙振東等人考慮到GIS次開發語言的局限性，利用外部程序語言開發了毒氣擴散濃度空間分布的計算程序，動態鏈接到GIS系統中來實現模擬，為減輕城市和大型企業在地震下有毒物質的泄漏與擴散災害和應急反應提供了有效手段。肖敬斌和王京剛采用MATLAB語言，將常用大氣擴散模式編制成大氣擴散函數，組成大氣擴散專業工具箱及通用條件下的大氣擴散模式DEMOS圖形。潘旭海和蔣軍成分析了描述易燃易爆及有毒有害氣體泄漏擴散過程的數學模型，得到了重氣云團外形尺寸(云團半徑和云團高度)、空氣卷吸量隨時間的變化關系以及下風向固定點處地面最大濃度值。

在監控報警系統方面，可燃氣體的安全問題也越來越被人們所認識。許多生產廠家逐漸開發生產了可燃氣體探測器、報警控制器。為使這一類產品在生產、檢驗、質量監督中有統一的標準可循，在研究、分析國外同類產品的有關技術資料的同時,我國制定了相應的國家標準。武漢華大安信公司已成功開發出功能符合國家最新標準（GB 47XX-2003）的新一代分布智能火災報警系統，其中分布智能火災報警系統由分布智能火災報警器、分布智能感溫火災探測器、手動火災報警按鈕和各類控制模塊等配套產品組成。但這些產品多采用DCS（Distributed Control System）結構，上位機與下位之間的通信采用4～20 mA的模擬信號，系統的維護性和擴展性不理想[4～6]。

4 小結

綜上所述，由于煤氣泄漏擴散與監控問題本身的復雜性以及目前技術結構有待完善等原因，煤氣運移擴散規律與監控技術的研究依然任重道遠。目前，常用的模型普遍偏重一方面，忽略另一方面,這一顧此失彼的建立模型方法模擬效果較差，只是通過試驗室和計算機模擬了解了氣體擴散的規律，缺乏對鋼鐵企業工作場所煤氣轉移和擴散規律的研究，盡管對煤氣引起的火災、爆炸、中毒事故采取了眾多預防手段和控制措施，但并沒有徹底的解決問題。另外，大多數鋼鐵企業雖然煤氣監控系統運行良好,但煤氣監控系統監測的布局和位置不合理，通風系統對危險隅角煤氣聚積設計考慮不充分，誤報警系數高，抗干擾能力低。

[1]Ting Wang,Tara C.Hutchinson,Gas leakage rate through reinforced concrete shear walls：Numerical study[J].Nuclear Engineering and Design,2005,235：2246～2260.

[2]Mostafa Saadata,Aminolla Bahaoddinia,et al.High incidence of suicide by burning in Masjid-i-Sulaiman(southwest of Iran),a polluted area with natural sour gas leakage [J],Burns,2004,30：829～832.

[3]Vivek P.Utgikar,Todd Thiesen.Safety of compressed hydrogen fuel tanks：Leakage from stationary vehicles[J], Technology in Society,2005,27：315～320.

[4]馬存棟.高壓天然氣管道破裂氣體擴散規律模擬結果分析[J].油氣田地面工程,2005,24(3)：8～10.

[5]潘旭海,蔣軍成.重氣云團瞬時泄漏擴散的數值模擬研究[J].化學工程,2003,31(1)：35～39.

[6]蔡兵.基于CAN總線的可燃氣體監控系統設計[J].吉首大學學報(自然科學版)2005(2)：104～106.