ALOHA軟件在液氯泄露事故的模擬分析與應用

摘要：危險化學品一旦泄漏極易引發(fā)火災、爆炸和中毒事故，給社會公共安全帶來極大的危害。本文利用ALOHA模擬軟件對液氯泄露事故中可能發(fā)生的瞬時泄露和連續(xù)泄露兩種事故場景進行了模擬分析，得到了不同事故場景時液氯泄露的擴散形狀和區(qū)域面積，定量描述了災害現(xiàn)場有毒物質的擴散濃度與影響范圍，從而為應急指揮決策者準確安全地組織救援與疏散提供借鑒和參考。

關鍵詞：ALOHA軟件;瞬時泄露;連續(xù)泄露;液氯

1 引言

隨著我國社會經濟的不斷發(fā)展，各類化工企業(yè)規(guī)模和數(shù)量都呈快速增加狀態(tài)，化工企業(yè)涉及的原料與產品多為易燃、易爆和有毒物質，做好危險化學品的日常管理就顯得至關重要，由于設備故障、自然災害和人為失誤等原因，危化品泄露事故頻頻發(fā)生，對社會造成了巨大的人員傷亡和財產損失。如2005年3月29日京滬高速淮安段發(fā)生液氯泄露特大事故，造成29人死亡，350人住院治療，上萬人緊急疏散和近3000萬元財產損失的嚴重后果[1]。2006年11月1日，湖北孝感市境內一氮肥廠發(fā)生液氨泄漏事故，氨氣隨風進入城區(qū)，近2萬居民被迫緊急疏散，事故造成1人死亡、6人受傷[2]。2009年8月23日，一輛裝有30t氯磺酸的槽罐車在河南安陽境內發(fā)生泄漏事故，造成3名消防官兵中毒送醫(yī)[3]。消防救援人員能否在規(guī)定時間內對泄漏事故中的擴散區(qū)域范圍進行界定對于正確有效地組織人員疏散和制定應急救援措施具有重大意義。目前市場上廣泛使用的擴散性模擬軟件有SLAB、DEGADIS、ARCHIE和ALOHA，它們都能夠對多種危化品液氯泄露事故進行模擬分析。本文采用ALOHA軟件對液氯泄漏擴散事故進行模擬分析研究。

2 氯氣的物理化學性質

液氯為黃綠色液體，常溫下為氣態(tài)，氯氣為黃綠色有刺激性氣體，有刺激性氣味，分子量為70.91，比空氣重，本身不會燃燒，但與其它化合物放在一起會產生燃燒，氯氣或者其它可燃氣體與水蒸氣結合都會發(fā)生爆炸。液氯幾乎對所有的金屬盒非金屬都有腐蝕作用。氯氣對人體的眼、呼吸道粘膜有刺激作用，輕度中毒者伴隨著惡心、嘔吐、胸悶、肺水腫等現(xiàn)象的發(fā)生，重度中毒者會出現(xiàn)心跳驟停或者死亡[4]。

3 ALOHA軟件介紹

ALOHA （Areal Locations of Hazardous Atmospheres）是有害大氣空中定位軟件的簡稱，是為化學物品泄露事故開發(fā)設計的一個風險模擬程序。利用ALOHA軟件能夠對因化學物品泄露而導致的有毒氣體的擴散、火災或爆炸等危險事故的發(fā)生進行模擬[5]。

4 液氯泄露事故模擬與分析

本文借助ALOHA軟件，對液氯在不同風速條件下的瞬時和連續(xù)泄漏兩種場景下的擴散影響范圍進行模擬和定量分析。

4.1危害準則的確定

液氯泄漏事故中有毒氣體對人們的身體產生致命的危害，會使人感到頭暈、惡心、發(fā)慌，人們吸入過多的氣體會產生生命危險。本文選用急性暴露導則AELGs對危害準則進行確定。AELGs濃度分為AELG-l、AELG-2和AELG-3三個等級。AELG-l準則用于那些暴露于毒氣環(huán)境中出現(xiàn)憤怒、頭暈、眼花等輕微現(xiàn)象的人群。AELG-2準則用于那些暴露于毒氣環(huán)境中會出現(xiàn)不可逆轉的、削弱逃生能力的人群。AELG-3準則用于那些暴露于毒氣環(huán)境中會出現(xiàn)生命危險的人群。

4.2事故場景假設

假設一輛裝有液氯儲罐車在連霍高速三門峽路段由于交通事故側翻發(fā)生泄漏，儲罐總容量為3000L，沖裝系數(shù)為90%，儲存溫度為15℃，事故發(fā)生地點位于東徑110°51′、北緯：34°32′，海拔473米。

場景1：假設液氯鋼瓶在車輛側翻過程中遭到外部物體的猛烈碰撞，造成液氯鋼瓶受損，鋼瓶內的液氯揮發(fā)，這是瞬時泄露的一種情況。

場景2：假設液氯鋼瓶在車輛側翻過程中遭到外部物體的猛烈碰撞，造成液氯鋼瓶中間開始破裂，出現(xiàn)孔徑約2cm的裂縫，液氯隨即泄露至地面。事故發(fā)生時，環(huán)境溫度為28℃，東風3級，風速約為4.5m/s，空氣相對濕度為65%，附近地面為水泥混凝土路面，高速路北側有一近村莊，選擇離事故發(fā)生地最近的一處居民房屋為敏感點。

4.3 瞬時泄露

消防救援人員使用ALOHA軟件，在軟件中使用過程中輸入救援事故發(fā)生的時間、地點、氣候條件、事故發(fā)生地點周邊的環(huán)境信息、危險化學品信息等相關的一些參數(shù)，選擇直接釋放的釋放類型，在計算過程中選擇重氣擴散模型，泄漏事故的時間假設為1分鐘。根據(jù)選定的危險準則，得到氯氣擴散影響區(qū)域和敏感點的濃度變化模擬圖。

（1）氯氣擴散影響區(qū)域

從圖1可以看出，在下風向最遠距離為3.8km，側風向最大寬度為0.3km范圍內氯氣濃度大于20ppm，該范圍內的人員如果滯留一個小時則生命會產生影響，嚴重的甚至導致生命直接窒息。這個時候消防救援人員應在有限的時間內根據(jù)救援場景及時疏散現(xiàn)場人員戴好危化品防護服，撤離現(xiàn)場。

在下風向最遠距離為8.8km范圍內氯氣濃度為2～20ppm，該范圍內的人員如果滯留一個小時會產生頭暈、身體不舒服，消防救援人員應將該范圍內的人員放置在協(xié)助疏散區(qū)，讓其在室內封閉空間進行就地避難，等待其他醫(yī)護等工作人員的救援。

濃度低于2ppm的區(qū)域，該范圍內的人員如果滯留一個小時會對身體造成輕微的傷害，設為自主疏散區(qū)，該區(qū)域的人員可自行疏散。劃分好疏散區(qū)域后可確定疏散方案，迅速指揮人員撤離事故現(xiàn)場。

（2）敏感點濃度變化

距離事故發(fā)生點以東350米，往北130米處有一村莊，將離事故發(fā)生地最近的一處居民房屋為敏感點。

從圖2可以看出，在擴散的前幾分鐘，該位置處的氯氣濃度隨著時間的增加而遞增，而且很快的達到某一特定值，室外氯氣濃度超過了嚴重傷害數(shù)值，隨著時間的推移，室外氯氣濃度保持一定數(shù)值不變，而室內的濃度也超過輕度傷害數(shù)值。建議該村莊的人員在事故發(fā)生后，應盡量呆在室內封閉空間就地避難，待室外濃度降低以后，立即自行疏散。

4.4連續(xù)泄露

消防救援人員使用ALOHA軟件，在軟件中使用過程中輸入救援事故發(fā)生的時間、地點、氣候條件、事故發(fā)生地點周邊的環(huán)境信息、危險化學品信息、儲罐和泄漏源等相關的一些參數(shù)，釋放類型選擇泄漏釋放，在計算過程中選擇重氣擴散模型，泄漏事故的時間假設為1小時，最大泄露強度為431千克/分鐘。根據(jù)選定的危險準則，得到氯氣擴散影響區(qū)域和敏感點的濃度變化模擬圖。

（1）氯氣擴散影響區(qū)域

從圖3可以看出，在下風向最遠距離為2.3km，側風向最大寬度為0.15km范圍內氯氣濃度大于20ppm，該范圍內的人員如果滯留一個小時則生命會產生影響，嚴重的話生命直接窒息，這個時候消防救援人員應在有限的時間內根據(jù)救援場景及時疏散現(xiàn)場人員戴好危化品防護服，撤離現(xiàn)場。

下風向最遠距離為6.3km范圍內氯氣濃度為2～20ppm，該范圍內的人員如果滯留一個小時會產生頭暈、身體不舒服，消防救援人員應將該范圍內的人員放置在協(xié)助疏散區(qū)，讓其在室內封閉空間進行就地避難，等待其他醫(yī)護等工作人員的救援。

下風向最遠距離為10.2km范圍濃度低于2ppm的區(qū)域，該范圍內的人員如果滯留一個小時會對身體造成輕微的傷害，設為自主疏散區(qū)，該區(qū)域設為自主疏散區(qū)，消防救援人員劃分好疏散區(qū)域后可確定疏散方案，迅速指揮人員撤離事故現(xiàn)場。

（2）敏感點濃度變化

從圖4可以看出，在擴散的前幾分鐘，該位置處的氯氣濃度隨著時間的增加而遞增，而且很快的達到某一特定值，室外氯氣濃度超過了輕度傷害數(shù)值，此后，室外氯氣濃度一直保持在一個較低的水平，而室內的濃度一直沒有超過輕度傷害數(shù)值。建議該村莊的人員在事故發(fā)生后的最初階段，應盡量呆在室內封閉空間就地避難。

5 結語

（1）本文利用ALOHA對瞬時泄露和連續(xù)泄露兩種可能場景下的氯氣事故影響區(qū)域和敏感點的氣體濃度變化進行了模擬分析，并把擴散影響區(qū)域分為緊急疏散區(qū)、協(xié)助疏散區(qū)和自主疏散區(qū)。

（2）在瞬時泄露事故條件下，根據(jù)敏感點處的氯氣濃度隨時間變化圖，在擴散的前幾分鐘內，室外氯氣濃度超過了嚴重傷害數(shù)值，之后很快降低到該數(shù)值一下，而室內的濃度也超過了輕度傷害數(shù)值。

（3）在連續(xù)泄露事故條件下，根據(jù)敏感點處的氯氣濃度隨時間變化圖，室外氯氣濃度超過了輕度傷害數(shù)值，此后，室外氯氣濃度一直保持在一個較低的水平，而室內的濃度一直沒有超過輕度傷害數(shù)值。

參考文獻：

[1] 王爽，王志榮.利用ALOHA軟件對一起氯化氫泄漏事故的模? ? ?擬分析[J].火災科學與技術，2010，29（8）：698-700.

[2] 孔大令.基于ALOHA軟件快速模擬液氨泄 ? ? 露警戒范圍[J].火災科學與技術，2011，30（1）：68-70.

[3] 邵輝，候麗娟，段國寧，等.ALOHA在苯泄露事故中的模擬分析? ? ?[J].常州大學學報（自然科學版），2012，24（03）：48-52.

[4] 辛晶，陳華，李向欣，王劍，武岱穎.有毒化學品泄漏事故應急防? ? ?護行動決策探討[J].中國安全生產科學技術，2012，8（2）：93-96.

[5] 孫啟悅，修光利，張大年.CAMEO在突發(fā)性環(huán)境污染事故應急? ? ?中的應用[J].安全與環(huán)境學報，2008，8（3）：145-149.

作者簡介：

趙民生（1982-），男，河南省三門峽人，三門峽市消防救援支隊一級指揮員，助理工程師，本科學歷，主要從事消防救援和消防監(jiān)督檢查工作。

基金項目：

河南省教育廳科學技術研究重點項目課題（課題編號：15B520025;課題名稱：基于物聯(lián)網云計算技術的三門峽市消防報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)）