基于MATLAB的煤气泄漏扩散高斯模型影响范围的研究.doc

工业煤气基于MATLAB仿真的泄漏扩散影响研究
摘要：本文的研究目的是研究企业范围空间煤气泄漏的扩散规律和影响范围。采用matlab模拟煤气泄漏后CO的浓度分布和扩散距离规律。通过建立煤气泄漏扩散数学模型，对其影响煤气扩散的主要因素进行了分析、探讨了煤气毒性范围的划分，然后在对煤气泄漏造成的危害和泄漏原因的基础上，运用扩散模型，计算煤气泄露扩散影响范围，然后用MATLAB对此进行模拟，得出不同的距离下煤气的浓度，并对其进行分析。因为大气稳定度、风速对煤气泄漏扩散的浓度影响起着非常重要的作用.大气稳定度和风速会显著改变有害气体的扩散状态。在风速和泄漏增大时，煤气在开放空间扩散距离大，影响范围广,应合理布置煤气监控点，预防煤气中毒。本文还鉴于煤气泄漏的危害之大，根据CO的特性，对于煤气柜这种重大危险源的管理和控制可以得出一些经验,为采取措施预防其危害提供一定的依据。
关键词：煤气泄漏；MATLAB；数值模拟；扩散
一、前言
煤气泄漏的研究的背景及意义
我国当代工业以煤炭为主要能源的结构特点，决定了我国大多数工业企业的生产性气源以焦炉煤气和高炉煤气等为主，而煤气具有易燃易爆性！易散发性!剧毒性的特点，随着煤气在石油！化工！冶金等行业的广泛应用,也随之增加了煤气在工业场所发生泄漏！扩散并且导致人员中毒!火灾甚至爆炸发生的危险性和可能性"例如，2002年12月4日，天津西青开发区某厂房发生一起一氧化碳泄漏事故，造成3人中毒死亡;2005年2月22日，湖北大冶市一公司发生煤气中毒事故，当班的4名工人因中毒相继坠入料仓死亡；2005年4月21日，内蒙古自治区乌海市同力冶炼有限责任公司发生高炉煤气泄漏事故,造成2人中毒死亡;2005年n月5日，包头市大安钢铁公司发生煤气泄漏事故，当场造成5人中毒死亡，1人受伤;2005年的10月26日，首钢动力厂发生一起煤气中毒事故，共有9人丧生;而时隔8个月,即2006年6月10日首钢动力厂再次煤气泄漏事故，至少有7人中毒,其中2人经抢救无效死亡"此类事故举不胜举”
近几年来市场对煤气及其相关产品的需求增大,企业不断扩大生产能力，同时煤气事故的次数也居高不下，鉴于以上事实，我们发现：工业场所煤气一旦发生事故性泄漏，往往会酿成人员中毒伤亡的严重后果,另外,若遇火源还可能导致火灾或爆炸等事故造成重大损失”因此,为减少因煤气事故泄漏事故带来的人员及财产损失,对工业场所煤气的泄漏!扩散进行数值模拟分析,加强对其微观规律的研究,为制定相应的煤气中毒预防及事故减灾策略有重要的理论意义”近年来我国工业煤气事故性泄漏屡有发生，尤其严重的是2005年和2006年首钢动力厂连续两次发生煤气泄漏事故,并造成重大人员伤亡，此事件发人深省”其重要原因之一就是人们对工业场所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"工业场所煤气泄漏扩散是一个综合而又复杂的过程,泄漏物质，泄源高度及面积！泄漏速度！泄漏时间！大气稳定度！地形等参数对扩散都有着重要的影响”因此，如何对工业场所煤气泄漏扩散的过程进行有效的模拟，以及时!准确！有效地获得各种参数，为煤气泄漏事故的应急救援提供科学依据就显得十分迫切"
国内外的研究现状
”国外在这方面的研究相对成熟，直到现在该领域的研究还比较活跃"国外学者提出了不少扩散的计算模型,同时也进行了许多大规模试验"主要的数值扩散模型有高斯(Gaussianplume/Puffmodel），BM（BritterandMeQuaid）模型Sutton模型DEM(3一DFiniteElementModel)等等"高斯模型适用于点源的扩散,早在五六十年代就己经被应用"它从统计方法入手,考察扩散介质的浓度分布，适用于中等密度气团(非重气）扩散的模拟”烟羽模型（Plumemodel）适用于连续源的扩散,烟团模型(Puffmodel)适用于短时间泄漏的扩散（即泄放时间相对于扩散时间比较短的情形,如突发性泄漏等)"高斯模型具有简单,易于理解，运算量小的特点,且由于提出的时间比较早，实验数据多，因而较为成熟”
高斯（Gauss）模型属于非重气扩散模型，只适用于与空气密度相差不多的气体扩散”但是,大多数危险性物质一旦泄漏到大气环境中就会由于较重的分子质量(如C12）低温和化学变化(如HF)等原因形成比周围环境气体重的重气云，重气云的扩散机理与非重气云完全不同”因此,重气云扩散机理的研究是国外众多学者竞相研究的热点课题”国际上曾多次召开有关重气云扩散研究及其预防控制方面的系列学术会议，促进了重气云扩散的研究"到目前为止,已提出大约200个重气云扩散模型”重气云扩散模型可分为经验模型、箱模型、浅层模型以及三