基于MATLAB的液氨泄漏應急救援處置

劉欽平

（宜春市應急管理局，江西 宜春 336000）

現代工業生產過程中，氨作為一種重要的化工原料在各領域有著廣泛的應用。同時，因其單位制冷量大、價格低廉、放熱系數大、壓力適中等諸多優點，液氨作為制冷劑被廣泛使用。但因液氨易燃易爆及毒害特性，一旦泄漏極易導致重大安全生產事故。因液氨泄漏而引發的上傷亡事故層出不窮，尤其在食品行業。2013年吉林某食品加工單位121人因液氨泄漏死亡，上海某冷藏企業15人因液氨泄漏死亡，造成極其惡劣的社會影響和重大經濟損失。面臨嚴峻的安全生產應急管理形勢，事故后如何科學、有效、快速地實施救援成為當前應急管理的重要環節。

MATLAB因其強大的計算模擬能力在工業領域有著廣泛的應用，艾唐偉[1]等通過MATLAB以高斯模型對危險氣體擴散模擬分析確定危險氣體泄漏后的危險區，為事故應急救援方案的確定和及時調整提供了指導[2]。本文擬以高斯云團擴散模型為基礎，通過MATLAB分析確定液氨泄漏后的危險區及液氨濃度云圖，為液氨泄漏事故應急救援提供實際指導[3]。

1 氣體擴散模型

Gaussian模型、Gaussian軌跡煙云模型、BM模型、重氣云擴散、非重氣云擴散、三維有限元計算等是目前常見且應用較為廣泛的氣體泄漏于擴散分析模型。高斯煙羽模型、高斯煙團模型被廣泛應用于點源氣體擴散分析，而Gaussian煙羽模型常被用于連續源擴散分析，Gaussian煙團模型常被用于瞬時泄漏擴散分析[4]。

式中：C為任一點的污染物濃度，mg/m3；Q為泄漏源污染物強度，單位時間內污染物排放量，mg/s，為側向擴散系數，污染物在Y方向上的分布的標準偏差，是距離x的函數；為 豎向擴散系數，污染物在Z方向上的分布的標準偏差，是距離x的函數；為排放口處的平均風速，m/s；H為有效源高度，m；x為污染源排放點至下風向上任一點的距離，m；y為煙氣的中心軸在直角水平方向上到任一點的距離，m；Z為地表到任一點的高度，m。當泄漏源為地面源時，取高度H=0。

2 大氣擴散參數的確定

大氣擴散參數受穩定度、地形、地面粗糙度等影響，在高斯擴散中當風速不太小＞1-2m/s），x方向的湍流擴散可忽略不計，可僅考慮y、z方向。擴散參數的確定有薩頓模式、BNL模式等多種方式，本文擬采用擴散曲線法，結合《環境影響評價技術導則 大氣環境(HJ2.2-2018)》的相關規定，確定大氣擴散參數為：，。

3 金屬儲罐火災爆炸事故后評估

火災災害模式分別假設單個金屬儲罐突發瞬時大量泄漏和因爆炸引起的金屬儲罐破損，并引發儲罐內液氨，產生二次火災，前者在金屬儲罐區圍堤內形成液氨池，遇到引火源會引起池內液氨點燃，并形成池火，后者則會在金屬儲罐內形成火災。

泄露爆炸災害模式以單個金屬儲罐持續泄露50%的液氨且揮發后氣體全部參與爆炸作為假設，分別運用蒸汽云爆炸事故計算模型，沸騰液體擴展蒸汽爆炸事故計算模型進行計算和分析。

根據池火事故模式構建計算模型。

（1）確定池火半徑

對于儲罐內的池火火災，其火災半徑等于金屬儲罐半徑。

（2）確定燃燒速度

由于液氨的沸點在-33.5℃，液氨儲存溫度為-33℃，對應的密度為0.681382kg/L，低于周圍環境溫度，公式為：

公式中：m'單位表面積燃燒速度，Hc液氨燃燒熱，取18603.1kJ/kg；CP液氨的比定壓熱容，T0環境溫度，Tb液體沸點。

這種災害形式在金屬儲罐受熱或系統突然失效，液體瞬間時泄漏汽化并遇引火源而發生，具有突發性的嚴重后果，因此，要高度重視金屬儲罐的定期檢查與校驗，密切關注系統運行狀態。

4 工程實例分析

某工業園區內某一企業內30m3液氨金屬儲罐閥門損壞導致液氨泄漏，經搶修后于1小時后修復，搶修期間大量液氨逸散至空氣當中。當天氣象資料顯示風速為1.5m/秒，大氣穩定度為C，地面粗糙度為0.4。經分析得到事故后形成的泄漏源強為1kg/s，應用MATLAB根據式1，進行模擬分析。根據國家相關標準規定，氨的危害特性見表1。

表1 氨的危害特性

MATLAB分析計算主要代碼如下：

圖1 泄漏源下風向氨氣濃度等值線（風速1.5m/秒）

圖2 泄漏源下風向氨氣濃度等值線（風速2.1m/秒）

根據圖1 泄漏源下風向氨氣濃度等值線及氨危害特性，可以看出泄漏源下風向1200m以內、泄漏源兩側各80m范圍內屬危險區。根據應急處置，泄漏源下風向80m以內、兩側側向60m以內應避免人員滯留，以免人員短時間因接觸高濃度氨氣產生強刺激反應。而根據圖2顯示，當風速為2.1m/秒時，泄漏源下風向1000m外、兩側側向70m以外即可視為安全區域。

5 結語

MATLAB強大的計算及模擬分析能力可以為工業安全生產及事故應急處置提供良好的指導作用。應用MATLAB通過合理的條件假定并通過科學的分析可以精確地進行分析計算并輸出直觀的圖形和數據，安全生產和應急管理人員可以據此快速決策并指定更加科學合理的事故應急處置方案。