单位文秘网 2021-07-23 08:16:48 点击: 次
“毒气泄漏三维快速模拟技术”是一种能够适用于应急系统的三维模拟技术,具有模拟精度高,适应复杂地表情况,模拟计算速度快的特点,是应急过程中高效应急预测的关键技术,非常适合化工园区、大型工业场所、城市公共安全等事故应急的需求。
近年来,我国对于能源及化工产品投资越来越大,很多产品产量位居世界第一,国内形成了大量能源开采矿区及化工行业。但随之而来的是重大工业事故频发,严重威胁着周边居民的生命财产安全。例如:发生在2003年的“12·23”重庆市开县井喷事故、2004年的“4·16”重庆天原化工厂液氯储罐爆炸事故、2006年“3·29”京沪高速氯气运输车储罐泄漏事故,均发生了大量人员伤亡事故。 “12·23”重庆市开县井喷事故后,该地气井被封住,当地大量的天然气需求得不到满足,拖后了经济发展。
随着社会的不断进步,人民群众对安全生产需求和国家对重化工业产品迫切需求的矛盾越来越突出。面对新时期的严峻形势,我国迫切需要大力提高应对突发事件的能力。要提高应对毒气泄漏事故的能力,最重要的是能够准确预判事故的严重程度,这样才能确定事故响应的级别、撤离的范围,以及应急采用的措施。在处理一起事故之前,我们需要预判:启动几级预案,是否需要政府参与,需要几个消防队伍,需要多少辆救护车,需要通知医院准备多少床位,是否需要通知周边居民疏散,是否可以采用毒气排空措施等等。每一个细节,都是左右最终应急过程能否成功的关键因素。
目前有毒气体的扩散应急模式,一般都使用“烟羽扩散”模式。这种模式采用数学的方法,对实验过的类似现象进行拟合,在千差万别的实际情况下,误差较大,可能会影响应急扩散模拟在应急体系中的发挥。例如:在风向突然改变的情况下,气体如何扩散;地面具有大量的高层建筑,风流场不稳定,如何确定气体扩散的范围等问题,以前的“烟羽扩散”模式均不能有效地解决。
中国安全生产科学研究院公共安全研究所研发的快速三维模拟技术,采用计算流体力学、传质学与传热学的方法,对泄漏气体的扩散动力学演化过程及影响范围,进行数值模拟研究。能够在1min左右的时间里,完成以往三维计算1个月的结果,完全适用于新形势下化工园区、厂矿企业对应急系统的要求。
快速模拟技术基本情况
公共安全研究所研究的“快速三维模拟技术”能够为应急系统提供准确的预测措施,加快反应时间、减少企业损失及人身伤害事故。该技术模型包括以下几部分。
数值平台
用于一般多物理场和结构应用。对流体分析使用有限体积方法,对热和结构分析使用有限元方法。采用高效和稳健的耦合方案,对耦合现象进行分析。通过这些优化的求解器,数值平台能够准确模拟三维流体流动和耦合物理现象。
数值平台还可以提供各种情况下的准确表达,从不可压到高度可压,从自由表面到离散颗粒流动,从稳态到高度非稳态流动(爆炸)。
爆炸及火灾仿真功能
包括完全和部分受限空间爆炸仿真。该功能能够分析固体、液体(燃料)或气体云团,以及固体—气体混合(粉尘)的事故爆炸。爆炸可以是单一或多个的,同时或非同时发生的。
意外气体扩散、应急规划仿真功能
本功能利用流体力学,对气体、颗粒/液滴在复杂地形上扩散的三维事故,进行扩散模拟,能够准确模拟稠密、热气体、相变、蒸发、凝结现象,以便将瞬态作用的演变进行可视化。内置的二方程湍流模型,能够计算障碍物周围的机械湍流,可以模拟复杂的化学反应。
本功能还能够准确描述高度复杂的地形和障碍物,例如建筑或场地应该保持的距离限制,与目前被广泛采用的“高斯方法”相比,这种三维确定性方法能够给出更真实准确的估计。
成果应用
毒气泄漏三维快速模拟技术可用于以下场景:工业过程(氯、氨、液化石油气)气体泄漏扩散、火灾烟气在复杂地形的扩散的三维数值模拟;有毒影响的临界区域;气体、液滴、放射性核素和颗粒扩散的可靠定量评估;环境敏感场所风险评估研究;压力容器储罐或管线的气体释放;可变速率的扩散;稠密气体分层扩散和与地面热交换;多种污染源的计算评估;建筑物和化学单元间流动的精确仿真;对管线和储存罐泄漏的计算;按吸入剂量的中毒风险分析;蒸气云团爆炸扩散分析等等。
本快速模拟技术,能够以界面及批处理的方式运行,功能强大,完全能够满足一般应急对气体扩散等的要求。该技术还可以以模块的形式,嵌入企业的应急管理平台,从而提供一个可靠的仿真工具,满足对意外扩散的应急评估要求。
目前,该技术已在四川达州普光气田地区成功应用。普光地区主体工程包括净化厂、站场和集输管线。项目组根据普光指定搬迁距离进行分析,一共对19个重点关注区域进行了计算,包括16个站场、1个净化厂、2个集输管线跨越点。项目组从离站场300m处开始进行疏散模拟,一直疏散到1000m外。通过模拟16个站场周边的人员疏散模拟,研究毒气泄漏过程中人体疏散所吸收的毒气负荷,最终判断在300m处进行疏散的风险值小于10-5,可以将搬迁距离设置为300m。
发展前景
我国是一个人口大国,近十年来随着经济的发展,也成为制造业大国,大量的重化工企业周边往往聚集着大量的人口居住,如何处理及保障居民的安全成了世界性的难题。本快速模拟技术符合我国人口密度大、居民风险较高的国情,可以在复杂情况下,为重大毒气事故进行快速预测、风险分析、辅助决策,提供基于平台的解决方案,实现在GIS(地理信息系统)平台上的应用,便于指挥人员做出决策。三维快速模拟技术不但可以应用于各级应急指挥平台,也可在全国大部分油气田推广,具有广阔的科学及市场价值。
编辑 杨 璇
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