煤气运移扩散与监控技术研究进展

崔 英

新疆煤田地质局综合队（830000）

煤气运移扩散与监控技术研究进展

崔 英

新疆煤田地质局综合队（830000）

总结国内外关于煤气扩散与监控技术的研究，对煤气的泄漏浓度典型的计算模型如高斯模型、唯像模型、Sutton模型、箱及相似模型、三维CFD模型等模拟方法及优缺点进行总结归纳，以期为后续研究提供借鉴作用。

煤气；运移扩散；监控技术；研究进展

1 研究模型基础

目前国内外对煤气的泄漏浓度典型的计算模型有高斯模型、唯像模型、Sutton模型、箱及相似模型、三维CFD模型等。高斯模型是最早开发的数学模型,适用于点源的扩散,从统计方法入手,考察扩散质的浓度分布。唯象模型主要适用于中性或重气体的研究,且计算简便,结果表现直观,侧重于大规模泄漏的研究。Sutton模型较适用于中性气体的扩散研究，但其精度不高，与试验值相差较大。箱及相似模型适用于预报气云的总体特征,如平均半径、平均高度和平均气云温度，而不考虑其在空间上的细节特征。三维传递现象模型适用于各流体湍流运动的研究，计算机硬件和软件的飞速发展也使这种数值计算方法不断完善。

2 国外研究进展

在泄漏扩散试验研究方面，煤气泄漏扩散的试验研究较少，但从20世纪80年代开始对气体泄漏扩散机理的研究，就逐步地采用大规模现场试验的方法，比较著名的有China lake and French man flat试验、Maplin Sands试验和Thorney island系列试验等。

在气体扩散模型与模拟方面，国外的研究起步较早,2001年RodBarratt在“环境与商业从业者系列”中，其中就有一本书对近年来各种气体扩散模型进行了一个总结。

在监控报警系统方面，国外从20世纪30年代开始研究开发气体传感器和报警系统，并且得到了较快发展，这主要是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高。日本在报警器方面起步较早，发展迅速。日本使用液化石油气始于1952年。20世纪70年代燃气用户急剧增长，到现在用户己达2千多万户，同时家用燃气报警器开始推广。随着日本燃气的普及，燃气报警器的研制、开发和销售发展迅速，现在已有99.1%的液化石油气用户装上报警器[1～3]。

3 国内研究进展

国内学者近年来研究较为活跃，特别是在危险品泄漏后的扩散模拟及影响区域研究方面，己有不少研究成果。

化工部化工劳动保护研究所研究了重要有毒物质泄漏扩散模型，对国内外的一些扩散模型进行了小结；杜建科利用己有的理论模型，分析了这两种泄漏类型的特点及其扩散规律，提出了伤害区域的划分和估算方法，为准确地预测毒气扩散危险区域，及时采取有效措施组织抢险救援活动，提供了一种行之有效的方法。钟江荣和赵振东等人考虑到GIS次开发语言的局限性，利用外部程序语言开发了毒气扩散浓度空间分布的计算程序，动态链接到GIS系统中来实现模拟，为减轻城市和大型企业在地震下有毒物质的泄漏与扩散灾害和应急反应提供了有效手段。肖敬斌和王京刚采用MATLAB语言，将常用大气扩散模式编制成大气扩散函数，组成大气扩散专业工具箱及通用条件下的大气扩散模式DEMOS图形。潘旭海和蒋军成分析了描述易燃易爆及有毒有害气体泄漏扩散过程的数学模型，得到了重气云团外形尺寸(云团半径和云团高度)、空气卷吸量随时间的变化关系以及下风向固定点处地面最大浓度值。

在监控报警系统方面，可燃气体的安全问题也越来越被人们所认识。许多生产厂家逐渐开发生产了可燃气体探测器、报警控制器。为使这一类产品在生产、检验、质量监督中有统一的标准可循，在研究、分析国外同类产品的有关技术资料的同时,我国制定了相应的国家标准。武汉华大安信公司已成功开发出功能符合国家最新标准（GB 47XX-2003）的新一代分布智能火灾报警系统，其中分布智能火灾报警系统由分布智能火灾报警器、分布智能感温火灾探测器、手动火灾报警按钮和各类控制模块等配套产品组成。但这些产品多采用DCS（Distributed Control System）结构，上位机与下位之间的通信采用4～20 mA的模拟信号，系统的维护性和扩展性不理想[4～6]。

4 小结

综上所述，由于煤气泄漏扩散与监控问题本身的复杂性以及目前技术结构有待完善等原因，煤气运移扩散规律与监控技术的研究依然任重道远。目前，常用的模型普遍偏重一方面，忽略另一方面,这一顾此失彼的建立模型方法模拟效果较差，只是通过试验室和计算机模拟了解了气体扩散的规律，缺乏对钢铁企业工作场所煤气转移和扩散规律的研究，尽管对煤气引起的火灾、爆炸、中毒事故采取了众多预防手段和控制措施，但并没有彻底的解决问题。另外，大多数钢铁企业虽然煤气监控系统运行良好,但煤气监控系统监测的布局和位置不合理，通风系统对危险隅角煤气聚积设计考虑不充分，误报警系数高，抗干扰能力低。

[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]马存栋.高压天然气管道破裂气体扩散规律模拟结果分析[J].油气田地面工程,2005,24(3)：8～10.

[5]潘旭海,蒋军成.重气云团瞬时泄漏扩散的数值模拟研究[J].化学工程,2003,31(1)：35～39.

[6]蔡兵.基于CAN总线的可燃气体监控系统设计[J].吉首大学学报(自然科学版)2005(2)：104～106.