环境参数对硫化氢储罐泄漏后气体有毒区域的影响

张 鑫,郭文杰

(滨州学院 化工与安全学院,山东 滨州 256603)

随着我国工业化程度的加深，危险化学品的种类增多，一旦发生危化品泄漏事故，就会给人们生命带来一定的威胁。有毒、有害、易燃、易爆危险化学品发生泄漏，可能引起中毒、火灾、爆炸三类事故。

硫化氢是一种重要的化学原料，标准状况下是一种无色、有毒、易燃的酸性气体。硫化氢气体与空气混合后形成爆炸性混合物，遇到明火、高热能引起燃烧爆炸。在生产中，如果硫化氢发生泄漏，极易发生安全事故。

2008-08-27，某石化分公司炼油厂发生一起硫化氢气体泄漏事故，泄漏点位于厂北围墙外西固唤醒东路，造成5人死亡，45人不同程度中毒。2017-12-27，重庆中邦科技有限公司发生硫化氢溢出事故，造成8人中毒，其中，6人轻度中毒，2人中度中毒。上述数据可以看出，在现代化工企业中，一旦发生硫化氢泄漏，将会对人们的生命健康造成严重影响。

利用ALOHA软件基于危险化学品和气象条件的泄漏来模拟事故，并使用图像和文字描述不同程度危害的范围和面积；可以帮助应急指挥人员快速、准确地预测影响区域，有效地组织、指挥不同区域人员疏散。

1 研究方法及参数数值的确定

有害大气空中定位软件(Areal Locations of Hazardous Atmospheres，ALOHA)可以用来计算有毒气体扩散产生的毒性、热辐射和冲击波，如气体扩散、火灾和爆炸的影响范围。

基于ALOHA软件，对气体扩散进行数值模拟，分析硫化氢气体泄漏后，影响区域的变化规律，从而得出结论。

本文基于ALOHA模拟软件，采用数值模拟方法，模拟不同环境参数下硫化氢储罐泄漏后气体扩散的影响区域，分析风速、温度、湿度对硫化氢气体有毒区域的影响，为危险范围的确定、制定泄漏事故应急撤离、救援方案提供了科学依据。

1.1 研究方法

利用控制变量法，在其他参数不变的情况下，通过改变温度参数、风速参数和湿度参数的大小，ALOHA软件根据这些参数设定模拟出该事故下硫化氢气体扩散后有毒区域的影响，观察分析图像中致命伤害、严重伤害、轻度伤害范围的变化。

1.2 数值模拟的几何参数

地点滨州，平均海拔高度11 m，北纬37.22°，东经118.02°。

最大频率风向东南风，风级主要是1～6级风，即风速0.3～13.8 m/s。

年平均气温12.9 ℃，最高温度40.7 ℃，绝对最低温度-17.3 ℃。

通过改变大气条件参数，模拟得出不同环境参数下，储罐发生泄漏后硫化氢气体的影响范围。设定初始的模拟参数为风速2.5 m/s，温度为0 ℃，湿度为50%，分别只改变一个参数进行模拟实验，风向为东南风,具体模拟梯度数值如表1所示。

表1 风速、温度、湿度梯度模拟数值

泄漏对象设定:选择垂直式Souree → Tank储罐，输入储罐直径14.6 m，高6 m，体积1 000 m3，选择Tank contains gas only，储存温度为大气温度，常压，输入储罐中硫化氢的质量为2.75 t。由于储罐受硫化氢本身的腐蚀以及外界条件的破坏，可能会发生破损，设定储罐泄漏直径为0.1 m。由于硫化氢气体的相对密度大于空气的相对密度，本文模拟实验选择重气扩散模型。

2 利用ALOHA软件模拟实验及结果分析

2.1 ALOHA的模拟

根据影响区域的危害程度，图像从内向外可以把影响区域依次划分为：

自主疏散区受日照、风速等条件的影响较大，在事故发生过程中，风向可能会发生偏移，导致气体扩散影响区域发生偏移，因此,该区域用虚线显示。

1)风速对气云的有毒区域变化影响图像。如图1～图5所示，当风速在1.5～4 m/s时，气云有毒影响区域的紧急避难区、协助疏散区和引导疏散区随着风速的增加影响区域逐渐变大，当风速为4 m/s时硫化氢气体有毒影响区域达到最大值，当风速为4～6 m/s时，紧急避难区、协助疏散区和引导疏散区随着风速的增加气体扩散的影响区域随之减小，当风速为9 m/s时，影响区域最小。

图1 风速为1.5 m/s时气云的有毒区域

图2 风速为2.5 m/s时气云的有毒区域

图3 风速为4 m/s时气云的有毒区域

图4 风速为6 m/s时气云的有毒区域

图5 风速为9 m/s时气云的有毒区域

2)湿度对气云的有毒区域变化影响图像。由图6～图8可知，当湿度为5%、55%和99% 3种情况时，软件显示气云有毒影响区域的紧急避难区影响半径为2.1 km，协助疏散区的影响半径为2.8 km。综上所述，随着湿度的增加，气云有毒影响区域的紧急避难区、协助疏散区无明显变化。

图6 湿度为5%时气云的有毒区域

图7 湿度为55%时气云的有毒区域

图8 湿度为99%时气云的有毒区域

3)温度对气云的有毒区域变化影响图像。由图9～图12可知，当温度为-10 ℃时，气云有毒影响区域的紧急避难区影响半径为2.1 km，协助疏散区的影响半径为3 km；当温度为0 ℃时，气云有毒影响区域的紧急避难区影响半径为2.2 km，协助疏散区的影响半径为3.1 km；当温度为10 ℃时，气云有毒影响区域的紧急避难区影响半径为2.3 km，协助疏散区的影响半径为3.2 km；当温度为20 ℃时，气云有毒影响区域的紧急避难区影响半径为2.4 km，协助疏散区的影响半径为3.3 km。综上所述，气云的有毒影响区域的紧急避难区和协助疏散区随着温度的增加随之增加，但是变化程度不大。

图9 温度为-10 ℃时气云的有毒区域

图10 温度为0℃时气云的有毒区域

图12 温度为20 ℃时气云的有毒区域

2.2 结果分析

本文运用ALOHA软件进行模拟，硫化氢为主要研究对象，通过改变环境参数，进而得出硫化氢泄漏后的影响区域图像。所得主要成果如下：

1)风速对硫化氢气体的扩散有比较显著的影响。这是因为当风速增加时更加利于硫化氢气体的扩散，致使有毒危害区域增大，但当风速较大或者达到一定程度时，由于风速过大，硫化氢气体容易被稀释，硫化氢气体扩散较快，难以集聚，气云有毒影响区域随之减小。经软件模拟得风速为4 m/s时硫化氢气体扩散的有毒影响区域达到最大值。

2)湿度对硫化氢气体扩散无明显影响。这是因为硫化氢的水溶性不大，导致湿度对硫化氢气体扩散无明显影响。

3) 温度对硫化氢气体的扩散影响相对较小。这是因为分子运动与分子的内能有关，当温度升高时，分子内能增加，从而加快分子扩散，但是其扩散程度远不及在外力作用下的扩散程度，所以气云的有毒影响区域随着温度的升高而增大。

3 结束语

通过环境因素评估硫化氢泄漏事故的危害，不仅对企业的安全生产具有重要的指导意义，而且有助于制定泄漏事故应急疏散和救援方案，为政府和行业管理者提供科学依据 。