ALOHA软件在液氯泄露事故的模拟分析与应用

摘要：危险化学品一旦泄漏极易引发火灾、爆炸和中毒事故，给社会公共安全带来极大的危害。本文利用ALOHA模拟软件对液氯泄露事故中可能发生的瞬时泄露和连续泄露两种事故场景进行了模拟分析，得到了不同事故场景时液氯泄露的扩散形状和区域面积，定量描述了灾害现场有毒物质的扩散浓度与影响范围，从而为应急指挥决策者准确安全地组织救援与疏散提供借鉴和参考。

关键词：ALOHA软件;瞬时泄露;连续泄露;液氯

1 引言

随着我国社会经济的不断发展，各类化工企业规模和数量都呈快速增加状态，化工企业涉及的原料与产品多为易燃、易爆和有毒物质，做好危险化学品的日常管理就显得至关重要，由于设备故障、自然灾害和人为失误等原因，危化品泄露事故频频发生，对社会造成了巨大的人员伤亡和财产损失。如2005年3月29日京沪高速淮安段发生液氯泄露特大事故，造成29人死亡，350人住院治疗，上万人紧急疏散和近3000万元财产损失的严重后果[1]。2006年11月1日，湖北孝感市境内一氮肥厂发生液氨泄漏事故，氨气随风进入城区，近2万居民被迫紧急疏散，事故造成1人死亡、6人受伤[2]。2009年8月23日，一辆装有30t氯磺酸的槽罐车在河南安阳境内发生泄漏事故，造成3名消防官兵中毒送医[3]。消防救援人员能否在规定时间内对泄漏事故中的扩散区域范围进行界定对于正确有效地组织人员疏散和制定应急救援措施具有重大意义。目前市场上广泛使用的扩散性模拟软件有SLAB、DEGADIS、ARCHIE和ALOHA，它们都能够对多种危化品液氯泄露事故进行模拟分析。本文采用ALOHA软件对液氯泄漏扩散事故进行模拟分析研究。

2 氯气的物理化学性质

液氯为黄绿色液体，常温下为气态，氯气为黄绿色有刺激性气体，有刺激性气味，分子量为70.91，比空气重，本身不会燃烧，但与其它化合物放在一起会产生燃烧，氯气或者其它可燃气体与水蒸气结合都会发生爆炸。液氯几乎对所有的金属盒非金属都有腐蚀作用。氯气对人体的眼、呼吸道粘膜有刺激作用，轻度中毒者伴随着恶心、呕吐、胸闷、肺水肿等现象的发生，重度中毒者会出现心跳骤停或者死亡[4]。

3 ALOHA軟件介绍

ALOHA （Areal Locations of Hazardous Atmospheres）是有害大气空中定位软件的简称，是为化学物品泄露事故开发设计的一个风险模拟程序。利用ALOHA软件能够对因化学物品泄露而导致的有毒气体的扩散、火灾或爆炸等危险事故的发生进行模拟[5]。

4 液氯泄露事故模拟与分析

本文借助ALOHA软件，对液氯在不同风速条件下的瞬时和连续泄漏两种场景下的扩散影响范围进行模拟和定量分析。

4.1危害准则的确定

液氯泄漏事故中有毒气体对人们的身体产生致命的危害，会使人感到头晕、恶心、发慌，人们吸入过多的气体会产生生命危险。本文选用急性暴露导则AELGs对危害准则进行确定。AELGs浓度分为AELG-l、AELG-2和AELG-3三个等级。AELG-l准则用于那些暴露于毒气环境中出现愤怒、头晕、眼花等轻微现象的人群。AELG-2准则用于那些暴露于毒气环境中会出现不可逆转的、削弱逃生能力的人群。AELG-3准则用于那些暴露于毒气环境中会出现生命危险的人群。

4.2事故场景假设

假设一辆装有液氯储罐车在连霍高速三门峡路段由于交通事故侧翻发生泄漏，储罐总容量为3000L，冲装系数为90%，储存温度为15℃，事故发生地点位于东径110°51′、北纬：34°32′，海拔473米。

场景1：假设液氯钢瓶在车辆侧翻过程中遭到外部物体的猛烈碰撞，造成液氯钢瓶受损，钢瓶内的液氯挥发，这是瞬时泄露的一种情况。

场景2：假设液氯钢瓶在车辆侧翻过程中遭到外部物体的猛烈碰撞，造成液氯钢瓶中间开始破裂，出现孔径约2cm的裂缝，液氯随即泄露至地面。事故发生时，环境温度为28℃，东风3级，风速约为4.5m/s，空气相对湿度为65%，附近地面为水泥混凝土路面，高速路北侧有一近村庄，选择离事故发生地最近的一处居民房屋为敏感点。

4.3 瞬时泄露

消防救援人员使用ALOHA软件，在软件中使用过程中输入救援事故发生的时间、地点、气候条件、事故发生地点周边的环境信息、危险化学品信息等相关的一些参数，选择直接释放的释放类型，在计算过程中选择重气扩散模型，泄漏事故的时间假设为1分钟。根据选定的危险准则，得到氯气扩散影响区域和敏感点的浓度变化模拟图。

（1）氯气扩散影响区域

从图1可以看出，在下风向最远距离为3.8km，侧风向最大宽度为0.3km范围内氯气浓度大于20ppm，该范围内的人员如果滞留一个小时则生命会产生影响，严重的甚至导致生命直接窒息。这个时候消防救援人员应在有限的时间内根据救援场景及时疏散现场人员戴好危化品防护服，撤离现场。

在下风向最远距离为8.8km范围内氯气浓度为2～20ppm，该范围内的人员如果滞留一个小时会产生头晕、身体不舒服，消防救援人员应将该范围内的人员放置在协助疏散区，让其在室内封闭空间进行就地避难，等待其他医护等工作人员的救援。

浓度低于2ppm的区域，该范围内的人员如果滞留一个小时会对身体造成轻微的伤害，设为自主疏散区，该区域的人员可自行疏散。划分好疏散区域后可确定疏散方案，迅速指挥人员撤离事故现场。

（2）敏感点浓度变化

距离事故发生点以东350米，往北130米处有一村庄，将离事故发生地最近的一处居民房屋为敏感点。

从图2可以看出，在扩散的前几分钟，该位置处的氯气浓度随着时间的增加而递增，而且很快的达到某一特定值，室外氯气浓度超过了严重伤害数值，随着时间的推移，室外氯气浓度保持一定数值不变，而室内的浓度也超过轻度伤害数值。建议该村庄的人员在事故发生后，应尽量呆在室内封闭空间就地避难，待室外浓度降低以后，立即自行疏散。

4.4连续泄露

消防救援人员使用ALOHA软件，在软件中使用过程中输入救援事故发生的时间、地点、气候条件、事故发生地点周边的环境信息、危险化学品信息、储罐和泄漏源等相关的一些参数，释放类型选择泄漏释放，在计算过程中选择重气扩散模型，泄漏事故的时间假设为1小时，最大泄露强度为431千克/分钟。根据选定的危险准则，得到氯气扩散影响区域和敏感点的浓度变化模拟图。

（1）氯气扩散影响区域

从图3可以看出，在下风向最远距离为2.3km，侧风向最大宽度为0.15km范围内氯气浓度大于20ppm，该范围内的人员如果滞留一个小时则生命会产生影响，严重的话生命直接窒息，这个时候消防救援人员应在有限的时间内根据救援场景及时疏散现场人员戴好危化品防护服，撤离现场。

下风向最远距离为6.3km范围内氯气浓度为2～20ppm，该范围内的人员如果滞留一个小时会产生头晕、身体不舒服，消防救援人员应将该范围内的人员放置在协助疏散区，让其在室内封闭空间进行就地避难，等待其他医护等工作人员的救援。

下风向最远距离为10.2km范围浓度低于2ppm的区域，该范围内的人员如果滞留一个小时会对身体造成轻微的伤害，设为自主疏散区，该区域设为自主疏散区，消防救援人员划分好疏散区域后可确定疏散方案，迅速指挥人员撤离事故现场。

（2）敏感点浓度变化

從图4可以看出，在扩散的前几分钟，该位置处的氯气浓度随着时间的增加而递增，而且很快的达到某一特定值，室外氯气浓度超过了轻度伤害数值，此后，室外氯气浓度一直保持在一个较低的水平，而室内的浓度一直没有超过轻度伤害数值。建议该村庄的人员在事故发生后的最初阶段，应尽量呆在室内封闭空间就地避难。

5 结语

（1）本文利用ALOHA对瞬时泄露和连续泄露两种可能场景下的氯气事故影响区域和敏感点的气体浓度变化进行了模拟分析，并把扩散影响区域分为紧急疏散区、协助疏散区和自主疏散区。

（2）在瞬时泄露事故条件下，根据敏感点处的氯气浓度随时间变化图，在扩散的前几分钟内，室外氯气浓度超过了严重伤害数值，之后很快降低到该数值一下，而室内的浓度也超过了轻度伤害数值。

（3）在连续泄露事故条件下，根据敏感点处的氯气浓度随时间变化图，室外氯气浓度超过了轻度伤害数值，此后，室外氯气浓度一直保持在一个较低的水平，而室内的浓度一直没有超过轻度伤害数值。

参考文献：

[1] 王爽，王志荣.利用ALOHA软件对一起氯化氢泄漏事故的模     拟分析[J].火灾科学与技术，2010，29（8）：698-700.

[2] 孔大令.基于ALOHA软件快速模拟液氨泄     露警戒范围[J].火灾科学与技术，2011，30（1）：68-70.

[3] 邵辉，候丽娟，段国宁，等.ALOHA在苯泄露事故中的模拟分析     [J].常州大学学报（自然科学版），2012，24（03）：48-52.

[4] 辛晶，陈华，李向欣，王剑，武岱颖.有毒化学品泄漏事故应急防     护行动决策探讨[J].中国安全生产科学技术，2012，8（2）：93-96.

[5] 孙启悦，修光利，张大年.CAMEO在突发性环境污染事故应急     中的应用[J].安全与环境学报，2008，8（3）：145-149.

作者简介：

赵民生（1982-），男，河南省三门峡人，三门峡市消防救援支队一级指挥员，助理工程师，本科学历，主要从事消防救援和消防监督检查工作。

基金项目：

河南省教育厅科学技术研究重点项目课题（课题编号：15B520025;课题名称：基于物联网云计算技术的三门峡市消防报警系统的设计与实现）