城市工业园区有毒气体泄漏扩散模型及应急疏散的研究

　摘要

随着化工行业的不断兴起，使有毒气体的种类和数量不断增加，在化工生产、储存和使用中，有毒气体泄漏事故屡见不鲜，给人们的健康和周边环境环境造成了威胁。为了避免有毒气体对人员身体伤害以及经济损失，快速确定疏散路径，最大可能降低疏散成本等问题成为了应急疏散指挥人员最大的问题。因此对城市工业园区有毒气体泄漏扩散模型及应急疏散进行研究具备重大的研究价值和社会意义。

本文针对城市工业园区有毒气体泄漏事故进行分析研究，先分析有毒气体泄漏事故主要的发生原因和易泄漏装置，其次介绍有毒气体的泄漏扩散模型的相关理论。在此理论基础上，以某化工厂为例，用高斯模型模拟液氨储管泄漏，结合Matlab模拟软件对液氨泄漏事故进行后果分析，得到氨气泄漏扩散的浓度场，划分出泄漏后的危险区域。按照有毒气体对人体不同伤害程度的浓度和该公司的厂区布置及周边环境，结合当量直径法计算求得人员疏散的最佳疏散路径，为城市工业园区有毒气体泄漏事故的人员疏散提供科学有效的疏散方案。

　关键词：有毒气体，泄漏扩散模型，MATLAB软件，当量直径法，应急疏散，疏散路径

1绪论

　　1.1研究背景及其意义

　　1.1.1研究背景

随着化工行业的不断兴起，致使有毒气体化学种类及其数量的不断增加，且化学工业生产过程复杂，每一个环节都会存在着有毒气体泄漏的可能。近年来有毒气体泄漏事故屡见不鲜，不仅扩散的范围广，导致会产生大幅度危害区域，而且一旦扩散会导致大范围人员伤亡及经济损失，同时给社会带来较恶劣影响。比如：2013年4月21日，四川省眉山市某食品厂冻库液氨管道封头掉落引起液氨泄漏，该事故造成4人遇难和22人急性氨中毒；同年8月31日上海某化工公司发生液氨泄漏事故，造成15人遇难、8人重伤以及17人轻伤。因此，像此类有毒气体发生泄漏扩散事故后，如何进行应急疏散和确定疏散范围成为首要问题。

　1.1.2研究意义

避免有毒气体扩散对人员伤害以及经济损失，必须立即对危险区域中的人员进行紧急疏散。而快速确定疏散路径，降低疏散成本等问题成为了应急疏散最大的问题。同时也对有毒气体泄漏扩散的预防、发生、发展、治理展开了研究。通过开发出相对应的仿真模拟软件，构建应急救援系统，其中包括建立健全社会安全管理体系、事故预防和紧急救援处理体系，这些都具备重大研究价值和社会意义。

　1.2国内外现状

国内外对有毒气体泄漏扩散及对扩散后的应急疏散的研究，都主要是针对事故中如何选择最佳疏散通道及其优化等问题来进行研究，先对有毒气体泄漏扩散事故进行事故现场模拟，利用气体扩散模型来划分出危害区域的范围，之后再根据已有数据确定出最佳疏散路径。反而有关应急疏散决策方面的研究相对较少。有毒气体泄漏扩散模型是对泄漏和扩散过程的数学物理性描述，目前已经成为提前制定救援预案的一种重要工具。

　1.2.1国外现状

2020年5月7日，印度维城的某化工厂发生一起有毒苯乙烯气体泄漏扩散事故，蔓延范围涉及邻近半径为3 km内的20个村庄，据印度国家有关部门统计，此次“化工危难”导致至少11人遇难，1 000多人中毒，其中超过25人情况危急。《印度时报》称，约5 000人在该工厂发生有毒苯乙烯气体泄漏后出现身体不适等症状。2020年2月16日，吉斯坦卡拉奇的KEAMARI港发生的有毒气体泄漏事件导致至少9人死亡，650多人住院治疗；3月6日，临近的QASIM港也发生了有毒气体泄漏事件，至少有80人受到影响[1]。这说明有毒气体泄漏之后将产生严重的后果，因此国内外很多专家都十分重视这方面的研究。通常会从两个方面对应急疏散进行研究：一是确定有毒气体泄漏后的扩散范围，为事故结果预测提供理论基础，进而提高疏散工作效率；二是研究有毒气体泄漏扩散后应急疏散过程本身，能在不同疏散条件下提升应急疏散的效率。由于应急疏散过程本身具有高度复杂性，人员的实际疏散行为很难具体量化，所以国外研究特别强调了在实验中对应急疏散研究的作用。总结了人、气流和在应急疏散中的动态行为，指出了试验数据对应急疏散的作用。可以看出，在有毒气体泄漏扩散后，应急疏散存在多式多样的研究方法和结果，但是在与实际事故后果进行比较，发现仍然存在着大量的人员伤亡，所以对此还需要进一步研究。

国外对应急疏散的研究始于20世纪30年代的X，一开始的研究是建立在直接观察的基础上，采用对实际发生的有毒气体泄漏扩散事故进行事后调查分析、开展疏散演习或模拟实验，利用摄像机等大量设备进行图像数据记录，收集相关疏散数据的资料；随着研究的不断深入和大量观测数据的收集和分析，开展此研究的学者们采用经验拟合和统计分析等理论，系统地概括出以应急疏散过程中的行为理论为基础的体系。自20世纪80年代起，随着计算机的兴起，因此很多研究者考虑借助计算机来进行应急疏散模拟，这在应急疏散的研究中取得了重大突破。计算机模拟慢慢地成为研究学者进行研究应急疏散的新途径。有毒气体泄漏扩散后，危险区域内的工作人员应采取相应的保护措施可以防止和减少中毒伤亡人数。可是当有毒气体泄漏事故发生后，是采取就地避难还是进行应急疏散，这是事故发生后决策者所要面临选择的问题。欧洲的大多数国家在有毒气体泄漏事故中选择采取就近避难的方式，处于危险区域的人员在听到警报通知后进入就近建筑内避难，并关闭门窗和通风换气设施等待救助，但是X的大部分州在出现有毒气体泄漏事故时选择立即将人员从危险区域疏散到安全区域[2]。

国外对有毒气体泄漏扩散模型的研究始于20世纪70年代，直到现在对有毒气体扩散模型的研究也相当活跃。在此期间研究者提出了许多相关模型，目前较为成熟的气体扩散模型有SUT-TON模型、高斯模型（烟羽和烟团）、FEM3模型以及B.M模型。关于有毒气体泄漏扩散模型的研究，从一开始就是关于核尘埃与大气污染进行相关研究，但自1967年F.R.Farmer定量危险评价(QRA)问世以来，在武器、原子能方面、石油化工、航空等工业领域进行安全分析时，QRA逐渐受到人们的关注，特别是关于易燃爆物质和有毒气体泄漏事故的后果研究分析更是一大热点问题[3]。从80年代起，X、欧洲、日本完成了几次大规模有毒气体泄漏扩散模拟实验，促进了对此方面研究的发展，研究至今，国外已经陆续研究出了上百种有毒气体扩散模型，并开发了大量软件配合使用。

　1.2.2国内现状

我国在研究气体扩散模型起步较晚，在对国外模型进行发展和运用的基础上，直到20世纪90年代初期才开展此方面的研究并取得了一些成果，不断开发完善了多种疏散模拟软件，香港城市大学与武汉大学共同研发的疏散模型SGEM是目前国内相对成熟的疏散模型，中国科学技术大学的微观离散疏散模型Safegos，重庆大学的区域网格疏散仿真程序ZGESS等[4]。我国对有毒气体泄漏扩散模型和事故后果的仿真模拟的研究从九十年代初期开始，国家化工部劳保所在“八五”中，负责了这一相关项目中的一个专题——有毒气体泄漏扩散模型的研究，并研发出有毒气体泄漏危害分析的仿真软件。此外国家其他专家也相继开展了对这方面的研究并取得了一定的成果。但因为有毒气体泄漏扩散后的运动状态极为复杂，且影响因素众多，所以各类模型和软件还有一些美中不足，主要体现在以下几个方面：

（1）模型在具体使用中的局限性和复杂性：有毒气体泄漏扩散模型有上百种，因为假设条件和考虑的重点不同，所以对模型的选择非常困难。

（2）模型选取参数的不确定性：有毒气体扩散模型参数的精确性在一定程度上影响着最终分析结果的正确性。若选取的参数过高，会放大事故危险程度，导致人力物力方面过度投入而浪费资源，还有可能引起社会的恐慌；若选取的参数过低，会将不安全结果变为安全结果，造成人们不再过多关注这一方面，导致人们对这一方面开始松懈，从而增加事故发生频率。主观因素不确定、随机因素不确定、逻辑因素不确定是影响扩散模型参数选取的主要因素，因为人的主观因素、现场自然复杂、工作的动态变化和周边环境的影响等因素，常常使某些重要参数无法精确确定[5]。

（3）仿真模拟软件在使用中的区域局限性：我国地域辽阔，气候条件复杂，各地域在经济文化和工业布局上都有差异，这些都影响着危险源的数量和分布，以及有毒气体在不同地区的具体扩散情况。从已经开发成功的仿真模拟软件来看，它们几乎都是针对某个的地区的情况来模拟分析，甚至是某个具体的化工厂来进行模拟，不能直接对全国各地进行有毒气体的泄漏扩散模拟。

（4）仿真模拟软件在实际应用中的困难性：在实际应用过程中，有些软件需要输入大量与有毒气体相关的数据。例如有的软件需要输入泄露源扩散时形成的气云团的高和宽等，而这却是很难具体测量的原始数据，所以这些软件在实际应用中常常因为数据不足而无法完整进行[5]。

有毒气体泄漏源的形状有泄压阀失控形成的圆形孔，有罐体脆裂造成的不规则裂纹，还有物体击穿容器产生的其他形状。对此分析出泄漏源的特征是建立合适的泄漏扩散模型以及扩散结果分析的前提和基础。国家化工部劳保所的专家将国内1950～1992年发生的所有泄漏扩散事故的贮存方式以及泄漏方式，结合国内典型的危险化工行业的调查结果进行了综合分析，总结出影响泄漏扩散的主要因素有毒性气体的贮存状态(气、液态)和条件、扩散限制和泄漏特征(连续性泄漏、瞬时性泄漏、非典型泄漏)等，并归纳了11种常见泄漏源类型，见表1.1典型泄露源类型[6]。其中，危害最大的是因灾难性破裂引发的泄漏，而大多数泄露类型都是连续性泄漏，故研究的重点大多都是分析这两种泄漏的特点。

　1.3研究目的和研究内容

　　1.3.1研究目的

本文针对城市工业园区有毒气体泄漏事故进行分析研究，首先分析有毒气体泄漏事故发生的主要原因和易泄漏装置，提供适用的有毒气体的泄漏扩散模型，同时提出了确定应急疏散范围的方法。在此理论基础上，通过结合模型来计算和划分不同有毒气体浓度场，根据有毒气体不同浓度对疏散人员的健康伤害程度，并结合有毒气体浓度场确立最佳疏散路径。

　1.3.2研究内容

本文以四川省眉山市东坡区工业园区某化工厂液氨储罐泄漏为例，用高斯模型模拟液氨储管泄漏后的状态，划分出泄漏后的危险区域，结合MATLAB模拟软件对液氨泄漏事故进行结果分析，得到泄漏事故场景的氨气扩散浓度场，划分不同的区域。根据得到有毒气体的空间浓度场数据，以此来量化有毒气体对人体的伤害，确定安全避难所和最优逃生路径。并根据此公司的区域位置及周边环境，得出气体泄漏时人员疏散的最佳疏散路径，为城市工业园区有毒气体泄漏事故的人员疏散提供科学有效的疏散方案。

　2城市工业园区有毒气体扩散分析

　　2.1有毒气体

有毒气体，就是对人体产生危害，让人体结构发生短暂性或永久性的病理变化，能够致使人中毒甚至死亡的气体。由于有毒气体的物化特性以及人体组织生理生化等特点，有毒气体在被吸收后会在人体有些组织或器官中聚集，产生多种化学反应，这被称为有毒气体在人体内的代谢，也称为有毒气体的转化。有毒气体在人体内的代谢过程可以分为氧化、还原、水解和合成。大多数有毒气体在体内经过代谢或转化后，毒性会下降，因此代谢或转化具备一定的解毒作用。但还是有少数有毒气体在转化过程中毒性反而加强，经过体内的代谢后其毒性又下降了，最终的结果仍是毒性降低。人体的组织器官都具备一定的转化功能，而肝脏是进行转化或代谢的主要器官，因为组织器官具备的解毒能力是有限的，所以不能降低对有毒气体的防护。

有毒气体按毒性体现部位分为神经麻痹类，肌肉麻痹类，呼吸系统麻痹类，按伤害原理分为刺激性和窒息性。刺激性有毒气体是指对皮肤、呼吸道粘膜和研究具有刺激作用的毒气。刺激性有毒气体的种类有很多，常见的有氯气、氨气、光气（杀虫剂）、氟化氢（含氟化合物的原料）、二氧化硫（有机溶剂、冷冻机等）等。窒息性有毒气体是指被机体吸收后造成机体缺氧的有毒气体，常见的有氮气、一氧化碳、甲烷、乙烷、硝基苯的蒸气等。窒息性气体按作用机制不同可以分为单纯窒息性和化学窒息性；按中毒机制不同可以分为细胞窒息性和血液窒息性。

　2.2城市工业园区有毒气体泄漏扩散分析

　　2.2.1泄漏源

有毒气体在发生泄漏后，在外部风力和内部浓度梯度的相互作用下沿着地表扩散，在周围形成毒害危险区。按照泄漏形式不同分为瞬时性泄漏源和连续性泄漏源。瞬时泄漏在设备或容器破裂后短时间内产生一定半径和高度的云团。连续泄漏是当阀门损坏、容器或管道破裂时造成气体连续的泄漏。瞬时性泄漏源泄漏时具有时间短泄漏量大的特点，连续性泄漏源则具有时间长泄漏量稳定的特点。瞬时性泄漏源和部分连续性泄漏源在泄漏时容易形成烟团扩散，且这种扩散形成的气云团在长时间内不容易被空气稀释。

　2.2.2城市工业园区易发生泄漏的主要设备

根据不同设备的泄漏情况来分析，可将城市工业园区中易发生泄漏的设备进行分为以下几类[7]：

（1）管道；泄漏情况为管道破裂，裂口尺寸取管径的20%。

（2）连接器；泄漏情况为：连接器本体破裂，裂口尺寸取管径的20%～100%；接头破裂，裂口尺寸取管径的20%；连接装置损坏，裂口尺寸取管径的100%。

（3）过滤器；泄漏情况为过滤器破裂，裂口尺寸取管径的20%～100%。

（4）阀门；泄漏情况为：阀壳体破裂，裂口尺寸取管径的20%～100%；阀盖破裂，裂口尺寸取管径的20%；阀杆损坏，裂口尺寸取管径的100%。

（5）压力容器或反应器；泄漏情况为：容器破裂，裂口尺寸取容器本身的尺寸；容器本体破裂，裂口尺寸取与其连接的粗管道管径的100%；仪表管路破裂，裂口尺寸取管径的20%～100%；容器内部爆炸，全部破裂。

（6）泵；泄漏情况为：泵体损坏，裂口尺寸取与其连接管道管径的20%～100%；密封压盖处破裂，裂口尺寸取管径的20%。

（7）储罐；泄漏情况为：罐体损坏，裂口尺寸为储罐本身的尺寸；接头破裂，裂口尺寸取与其连接管道管径的100%；露天容器内部气体爆炸使容器完全破裂，裂口尺寸为储罐本身的尺寸。

　2.2.3有毒气体泄漏原因

从人—机—系统来考虑造成工业园区有毒气体泄漏的原因，主要分为以下几类：

a.人为操作失误：①违反了工业园区操作的规定进行了违规操作；②在操作过程中思想不集中导致事故发生；③在操作中判断失误导致出现事故；④在操作过程中未经允许擅自离岗。

b.化工园区管理方面：①没有制定或执行一套较为完善的工业园区安全操作规程；②管理人员对安全方面漠不关心，在出现了安全隐患时没有及时制定出解决方案；③让未经安全培训教育的工人上岗，由于安全知识不足导致在操作中不能判断错误；④没有执行严格的检查制度或者在检查时松懈，没有及时检修出已经出现故障的设备，使设备故障运转导致事故发生；⑤管理人员指挥错误甚至出现违章指挥。

c.机械原因[7]：①选用的机械设备质量检验不合格；②设备的附件质量差，在经过长期使用后出现变质、腐蚀和破裂等情况；③在机械设备出现损坏和泄漏未及时更换；④对安装的机械设备未按照《机械设备安装工程及验收规范》进行验收；⑤计量仪表没有定期校验。

d.系统失误[7]：①基础设计不符合规范，例如地基下沉容器底部产生裂缝；②错误的布置方式，例如有些管道没有弹性连接因为振动管道破裂；③机械设备转速过高，耐热和耐压性能差等；④储罐未设置液位计等；⑤选材不合理，例如强度不够、规格不符等。

　2.2.4有毒气体泄漏后果

当出现有毒气体泄漏，泄漏的后果不仅与泄漏量和其毒性有关，还与泄漏气体的相态、压力和温度等有关。在泄漏事故后果分析中，常见的状态有四种：常态液体、低温液化气体、加压气体、加压液化气体。

泄漏气体的物性不同，导致泄漏产生的后果也不同，常见的有：

①气体泄漏：泄漏后形成的气云团会在空气中扩散，这些云团笼罩的空间大，所以气体泄漏影响的范围很大。

②液体泄漏：通常液体泄漏后会在空气中蒸发形成气体，泄漏的后果与液体的物化性质和贮存的条件有关，常见的情况有[8]：

1)常温常压：这种情况下液体泄漏后会在地势较低处聚集形成液池，在经过液池表面风的对流影响下而缓慢蒸发；2)低温：这种情况下液体泄漏时会形成液池，吸收周围热量蒸发，蒸发量低于加压液体，高于常温常压下液体。3)加压：这种情况下部分液体在泄漏时会瞬时蒸发，剩下的将形成液池，不断吸收热量继续蒸发。瞬时蒸发量取决于该液体的物性及环境温度，有些液体可能在泄漏过程中就已经全部蒸发；

无论是泄漏物质处于什么样的物理状态下，泄漏量都是决定泄漏后果严重程度的主要因素之一，其大小与泄漏时间有关。

　2.3有毒气体泄漏后的扩散及扩散影响因素

　　2.3.1有毒气体泄漏后的扩散

根据有毒气体泄漏时的密度和泄漏源的类型，有毒气体泄漏后的扩散形式分为烟团扩散和烟羽扩散。一般瞬时性泄漏和部分连续性泄漏容易形成烟团扩散，且这种扩散形成的的气云团在长时间内不容易被空气稀释，例如氯气的储罐爆炸破裂、放空阀瞬时误开、压力容器的安全阀出现异常等导致的泄漏扩散。如果泄漏气体的密度接近空气的密度或者在短时间内经过空气稀释后与空气的密度接近，那么这种扩散形式就是烟羽式扩散，大部分流量较小的连续性泄漏源容易形成烟羽扩散，例如氨气储罐上的管道破裂、煤气储罐壁出现裂缝等导致的泄漏气体扩散。

　2.3.2扩散影响因素

有毒气体泄漏后的扩散主要受气象因素、泄漏源的位置、地表的情况、气体密度等的影响。风向、风速大小、大气稳定度（垂直）、气温或太阳辐射、大气湿度等因素都对泄漏气体的扩散影响较大：

（a）风向主要是决定扩散方向，大部分泄漏的气体集中分布在泄露源下风向区域。

（b）风速决定泄漏气体被空气稀释的速度和扩散的速度，风速越大，大气的湍流就越强强，那么被空气稀释的速度就越快。通常当风速在1～5m/s时，此时对泄漏气体的扩散有利，扩散形成的危险区域较大；若风速过大，泄漏气体在地面的浓度会变稀；若无风情况下，泄漏气体会以泄漏源为中心均匀地向四周扩散[8]。

（c）大气稳定度是评价空气层垂直对流程度的指标。通常以Pasquill研发的等级来表示。当气团覆盖住整个天空时，此时是典型的中等稳定度，定为D级；当太阳产生辐射时，会产生不稳定条件，故地面的热量使对流系统增大，一般不稳定条件以字母A～C表示；当离地面较近的空气是成层的，此时会不受紊流的干扰，或者在平静的夜间，在这种情况下会产生稳定条件，用字母E、F表示[8]。

（d）气温或太阳辐射主要是通过影响大气的垂直对流运动从而对泄漏气体的扩散产生影响。大气越稳定，泄漏气体就越不容易向高空消散；大气越不稳定，空气的垂直对流运动就越强，此时越对泄漏气体的消散有利。

（e）一般来说，大气湿度较大会阻止泄漏气体的扩散。

（f）辐射逆温与有毒气体扩散影响较大。辐射逆温在陆地上一年四季都存在，但是在冬季最强。如果逆温层在空中的某个高度时，因为正在上升的有毒气体流无法穿过逆温层会积聚在它下面，导致这个高度下有毒气体的浓度将会不断增大，逆温层上下的有毒气体浓度一般会相差5～10倍[8]。

（g）地形对有毒气体的扩散影响也大，因为地形不但会改变泄漏气体扩散的速度，同时也会改变扩散的方向。地形较低处泄漏气体容易在此滞留，建筑物和树木等会增强大气的湍流程度，导致有毒气体被空气稀释的速度变大；开阔平坦的地形及湖泊等相反，低矮的建筑物和居民密集处等不利于有毒气体的扩散；高层建筑物有阻挡有毒气体的作用，有毒气体会从风速较大的两侧快速通过。

（h）有毒气体的扩散同时也受气体自身密度的影响。泄漏气体与空气之间密度的比较，当泄漏气体密度大时气体以重力作用为主，反之浮力作用为主。重力作用会导致气体趋于下沉，造成地面浓度增加，这种趋势会因为被空气的不断稀释而降低；浮力作用会在有毒气体扩散的初期导致气体趋于上升，造成地面浓度降低，但当被空气不断的稀释后上升的趋势逐渐减弱。对于高温气体来说，浮力作用的大小会受到温度的影响，当其冷却到大气温度后，此时上升作用便会消失。通常来说，当泄漏气体与空气混合后的混合物密度与空气密度的比值≥1.1时，该混合物会沿着地面流动，并会在低洼处聚集；当比值处于0.9～1.1时，该混合物会快速融入周围空气[8]。

　3有毒气体泄漏模型及应急疏散理论分析

当城市工业园区有毒气体泄漏突发事件出现后，为了减少人员伤亡和财产损失，科学合理地组织人员进行应急疏散则十分必要。不管是地震、飓风、泥石流等自然灾害，还是恐怖袭击、化工厂有毒气体泄漏、危化品爆炸等事故，疏散人员针对具体情况第一时间作出的决策，其中包括紧急逃离危险区、就地避难等待外部救援和就近寻找避难场所，这些对最终的疏散结果很重要，同时也对应急疏散方案的制定和有毒气体泄漏影响后果的预判提出了很高的要求。

虽然我国安全科学领域的研究起步较晚，但伴随着“以人为本、安全第一”的思想观念渐渐深入人心，安全科学研究的发展也越来越受到重视，涉及到应急疏散领域的研究工作也越来越多。但是由于城市工业园区建设近二十年才兴起，目前针对城市工业园区这样特殊区域的相关研究较少，大多数都是针对园区内消防安全评价、应急能力的评估和应急安全管理平台的建设等方面。本章将介绍在城市工业园区有毒气体泄漏扩散后进行安全应急疏散时常用的方法和数学建模。

　3.1安全应急疏散常用方法和模型

　　3.1.1安全应急疏散常用方法

A.计算机仿真法

计算机仿真法是将基于计算机模拟的模型应用于安全应急疏散管理方面，这些模型从宏观或者微观的角度对疏散过程中人员的流动进行模拟，从而计算出疏散所需时间，制定出疏散方案，但这种方法的缺点是这些仿真模型不能很好的适用于所有的应急疏散规划和交通策略的整体优化[9]。

B.数学分析法

数学分析法是指以数学计算公式为基础的方法，此方法将疏散问题转化为数学计算的问题。其研究内容主要包括最短疏散路径、最小疏散时间、最快疏散人流及最大疏散人流等问题。研究得出的结果与实际的应用还有一定的差距，这种方法都是基于恒定的动态模型，即路段的通行能力、路段长度、人的通行时间及人流量等并没有随着时间的改变而变化[9]。

　3.1.2高斯扩散模型(Gauss Model)

自50年代起，高斯扩散模型就被用来研究气体扩散规律和浓度分布。在平整、开阔区域，大气环境风速、气流相对稳定的条件下，气体扩散主要由空气湍流决定，气体微粒首先在环境风力作用下运动，然后在向四周扩散，扩散微粒的运移规律服从正态分布，这是高斯模型的理论基础。由于模型简单，计算量小，适用范围广，高斯模型至今仍被广泛使用并得到长足发展。我国《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ/T 169-2004)中推荐使用高斯模型来进行有毒有害物质中性气云在大气中扩散事故后果的计算。著名的ISC模型、AERMOD模型、ALOHA模型等都是在高斯模型的基础上发展而来的[10]。

高斯(Gaussian)模型主要是源于统计的方法，适用于比空气密度小或接近的气体扩散，对扩散物质的浓度分布进行分析，用以确定扩散范围及浓度随时间的变化规律等，是通过高斯概率密度函数来精确地量化具体的事物，将其分解为若干个以高斯概率密度函数为基础的模型。该模型一般用于与空气密度相近的气体扩散以及短时间内和空气混合后密度与空气相近的气体扩散，可以模拟出连续性泄漏和瞬时泄漏两种方式。高斯模型根据泄漏方式不同可分为高斯烟羽模型(Gauss Plume Mode)和高斯烟团模型(Gauss Puff Model)，高斯烟羽模型常用于在定常条件下的连续泄漏扩散，而高斯烟团模型常用于瞬时泄漏扩散。

对于选取高斯烟羽模型来进行扩散模拟时，需要进行以下的假设[10]:

1.定常态，即涉及到的变量为恒定值；

2.中性气体扩散，不考虑重力或浮力也不发生化学反应；

3.地面水平，扩散物质达到地面被完全反射，地面没有任何吸收；

4.处于下风向的湍流扩散相可以忽略不计，即该模型只能适用平均风速u＞1m/s的情形，不适用于静风或无风情形；

5.当x轴与下风向重合时，横向风速与垂直风速方向没有速度分量；

高斯模型分为适用于连续性扩散的高斯烟羽模型和适用于瞬时性扩散的高斯烟团模型。但是在实际的计算中，根据现有的条件往往很难去区分连续源和瞬时源。对此通过大量的实验总结，根据重气扩散手册采取一种简单的判断准则，方法如下[10]:

高斯模型是一种历史比较悠久的模型，很早就被提出，使用至今，之所以到现在还被广泛使用，主要是因为它的以下几点：

1)假设较多使得模型更简单，便于理解；

2)该模型实验数据多，相对更加完善和成熟，运用也较为广泛；

3)虽然模型简单，但还是能与结果值相吻合，达到目的。

其缺点也很明显，比如应用中需要对条件做很多假设，这就使烟羽模型的使用受到了限制。同时一般的泄漏都会受到重力的影响，只是影响的程度不同而已，本文研究的液氨泄漏正好又受重力影响较大，一般不能忽略，所以该模型也是不适用的，只适用于受重力影响小的气体，也就是密度和空气密度差不多或较小的气体。

3.2软件介绍

MATLAB软件是XMath Works公司开发的一款工程计算类软件，它是集数值计算、图象显示、符号分析、文字处理为一体的一种大型集成化软件，可以用在开发算法、进行数据分析、数据结果可视化以及对数值计算的高级计算语言和交互式的环境中，在数学科技类应用软件中占有重要地位，广泛应用于控制设计、工程计算、图像处理、信号处理和检测等众多领域。MATLAB的运算符和库函数非常丰富，既有结构化的控制语言，又有根据对象的编程特点简化计算过程，同时MATLAB的图形功能强大，能够支持三维动画，这一特点特别适用于工程类模拟，所以本文研究选用MATLAB作为有毒气体扩散模拟工具。

随着软件的不断开发，MATLAB除了具备求解函数、矩阵的运算、绘制数据的图像等常用的功能，还能用来创建用户的界面和调用其它的语言(例如C#，VB和FORTRAN)编写的程序，实现了可以集合多种软件的交互式对接操作。自MATLAB6.0版本之后，该软件还添加了图形用户界面的设计功能，使用者可以自行设计人机交互界面，实现自编程序的独立运行，使计算过程更加方便快捷。MATLAB图形用户界面GUI(Graph User Interface)是指由窗口、菜单、图标、光标、按钮、文本框等各种对象组成的用户操作界面，在该界面内，用户可以根据提示完成系统运行分析的整个过程，无需了解系统是如何工作的。GUI的编程和运行过程类似于传统的VisualBasic6.0，通过定义各个图形对象的回调函数(Callback Function)来实现某种具体功能。

本文通过MATLAB编程功能，基于高斯扩散模型，编写出相对应的气体扩散模拟代码，并结合MATLAB绘制的图像实现了计算结果的可视化输出。

当泄漏事故发生时，如何及时、快速的进行科学的泄漏扩散模拟分析，划分事故危害区域是进行事故应急救援，合理分配应急物质的重要依据。以往的气体泄漏扩散模拟系统价格昂贵，操作繁琐，功能单一-不能满足多种研究需求本文以高斯模型、高斯烟团叠加模型为理论基础，基于MATLAB软件计算和编程功能，设计并编写了气体扩散模拟代码实现了气体泄漏扩散的动态模拟，实现了模拟结果的输出和后果可视化展示，满足了多种研究的需求。

4氨气泄漏毒害区域的估算

　　4.1液氨储罐区泄漏情况模拟

　　4.1.1案例概括

本文以四川省眉山市东坡区工业园区某化工企业的液氨储罐发生泄漏事故来进行模拟。该企业位于眉山市东坡区工业园区，根据四川省近两年风向报表可知眉山市年主导风向为北及东北，年平均风速为1.86m/s，最大风速为21.2m/s，白天大气稳定度A，夜晚为D（大气稳定度确定结果详见下表4.1）。随着该市的发展，该企业周边流动人口增加，周边人口密度剧增，该企业与周边敏感场所距离见下表4.2该化工厂外部敏感场所与液氨储管的距离，可以看出在液氨储罐主导风向的下风向有很多人口密集的点位。在这种情况下一且出现液氨储罐泄漏事故，将造成重大人员伤害和财产损失。

4.1.2研究方法及过程

本研究以液氨储罐的泄漏为例，用高斯模型模拟有害气体泄漏后的状态，划分出泄漏后的危险区域。根据有毒气体空间浓度场数据量化有毒气体对人体伤害并以眉山市工业园区某化工公司液氨储罐泄漏事件为研究对象，对该公司员工的心理和行为进行了调查研究，根据此公司的区域位置及周边环境，结合MATLAB模拟软件对液氨泄漏事故进行后果分析，得到瞬时泄漏的事故场景的氨蒸汽扩散浓度场，来划分不同的区域，计算出气体泄漏时人员疏散的最佳疏散路径，为城市工业园区有毒气体泄漏事故的人员疏散提供科学有效的疏散方案。具体研究内容是:

（1）运用高斯模型模拟有毒气体泄漏时扩散后的状态，结合MATLAB软件模拟泄漏扩散后的氨气浓度场，并结合人员氨气中毒阈限值划分危险区域。

（2）根据划分好的危险区域确定可行性疏散路径；根据当量直径法来确定最佳疏散路径。

　4.2研究过程中的参数

　　4.2.1氨的理化特性

氨气，分子化学式NH3，常温状态下为气态，是一种无色、强刺激性且极易溶于水的气体，溶解比为1:700。在运输和储存时，会采用降温或加压的方式将氨气液化，储存在带压或无压的钢瓶或储罐中，所以又称为无水氨，液氨具有强挥发性，在汽化时会吸收大量的热，使周围环境温度急剧下降，因此液氨是制冷、制药、脱硝等制造工艺上一种常见的化学品。下表4.3液氨的理化特性是液氨基本理化特性：

通过表格分析可得，一旦液氨泄漏在空气中，由于沸点低，通常会马上汽化形成氨气，该反应会使周围的环境温度下降产生雾气——氨水和液氨的混合物，因为混合物的密度大于空气的密度，所以液氨泄漏扩散属于重气扩散模式。

　4.2.2氨的危险性概述

危险性类别：由《化学品分类和危险性公示通则》与《危险化学品名录》(2002版)查得，氨属于第2.3类有毒气体。

侵入途径：通常是从人体呼吸道吸入。

健康危害：随着氨气浓度的不断变化，其对人体各组织器官的危害程度有所不同，其中呼吸系统受主要的影响，同时皮肤也会受到灼伤等危害，这与接触的浓度和时间有很大关系。

燃爆危险：汽化后的氨气与空气混合后会产生爆炸性混合物，此外当储存液氨的储罐受到撞击或者剧烈震动时，液氨会发生汽化导致罐内压力增大，此时储罐可能发生爆炸。

职业接触限值：在我国职业卫生协会所制定的《工作场所有害因素职业接触限值》以及《工业企业设计卫生标准》中规定氨气在空气中的最高浓度值MAC(即人工作业空间内氨气的最高容许浓度)为30mg/m3。浓度达到20mg/m3以上时为感知浓度，这使大多数人产生明显的刺激感但并无危害，浓度达到50mg/m3以上时，眼部有灼痛感、鼻咽部有刺激感，浓度达到500mg/m3以上后短时间内即出现强烈刺激症状，浓度达到1500mg/m3以上后可危及生命，浓度达到3500mg/m3以上便会很快死亡[11]。

　4.2.3大气扩散系数

大气扩散系数受到大气稳定度、地形和地面粗糙度等影响，由于在高斯模型扩散假设中当风速＞1m/s，可以忽略不计x方向的湍流扩散，只考虑y、z方向。本文选用的是扩散曲线法，并结合《环境影响评价技术导则大气环境(HJ2.2-2018)》的相关规定，对于本文中泄露源处于连续泄漏状态，故本文采用城市扩散系数，见下表4.4城市不同大气稳定度下的扩散系数，根据该表可得在大气稳定度为A时大气扩散系数为：σy=0.32x(1+0.0004x)-1/2，σz=0.24x(1+0.0001x)-1/2；在大气稳定度为D时大气扩散系数为：σy=0.16x(1+0.0004x)-1/2；σz=0.14x(1+0.0001x)-1/2

　4.2.4泄漏速率及其参数

该化工厂的液氨储罐，罐内压力取1.0 MPa(绝压)，环境压力取0.1 MPa(绝压)，罐内温度均为-33℃。由于储罐内液氨温度过低，泄漏后不可能立即汽化，因此对于该储罐液氨的泄漏量计算时要采用液体泄漏模型，即流体动力学中的伯努利方程来计算流量。当泄漏过程压力出现变化时，常采用以下公式（4.1a）来计算：

式中：

Q——液体泄漏速率，kg/s；

Cd——液体泄漏系数，取0.5；

A——为泄漏孔面积，m2；

ρ——液体密度，kg/m3；

P——容器内介质压力，Pa；

P0——大气压力，Pa；

G——重力加速度，取9.8 m/s2；

H——裂口之上液位高度，m。

10000m3液氨储管泄漏参数见表4.5泄漏预测计算参数，假设该液氨储罐存在2个泄漏源，裂口分别为内径是50mm和25mm的圆孔。

　4.2.5危险区域划分标准

国内氨气卫生标准限值为30mg/m3；350mg/m3为难以忍受，不能工作(即轻伤)；553mg/m3为强烈刺激可忍受约75s(即重伤)；1500mg/m3以上可危及生命(即死亡)；3500～7500mg/m3立即死亡。液氨泄漏的危险区域可以划分为呼吸反应区、轻伤区、重伤区和致死区。呼吸反应区：人员吸入氨气后出现轻微反应症状，经过药物治疗24h内即可康复，此时氨气的浓度小于350mg/m3；轻伤区：大多数人员出现轻度或者中度中毒，经过门诊的治疗后可以恢复健康，此时氨气的浓度为350mg/m3～553mg/m3；重伤区：人员多数会出现中度或者重度中毒，需要入院进行治疗，一小部分人会中毒死亡，此时氨气的浓度为553mg/m3～1500mg/m3；致死区：人员在无防护的情况下未及时逃离危险区域，其中超过50%的人员中毒死亡，此时氨气的浓度超过1500mg/m3[13]。

　4.2.6液氨扩散模型及用MATLAB建立模拟区域

在液氨发生泄漏的过程中，罐内压力和液氨的密度随着泄漏量的增大而变化，并且这种变化为渐变式且相互影响。为了方便计算，假设该储罐的罐内压力和液氨的密度恒定。模拟液氨储罐在不同的泄漏速率、大气稳定度和风速下连续泄漏扩散的情况。当液氨储罐泄漏达到连续稳定状态时，扩散模型应为高斯烟羽模型，公式为：

本文选取的液氨储罐是放置在地面上，所以该液氨储罐泄漏源为地面点源，即H=0。

4.3泄漏模拟结果

　　4.3.1设定模拟条件

将10000m3液氨储罐泄漏看作连续稳定点源泄漏，采用高斯烟羽模型进行及算。设定模拟条件如下：泄漏速率Q1=3.48×107，Q2=8.7×106mg/s；风速：1m/s(静风)、1.86m/s(年平均风速)、8m/s、21.2m/s(最大风速)；白天大气稳定度A，夜间大气稳定度为D；观察对象平面高度Z取1.5m(人体呼吸带平均高度)，高度H取0m（因为该泄漏源为地面源）；并根据氨气域值与国家卫生标准，分别取350mg/m3，553mg/m3，1500mg/m3共3个浓度值作为观测对象对液氨泄漏结果进行观测。

　4.3.2模拟过程

根据模拟的条件及相关参数，采用MATLAB编程先进行泄漏、扩散的数值计算，然后根据结果绘制轻伤、重伤、死亡的区域范围图像。

MATLAB分析计算主要代码如下：

[x，y]=meshgrid(20:100:1000，-200:20:200);

sigmay=0.32*x.*(1+0.0004*x).^(-0.5);

sigmaz=0.24*x.*(1+0.0001*x).^(-0.5);

Q=3.51*10^7;

u=1.86;z=1.5;

Qpi=2*Q./(2*pi*u.*sigmay.*sigmaz+eps);

ex1=exp(-0.5*(y./(sigmay+eps)).^2);

ex2=exp(-0.5*(z./(sigmaz+eps)).^2)+exp(-0.5*(z./(sigmaz+eps)).^2);

[C，h]=contour(x，y，c);

clabel(C，h，’LabelSpacing’，1500);

set(h，’ShowText’，’on’，’LevelList’，[1500 553 350]);

shading interp;

colorbar;

（1）当大气稳定度为A，风速为1.86m/s时，泄漏速率分别为泄漏速率Q1=3.48×107，Q2=8.7×106mg/s下的结果见下图4.1，图4.2。

图4.1泄漏源下风向氨气浓度分布图

　　（Q1=3.48×107）

图4.2泄漏源下风向氨气浓度分布图

从图像可知，当大气稳定度和风速相同时，泄漏速率越大，相同时间下同一地点的氨气浓度也越大。

（2）当泄漏速率为Q1=3.48×107，风速为1m/s时，大气稳定度分别为A和D下结果如下图4.3，图4.4。

从图像可知，当泄漏速率和风速相同时，大气稳定度级别越高，相同时间下同一地点的氨气浓度越小。

（3）当泄漏速率为Q1=3.48×107，大气稳定度为A，风速分别为1m/s和8m/s下结果如下图4.5，图4.6。

从图像可知，当泄漏速率和大气稳定度相同时，风速越大，相同时间下同一地点的氨气浓度越小。

大气稳定度为为A时，风速分别为1m/s(静风)、8m/s、21.2m/s(最大风速)情况时，液氨泄漏导致人员不同的伤害区域。当液氨储罐泄漏达到稳定连续状态下，不同泄漏速率和风速下泄漏结果汇总见表4.6泄露结果汇总表。

大气稳定度为为D时，风速分别为1m/s(静风)、8m/s、21.2m/s(最大风速)情况时，液氨泄漏导致人员不同的伤害区域。当液氨储罐泄漏达到稳定连续状态下，不同泄漏速率和风速下泄漏结果汇总见表4.7泄露结果汇总表。

　4.3.3结果分析与讨论

从图像能够观察到氨气扩散所形成的浓度梯度呈现蒲扇型，当Y轴上等浓度线的宽度越大，说明氨气的传递速度在风力的影响下X方向大于Y方向；氨气的浓度会随着扩散的距离不断增加而下降；在仅有一处变量参数下，靠近泄漏源的同一地点浓度的变化比较清楚，随着与泄漏源的距离不断增大，氨气的浓度也逐渐降低，氨气浓度的变化也随着变小。

根据表4.6泄露结果汇总表和表4.7泄露结果汇总表的相关数据可知，若处于年平均风速且泄漏速率达到3.48*10^7mg/s时，白天距泄漏源为722m的范围内，夜晚距泄漏源1576m的范围内，氨气的浓度﹥350mg/m3。此时当氨气储罐发生泄漏扩散时，如果作业人员在该环境中工作，不采取相关防护措施，人体健康极有可能受到严重伤害。

根据以上结果可以总结出液氨泄漏事故对周围环境的影响极大，对事故发生场所的作业人员的人身安全构成了极大地威胁，建议该企业应该加强对液氨储管泄漏事故的监控和制定相对应的事故应急处理措施，通过控制液氨泄漏扩散事故的发生以及事故后的发展，来降低液氨泄漏事故对人员的身体伤害和对该化工厂的周围环境的危害。

　5有毒气体泄漏最佳疏散路径

　　5.1疏散路径的选择

疏散路径是将危险区域的人员转移到达安全区域的移动路径，根据危险区域的划分及其对疏散路径的影响范围，疏散路径可分为3种类型：理想型、可行型和逃生型。理想型是没有受到任何有毒气体影响的疏散路径，一般是处于吸入反应区（不足以致命）及其以外安全区域的疏散路径；可行型是当所有的疏散路径都无法保证是理想型时，根据有毒气体的扩散浓度为轻伤区及重伤区的疏散路径；逃生型是以人类对有毒气体的最大耐受力作为判别的条件下的疏散路径，一般该类型疏散路径处于致死区，根据规范可知人不能在致死区超过30 min，否则会出现生命危险，所以在致死区的疏散路径的通过时间不能超过30min，反之可以根据时间和人员通行速度能够判断逃生型路径的最大范围。一般有毒气体泄漏事故发生，应该优先选择可行型疏散路径，但是处于逃生型范围内人员的应该第一时间内进行疏散。

本节选用当量直径法来确定最佳疏散路径，将当量长度的概念引入到工厂工作人员最佳疏散路径的研究中，采取图像结合法来计算工作人员在氨气储罐发生泄漏后的最佳疏散路径，该方法要考虑到疏散的距离，氨气储罐泄漏后的氨气流浓度和工作人员密集情况等因素。

　5.1.1当量长度确立因素

最佳疏散路径从实质上讲是去求解出在当时的状态下最安全的疏散路径，它既不是疏散时间最短，也不是疏散距离最短，它是基于疏散的过程中人员通行的难易程度不一样和所处的危险区域不一样来确定的。对于该化工厂来说，道路的平坦程度和宽度、风速等都会对人员通行速度有影响，通常用q来表示通行难易程度系数；根据有毒气体的伤害准则，人受到的伤害程度取决于其所在区域内有毒气体的浓度和所处的时间，用ω来表示危险系数；通过这些因素来修正，即把这两个系数与疏散路径实际的长度相乘后得出的长度就是所求的“当量长度”，所以最佳疏散路径叫“当量长度”下最短的路径[14]。

（1）疏散路径的通行难易程度系数为q，其表达式如下：

式中：

q——疏散路径中通行难易程度系数；

v1——人在一般公路上的通行速度；m/s

v2——人在疏散路径上的通行速度；m/s

根据国际标准，行人行走速度一般为1m/s，在疏散时人行走速度一般为1.5m/s，故本节中疏散路径的通行难易程度系数q取0.67。

（2）疏散路径的危险系数为ω，决定因素为疏散路径所处的危险区域，具体取值可根据表5.1来取值。

故根据以上因素可得疏散路径的当量长度，其表达公式为：

　　式中：

li——第i条疏散路径的当量长度；m

q——第i条疏散路径的通行难易程度系数；

ωi——第i条疏散路径的危险系数；

lri——第i条疏散路径的实际长度；m

　5.1.2当量长度计算

根据该城市工业园区化工厂的厂区平面布置图可知该化工厂有三道门（前门，后门，消防门）。

图5.1厂区平面布置图

　　根据测量可知，从前门疏散即疏散路径a的实际总长度为lra=500m；后门疏散即疏散路径b的实际总长度为lrb=750m；从消防门疏散即疏散路径c的实际总长度为lrc=700m。故当厂区内氨气储罐出现泄漏时，理论上存在至少三条疏散路径。假设此时氨气储罐发生泄漏时，风速为该化工厂所处地域的年平均风速1.86m/s。

1.当大气稳定度为A时即氨气储罐发生泄漏在白天，泄漏速率为Q1=3.48×107mg/s。

①疏散路径a中有460m处于致死区，40m处于重伤区，根据计算可得la=0.67*（10000*460+1000*40）=3108800m；

②疏散路径b中有340m处于致死区，410m处于重伤区，根据计算可得lb=0.67*（10000*340+1000*410）=2552700m；

③疏散路径c中有460m处于致死区，240m处于重伤区，根据计算可得lc=0.67*（10000*460+1000*240）=3242800m；

进行结果比较，在此状态下疏散路径b为最佳疏散路径。

2.当大气稳定度为A时即氨气储罐发生泄漏在白天，泄漏速率为Q2=8.7×106mg/s。

①疏散路径a中有185m处于致死区，112m处于重伤区，192.8m处于轻伤区，1.2m处于呼吸反应区，根据计算可得la=0.67*（10000*185+1000*112+100*192.8+10*1.2）=1327465.64m；

②疏散路径b中有185m处于致死区，112m处于重伤区，62.4m处于轻伤区，340.6m处于呼吸反应区，根据计算可得lb=0.67*（10000*185+1000*112+100*62.4+10*340.6）=1321002.82m；

③疏散路径c中有185m处于致死区，112m处于重伤区，192.8m处于轻伤区，201.2m处于呼吸反应区，根据计算可得lc=0.67*（10000*185+1000*112+100*192.8+10*201.2）=1328805.64m；

进行结果比较，在此状态下疏散路径b为最佳疏散路径。

3.当大气稳定度为D时即氨气储罐发生泄漏在夜晚，泄漏速率为Q1=3.48×107mg/s。

①疏散路径a全处于致死区，根据计算可得la=0.67*10000*500=3350000m；

②疏散路径b全处于致死区，根据计算可得lb=0.67*10000*500=3350000m；

③疏散路径c全处于致死区，根据计算可得lc=0.67*10000*500=3350000m；

进行结果比较，在此状态下任何一条疏散路径都是最佳疏散路径。

4.当大气稳定度为D时即氨气储罐发生泄漏在夜晚，泄漏速率为Q2=8.7×106mg/s。

①疏散路径a中有399.3m处于致死区，62.8m处于重伤区，37.9m处于轻伤区，根据计算可得la=0.67*（10000*399.3+1000*62.8+100*37.9）=2719925.3m;

②疏散路径b中有316m处于致死区，25m处于重伤区，409m处于轻伤区，根据计算可得lb=0.67*（10000*316+1000*25+100*409）=2161353m；

③疏散路径c中有399.3m处于致死区，62.8m处于重伤区，237.9m处于轻伤区，根据计算可得lc=0.67*（10000*399.3+1000*62.8+100*237.9）=2733325.3m；

进行结果比较，在此状态下疏散路径b为最佳疏散路径。

综上所述，无论在哪种情况下疏散路径b为最佳疏散路径。

　5.2其他应急预案

要确保该化工厂在氨气泄漏时能够及时保证人员安全，除了提前确定好最佳疏散路径，还要提前做好对应的应急预案，日常也要加以重视和演练，不仅要做好事后的应急疏散，还要做好事前的预防，坚决贯彻“安全第一；预防为主；综合治理”。

由液氨的物化性质可知，其危险不仅仅在于泄漏后的有毒气体扩散，一但氨气聚集后，可能会发生爆炸或燃烧，将对于厂区以及周围其他的化工厂和居民造成巨大灾害损失，所以避免泄漏以及后续危害事件的发生，应该及时做出预防措施，相关建议如下：

1.从储罐区保证基本安全：在选材、设计、加工、运行和使用过程中要严格把关，使储罐能够符合标准。

2.在储罐区周围设立有毒气体报警系统：保证在氨气泄漏前期，能够通过探测仪，传感器，连锁报警器等装置，在氨气还未严重扩散时进行报警，同时还可以通过监控确定泄漏现场情况，能及时掌握现场情况。

3.整个厂区建立监视系统：应该按照化工厂安全设施设计要求，在加工车间、生产车间设置防爆摄像机，用以监测各工艺装置的生产情况、设备运转状态。监控主站设在控制中心。同时在道路围墙附近也安装监控器，对厂区进行有效监控。配备专人值班，及时发现险情。同时结合现在的无人机系统，设计无人机监测平台。

4.由于化工厂易燃易爆，除部分仓库和办公室为封闭式外，其余建筑多为露天结构，为了防止易燃易爆有毒气体的积聚，应该要做好通风，可以在建筑内设置通风机，但是注意材料要防燃防爆。同时在设备上保持安全状态，对于容易发生泄漏的部位比如：阀门、管道、焊缝等处，要进行密闭性测试和压力测试，保证在生产运行过程中防止泄漏发生。

5.一线人员经常出入生产区域，最容易受到有毒气体的危害，所以应该做好一线人员的个体防护工作，在生产区域配备防毒面具、防护用具、应急呼吸设备等，定期对于有毒区域作业人员进行体检，对于直接接触危险介质人员，应该配备特殊作业防护用具、应急药物等。

6.应急救援：一旦储罐区泄漏，有毒气体扩散严重时，此时消防设施极其重要，包括灭火设施、个人防护装备、逃生避难设施，同时要结合社会消防力量做好应急救援准备，由于化工园区一且发生气体泄漏、燃烧、爆炸等事故，由于危险性较大所以事故处理也较为困难，所以建议该化工厂在日常就应该配备专门的救援队伍和应急救援装备，加强日常应急设备的检查和更新维护，同时针对本化工园区的实际情况，应提前编写好应急预案和计划、组织应急演练、并定期进行预案演练、评估。

　　5.3本章小结

本章主要结合化工厂泄漏时的危险区域和当量长度来确立最佳疏散路径。从分析来看，无论在哪种情况下疏散路径b为最佳疏散路径。此外，分别从事故前增强预防，包括储罐区储罐设计，对有毒气体的报警和监控监测要加强防范，高度重视液氨储罐的防泄漏设计，同时园区内多处设立防毒设施，加强个人防护以及化工厂区和救援组织的应急救援合作，并根据这些来对该化工厂提出相关建议。

　6结论及展望

　　6.1结论

本论文提出了城市工业区有毒气体泄漏以及应急疏散应该关注和研究的相关方面，它们之间相互独立又存在着紧密联系。其中独立性表现为每个方面都可以是一个独立的研究领域并且有属于自己的研究方法；相互联系表现为在考虑人员疏散时，应把其看作一个系统，要充分考虑这几个方面的联系才能发挥该系统的最大效能。主要研究结论如下：

（1）有毒气体泄漏范围及程度的确定：利用高斯模型模拟氨气泄漏的过程，并划分出呼吸反应区、轻伤区、重伤区、致伤区四个危险区域。并且通过不同风速下氨气的扩散浓度看出，在高风速下，氨气云团的浓度被明显稀释，伤害区域范围缩小。

（2）有毒气体泄漏区域最佳疏散路径的确定：充分考虑到了该化工厂的建筑的复杂性，如不同时间工厂内各工厂出入人员等多种因素对疏散路径的影响。以眉山市东坡区城市工业园区化工厂为例，得出了氨气储罐泄漏时的疏散路径并标注在该化工厂的平面图上，再根据当量直径法计算求解得出最佳疏散路径。此外该化工厂还应该提前编写好应急预案和计划、组织应急演练、并定期进行预案演练、评估。

　6.2展望

本论文仅对城市工业园区有毒气体泄漏及人员疏散问题提供了一个大致的思路框架和最基本的研究方向，对此类问题的研究仍是一个艰难且漫长的过程。还需要在扩散范围、行为心理分析、疏散路径三个方面作进一步的分析研究，其后续研究包括：

a.有毒气体泄漏及扩散的方式有很多种，应该在此方面讨论各种不同方式下有毒气体泄漏可能造成的影响和范围，并且对于具体的疏散对象还应尽可能的考虑到高层建筑物、城市热岛效应和气象条件等扩散影响因素。

b.对城市工业园区有毒气体扩散后的应急疏散的研究和城市应急救援组织之间的结合，并以此作为应急疏散决策的理论支撑，同时对化工园区内避难点进行合理的设计和规划，确保每个人员能够避免受到有毒气体的危害。

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　致谢

在本文敲下“致谢”时，我才发现时光飞逝，转眼间我的大学生活即将结束。回首过往的四年，我从天真懵懂到能独当一面，每一段的经历都成就了现在的我。因此我对每一个出现在我人生的人充满感恩，感谢你们的包容和理解。

金科玉律真师范，化雨春风入我庐。首先感谢我的指导老师,论文从的选题到定稿,学识渊博的她给予我细致有效的指导,不厌其烦地帮助我解决论文中的困难，还要感谢学院每一位老师的栽培和教导，让我能够顺利完成论文。

飞蓬各自远，且尽手中杯。感谢我的同学们，我们相聚在此，陪我走过人生最美好的一程，一起努力学习，一起肆意玩耍，此去一别，祝愿你们前途坦荡，在人生中恣意潇洒。

哀哀父母，生我劬劳。感恩父母对我二十余载的养育和栽培，在我前进的道路上，他们一直是我身后最坚实的后盾。

感些相遇，后会有期!我将继续去追逐我的太阳!