学号： 07412225 常州大学 毕业设计（论文） （2011届） 题目重气泄漏扩散模拟及应急救援 学生薛云龙 学院环境与安全工程学院专业班级安全072班 校内指导教师王新颖专业技术职务讲师 校外指导老师专业技术职务 二○一一年六月
重气泄漏扩散模拟及应急救援 摘要：重气泄漏扩散事故是经常发生且危害较大的一种事故形式，由于重气的密度大于空气，因此重气往往沿地面扩散，泄放物质进入人体将引起中毒事故，若泄放物质被点燃或引爆将引起大规模的燃烧爆炸事故。虽然人们对重气泄漏扩散所造成的危害十分重视，但由于缺乏足够有效的数据来提供人们作风险评估及预防改善措施，因此采用数学模型进行模拟是必要的。应在生产过程中，加强管理，强化生产者的安全生产教育。分析了泄漏扩散事故的七大影响因素，提取并建立了泄漏事故模式，并对各种事故模式的泄漏机理和发生条件进行了研究分析。通过试验研究得出在实际环境中大气主导风的风速，泄漏方向对气体扩散浓度分布有重大的影响，泄漏气体在下风向扩散的最快。静风时，随着时间的增加，空间各点的浓度有升高的趋势；在稳定风流中，空间各点的浓度随时间的变化不明显，可以认为是稳态的。泄漏的气体在下风向扩散的最快，在现场一旦发生天燃气泄漏，应综合考虑泄漏源的方向和该点当时的风向，风速等因素，及时准确预测泄漏气体可能扩散到危险区域，做好应对措施。 关键词：相似理论；泄漏模型；泄漏扩散模式；示踪法；重气；应急救援；
Heavy gas leak dispersion modeling and emergency rescue Abstract ： As it is well-known, many industrial and domestic gases are toxic and flammable are stored in highly-pressurized vessels at liquefied state with ambient temperature. If there is by chance a sudden release, it often forms heavy-than-air vapour. The accident release and dispersion of toxic and flammable heavy gas can present a serious ris k to the public’s safety and to the environment. Disease may be caused when the flammable heavy gases are lit. Although great attention has been paid to the hazard of heavy gas dispersion, effective data of filed experiments are still insufficient to make risk assessment and precaution. Through the statistical analysis, draw a conclusion that chemical system in production, transportation and storage process, should first consideration and control of hazardous chemicals, and summarizes the characteristics of the leak diffusion process performance. Subjective factors, equipment inherent defect caused by leakage on China's chemical system is the main reason of the accident. In the process of production, should be strengthen management, strengthen the education of production safety producer. Analysis of the seven factors affecting diffusion of leakage accident, to extract and established the patterns of the leakage accident, and various and leakage accident modes mechanism and the conditions were studied and analyzed. Through the experimental study on practical environment atmosphere that dominated the wind, the wind of gas leakage direction spread concentration distribution, has enormous influence on the spread of gas leakage next wind fastest. Static, as time flies, the space increased concentration of the each point of the trend. In the stable romantic, space the concentration of each point does not change significantly over time, can be considered a steady. Leak gas diffusion next wind fastest, on the site once produce natural gas leak, should be taken into account in the direction and point source leaking the wind direction, wind speed at factors such as timely and accurate prediction leakage, gas may be spread to dangerous area, completes the countermeasures. Key words：Theory of similarity; Leakage model；Leakage diffusion mode；Trace method； heavy gas；Emergency rescue
苯槽车泄漏扩散及事故状态的数值模拟 (中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，河南洛阳 471012) 刘敬钊马洪斌刘爱彬 苯是具有易燃、易爆、毒害物性的危险化学品，在生产、运输、装卸和储存等过程中均易造成人身中毒、易燃易爆等危害，而需要特别加以防护的物品。在生产和运输等环节中存在高度危险性；苯车泄漏后，在外部风和内部浓度梯度的作用下会沿地表面扩散，在事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区，变化或扩大的危险区增加了现场抢险救援工作的难度；判断泄漏气体扩散的危险区范围关系到现场戒严、人员疏散、火源控制区域的确定。本文对泄漏气体的扩散行为进行讨论，并对泄漏苯蒸汽气的扩散事故状态进行模拟。 1 泄漏扩散类型 由于苯发生泄漏后，在空气中形成蒸气云团并运移扩散，而有毒有害物质的泄漏扩散会对人、畜造成中毒伤害，会对环境造成污染。泄漏有两种方式，即连续性泄漏和瞬时性泄漏。所谓连续性泄漏是指泄漏源是连续源或泄放时间大于或等于扩散时间；而瞬时性泄漏是指泄放时间相对于扩散时间比较短的泄漏。而泄漏物质扩散有重气扩散和中性气体扩散两种模式，由于苯蒸汽的相对于空气的密度为2.77，属于重气扩散类型。重气扩散过程经历四个阶段（见图1）： 1)初始阶段：物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形。 2)重力沉降阶段和空气卷吸阶段：当气云初始动量消失后，重力占主导地位。由于云团与周围空气间的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和 径向尺寸的增大，而在大气湍流 的作用下外界空气进入云团，即 空气卷吸，云团被稀释，同时由 于初始泄漏云团与周围环境的 温度差异而进行热量交换。 3)非重气扩散转变：随着 云团的稀释冲淡，重气效应逐渐 消失，重气扩散转变为非重气扩散。图1 重气扩散过程 4)大气湍流扩散阶段（被动扩散），即大气湍流对云团的扩散起支配作用。 目前，关于物质泄漏扩散模型有许多（表1），其中包括高斯箱模型、BM模型、Sutton 模型等。BM模型即唯象模型，是由一系列重气体连续泄放和瞬时泄放的实验数据绘制成的计算图表组成，能够很好地用于重气瞬时或连续释放的地面面源或体源，属于经验模型，外延性较差。Sutton 模型是用湍流扩散统计理论来处理湍流扩散问题，但在模拟可
实验一双向免疫扩散试验 一、实验目的 1、熟练掌握免疫扩散法的操作步骤 2、掌握抗血清效价的测定和特异性抗体的分析技术 二、实验原理 在一定条件下，抗原能与相应的抗体相互作用，发生免疫沉淀反应。免疫扩散法就是使抗原与抗体在琼脂糖凝胶中自由扩散而相遇，从而形成抗原抗体复合物，由于此复合物分子量增大并产生聚集，不再继续扩散而形成肉眼可见的带状或线状沉淀带。抗原抗体复合物的沉淀带是一种特异性的半渗透性屏障，它可以阻止免疫学性质与其相似的抗原抗体分子通过，而允许那些性质不相似的分子继续扩散，这样由不同抗原或不同抗体所形成的沉淀带各有各的位置，从而可以分离和鉴定混合系统。 利用琼脂糖凝胶作为扩散介质是因为一定浓度的琼脂糖凝胶，其内部为多孔网状。而且孔径很大，可以允许大分子物质（分子量自十几万到几百万以上）自由通过。因为大多数抗原和抗体的分子量都在20 万以上，所以它们在琼脂糖凝胶中几乎可以自由扩散。而且琼脂糖凝胶又具有良好的化学稳定性、含水量大、透明度好、来源方便、处理容易等优点，因此是免疫沉淀检测技术中最理想的扩散介质。 双向免疫扩散法测定时将加热溶化的琼脂或琼脂糖浇至玻片上，等琼脂凝固后，打多个小孔，将抗原和抗体分别加入小孔内，使抗原和抗体在琼脂板上相互扩散。当二个扩散圈相遇，如抗原和抗体呈特异性的结合且比例适当时，将会形成抗原抗体复合物的沉淀，该沉淀可在琼脂中呈现一条不透明的白色沉淀线。如果抗原与抗体无关，就不会出现沉淀线，因此可以通过该试验，用特异性抗体鉴定抗原，或反之用已知抗原鉴定抗体。 三、实验仪器和试剂 1、仪器设备 载玻片、打孔器和挑针、湿盒、恒温箱、三角瓶、移液管、微量移液器 2、试剂和材料 （1）生理盐水 （2）1.2%琼脂胶：称取1.2 g 琼脂糖，加100mL 生理盐水，加热溶解 （3）抗原及相应免疫血清：抗原为人IgG，抗体为羊抗人IgG 免疫血清 四、实验步骤 1、制备琼脂玻片：将已加热溶化的1.2%琼脂5mL，迅速倾入洁净干燥的载玻片上，室温自然冷却凝固。 2、打孔： 在凝固的琼 脂糖胶上用 打孔器或吸 嘴按图 1 打 梅花孔（孔径 约3mm，孔距 4mm），用针 头小心挑去琼脂。为便于识别加样方向或区分不同的组，可在琼脂糖胶边缘打上小孔或切角标记。打孔完毕，将载玻片在酒精灯火焰上方过几遍，可防止漏液。 3、稀释免疫血清：取5 支0.5mL 的离心管，各加入10μL 生理盐水。如图2 所示，取10μL 免疫血清加入1 号管中，吸打使其与生理盐水混匀，即为1︰2 稀释血清；再从1
1 云团扩散模型 根据物质泄漏后所形成的气云的物理性质的不同，可以将描述气云扩散的模型分为非重气云模型和重气云模型两种[5-13]。 1.1 非重气云模型 高斯模型是一种常用的非重气扩散模型，高斯烟羽(Plume model)模型又称高架点连续点源扩散模型，适用于连续源的扩散，即连续源或泄放时间大于或等于扩散时间的扩散。 高斯烟团(Puff model)模型适用于短时间泄漏的扩散，即泄放时间相对于扩散时间比较短的情形，如突发性泄放等。若假设气体云内空间上的分布为高斯分布，则地面地处风向的烟团浓度分布算式为 式中， c(x，y，H)——点(x，y，H)处浓度值，mg/m3； Q——源强，即单位时问的排放量，mg/s； u——环境平均风速，m/s； σx，σy，σz——扩散参数； H——源高(烟团高度)，m； x——下方向到泄漏原点的距离，m； y，z——侧风方向、垂直向上方向离泄漏原点的距离，m。 高斯模式的实际应用效果很大程度上依赖于如何给定模式中的一些参数，尤其要注意源强、扩散参数等的确定。 源强与污染物的物理化学属性、扩散方式、释放点的地理环境等有关。扩散参数表征大气边界层内
湍流扩散的强弱，是高斯模式的一项重要数据。高斯扩散模式所描述的扩散过程(实质上也包含了在实际应用中对高斯模式的一些限制)主要有： 1)下垫面平坦、开阔、性质均匀，平均流场稳定，不考虑风场的切变。 2)扩散过程中，污染物本身是被动、保守的，即污染物和空气无相对运动，且扩散过程中污染物无损失、无转化，污染物在地面被反射。 3)扩散在同一温度层结中发生，平均风速大于1.0 m/s。 4)适用范围一般小于10～20 km。 1.2 重气云模型 由于重气本身的特殊性，在重气扩散领域也有大量基于不同理论的模型。鉴于重气扩散与中性或浮性气体扩散有着明显的区别，目前国内外已开发大量的不同复杂程度的重气扩散模型，如箱模型、相似模型、LTA－HGDM模型、CFD模型等。 1.2.1 箱(BOX)模型 箱模型是指假定浓度、温度和其他场，在任何下风横截面处为矩形分布等简单形状，这里的矩形分布是指在某些空间范围内场是均匀的，而在其他地方为零。该类模型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。重气效应消失后其行为表现为被动气体扩散，所以该类模型还包括被动扩散的高斯模型及对它的修正。 1.2.2 层流及湍流大气环境中的重气扩散(LTA－HGDM)模型 LTA－HGDM模型(Heavy Gas Dispersion Model in Lsaminar and Turbulent Atmosphere层流及湍流大气环境中的重气扩散模型)以箱模型为基础，结合虚点源模型，能描述重气泄漏扩散整个过程。模型同三维有限元模型相比，具有形式简单、原始输入数据运算速度快等优点。 LTA－HGDM模型的建立基于以下几点假设： 1)危险性气体初时泄漏时，其外形呈正圆柱形(H=2R)。 2)初始时刻泄漏源即此核电站内部的浓度、温度呈均匀分布。 3)扩散过程不考虑泄漏源即此核电站内部温度的变化，忽略热传递、热对流及热辐射。
实验三、单向琼脂扩散试验 一、实验原理 该实验是定量实验，将一定量的抗体混合于琼脂内，倾注于玻璃板，凝固后，在琼脂层中打孔，再将可溶性抗原加入孔中。孔中抗原向四周扩散，在抗原与抗体的比例合适处，出现白色沉淀环，沉淀环的直径大小与抗原浓度成正比。 二、实验目的 熟练掌握单向琼扩检测技术 三、实验材料 1．诊断血清：羊抗兔血清 2．待测血清：兔血清 3．阴性对照血清 4．其它：生理盐水、琼脂粉、载玻片、打孔器、微量进样器等。 四、实验方法 1．取一干净培养皿，倾注3.5—4.0毫升加热熔化的1%食盐琼脂制成琼脂板。 2．凝固后，用直径3毫米打孔器，孔间距为5毫米。孔的排列方式如图1所示。 图1 双向琼脂扩散原抗体孔位置示意图 3．用微量进样器于中央孔加抗体，于周围孔加各种抗原。加样时勿使样品外溢或在边缘残存小气泡，以免影响扩散结果。 4．加样后的琼脂板收入湿盒内置37℃温箱中扩散24—48小时。 5．结果观察：若凝胶中抗原抗体是特异性的，则形成抗原—抗体复合物，在两孔之间出现一清晰致密白色的沉淀线，为阳性反应。若在72小时仍未出现沉淀线则为阴性反应。实验时至少要做一阳性对照。出现阳性对照与被检样品的沉淀线发生融合，才能确定待检样品为真正阳性。
6．结果分析：琼脂扩散结果受许多因素影响。 ①抗原特异性与沉淀线形状的关系：在相邻两完全相同的抗原与抗体反应时，则可出现两单沉淀线的融合。反之，如相邻抗原完全不同时，则出现沉淀线之交叉；两种抗原部分相同时，则出现沉淀线的部分融合。见图2。 图2 双扩散试验结果示意图 A：已知抗体a、b：阳性对照 c、d、e、f：被检材料 ②抗原浓度与沉淀先导形状的关系：两相邻抗原浓度相同，形成对称相融合的沉淀线；如果两抗原浓度不同，则沉淀线不对称，移向低浓度的一边。见图3。 图3 抗原特异性与沉淀线形状的关系 a、b：抗体A、A’、B：抗原 A、B完全不同A、A’部分相同 ③温度对沉淀线的影响：在一定范围内，温度扩散快。通常反应在0-37℃下进行。在双向扩散时，为了减少沉淀线变形并保持其清晰度，可在37℃下形成沉淀线，然后置于室温或冰箱（4℃）中为佳。 ④琼脂浓度对沉淀线形成速度的影响：一般来说，琼脂浓度越大，沉淀线出现越慢。 ⑤参加扩散的抗原与抗体间的距离对沉淀线形成的影响：抗原、抗体相距越远，沉淀线形成的越慢，所以在微量玻片法时，孔间距离以0.25-0.5cm为好，距离远影响反应速度。当然孔距过远，沉淀线的密度过大，容易发生融合，有碍对沉淀线数目的确定。 ⑥时间对沉淀线的影响：沉淀线形成一般在1-3天出现，14-21天出现的数目最多。玻片法可在1-2小时出现，一般观察72小时，放量过久可出现沉淀线重合消失。
可溶性抗原与相应抗体特异性结合，两者比例适当并有电解质存在及一定的温度条件下，经一定的时间，可形成肉眼可见的沉淀物，称为沉淀反应。沉淀反应的抗原可以是多糖、蛋白质、类脂等，与相应的抗体相比，抗原分子小（<20pm）,单位体积内所含抗原量多，具有较大的反应面积。为了使抗原抗体之间比例适合，不使抗原过剩，故一般均应稀释抗原，并以抗原最高稀释度仍能与抗体出现沉淀反应为该抗体的沉淀反应效价（滴度）。 免疫扩散法就是使抗原与抗体在琼脂糖凝胶中自由扩散而相遇，从而形成抗原抗体复合物，由于此复合物分子量增大并产生聚集，不再继续扩散而形成肉眼可见的带状或线状沉淀带。抗原抗体复合物的沉淀带是一种特异性的半渗透性屏障，它可以阻止免疫学性质与其相似的抗原抗体分子通过，而允许那些性质不相似的分子继续扩散，这样由不同抗原或不同抗体所形成的沉淀带各有各的位置，从而可以分离和鉴定混合系统。 利用琼脂糖凝胶作为扩散介质是因为一定浓度的琼脂糖凝胶，其内部为多孔网状。而且孔径很大，可以允许大分子物质（分子量自十几万到几百万以上）自由通过。因为大多数抗原和抗体的分子量都在20万以上，所以它们在琼脂糖凝胶中几乎可以自由扩散。而且琼脂糖凝胶又具有良好的化学稳定性、含水量大、透明度好、来源方便、处理容易等优点，因此是免疫沉淀检测技术中最理想的扩散介质。 琼脂扩散试验可在试管内、平皿中以及玻片上的琼脂中进行。又可分为单向琼脂扩散试验和双向琼脂扩散试验两类。 单向琼脂扩散试验
单向琼脂扩散试验是一种常用的定量检测抗原的方法。将适量稀释后的抗体与等量琼脂混匀，浇注成板，凝固后，在板上打孔，孔径3mm，孔间距10mm，孔中加入抗原，每孔10μL，放置湿盒中，37℃温箱，抗原就会向孔的四周扩散，边扩散边与琼脂中的抗体结合。24h－48h后观察结果，在两者比例适当处形成白色沉淀环。沉淀环的直径与抗原的浓度成正比。如事先用不同浓度的标准抗原制成标准曲线，则从曲线中可求出标本中抗原的含量。本试验主要用于检测标本中各种免疫球蛋白和血清中各种补体成分的含量，敏感性很高。 双向琼脂扩散试验 双向琼脂扩散试验测定时将加热溶化的琼脂或琼脂糖浇至玻片上，等琼脂凝固后，打多个小孔，将抗原和抗体分别加入小孔内，使抗原和抗体在琼脂板上相互扩散。当二个扩散圈相遇，如抗原和抗体呈特异性的结合且比例适当时，将会形成抗原抗体复合物的沉淀，该沉淀可在琼脂中呈现一条不透明的白色沉淀线。如果抗原与抗体无关，就不会出现沉淀线，因此可以通过该试验，用特异性抗体鉴定抗原，或反之用已知抗原鉴定抗体。 另外沉淀线的特征与位置不仅取决于抗原，抗体的特异性和浓度，而且与其分子的大小及扩散速度有关，当抗原体存在多种成分时，将呈现多条沉淀线以至交叉反应线，因此可用来检查抗原和免疫血清的特异性、纯度或浓度比较抗原之间的异同点，因而应用范围较广。 实验材料 1．材料和试剂 （1）PH8.6，0.1M巴比妥——巴比妥钠缓冲液 巴比妥钠10.3 g 巴比妥 1.84 g 硫柳汞100 mg（防腐剂） 蒸馏水加热溶解并定容至500ml （2）1%预复琼脂（或琼脂糖） 1g琼脂（或琼脂糖）加蒸馏水100ml溶化即可。 （3）1%琼脂糖凝胶 1g琼脂糖加50ml蒸馏水置水溶中煮沸溶解或用与波炉加热溶解（注意不要溢出且注意加入蒸发的水），然后再加入50ml上述巴比妥缓冲液混匀，置4℃保存备用。
2 扩散模型 2.1 高斯模型 燃气泄漏后会在泄漏源附近形成气团，气团在大气中的扩散计算通常采用高斯模型。高斯模型的基本形式是在如下的假设条件下推导出来的[1、9]：假定燃气在扩散的过程中没有沉降、化合、分解及地面吸收的发生；燃气连续均匀地排放；扩散空间的风速、大气稳定度都均匀、稳定；在水平和垂直方向上都服从正态分布。 泄漏燃气相对密度小于或接近1的连续泄漏采用高斯烟羽模型。以泄漏点为原点，风向方向为x轴的空间坐标系中的某一点(x，y，z)处的质量浓度计算公式如下[9]： 平均风速＞1m/s时： 平均风速=0.5～1m/s时： 平均风速＜0.5m/s时，假设气团围绕泄漏点浓度均匀分布，则距离泄漏点r 处的燃气质量浓度为： 式中ρ d (x，y，z)——扩散燃气在点(x，y，z)处的质量浓度，kg/m3 x、y、z——x、y、z方向上距泄漏点的距离，m u a ——平均风速，m/s δ x 、δ y 、δ z ——x、y、z方向的扩散系数，m
h——泄漏点高度，m ρ (r)——距离泄漏点r处的燃气质量浓度，kg/m3 d r——空间内任意一点到泄漏点的距离，m a、b——扩散系数，m t——静风持续时间，s，取3600的整数倍 扩散系数可查HJ/T 2.2—93《环境影响评价技术导则大气环境》得到。2.2 重气扩散模型 液化石油气密度比空气密度大，属于重气。该类气体泄漏时在重力的作用下会下沉，这时使用高斯模型计算的结果会使泄漏燃气扩散速度偏大，泄漏源附近的浓度偏小。为了解决这个问题，可以引入最早由Van Ulden提出，并由Manju Mohan等发展的箱式模型[1]。箱式模型分为两个阶段：泄漏后的重气扩散阶段和重气效应消失后的被动气体扩散阶段。 重气泄漏后首先是重气扩散阶段。在这个阶段，重气云团由于重力作用逐渐下沉并不断卷吸周围的空气，在卷吸空气的同时，气云受热，最终当重气云团与空气的密度差＜0.001kg/m3时，可认为气云转变成中性状态。 随着重气的继续扩散，气云所受的重力不再是影响扩散的主要因素，而大气湍流扩散逐渐占主要地位，这时便是被动气体扩散阶段，可以应用高斯模型计算泄漏燃气的扩散。 3 结论 使用泄漏模型可以计算出燃气泄漏的理论量，此量为扩散计算提供基础数据，可以依据此量分析泄漏后的扩散范围以及预测评价事故后果。使用扩散模型可以对燃气泄漏后的危险区域进行预测。泄漏模型和扩散模型都有各自的适用条件和范围，应该根据泄漏扩散的具体情况分析选择相应模型。
氯气泄漏扩散计算模拟 （1）氯气泄漏扩散过程 氯气管道、阀门、压力表或液氯钢瓶的材质、焊缝以及腐蚀造成的强度下降等设备缺陷原因都可能引起容器破裂从而引发氯气泄漏，使氯气迅速扩展。 氯气属于重气，它泄漏时的扩散机理与一般烟囱热污染性烟羽的扩散完全不同，它在地表的释放可分为三个过程。 初始阶段：气云刚形成的阶段，主导其运动的作用力为释放的惯性及外界的平均风速。 重力扩展阶段：初始的动量消失后，主导作用为重力及外界的湍流扰动，由于重力使气团下降到地表拓展范围，而且稀释作用主要靠大气湍流以及气云下降引起的湍流卷增作用引入外界空气。 被动扩散阶段：当气云经一段时间混合稀释后，其密度和温度或浓度逐渐接近外界空气，主要靠大气的湍流。 （2）氯气危害浓度 根据有关资料，氯气的半数致死浓度，即引起实验染毒动物半数死亡的毒物浓度为850mg/m3。氯的最高允许浓度为1mg/m3，即在一个工作日内任何时间都不应超过的浓度。选取浓度850mg/m3（283ppm）、300mg/m3（100ppm）、90mg/m3（30ppm）、30－90mg/m3（10－30ppm）、15mg/m3（5ppm）、5mg/m3（1.7ppm）和1mg/m3（0.3ppm）7种浓度分别计算氯气泄漏的影响范围。 浓度 伤害分区危害程度Mg/m3ppm 850283深吸入少量可能危及生命 300100致死区（A区）可能造成致命性损害 9030重伤区（B区）引起剧咳
（3）液氯泄漏量计算 流体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算。其泄漏速度为： () gh p p A Cd Q 220+-??=ρ ρ （7-1） 式中Q 0——液体泄漏速度，kg/s ； Cd ——液体泄漏系数； A ——裂口面积，m 2; ρ——泄漏液体密度，kg/m 3; P ——容器内介质压力，Pa ； P 0——环境压力，Pa; g ——重力加速度，9.8m/s 2; h ——裂口之上液位高度，m 。 对于非常压下的液体泄漏速度，主要取决于内介质压力与环境压力之差和液位高低。 （4）液氯容器破裂形成毒害区半径估算 液化介质液氯在容器破裂时会发生蒸气扩散，从而造成大面积的毒害区域，其毒害区按如下方法估算。 设液氯质量为W （单位：kg ）,容器破裂前器内温度为t （单位：℃），液体介质比热为C[单位：KJ/（kg ?℃）]当容器破裂时，器内压力降至大气压，处于过热状态的液化气温度迅速降至标准沸点t 0（单位：℃），此时全部液体所吸收的热量为：
琼脂扩散实验原理 一、琼脂扩散实验的基本过程 1、实验目的 掌握双向琼脂扩散试验的原理、操作方法及结果判定方法。 2、材料与试剂 传染性法氏囊病毒标准抗原、传染性法氏囊病毒标准阳性抗体，待测鸡血清，精制琼脂粉， 生理盐水、载玻片，打孔器（直径3mm）、湿盒、吸管等。 3、实验步骤 （1）．预复琼脂玻板的制备 将溶化的1%预复琼脂用滴管加玻板上，使之能将表面覆盖即可，放于温箱内干燥（或自然干燥），即可用以制备凝胶板。 （2）．凝胶板的制备 溶化琼脂糖，在水平桌上将溶化的琼脂糖倒在预复琼脂玻板上，制成厚度约3～4mm厚的琼脂糖凝胶板，待冷却后根据所需形状打孔（注意不宜在室温下放置过久，尽量缩短操作时间，以免干燥）。 梅花型： （3）．免疫扩散及结果观察 将抗原加入中心孔，倍比稀释的免疫血清加入周围孔，留1孔加双蒸水，以作空白对照（注意：加样至孔满为止，不可外溢）。待孔内液体渗入凝胶后即可放于温盒中（如需要可重复加样，加样间隔时间应掌握在第一次加样后孔内液体尚未完全扩散完的情况下即加入，以免孔周围形成不透明的白色圈）。湿盒于25℃中，一般保温2 4～48h，观察抗原抗体产生的白色沉淀线。 免疫血清的滴度以一定抗原浓度下出现白色沉淀线的最高稀释度来表示。 如不知抗原浓度是否与免疫血清相当时，抗原也可倍比稀释，多做几个梅花孔以 作比较。 4、标本的保存 为了保存标本，可染色处理，步骤如下： （1）用生理盐水浸洗待保存的玻板2～3天，每天换水1～2次，洗去多余的抗原抗体及其他蛋白。 （2）浸洗后于玻板的凝胶上加5%甘油或用0.5%琼脂填孔防裂，用湿的优质滤纸覆在凝胶上（两者之间不要有空气），37℃过液使其彻底干燥。 （3）打湿滤纸，轻轻揭下，洗净胶面。 （4）用0.05%氨基黑（用5%醋酸配）染色10min，再用5%醋酸脱色至背
大气污染物扩散的高斯模型模拟：可视化模拟点源大气污染的扩散Gaussian Atmospheric Dispersion Model 突发性大气污染事故时有发生，对大气污染扩散进行模拟和分析，有利于减小事故的危害，减轻人员伤亡和财产损失。高斯扩散模型是国际原子能机构(IAEA)推荐使用于重气云扩散模拟的数学模型,该模型在非重气云扩散的应用日益广泛。高斯扩散模型是描述大气对有害气体的输移、扩散和稀释作用的物理或数学模型,是进行灾害预测和救援指挥的有力手段之一。 高斯扩散模型 高斯模型又分为高斯烟团模型和高斯烟羽模型。大气污染物泄漏分为瞬时泄漏和连续泄漏，瞬时泄漏是指污染物泄放的时间相对于污染物扩散的时间较短如突发泄漏等的情形，连续泄漏则是指污染物泄放的时间较长的情形。瞬时泄漏采用高斯烟团模型模拟，而连续泄漏采用高斯模型烟羽模型模拟。高斯模型适用于非重气云气体，包括轻气云和中性气云气体。要求气体在扩散过程中，风速均匀稳定。 在高斯烟团模型中，选择风向建立坐标系统，即取泄漏源为坐标原点，x轴指向风向，y轴表示在水平面内与风向垂直的方向，z轴则指向与水平面垂直的方向，具体公式见式: (mg/s); x、y、z轴上的扩散系数，需根据大气稳定度选择参数计算得到(m)；x、y、z表示x、y、z上的坐标值(m)；u 表示平均风速(m/s)；t表示扩散时间(s)；H 表示泄漏源的高度(m)。 同理，高斯烟羽模型的表达式如： 技术方法 若用高斯模型算出空间每一个点在一个时刻的污染浓度，这个计算量是很大的。因此所设计的系统一般都是采用先进行图层网格化，由高斯模型计算出有限个网格点的上的污染物浓度，在进行空间内插得到面上每一个点的污染物浓度，并由此得到污染物浓度的等值线。整个过程的示意图如图所示
实验七、琼脂扩散试验 一、实验目的 掌握双向琼脂扩散试验的原理、操作方法及结果判定方法。 二、实验原理 可溶性抗原（如蛋白质、多糖、脂多糖、病毒的可溶性抗原、结合蛋白等）与相应抗体在半固体琼脂凝胶内扩散，二者相遇，在比例合适处形成白色沉淀。抗原和抗体加到琼脂板上相对应的孔中，两者各自向四周扩散，如两者相对应，浓度比例合适，则经一定时间后，在抗原、抗体孔之间出现清晰致密的白色沉淀线。每一抗原与其相对应抗体只能形成一条沉淀线，若同时含有若干对抗原抗体系统，因其扩散速度的不同，可在琼脂中出现多条沉淀线。且根据沉淀线融合情况，还可鉴定两种抗原是完全相同还是部分相同。所以，可用此法来分析和鉴定标本中多种抗原或抗体成份，并用以测定抗原或抗体的效价。 三、材料与试剂 传染性法氏囊病毒标准抗原、传染性法氏囊病毒标准阳性抗体，待测鸡血清，精制琼脂粉，生理盐水、载玻片，打孔器（直径3mm）、湿盒、吸管等。 四、操作步骤 1、将琼脂糖1.0克、NaCl 8.0克、蒸馏水100ml装入三角烧瓶，煮沸，然后用吸管吸取7ml 加入平皿内（勿有气泡）使成约3mm厚的凝胶，待冷却凝固后按如下图方式打孔。（注意打孔完毕要封底） 2、加样。中间孔加标准抗原，外周孔加被检血清及阳性血清（如要测被检血清的效价，外周孔可倍比稀释后依次加入）。 3、将加好样品的琼脂板置于湿盒内，于37℃温箱内放置24小时后观察结果。 结果判断：阳性：标准对照孔之间有明显的沉淀线时，受检孔与中央孔之间形成沉淀线并与阳性对照沉淀线融合。阴性：受检孔与中央孔之间无沉淀线。 五、注意事项 1、每个孔的加样量应保持一致，既使每个孔都被加满，又必须不使样品溢出孔外。 2、打孔时注意避免产生裂缝或将琼脂与玻片脱离。 六、实验报告 1、说明环状沉淀试验检测结果； 2、画出双向琼脂扩散试验中你所观察到的沉淀线，并对其进行简要说明。 3、思考题 （1）影响琼脂扩散试验结果的因素有哪些？ （2）若试验结果观察不到沉淀线，可能原因有哪些？
学号： 10412101 常州大学 毕业设计（论文）开题报告 （2014届） 题目城市燃气管道泄漏扩散后果研究 学生 学院环境与安全工程学院专业班级安全101 校内指导教师专业技术职务讲师 校外指导老师专业技术职务工程师 二○一四年三月
题目：城市燃气管道泄漏扩散后果研究 一、前言 1课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势 1.1 课题研究的意义 随着世界天然气工业的迅猛发展，2010年世界范围内天然气的消耗量达3.1×1012m3，已成为世界能源消费结构中最重要的能源，预计2020年、2030年全球天然气消耗量将达到 3.4×1012m3、3.66×1012m3，最终达到总能源消耗的25%[1，2]。目前，我国天然气的需要也已进入加速增长的阶段，在2010年，天然气在能源总需求构成中占的比例约为6%，其需求量达到约900亿立方米，预计2020年，我国天然气需求将超过2500亿立方米，在总能源消费需求中占的比例将达到10%。通过这些数据可以清楚地认识到，天然气行业在我国乃至全世界都具有广阔的发展空间。 在我国天然气资源地区分布极不平衡，因此天然气的输送研究将成为天然气工业领域的一个重要课题。管道作为天然气开发和利用的纽带起着十分重要的作用。随着天然气工业的发展，天然气管道建设也在稳步增长。截至2006年，我国天然气管道总长度达到近3×104km。预计2020年前将共铺设5×104km 天然气管线，进口管道气将达到600×108—800×108m3[3]。管输天然气的成本较低，输量较大，有着其他方式所不可比拟的优势。但是，由于管道埋设于地下，穿越地区广，地形比较复杂，输送介质工作压力高，潜在的危险很大，日常检测困难，城市发展建设活动对管道的侵扰，容易受到环境、腐蚀和各种自然灾害的影响造成穿孔、设备老化等，而且天然气具有易燃、易爆和易扩散的特性，一旦发生泄漏或断裂将有可能引发爆炸、中毒等重大事故。2010年9月13日，美国旧金山附近的圣布鲁诺镇傍晚发生地下天然气管道爆炸，事故造成7 人丧命，52人受伤，还有6人失踪。2014年1月4日，郑州市区连续发生两起燃气中毒事故致一人死亡。2014年2月12日，呼和浩特市中心发生燃气泄漏事故致1死多伤。此类事故不胜枚举，管输燃气事故屡屡发生，就迫使人们不得不对城市天燃气管道泄漏的充分重视。 因此，为了减少燃气事故伤害后果，需要对城市燃气管道泄漏扩散后果进行模拟研究。结合国内外的实际现状，对燃气管线的突发性事故进行有效预防，更好保护管道沿线的人民生命财产安全，为准确制定天然气管道的安全运行和抢修规程提供依据。对预防燃气管线的突发性事故和管道的安全运行具有重要意义。 1.2 国外的研究情况 关于易燃易爆有毒物质在大气中泄漏扩散情况的研究较多。气体泄漏以后，经原始气团释放过程，形成易燃易爆有毒气体—空气混合气云。空气混合气云在大气中扩散，根据混合气体的密度差异，可分为三种扩散模式：稠密气团（重
实验 9 双向琼脂扩散试验 目的 了解双向琼脂免疫扩散试验的原理和操作过程。 原理 将可溶性抗原和抗体分别加到琼脂板上相应的小孔中，使两者各自向四周扩散，如抗原与抗体相对应，两者相遇即发生特异性结合，并在比例适合处形成白色沉淀线。如果所加抗原和抗体标本中分别含有若干与血清学反应无关的抗原抗体，则因各种抗原的扩散系数和各对抗原抗体间的最适比例不同，以及抗原抗体复合物所形成的沉淀线具有选择性渗透屏障作用，扩散后可以形成若干条沉淀线，一条沉淀线代表一对抗原抗体。因此，通过双向免疫扩散试验，可用已知抗体（或抗原）检测未知抗原（抗体），可鉴定抗原性物质性或免疫血清的浓度、纯度及比较抗原之间的异同点。主要用于分析抗原或抗体成分定性鉴定；抗原、抗体的纯度以及抗体效价的测定。本实验以检测血清甲胎蛋白（AFP）为例。 材料 1. 1.2%生理盐水琼脂。 2. 待检血清、肝癌病人AFP阳性血清（或脐带血）。 3. AFP诊断血清（抗AFP抗体）。 4. 载玻片、琼脂板打孔器、微量加样器、吸管等。 方法 1. 琼脂板的制备将载玻片置于水平桌面上，取已溶化的盐水琼脂3.5ml，倾注于载玻片上，使其自然流成水平面。待琼脂凝固后，用打孔器按图打孔，孔径3mm，孔距5mm，挑出孔中琼脂。 2. 加样于中央孔加入AFP诊断血清，周围1、4孔加入已知AFP阳性对照，2、3、5、6孔分别加入待检血清。（不同样本应更换吸头） 3. 反应将琼脂板放入湿盒内置37温箱中，24h后取出观察结果。 结果观察 观察孔间沉淀线的数目及特征。本试验1、4两孔（AFP阳性血清）与中央孔（抗AFP抗体）之间应出现清晰的乳白色沉淀线。其余各孔 则根据与中央孔之间有无沉淀线的特征判 断结果。如图所示，2孔待检血清标本与中 央孔产生沉淀线，并与相邻阳性对照所产 生的沉淀线互相融合，则表示阳性；3、5、 6孔与7孔间无沉淀线，为实验阴性。 注意事项 1. 加样时不要将琼脂划破，以免影响沉淀 线的形成。 2. 反应时间要适宜，时间过长，沉淀线可解离而导致假阴性，时间过短，则沉淀线不出现或不清楚。 3. 加样时抗体、阳性血清及每份待检标本应各用一支加样器（或更换吸头），以免混淆，影响试验结
实验六双相免疫扩散试验 一．实验目的 1.复习巩固免疫化学的基本知识。 2.熟练掌握免疫扩散法的操作步骤。 二．实验原理 抗原和抗体在含有电解质的琼脂凝胶板的对应孔中，各自向四周凝胶中扩散，当二者发生特异性反应时，在浓度比例合适处形成可见的白色沉淀线。沉淀线的特征与位置不仅取决于抗原，抗体的特异性和浓度，而且与其分子的大小及扩散速度有关，当抗原体存在多种成分时，将呈现多条沉淀线以至交叉反应线，因此可用来检查抗原和免疫血清的特异性、纯度或浓度
比较抗原之间的异同点，因而应用范围较广。 本实验用于检测免疫成功与否及所产生的抗体的效价，抗体效价以出现明显沉淀线时的抗体的最高稀释度为判定终点。一般来说，当效价≥1:16时（可在1:64以上），即可放血收集血清。 三．实验用品 1.待测血清（抗体）。 2.0.4%BSA（抗原）。 3.琼脂粉、生理盐水。 4.载玻片、吸管、滴管、打孔器、湿盒等。 四．实验操作 1.制备琼脂凝胶：生理盐水配制浓度为12g/L的琼脂，完全溶化至澄清。 2.浇板：将载玻片置于水平台上，吸取琼脂加在玻片上，盖满、平整、无气泡 3.打孔：待琼脂凝固后，按下图打孔。 图1 打孔示意图 4.加样：中心孔加入抗原，1-6孔所加血清的稀释度分别为： 1:1，1:8，1:16，1:32，1:64，1:128，每孔加样10μl。 5.扩散：将加好样的琼脂板放入湿盒中，室温放置1-3d观察结果。 五．实验结果 24h后肉眼观察可见只在1号孔和中心孔之间产生了乳白色沉淀线，其它孔都之间都未出现沉淀线。
图2 扩散结果示意图 六．分析讨论 1．本次实验出现了沉淀线，但是只有1号孔和中心孔之间产生了乳白色沉淀线，其它孔都之间都未出现沉淀线，说明免疫成功，但所产生抗体的效价≥1:1且＜1:8，抗体效价过低，需加强免疫再做鉴定才能作后续实验。 2. 本次实验中的反应为沉淀反应，虽然发生机制与凝集反应基本相同，但 是沉淀反应的沉淀原分子小，单位体积内总面积大，故在定量 试验时，通常稀释抗原。 3．注意事项：①用琼脂浇载玻片时，载玻片必须保持水平位置。打孔时不要将琼脂打穿。 ②每个孔的加样量应保持一致，既使每个孔都被加满，又必须 不使样品溢出孔外。加样时不要将琼脂划破，以免影响沉淀线 的形成。 ③反应时间要适宜，时间过长，沉淀线可解离而导致假阴性， 时间过短，则沉淀线不出现或不清楚。 ④试验前应做预试验，初步确定抗体的稀释度。
[4] John M.Si mile.Detailed chemical kinetic models for the combustion of hydrocarbon fuels[J].Progress in Energy and Combustion Science29:599 634(2003). [5] G.Loeffler,H.Herbier.,Does CO Burn in a Fluidized Bed? A Detailed Chemical Ki netic Modeling Study[J]. Combustion and Flame129:439 452(2002). [6] 蒋勇、邱榕.耦合详细反应动力学机理的碳氢燃料预混 火焰结构数值预测[J].江苏大学学报,1007 1741(2002) 02 0022 04. [7] 范维澄,王清安,张人杰,等.火灾科学导论[M].武 汉:湖北科学技术出版社,1993,390 391. [8] U Mass,S. B.Pope,Simplifying Chemical Kinetics:Intrinsic Low Di mensional Mani folds in Composition Space.[J], Combustion and Flam,88:239 264(1992).[9] R Bender,T Blasenbrey,M ass U.Coupling of detailed and ILDM reduced chemi stry wi th turbulent mixing[C]. Proceedin gs of The Combustion Insti tute28:101 106Part1 (2000). [10] A T Norris,S B Pope.Modeling of extinction in turbulent di ffusi on flames by the veloci ty dissipation compositi on PDF method[J].Combustion and Flame100(1 2):211 220JAN 1995. [11] J Nafe,U Mass.Modeling of NO formation based on ILDM reduced chemistry[C].Proceedings of The Combusti on Insti tute29:1379 1385Part12003 收稿日期:2008 09 25;修回日期:2008 11 20 第一作者地址:湖南省湘潭县金桂路消防大队 电话:(0732)7801119 危险化学品泄漏扩散数值模拟研究综述 朱 毅1,刘小雨2 (1.中国人民武装警察部队学院,河北廊坊 065000;2.合肥市消防支队,安徽合肥 230031) 摘要:对危险化学品泄漏扩散数值模拟的研究进行了综合。在总结、比较常见的几种经验模型和CFD模型的特点基础上,得出CFD模型的可靠性要优于经验模型,其中C FD数值模拟中湍流模型的选择和优化尤为重要。在此基础上,提出了危险化学品泄漏扩散数值模拟进一步研究的方向。 关键词:危险化学品泄漏;扩散;数值模拟;优化 1 引言 近年来,随着我国经济的快速发展,对石油化工原料的需求也在逐年增加,由此导致危险化学品在生产、储存、运输和使用过程中事故频发,其中由危险化学品泄漏扩散而引发的火灾、爆炸和中毒事故占有很大比例。如2004年4月16日,重庆天原化工厂发生的氯气泄漏事故;2005年3月19日,京沪高速公路液氯泄漏事故;2006年12月5日,抚顺市100多t液态液化石油气泄漏事故;2007年2月25日,陕西临潼丙烯槽车泄漏事故等,这些事故都不同程度的造成了一定的财产损失和人员伤亡。深入研究危险化学品泄漏扩散规律可为风险评价、应急预案的制定和实施抢险救援提供技术支撑[1]。 20世纪70年代美英等发达国家就开始对危险化学品泄漏扩散规律进行研究,我国自20世纪90年代也开始了这方面的研究,在国家 八五、 九五、 十五及 十一五项目的支撑下,取得了很大进展,并在事故预防及事故处理过程中得到了广泛应用。近三十多年来,关于危险化学品泄漏扩散规律的研究主要有以下三种方法:大规模现场试验、实验室研究和计算机数值模拟研究[2],而计算机数值模拟根据所采用的计算模型又分为经验模拟和计算机仿真模拟,计算机仿真模拟是当前危险品泄漏扩散规律研究的热点。在计算机数值模拟中,数值模型的选择在很大程度上决定模拟结果的可靠性和适应性。近二十年来,关于危险化学品泄漏扩散数值模型的研究主要有经验模型和CFD(C omputational Fluid Dyna mics)模型。 2 经验模型 采用经验模型进行数值模拟是20世纪90年代研究危险化学品泄漏扩散规律的主要方法,所采用的数值模型主要有高斯模型、B M(B ritter and Mc Quaid)模型、SUTTON模型及FE M3(3 D Finite Element Model)模型等。由于影响泄漏扩散的因素很多,因此所有的这些经验模型都是建立在一定理想假设条件之上,也就限制了其适用范围。经验模型按其发展过程主要经历两个阶段:中性、浮性云扩散数值模型和重气云扩散数值 35 2008年第12期消防技术与产品信息