摘 要

氨用途广泛，但氨具有可燃、有毒、易爆等危险性，而且其在常态下为气态，扩散速度很快，对人们生命财产的威胁越来越引起关注。近些年来，研究人员对于液氨泄漏模型的建立和扩散的分析进行了大量的工作，但很少关注隧道内的液氨罐车泄漏的研究。

本文利用伯努利方程获得液氨泄漏速度，使用PyroSim软件对隧道内发生的液氨罐车泄漏进行模拟，探讨出建立的隧道模型在不同风速下氨气扩散的规律。根据液氨泄漏后氨气烟雾扩散的情况，获得关于氨气烟雾的数值模拟，使用图例的形式对比分析液氨泄漏氨气烟雾扩散的影响。研究的结果可以为人群疏散、应急救援等措施提供理论依据。

关键词：液氨泄漏;公路隧道;PyroSim软件;事故模拟;应急救援

Abstract

Ammonia is widely used, but ammonia is flammable, toxic, explosive and other dangerous, and it is the gas in the normal state, and its diffusion rate is very fast, which the threat to people's lives and property is more and more attention its dangerous. In recent years, researchers for the analysis of liquid ammonia leakage model establishment and proliferation of the large amount of work, while little attention is paid to the research in the tunnel of the liquid ammonia tank leakage.

The Bernoulli equation for liquid ammonia leak rate, occurred in the tunnel of liquid ammonia tank leak was simulated using PyroSim software, to explore a tunnel model is established under the different wind speed ammonia diffusion rules. According to the liquid ammonia leak after ammonia smoke diffusion, numerical simulation on the smoke of the ammonia, use the legend form contrast analysis of liquid ammonia leakage of ammonia smoke diffusion effects. The results of the study can provide theoretical basis for the evacuation, emergency rescue and other measures.

Keywords: Ammonia refrigeration; highway tunnel; PyroSim software; accident simulation; emergency rescue

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 3

1.3 课题主要研究内容 3

第2章 隧道液氨泄漏的相关理论基础 4

2.1 计算流体动力学综述 4

2.1.1 计算流体动力学 4

2.1.2 计算流体动力学的研究步骤 4

2.2 液化气体泄漏扩散模型 5

2.2.1 液化气体瞬时泄漏扩散模型 5

2.2.2 液化气体连续泄漏扩散模型 6

2.3 液氨泄漏速度 6

2.4 氨气的危害性 7

2.4.1 氨的理化性质 7

2.4.2 氨的主要危害性 8

2.5 氨泄漏危险区域的确定 8

2.6 本章小结 9

第3章 隧道内液氨罐车泄漏模型的建立 11

3.1 隧道模型 11

3.2 隧道内的几何模型 12

3.3 泄漏源的设定 12

3.3.1 泄漏的规模 12

3.3.2 泄漏源的位置 12

3.4 网格模型的确定 13

3.5 液氨泄漏场景的确定 13

3.6 本章小结 14

第4章 隧道内液氨泄漏事故模型模拟分析 15

4.1 液氨泄漏烟雾扩散随时间变化结果分析 15

4.1.1 自然条件下氨气烟雾扩散的模拟结果与分析 15

4.1.2 2.8m/s时氨气烟雾扩散情况及模拟分析 18

4.2 危险区域的划定 21

4.3 本章小结 22

第5章 液氨泄漏扩散的影响及处置 23

5.1 液氨事故伤害原因分析 23

5.2 液氨泄漏对隧道内外的影响 23

5.2.1 液氨泄漏对隧道内的影响 23

5.2.2 液氨泄漏对隧道外的影响 24

5.3 隧道内外应采取的措施 25

5.3.1 氨泄漏的处理原则 25

5.3.2 事故应急响应程序 25

5.3.3 液氨泄漏的处理 25

5.3.4 发生火灾、爆炸事故处理 26

5.4 本章小结 26

第6章 结论与展望 28

6.1 结论 28

6.2 展望 28

参考文献 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

课题主要是先对隧道内液氨泄漏事故做出模拟，然后利用软件对液氨的扩散影响展开分析。液氨运输可以使用车辆的液氨储罐，由于汽车运输速度较慢，而且路况复杂，容易发生液氨事故。当液氨罐车在隧道等狭长空间内如果发生液氨泄漏，由于隧道空间狭小，人员车辆较多，其对隧道内人员和设施可能造成巨大伤害。

液氨，是一种无色液体，又称为无水氨，有强烈刺激性气味，由于氨是一种重要的化工原料，为了让它的运输和储存更加安全高效，工业上经常利用加压或冷却氨气的方法来获到液态的氨^[1]。液氨用途广泛，在国防工业中，用于制造火箭的推进剂。在工业上，作为氨化原料可用于生产有机化工产品，还被大多数的冷冻厂用作冷冻剂。其泄漏事故突发概率高并常致使人员接触中毒，而且氨储罐在一定条件下，遇热或明火极易爆炸。液氨具有极强的腐蚀性，而且易挥发成氨气。氨气，NH₃，无色气体。遇水可以与水生成铵根和氢氧根，密度为0.7710g/L，相对密度为0.5971，空气为1.00。可由氮气和氢气直接合成而制得，能灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入过多，能引起肺肿胀，以至死亡^[2]。如果发生事故性泄漏，往往会对泄漏点附近的人员及环境产生巨大影响。2013年5月20日，烟台市一辆正在行驶的液氨车上的液氨钢瓶突然发生爆炸，事发后送入医院治疗的有9人，5人无大碍，其余4名伤情比较严重，好在他们都没有生命危险。

由此可见，液氨泄漏可能会给人民的生命和财产安全带来了巨大的影响，它容易引起人们的恐慌，以至于出现极其严重的群体性事件。所以当我们面对这一类事故时，运用计算流体力学软件对液氨泄漏事故展开仿真模拟，并且分析其影响范围是很有必要的。但是,当前对于隧道内液氨泄漏的模拟分析还有许多不完善的地方，主要表现在几个方面：