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随着经济的快速发展,我国电力需求不断增长,电力行业是国民经济的基础行业,电能在我国能源结构中占有非常重要的地位。发电厂投资巨大,生产工艺复杂,在许多生产环节存在着危险有害因素,导致电厂事故频发,对人们生命与财产安全构成一定威胁。而且电厂事故具有突发性、快速性的特点,在运行中,如何正确地处理事故,防止事故的扩大,快速有效地组织事故救援工作,尽快恢复机组的正常运行,是目前火电厂安全管理工作需要攻克的难题之一。而针对各种危险有害因素,做好应急管理工作,确保火电厂安全有效的运行,是构建社会主义和谐社会的基本要求,也是“安全第一,预防为主”的安全生产方针的具体体现。
我国电力结构以火力发电为主,火电厂燃煤量占全国煤炭消耗总量50%左右,这个比例今后还将不断增加,其燃煤产生的NOx也将持续增长,NOx将对我国大气环境造成严重污染。随着环境保护法律、法规和相关标准的日趋严格以及执法力度的加大,各火电厂逐渐采用烟气脱硝来实现对NOx排放的有效控制。烟气脱硝是目前世界上发达国家普遍采用的减少NOx排放的方法,烟气脱硝能达到很高的NOx脱除效率,在脱硝技术中主要的还原剂是液氨,液氨与其他还原剂相比,具有应用广泛,储运量小,有利于布置,运输成本、初始投资费用、运行费用低等优点,但是液氨是一种有毒、易燃的化学危险品,属火灾危险性乙类液体,贮存压力大,防火防爆要求高,危害性很强,具有一定的安全隐患。发电厂脱硝所用液氨储量多,火电厂液氨储罐及其管道、阀门的意外破损、爆裂以及碰撞、容器超压都可导致液氨大量泄漏,危害严重。液氨泄漏扩散不仅会造成极严重的人员伤亡、财产损失和环境污染,同时会产生很大的社会影响。
为了尽可能降低火电厂液氨泄漏产生的危害,有必要对火电厂液氨泄漏事故数学模型构建、实现液氨泄漏事故模拟及对液氨泄漏事故发生后的应急救援进行决策研究,为预防液氨泄漏事故发生和液氨泄漏事故预警提供参考,这将大大提高事故处理的准确性和有效性,因此本选题的研究具有十分重要的现实意义。
首先,构建火电厂液氨泄漏事故数学模型,液氨泄漏事故中氨气扩散的范围用数学模型进行计算,结合火电厂液氨泄漏事故发生及火电厂企业分布的特点,为了保证模拟计算的迅速和准确性,本文考虑运用高斯扩散模型对火电厂液氨泄漏事故进行分析。高斯模型在大气扩散模型中应用最为广泛,适用于中性气体,虽然模拟精度较差,但它可模拟连续性泄漏和瞬时性泄漏两种泄漏方式,由于提出的时间比较早,实验数据多,因而较为成熟。高斯模型相对其他气体扩散模型具有易于理解和运算量相对较小的特点,同时该模型计算的结果也与很多的实验值结果能较好吻合,因此具有一定的普遍性和通用性。其次,结合中国华电集团长沙电厂液氨储罐区实例对火电厂液氨泄漏扩散浓度进行等高线模拟,将σy,σz的表达式,储罐泄漏时的泄漏量、风速、大气稳定度等代入高斯扩散数学模型,得到不同条件下的数学表达式,针对火电厂液氨储罐泄漏扩散模拟过程中存在计算和分析过程复杂的问题,运用Matlab软件的综合分析计算能力及绘图优势,利用Matlab软件编程进行计算机绘图,实现泄漏扩散的直观图表示、等浓度分布及伤害分区的划分,可迅速估算出不同条件下氨气泄漏的影响范围。根据高斯数学模型大气扩散理论,应用Matlab数学软件用计算机做出的数学模型较为简单易学,而且画出的图有具体的坐标,影响区域一目了然。液氨泄漏后,会迅速气化为氨气向下风方向扩散,若能绘出发生事故后的预警图,就能够及时将可能影响到范围内的人群进行转移,防止中毒事故发生。掌握了在大气扩散基础上利用数学软件画出有毒气体扩散的影响范围这种方式后,不仅对于企业提前预知本企业发生事故后对周围环境的影响有着重要的意义,也可以为人群的疏散路线提供指导作用。最后,基于遗传算法对人员疏散模型进行研究,预测火电厂发生液氨泄漏事故后的危害范围和危害程度,对事故后要采取的救援路径进行分析,利用信息技术的优势,对液氨泄漏事故发生后的应急救援决策系统进行有效设计,模拟事故发展趋势、人员伤亡情况以及最佳救援路径和最佳疏散路径的选择,供决策者参考。
通过对泄漏扩散资料的深入分析和研究,科学地建立了火电厂液氨泄漏事故的数学模型,确定了影响火电厂液氨泄漏扩散的主要因素,影响火电厂液氨泄漏扩散浓度的因素主要有泄漏量、风速和扩散参数σy,σz,而扩散参数又与大气稳定度有关。运用Matlab软件编程,绘制出的不同条件下氨气扩散的图可以很直观的说明,影响火电厂液氨泄漏扩散范围的因素主要有三个,其一,泄漏量的大小,在泄漏量越大的情况下,有毒气体扩散影响范围就越大。其二,泄漏时的风速大小,在风速越大的情况下,有毒气体越容易扩散从而被大气稀释,扩散越快,受到有毒气体影响的区域就越小,有毒区域和死亡区域也相应缩小了。其三,大气稳定度的影响,大气稳定度越低,有毒气体越有利于扩散;大气稳定度越高,有毒气体越不容易被稀释,越不利于扩散,不利于扩散意味着气团浓度降低的慢,有毒区域和死亡区域越大。根据不同区域浓度分布和伤害分区的预测,确定在不同影响区域需要调度和配置的救援物资,对怎样以最快的速度将救援物资运送到事故现场,如何选择以及选择哪一条路径进行有效救援和疏散,使危险区域的人员在最短时间内转移到安全区域进行了有效设计。