气体云团的扩散系数与风险评估

基于风险评价目的，不需要精确地建立泄漏产品扩散模型。要紧的是其泄漏所造成的损害倾向，对于一个即使在低浓度下也会造成重大伤害事件的物质来说，将其泄放到一个能够快速并广泛扩散的地域，就是最大的危害。

如果某产品从管道溢出，所泄放出来的不是气体就是液体（或是这两者的混合物）。当泄漏气体时，产品有着更大的自由度，同时更易于扩散。这一特性可以说有利有弊，因为产品可能蔓延到更广的区域，但是其浓度降低了。随着气体的扩散，可燃气体将会夹带着氧气，因而成为可燃性混合气体。有毒气体会随着其浓度的降低，而使毒性降至安全的暴露水平。

大气中气体的相对密度将在某种程度上确定出其扩散特性。重质气体一般保持较高的浓度，并聚集在低洼地区。轻质气体会由于空气的浮力而向上漂浮。每一种气体的密度均将受到所在区域的空气温度、气流和地形等因素的影响。

管道中泄漏出的液体产品则会造成不同的影响，如环境损害，这其中包括地下水的污染，而其可燃性是最直接的问题，其毒性则可能具有一定的短期和长期的危害性。我们必须始终记住环境对于某些物质的敏感性。

物质中有害成分的减少有利于降低危害性。这是可以通过生物降解、光解和水解等自然反应来实现的。如果这些反应所产生的副产品比原始物质的危害性小，若这种情况是经常发生的话，那么则相应地降低该物质的危害性。减少物质的扩散范围同样也降低了危害性。从风险的角度来看，扩散的程度影响可能因危害到的地域大小而不同，因为较大面积的污染则会产生更多的危害生命的机会。

通过对泄漏自身以及管线附近的人口等因素的分析而得出扩散系数。

1.泄漏分值的确定

确定泄漏分值时，对液体和气体采取不同的评分方法。

（1）气体云团——气体泄漏

评价者最感兴趣的是气体云团的形成特征以及管道发生泄放后的扩散特性。气体可能是从最初为气态的管输产品中形成的，或者可能是管输产品从管道中逸出时或积聚到地面以后蒸发形成的。气体融入空气中的数量以及从其泄漏源头随着距离而变化的气体浓度都是众多模拟试验为之努力的研究课题。

“气体云团的形成是怎样影响风险进程的？”。气体云团会造成两种潜在的危害。如果形成气体云团的是有毒性的产品，就会出现第一种危害。于是，对于任何一个接触到云团的敏感生物来说则面临着威胁。较大的云团提供了较大区域的接触机遇，因此也就意味着巨大的危险。值得注意的是：置换氧气的云团也可能是有毒的，会使生物窒息而死。如果云团具有可燃性，则存在着第二种危害。当云团遇到火源时，就会发生火灾和/或爆炸事故。较大的云团就会有较大的遭遇火源的机会，同时也增大了其破坏潜能，因为较大的云团包容了更多的可燃性物质。毫无疑问，云团可能包含了毒性和可燃性这两种危害。云团可能是看不见的，它可能具有非常低的浓度—该泄漏产品在空气中仅仅有百万分之几的浓度。然而，即使是在低浓度的情况下，云团都可能具有危害性。

诸多变数影响着气体云团的扩散。即使对于一个相对封闭的系统，极端的复杂性也使得这个问题只能获得近似解。一个有些封闭的系统的例子是小型化工厂发生一定的泄漏，已知现场的地形情况不变，并且可根据实时数据适度地评估天气状况。另一方面，长输管道由于增加了许多变量，如土壤状态（水分、温度、导热系数等）经常不断改变着的地形与气候（日照量、风速和风向、湿度及海拔等因素）以及确定泄漏源的难点，而使问题复杂化。即使是迅速地蒸发，易挥发性的管输产品在泄漏后也可能马上以液体形式积聚在低洼地方，例如像丙烷或乙烯，于是，这个集液池将会变成二次蒸发的源头。蒸气的产生取决于集液池的表面温度，而这个表面温度又受气温、池上风速，以及池上日照量和土壤的导热系数等因素的控制（见图3-21）。土壤的导热则又受制于土壤水分、土壤类型和上几周天气情况，即使所有的因素均能准确地测量出来，该系统仍然是非线性的，是无法得到精确解答的。

通过研究扩散，可以揭示出一些简单原理以运用于风险评价之中。通常，用蒸汽的生成速率（而不是蒸汽总的泄放量）来确定云团的大小。在某一给定的大气条件下云团达到一个平衡状态。在这种平衡状态下，由释放点增加的蒸汽量正好等于离开云团边界的蒸汽量（云团边界可被定义为任一蒸汽浓度水平）。所以，当气体逃逸云团的速率等于进入云团的速率时，其云团的表面区域将不会再增大了（见图3-21）。云团边界的气体逃逸速率取决于当时的气候条件。因此，云团将保持这个大小，直到大气条件或者泄漏速率发生改变为止。这就生成了一个可量化的风险变量：泄漏率。

最后的结论是，蒸汽云的范围大小取决于泄漏物形成蒸汽的速率而不是总量。蒸汽云中的蒸汽会向外扩散，并脱离开蒸汽云的边界，与此同时，地面泄漏的气体或挥发物上升，并加入蒸汽云，最后达到平衡。其范围大小还与泄漏物组成成分的分子量有关，分子量越大，形成的云密度也越大，则受到浮力及气流（由温差和风引起）的影响较密度小的云小，亦即不易散开。

因此，依据泄漏率和分子量这两个关键变量来评估有关气体云团扩散的风险。泄漏物为气体（包括挥发蒸汽）的泄漏分值可参考表3-43确定。可初步判断，泄漏分越小，影响系数越小，冲击指数越大，说明危险性越大。

图3-21 管道破裂时产生的气体云团

表3-43 泄漏物为气体或强挥发性液体时泄漏分值的评分表

（2）液体泄漏(www.xing528.com)

此处要所评价的是主要是以液体形式的产品泄漏所造成的各种不同性质的危害。也就是说，如泄漏物的大部分仍保持液态时，应按此处所推荐的方法评定泄漏分值。

根据泄漏扩散的程度来确定液体泄漏危害的程度，主要依次考虑泄漏量的大小、泄漏产品的种类和泄漏发生地的环境特性等因素。泄漏量的大小则要视泄漏速率和泄漏的持续时间而定。泄漏发生地的环境特性有助于确定其泄漏产品的流动——可能泄漏到空气、地表水、土壤及地下水中。管道中最为常见的是泄放到土壤或岩石之中。这也就意味着地下水存在着被污染的可能性。

因此，液体的泄漏分值简化为按土壤的渗透率及泄漏量两个变量来确定。针对液体泄漏到土壤的渗透性，可以使用表3-44进行评分，土壤渗透率越高，评分越高，危险性越大。可根据最糟状况下1h的产品泄漏量给予评分值（表3-45），泄漏量越大，评分值越高，表明危险性越大。

表3-44 土壤渗透率评分表

表3-45 液体泄漏量评分表

于是，液体的泄漏分值按照下列方式确定：泄漏分（液体）=（土壤渗透率评分+泄漏量评分）÷2+调整系数。对这个平均数进行调整——假如其泄漏检测和应急反应措施可确保降低50%的泄漏和扩散的话。

2.人口分值

通过对一些事件的后果分析，发现最关键的参数就是人们与管道事故地点的邻近程度。这会影响到急剧危害和长期危害两个方面。在泄漏分评出后，还需求取人口状况分值。

用美国运输部（DOT）Part192的1、2、3和4级的地区等级来考虑人口密度。1类地区人口最少，4类地区人口最多，具体分类办法见表3-46。

表3-46 DOT地区分类法

注：1.规定面积指由管道中心线两侧各201米、沿管道长度1600米的长方形区域；

2.在规定面积内虽然住户少于46户，但学校、教堂、购物中心等也归于3类地区。

管道所经地区的类别确定后，即可按表3-47确定人口状况分值。人口越密集，人口状况分越高，表明越危险；反之人口越稀少，人口状况分越低，就越安全。

表3-47 人口状况分值的评分表