摘要 液氯泄漏是常见的化学事故之一。通过对氯气的理化性质、危险特性和泄漏简化模型分析，估算氯气泄漏的扩散半径。同时以扩散半径作参考，为氯气泄漏事故应急处理提供技术支持。
关键词 液氯 泄漏 扩散
0 引言
氯气是我国化学事故发生率较高的危险化学品之一，氯气泄漏事故往往会导致众多人员中毒或死亡，不仅给公众的生命健康和环境造成非常严重的影响，给人民的生命财产造成了损失，而且也给抢险救援工作带来极大的困难。其重要原因之一就是人们对氯气泄漏扩散规律不甚了解，尤其是氯气泄漏扩散后中毒伤害范围的变化、安全警戒疏散距离的确定等信息不能及时获得，从而延误了中毒区域内人员的最佳救援时机。本文对液氯泄漏扩散规律进行风险分析。采用简化模型对液氯泄漏扩散进行定量分析，估算出泄漏气体扩散的伤亡半径，从而为现场警戒、人员紧急疏散，以及采取必要的补救措施提供科学的依据，有助于指导企业在发生液氯泄漏事故后，及时了解氯气的扩散范围，指导遇险人员正确逃生，避免因吸入氯气而中毒或窒息，减少伤亡事故的发生。
1 氯气的理化性质
氯气属于《危险化学品名录（2002年版）》中的2.3类有毒气体、《危险货物品名表》（GB12268-2005）中的危险物质、《剧毒化学品目录（2002年版）》中的剧毒品、《高毒物品目录（2003年版）》的高毒品及首批重点监管的危险化学品。氯气在室温下为黄绿色气体，危害主要表现为毒性危害、腐蚀性危害、燃爆性危害和环境危害，其中毒性危害是氯气的首要危害。其部分理化性质及毒性指标见表1。
2 泄漏模型的简化与建立
氯气泄漏的形式主要有三类：压力钢瓶或储罐的液氯泄漏、压力钢瓶的气氯泄漏和氯气管道泄漏。其中以压力钢瓶或储罐液氯泄漏的后果最为严重，危害最大。
液氯泄漏时，部分液氯立即闪蒸为气体扩散，一些未立即闪蒸的液氯液滴也被带走，未被带走的部分液滴形成液池，等吸收外界的热量后蒸发为氯气扩散。由于氯气的密度比空气重，相对密度为2.48，在泄漏时间少于30分钟的情况下，其系统可近似认为稳定泄漏源。以喷射状泄漏出来的氯气，无论是气态或液态，会很快在地面成为黄绿色烟雾。这些烟雾在空气中属于重气扩散，其扩散程度会受到大气风力、风速、云量、云状和日照等天气状况的影响。国内外学者建立了多种模型，最著名的有Pasqyull-Gifford模型和Britter&McQ-cauid模型，假设的条件很多，计算的方式也很复杂。但无论采用哪一种模型均有很大的时效性。如氯气泄漏，开始适用Britter&McQcauid模型，然后经空气充分稀释以后，通常的大气湍流超过了重力的影响，典型的高斯扩散特征便显示出来，此时则更符合高斯扩散模型。
太复杂的模型在实际处理事故中并不实用。实际工作中，一旦遇到氯气泄漏，比较有用的数据是确定隔离半径和疏散范围。因此，我们可以对氯气泄漏模型进行简化，以满足安全生产及安全评价工作的需要。本文采用“球缺型扩散模型”，即考虑了重气重力的影响，而暂时忽略了天气的影响。
当氯气发生泄漏后，假设地面无风，不考虑天气因素，氯气在地面上向四周扩散。重气受重力影响，向地面扩散的速度将大于向上扩散的速度，如图1所示。
设定R=2R′，V为含氯气的有毒空气体积，则扩散形成半径R的计算公式为：
R=（48V/13π）1/3………………①
式①是根据球缺体积公式V=πh2（r-h/3）推导出，过程略去。
3 扩散事故模拟计算
假设有一个液氯钢瓶发生泄漏。氯的质量为W（kg）。这时瓶内压力降至大气压，处于过热状态的液氯温度迅速降至标准状态下的沸点t0=-34.5℃。取钢瓶破裂前容器内介质的温度t=20℃，液氯平均比热Cp=0.96kJ/（kg·℃），平均汽化热q=289kJ/kg。则其蒸发量W′为：
W′=WCp（t-t0）/q…………②
氯的分子量M=71，则蒸发后产生的蒸气体积Vg（m3）为：
Vg=（22.4W′/M）[（273+t0）/273]………………………③
氯在空气中的浓度C′=0.09%时，人吸入5～10min即致死，则Vg（m3）的氯气可以产生的令人致死的有毒空气体积V（m3）为：
V=Vg/C′……………………④
根据公式①②③④，得到计算过程如下：
一个含1t液氯的钢瓶破裂时，液氯的蒸发量：
W′=WCp（t-o）/q=1000×0.96×[20-（-34.5）]÷289=181.038kg
蒸发后产生的蒸气体积Vg为：
Vg=（22.4W′/M）[（273+t0）/273]=（22.4×181.038÷71）[273+（-34.5）]÷273=49.898m3
则Vg（m3）的氯气可以产生的令人在5～10min内致死的有毒空气体积V1为：
V1=Vg/C1′=49.898/0.09%=55442.479m3
吸入5～10min的致死扩散半径为：
R1=（48V1/13π）1/3=（48×55442.479÷3.1416÷13）1/3=40.24≈40m
即1t液氯钢瓶破裂时以钢瓶所在位置为源点，半径约40m的半球形区域内的人员如果没有及时疏散或采取防护措施，将在5～10min内死亡。
同理可以计算出，吸入0.5～1h致死的扩散半径和吸入0.5～1h致重病的扩散半径：
V2=Vg/C2′=49.898/0.0035%=1425657.143m3
R2=（48V2/13π）1/3=（48×1425657.143÷3.1416÷13）1/3=118.77≈119m
V3=Vg/C3′=49.898/0.0014%=3564142.857m3
R3=（48V3/13π）1/3=（48×3564142.857÷3.1416÷13）1/3=161.20≈161m
于是可以整理出1吨液氯钢瓶泄漏扩散的影响半径，如表2所示。
4 讨论
（1）以上扩散分析是在静风状态下得出的大致数据。而在实际上，风速一般是存在的，风速的存在将对处于下风侧的员工或居民造成更广的影响。
（2）如果考虑被闪蒸氯气一起带走的液氯液滴，液氯液滴会在扩散中不断的气化。情况将更严重。
（3）随着时间的进展，如果形成的液氯液池未得到及时处理，将继续吸收周围的热量后形成氯气扩散到空气中，危害情况将持续。
（4）如果发生1t液氯钢瓶泄漏，隔离距离至少要160m。夜间或处于下风侧的位置要隔离得更远点。
5 结束语
通过以上的模拟分析，我们可以看出：1t液氯泄漏造成的伤亡范围比较大。企业应做好预防工作，如设置氯气泄漏报警仪、配备漏氯自动吸收装置等，尽量达到本质安全的效果。同时也要严格按照《生产经营单位安全生产事故应急预案编制导则》（AQ/T9002-2006）的要求，制定操作性强的应急救援预案，并适时进行预案的演练。在生产实践中，一旦发生氯气泄漏，要有统一的指挥领导，制定紧急隔离距离，封锁现场，处理事故源，及时做好周围人员及居民的紧急疏散工作。
（编辑/黄征）
