图C.2 夜晚持续释放硫化氢的预测暴露半径〔PG F级〕——风速3.540km/h(2.2mile/h)
图C.3 白天瞬时释放硫化氢的预测暴露半径〔Slade A级——风速8.045km/h(5mile/h)〕
图C.4 夜晚瞬时释放硫化氢的预测暴露半径〔Slade B级——风速3.540km/h(2.2mile/h)〕
表C.1描述了下风向时硫化氢浓度及其释放量/速率所对应的暴露半径(ROE)数字预测的线性回归系数。方程式见C.8,这些系数只有在图C.1~图C.4中所给出的范围内才可以采用,如果用外推法,将导致地暴露半径(ROE)值过于保守的估计。任何超过15min以上的释放应视为连续释放。本附录中模型建立基于气象条件是稳定的假设。长平均时间(8h)和长下风距离预测出的暴露半径(ROE)值是保守的,这是因为不可能在此期间气象条件一直不变。 C.4 其他考虑
本附录中建模工作是假设平衡浮力的气态硫化氢稳定的气象条件下释放在平坦的乡村地形。图C.1~图C.4所示的暴露半径(ROE)值代表包括各种场所和释放条件下硫化氢释放的一般情况。实际暴露半径(ROE)值取决于具体释放类型、释放条件和场所。如在有较多建筑物等的城区附近的场所硫化氢释放的暴露半径(ROE)值将大大减少,这是由于建筑物导致的紊流所致。一些其他可能明显影响实际暴露半径(ROE)值的情况包括:液体/气体悬浮物的释放、密集的云雾、烟羽抬升、喷射释放、不稳定释放(井喷、管线破裂等)和复杂的地形等。如果有上述任何一种情况存在,应建立更加严格的模式。
当扩散的硫化氢和携带气混合物的密度比空气重得多,并且释放速度很慢时,图C.1~图C.4中的暴露半径(ROE)曲线不能用。如果硫化氢和携带气混合物的相对密度高于1.2左右,图C.1~图C.4可能不能对所有释放速度和气象条件都给出保守的暴露半径(ROE)。在石油工业中经常遇到的硫化氢,通常在携带气体,如天然气或二氧化碳中含量都较低。二氧化碳的相对密度的1.52。硫化氢/二氧化碳混合物的扩散预测,低速释放的情况下,使用密集气体模式有时会得到过低的硫化氢暴露半径(ROE)预测值。低速率的气体释放应包括初始速度低于60.96m/s(200ft/s)和因气体从释放源喷射出撞击附近表面而使喷射动力下降的高于60.96m/s(200ft/s)的释放。同样地,图C.1~图C.4不能用于潜在的含有气溶胶的硫化氢/携带气体的释放。
图C.1~图C.4也可能过高地预测暴露半径(ROE)。对于当硫化氢/携带气混合物比空气轻得多(例如相对密度低于0.8)的低速释放,使用这些图例其暴露半径(RPE)的高估系数可达2~3。使用这些图例会导致对高速释放的硫化氢/携带气混合物〔例如气体释放速
率大于60.96m/s(200ft/s)〕暴露半径(ROE)值的过高预测,无论其释放方向如何。其过量预测对垂直高速释放十分明显,可以达以2个数量级的差异。使用者宜参考更加严格的大气扩散模式。
当计算危险气体释稀释浓度的暴露半径(ROE)时,可能导致过高的预测。例如,实际上不可能指望下风方向的大气浓度高于稳定释放流束中的浓度。使用者宜参考更加严格的大气扩散模式。
总之,硫化氢/携带气混合物的组成、释放速率和方向都是关键的变量,能极大地影响硫化氢的暴露半径(ROE)预测值。当然,其他变量,如释放气体的温度、含有硫化氢溶解液的闪蒸和气溶胶形成等,都会对暴露半径(ROE)预测产生大的影响。精确的大气扩散模拟技术十分必要,同时也是复杂的。在某些环境下,如上所述,可能要求建立更加严格的模型。
已有一些参考资料和模型可用于描述特定的释放情况。C.5和C.6列出了部分可用于这些情况的模型。美国石油学会(API)没有认可任何具体模型。可以从模型开发者或该领域内有经验的人士处获得有关模型选择和使用的更多指导。加拿大艾得蒙顿的阿尔伯塔大学机械工程系的Wilson,D.J.所著“Release and Dispersion of Gas from Pipeline ruptures”是有关井喷和管线破裂的参考资料。
当使用者计算出的硫化氢的释放量低于图C.1~图C.4的范围时,暴露半径(ROE)曲线可以延伸到最小的暴露半径(ROE)值15.24m(50ft)。在某些情况下,15.24m(50ft)以下的值可以由外推曲线的方法得出。图C.1~图C.4由一个假设的释放高度加上3.048m(10ft)烟羽抬升高度而得出。若实际不是3.048m(10ft)的释放高度将会得到不同的暴露半径(ROE)。
如果用户计算的硫化氢释放量低于图C.1~图C.4所显示的范围,允许暴露半径(ROE)曲线延伸到最低暴露半径(ROE)值15.24m(50ft)。在某些情况,低于15.24m(50ft)的暴露半径(ROE)可通过外推曲线而得出。采用假设释放高度加上3.048m(10ft)的上升热柱,发展了图C.1~图C.4。实际释放高度导致不同的暴露半径(ROE)。 C.5 专利扩散模型
注:使用者宜仔细地评做这些模型对主导条件的适用性。 以下为可以用于特定场合的一些专利模型:
CHAEM(Radian Corporation): CHARM是一个可以用于连续地或瞬时地释放气体或液体的Gaussian模型。该模型设计为处理悬浮、平衡悬浮和重于空气的化学物的扩散。重质气体的扩散由Eidsvik模型估算。本模型组件的来源包括壳牌公司SPILLS模型的改进版本(Radian Corp.,850MOPAC Blvd.,Austin,TX 78759)。
FOCUS (Quest Consultants,Inc.):FOCUS是一个包括发散速率模型(两相排出、储存池蒸发、喷气释放排出等)和用于平衡悬浮和致密气体烟羽扩散模型的软件包。该模型可以分别使用或联合使用(Quest Consultants,Inc. 908 26th Avenue,NW,Suite 103,Norman,OK 73069-6216)。
TRACE(Dupont):TRACE使用多重的Lagrangian Wall扩散模型处理间歇和连续释放。可以将风道结合考虑,也可以将液体蒸发和悬浮效果考虑进去(E.I.Dupont de Nemours & Company,5700 Corea Avenue,Westlake Village,CA 91362)。
WHAZAN(Technica International):WHAZAN是一个用于平衡悬浮和致密气体烟羽扩散模型的软件包。它同时含有可以处理两相排出、蒸发和自由喷射式蒸气扩散的子模型。这些模型可以单独运行也可以连接运行(Technical International Associates,Inc.,Box
187,Woodstock,GA 30128-4420)。 C.6 公众可以获得的模型
注:使用者宜仔细地评估这些模型对主导条件的适用性。 以下为公众可以获得的一些可以用于特定场合的模型:
DEGADIS(美国海岸警卫队):DEGADIS为重于空气气体的扩散模型。它可以用于液体池蒸发气体的扩散和喷射扩散。基本上是一个稳态的,但却是用系列稳态计算的方法模拟过滤态。蒸气产生的速率、池的面积、气象参数等都是重要的输入数据。可以由美国商务部的NTIS(国家技术情报中心)获得有关资料,Springfield,VA 22161。
HEGADAS(Shell Research B.V):HEGADAS是一个用于平衡悬浮和致密气体扩散的模型。其基本的模型是对平流/扩散方程式和标准形式的高斯扩散模型求解。该模型的适用范围宽,包括瞬时水平喷射。可以由美国商务部的NTIS(国家技术情报中心)获得有关资料,Springfield,VA 22161。
SLAB(Lawrence Livemore National Laboratory):SLAB设计用于由溢出液体所产生的致密气体发散,该模型考虑了在垂直于羽状中心线的截面处的浓度聚集。计算了下风方向的浓度变化。溢出液体所产生的致密气体发散的量和速率是模型要求输入的数据,可以从Lawrence Livermore National Laboratory,Box 808,Livermore,CA 94550,或API,Health & Environmental Sciences Department,1220 L Street,NW,Washington,DC 20005获得有关资料。
C.7 图C.1~C.4的计算示例
下列的计算式可用于当已知总体积及其硫化氢含量时,估算硫化氢的体积和质量。 对连续释放:
假设:释放141584m(5000000SCFD)的天然气,所含硫化氢为12000mg/m(8000ppm)。 注:用户必须知道天然气体积(或流动速率)和硫化氢浓度,以便有效利用图C.1~图C.4。
为了计算以SCFH(标准立方英尺每小时)为单位的硫化氢释放量,需按下式计算:
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为了计算以磅每小时(1b/h)为单位的硫化氢释放量,需按下式计算:
对瞬时释放:
假设:释放2831.68m(100000SCFD)的天然气,所含硫化氢为12000mg/m(8000ppm)。同样假设在白天释放,风速为8.045km/h(5mile/h)(见图C.3)。
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