使用EFFECTS識別火災中的煙氣羽流危害

在化工行業中，使用的很多燃料為有機碳氫化合物，其中往往含有少量重金屬和硫化物等物質。這些燃料經過燃燒後產生的有毒產物會對人體健康產生傷害並導致大氣汙染。

例如，機場航空煤油加油站的輸油軟管破裂，煤油洩漏出來形成液池，一旦遇到火源將發展成為池火；如果倉庫儲存有可燃的固體物料，在出現火花時，這些物料將被點燃引發倉庫火災。這類事故場景將產生高溫煙氣羽流，擴散到大氣中，而燃燒產生的一系列有毒燃燒產物將隨著煙氣羽流自由擴散，從而對人體健康及環境造成危害。

圖1 倉庫火災中有毒燃燒產物隨煙羽擴散的危害

因此，對煙氣羽流擴散軌跡中燃燒產物的毒性濃度分佈進行評估，是至關重要的。安全專業人員可藉助評估結果進行危害識別、安全分析及制定應急預案。Gexcon為此開發“Plume Rise Model”模型，並已用於後果模擬軟體EFFECTS中。該模型不僅可以計算出煙氣羽流的擴散軌跡，得到水平方向上特定濃度閾值的危險距離，還可計算煙氣羽流在高空的大氣混合層發生滲透或反射現象。

圖2 EFFECTS軟體中應用“Plume Rise Model” 的計算結果示例

當煙羽擴散初始動量較大（例如煙囪排放量較大），將穿透大氣混合層。由於混合層邊界處沒有垂直湍流，混合層上方的煙羽將永遠不會擴散回混合層下方，因此該部分煙羽不會對地面附近產生影響。此外，對於混合層下方的煙羽而言，還應考慮混合層對煙羽的反射作用。煙羽被混合層反射及穿透混合層現象如下圖所示。

圖3 左：混合層對煙羽的反射現象

右：煙羽穿透混合層的現象

在評估有毒煙羽擴散後果時，考慮混合層的穿透及反射作用非常重要。例如，在消防隊撲滅火災時，為了撲滅大火會最大限度的降低火災產生的熱量，但熱量的降低也會使煙羽的擴散動量減小，從而導致更多的煙羽被限制在混合層高度下方，反而會對地面附近產生更大的危害。當然，火災的撲滅也應該考慮其它因素，例如火災引發的多米諾效應。