判定烟团/烟羽是否为重质气体,取决于它相对空气的“过剩密度”和环境条件等因素。通常采用理查德森数(Ri)作为标准进行判断;平坦地形下重质气体排放选择SLAB模型、平坦地形下中性气体和轻质气体排放选择AFTOX模型。
一、2018版风险评价技术导则推荐方法
建设项目环境风险评价技术导则(HJ169—2018)附录G提供了理查德森数(Ri)计算方法及气体性质判断依据。
气体性质判断分为三个步骤:
1通过对比排放时间Td 和污染物到达最近的受体点(网格点或敏感点)的时间T,判定连续排放还是瞬时排放(当Td>T时,可被认为是连续排放的;当 Td≤T 时,可被认为是瞬时排放);在本软件中,由于模型默认的计算点距离污染源非常近,发生风险事故即到达计算点,故认为Td>T,在线计算平台只考虑连续排放的理查德森数。
2根据排放性质计算得出理查德森数(Ri);
3判断标准为:对于连续排放,Ri≥1/6为重质气体,Ri<1/6为轻质气体;对于瞬时排放,Ri>0.04 为重质气体,Ri≤0.04为轻质气体。当Ri 处于临界值附近时,说明烟团/烟羽既不是典型的重质气体扩散,也不是典型的轻质气体扩散。
二、环安科技在线计算平台判断方法。
1、理查德森数(Ri)计算
在线计算平台只考虑连续排放的理查德森数(Ri),相应计算公式如下:
Q:排放速率,指污染物进入空气的速率;压力气体容器是指气体泄露速率,压力液化气容器是指闪蒸蒸发速率,低温液化气容器是指热量蒸发蒸发和质量蒸发速率之和,常温常压容器,是指质量蒸发速率。
ρrel;压力气体容器,取值为容器内气体密度;压力液化气容器,取值为两相混合物的平均密度,公式为风险导则F.7;低温液化气容器和常温常压容器,取值为P×V=n×R×T,其中P为设备位置的大气压,T为物质沸点温度,n为物质的量。
Drel分为以下四种情况进行计算:
- 低温液化气容器和常温常压容器,取值为液池等效的直径;
- 如果源物质作为纯气体储存和排放(CMEDO=0.0)(压力气体容器泄露时),建议将膨胀视为绝热过程。源面积可以表达为:
其中Pst是储存压强,Pa是环境大气压,TS是输入源温度,Tst是储存温度,Ap是破裂或开口的实际面积。
其中初始泄漏温度的定义(TS)取决于泄漏的类型。当泄漏是挥发池(IDSPL=1或4),TS是沸点温度TBP。当瞬时泄漏(IDSPL=4)时,TS是物质在排放瞬间的温度,或者当源是爆炸的结果时,TS是物质在完全膨胀并降至一个大气压时的温度。
对于喷射泄漏(IDSPL=2或3),源相关参数为物质在其完全膨胀后的性质。其性质为可根据公式进行计算。当源物质作为蒸汽加压储存时,它们作为蒸汽排放(CMEDO=0.0),此时推荐将膨胀作为绝热过程处理。此时TS由下式给出:
其中γ=Cp/Cv是比热的比值,Pa是环境大气压,Pst和Tst分别是储存压强和温度。如果对于蒸汽排放计算的初始泄漏温度(TS)在沸点温度(TSP)以下,那么TS应该设置等于沸点温度。类似地,当源物质作为液体加压储存并作为两相液滴—蒸汽混合物排放时,源温度是沸点温度TBP。
初始泄漏温度(TS)必须等于或大于沸点温度TBP,因为源或者完全在蒸汽相(TS≥TBP)或者是平衡的液滴和蒸汽相的混合物(TS=TBP)。
3.当源物质作为液体加压储存并作为两相喷射排放时(压力液化容器泄露时),AS是闪蒸并且形成纯物质液滴—蒸汽混合物后的源面积。在这种情况下,AS值由下面公式给出:
其中RHOSL是物质的液体密度,Ap是破裂或开口的实际面积,ρm值可以由状态方程计算并且将其中一些项进行重组
其中CMEDO是始液体质量比,RHOSL是物质的液体密度,RHOS是物质在沸点温度下的蒸汽密度;
4.在瞬时泄漏的情况下,AS是中心在点X=Y=Z=0.0的地面上的体源的面积。源面积定义为:
其中Va是瞬时排放的体积,HS是源体积(应该等于容器的体积)的高度,QTIS是输入排放质量,ρsi是初始排放密度。
当源是纯蒸汽排放时(压力气体容器泄露时),ρsi是纯物质在源温度TS(容器存储温度)下的蒸汽密度,由下式给出:
当源是液体—蒸汽混合物时(压力液化容器泄露时),ρsi是在沸点温度TSP下的混合物密度ρm,其液体质量比为CMEDO。
2、气体性质判断
HJ169—2018提供了一个临界值(1/6),环安在线计算平台根据这个临界值设置了一个区间[1/6±1/6×50%];若Ri﹤1/6-1/6×50%,则判断为是轻质气体;若Ri﹥1/6+1/6×50%,则判断为重质气体;若Ri在这个区间内,则认为既不是说明烟团/烟羽既不是典型的重质气体扩散,也不是典型的轻质气体扩散,进行敏感性分析时分别采用重质气体模型和轻质气体模型进行模拟,选取影响范围最大的结果。
三、理查德森数软件中展示
在风险模型的“自动匹配扩散模型”中“计算源项泄露结果”展示不同气象条件下的理查德森数,并在该界面的二级菜单中展示理查德森数的计算过程参数。