一种气体物质泄漏模拟实验装置的制作方法

本实用新型属于有害气体泄漏预估环境风险技术领域，具体地说是一种利用室内实验方法预测实际环境中气体物质泄漏扩散范围和浓度的气体物质泄漏模拟实验装置。

背景技术：

众所周知，有毒有害气体在空气一但泄漏，将随时危胁人类的生命。1984年印度博帕尔联合碳化物公司所属农药厂有毒气体发生泄漏，造成2000多人死亡，5万人失明，20多万人被迫转移，酿成安全史上有名的博帕尔惨案。这起事故给博帕尔后面的几十年带来了不可磨灭的影响，时至今日，依然谈之色变。

正如这次事故一样，在石油、化工企业遍布世界各地的当今，在生产、储存、运输和使用过程中存在着各种易燃易爆及有毒有害的危险物质。一旦这些危险有害物质发生泄漏，将会引起火灾、爆炸或中毒事故，不仅可能造成巨大的人员伤亡、财产损失，还会对环境造成污染，影响深远。

就我国来言，十几年来在现代工业高速发展的同时，有毒有害气体事故性泄漏也进入了增长阶段，发生的频率及重大程度让人触目惊心。2002年8月23日，株洲市白石港航运码头发生一起严重的氯气泄漏事故，75个装满液体氯气的钢瓶在洪水的浸泡下发生泄漏，当地数百名居民出现不同程度的中毒；2003年12月23日，莺庆开县发生硫化氢井喷事故，方圆八十公里成为警戒区，死亡人数多达数百人，受伤人数更是高达九千多人，安置灾民近六万人。2004年10月6日，陕西省榆林市神木县境内的天然气管道被装载机挖裂，发生了一起天然气泄漏事故，200万m^·的天然气发生泄漏，时间长达7h，4000人连夜疏散；2005年3月29日，京沪高速公路淮安段，一辆载有约35吨液氯的槽罐车在与货车发生碰撞后发生液氯大面积泄漏，事故波及周围多个区县，造成29人死亡，456人中毒，10500人被迫转移，京沪高速公路宿迁至宝应段封闭20小时。

自进入2013年以来，据统计，截止八月份全国范围内就己经发生了数十起有毒有害气体泄漏事故。2013年6月2日陕西延长石油集团氟桂化工有限公司无水氟化氢车间发生気化氢气体泄漏。由于该气体比较刺鼻，商州区夜村镇张村、于源、白杨店村等多个村子的数千名村民都闻到此味，村民被紧急疏散；2013年6月3日，吉林省宝源丰禽业公司设备爆炸事故引发氨气的泄漏，此事故造成121人死亡，76人重伤，直接经济损失1.82亿元。2013年8月31日，上海宝山一冷库发生液氨泄漏，导致15人死亡，30多人受伤。2013年8月31日广东韶关仁化县银海有色金属综合回收有限公司发生砷化氢气体泄漏事件，造成3名工人遇难，多名工人入院治疗。

这些血的教训无不告诫着我们研究环境风险物质泄漏扩散行为的紧迫性。为了预防此类事故的发生以及在事故发生后提供积极补救措施，确定事故突发现场的最佳防护距离，有必要对气体环境风险物质的泄漏扩散方式和路径进行研究。因此，需要一套实验装置对气体风险物质泄漏后的观测，得到气体在模拟实验空间单元中的扩散流场及动力学过程，同时结合数据接收单元以及数据分析单元合作下，采用理论分析及数值模拟等手段揭示泄漏气体扩散的流动特性及其演变规律，预测它的时间分布规律，从而为应急救援和疏散决策制定提供有力的理论指导和数据支撑。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种利用室内实验方法预测实际环境中气体物质泄漏扩散范围和浓度的气体物质泄漏模拟实验装置。

本实用新型目的是通过如下技术方案来实现的：一种气体物质泄漏模拟实验装置，它包括有车载式集装箱，及设置在车载式集装箱内的气体发生单元，其特征在于：所述气体发生单元输入端分别与空气进口及风险物质添加单元连接，气体发生单元输出端与模拟实验空间单元输入端连接，模拟实验空间单元输入端还与温度、湿度的模拟环境调节单元，在模拟实验空间单元内还均布有检测探头；模拟实验空间单元输出端通过数据接收单元与数据分析单元输入端连接；模拟实验空间单元输出端还分别与气体回收单元以及通过喷淋单元与液体回收单元的输入端连接。

本实用新型各个单元的功能及作用如下：

（1）气体发生单元：通过空气过滤器将空气过滤，通过引风机输送进入模拟实验空间，引风机可选择不同速率以模拟气体不同的泄漏速率。

（2）气体风险物质添加单元：纯净空气进入模拟实验空间单元前，气体风险物质添加单元可选择在纯净空气中混入来自色料斗的色粉或来自气体风险物质储瓶的风险物质，在泄漏口处充分混合后进入模拟实验空间单元。

（3）模拟实验空间单元：混合气体经过泄漏口以一定速度进入模拟实验空间单元，以其自有的运动方式进行扩散，模拟实验空间单元中的检测探头会将所经过混合气体中风险物质的浓度和时间记录下来，并实时传入数据接收单元。同时由于混合气体中还伴有色料，因此可以通过高清摄像机直观清晰展现混合气体的泄漏方式和扩散途径，以还原混合气体泄漏后的运动过程。

（4）模拟环境调节单元：该单元主要是集中在模拟实验空间单元顶部，其作用主要为用于模拟环境换条件，其中温度调节器调节范围为-25℃~30℃，湿度调节器调节范围在30%~80%。

（5）数据接收单元：数据接收单元主要由位于模拟实验仓内的检测探头、高清摄像机和接收器三部分组成，检测探头在模拟实验空间中成矩阵式扇形分布，以保证检测探头检测数据能够充分反映混合气体的扩散过程。高清摄像机则可以记录有色混合气体在模拟实验空间单元中扩散的全过程，检测探头和高清摄像机用于数据的收集，接收器将返回数据转化为电信号传入数据分析单元。

（6）数据分析单元：该单元构成主要为计算机，通过对数据接收单元采集数据的分析整理，实时给出模拟实验空间单元内混合气体的扩散运动方式。

（7）气体回收单元：通过模拟实验空间单元的混合气体经过气体回收装置进行收集，然后通过引风机将管道内的混合气体送入活性炭吸附净化器，净化后产生的洁净气体一部分送回模拟实验空间单元以保证仓内气压稳定，多余部分排入大气环境中。

（8）喷淋单元：该单元主要位于模拟实验空间单元顶部，起作用主要是通过碱液、酸液或其他液体去除模拟实验空间单元中残留的酸性气体或碱性气体，达到清洗模拟实验空间单元的目的。

（9）液体回收单元：喷淋单元产生的液体与气体风险物质混合后，降落至地面，由位于模拟实验仓底部的导流槽收集后，排入污水净化系统进行处理。

本实用新型具有如下优点：

1）具备对不同类型气体进行实验模拟的能力，通过分布在模拟实验仓内探头可以实时掌握气体风险物质的扩散速率和浓度，同时传入计算机中，绘制模拟实验仓内各检测点气体风险物质随时间变化曲线，清晰直观的展示了气体风险物质的扩散情况。

2）本实用新型在气体风险物质添加单元中添加了色料斗，以保证气体风险物质在扩散过程中可以通过肉眼直接观察，同时可以在此过程中用高清摄像机记录，对于掌握气体风险物质的扩散途径有着更清晰的认识。

3）本实用新型加入了模拟环境调节单元，该单元的存在可以使本实验装置模拟在不同湿度条件下的气体风险物质扩散情况。同时本实用新型还可以通过控制气体发生单元中引风机的运转速率来控制气体风险物质的泄漏速度。

4）本实用新型通过对实验仓条件下风险物质的扩散运动的研究，探索实验条件与自然环境条件气体风险物质的扩散规律的差异与相似，找出二者的空间尺度折算系数，从而不断提高室内实验的精确度，为实际应急救援中最佳安全距离的确定提供可靠依据。

附图说明

图1是本实用新型的工艺流程示意简图；

图2是图1中气体发生单元示意简图；

图3是图1中气体风险物质添加单元示意简图；

图4是图1中模拟实验空间单元示意简图；

图5是图1中数据接收单元示意简图；

图6是图1中气体回收单元示意简图；

图7是图1中喷淋单元示意简图；

图8是图1中液体回收示意简图；

图9是本实用新型的具体实施结构示意简图。

图9中主要部件说明：A-气体发生单元，B-气体风险物质添加单元，C-模拟实验空间单元，S-温度、湿度的模拟环境调节单元，E-数据接收单元，F-数据分析单元，G-气体回收单元，H-喷淋单元，I-液体回收单元，Z-车载式集装箱，A-A1-空气过滤器，A-A2-引风机，B-B1-色料斗，B-B2-气体风险物质储瓶，B-B3-泄漏口，C-模拟实验仓，S-S1-温度调节器，S-S2-湿度调节器， E-E1-检测探头，E-E2-高清摄像机，E-E3-接收器，F-计算机，G-G1-气体收集装置，G-G2-气体补充装置，G-G3、G4、G5-阀门，G-G6-引风机，G-G7-活性炭吸附净化器，H-H1-水泵，H-H2-喷头，I-I1-导流槽，I-I2-水泵，I-I2-污水处理系统。

下面将结合附图通过实例，对本实用新型作进一步详细说明，但下述实例仅仅是本实用新型的例子而已，并不代表本实用新型所限定的权利保护范围；本实用新型的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

实例1

如附图1-9所示，图中的Z为车载式集装箱，及设置在车载式集装箱Z内的气体发生单元A，该气体发生单元A输入端分别与空气进口及气体风险物质添加单元B连接，气体发生单元A输出端与模拟实验空间单元C输入端连接，模拟实验空间单元C输入端还与温度、湿度的模拟环境调节单元S，在模拟实验空间单元内还均布有检测探头；模拟实验空间单元C输出端通过数据接收单元E与数据分析单元F输入端连接；模拟实验空间单元C输出端还分别与气体回收单元G以及通过喷淋单元H与液体回收单元I的输入端连接。

首先对通过模拟环境调节单元S的温度调节器S1和湿度调节器S2，在-25℃~30℃温度调节范围及30%~80%湿度调节范围内，设定若干次模拟的温度和湿度，然后依次进行模拟实验，从而实现不同环境背景下的环境风险物质泄漏模拟。然后在引风机A2的作用下，使空气经过空气过滤器A1净化后，纯净空气与来自色料斗B1的色粉充分混合后，经泄漏口B3进入到模拟实验空间单元C中，进入模拟实验空间单元C中的有色混合气体以一定速度泄漏，以其自身的扩散方式进行扩散，此时处于模拟实验空间单元C内的高清摄像机E2对其中的有色混合气体实时进行拍摄采集，并同步将数据输送至接收器E3，最终送至计算机F中整理分析计算，完成实验的有色混合气体经过气体收集装置G1进行收集，此时依次将阀门G3、阀门G4、阀门G5打开，在引风机G6的作用下将收集的气体送入空气过滤器G7中，经过净化后的气体一部分经过气体补充装置G2送回模拟实验空间单元C，另一部分经过阀门G5排入空气中。

将上述模拟实验的相关数据，通过分布在模拟实验仓内探头可以实时掌握气体风险物质的扩散速率和浓度，同时传入计算机中，绘制模拟实验仓内各检测点气体风险物质随时间变化曲线，清晰直观的展示了气体风险物质的扩散情况。

实例2

如附图1-9所示，结构与实例1相同，故省略之。

首先对通过模拟环境调节单元S的温度调节器S1和湿度调节器S2，在-25℃~30℃温度调节范围及30%~80%湿度调节范围内，设定本次模拟的温度和湿度，从而实现不同环境背景下的环境风险物质泄漏模拟。然后在引风机A2的作用下，使空气经过空气过滤器A1净化后，纯净空气与来自气体风险物质储瓶B2的混合气体充分混合后，经泄漏口B3进入到模拟实验空间单元C中，进入模拟实验空间单元C内的混合气体以一定速度泄漏，以其自身的扩散方式进行扩散，此时处于模拟实验仓内的检测探头E1对其经过的气体风险物质实时进行监测，并同步将数据输送至接收器E3中，最终送至计算机F1系统中整理分析计算，完成实验的有色混合气体经过气体收集装置G1进行收集，此时依次将阀门G3、阀门G4、阀门G5打开，在引风机G6的作用下将收集的气体送入空气过滤器G7中，经过净化后的气体一部分经过气体补充装置G2送回模拟实验空间单元C内，另一部分经过阀门G5排入空气中。对于在模拟实验仓中仍残留的气体，可通过水泵H1的作用下，再由喷头H2喷出的液体进行清洗，产生的废液经导流槽I1，在水泵I2的作用下送至污水处理系统I3进行处理。

实例3

如附图1-9所示，结构与实例1相同，故省略之。

首先对通过模拟环境调节单元S的温度调节器S1和湿度调节器S2，在-25℃~30℃温度调节范围及30%~80%湿度调节范围内，设定本次模拟的温度和湿度，从而实现不同环境背景下的环境风险物质泄漏模拟。然后在引风机A2的作用下，使空气经过空气过滤器A1净化后，经过气体风险物质添加单元B，纯净空气先后与来自色料斗B1的色粉和来自气体风险物质储瓶B2的气体风险物质充分混合后，经泄漏口B3进入到模拟实验空间单元C中，进入模拟实验空间单元C内的有色混合气体以一定速度泄漏，以其自身的扩散方式进行扩散，此时处于模拟实验仓内的检测探头E1和高清摄像机E2对其经过的有色混合气体实时进行监测，检测探头E1收集有色混合气体不同时间不同位置的浓度变化，高清摄像机E2则记录了有色混合气体在模拟实验空间单元C中扩散运动的全过程，在此过程中模拟信号和图像信号将输送至接收器E3，然后送至计算机系统F1中整理分析计算，完成实验的有色混合气体经过气体收集装置G1进行收集，此时将阀门G3、阀门G4、阀门G5打开，在引风机G6的作用下将收集的气体送入空气过滤器G7中，经过净化后的气体一部分经过气体补充装置G2送回模拟实验空间单元C内，另一部分经过阀门G5排入空气中。对于在模拟实验仓中仍残留的气体，可通过水泵H1的作用下，通过喷头H2喷出的液体进行清洗，产生的废液经导流槽I1，在水泵I2的作用下送至污水处理系统I3进行处理。从而实现了本实用新型的目的。