大规模复杂地形下HF气体泄漏扩散模式的灾害场景数值模拟研究

本研究针对化工园区在战争、地震等灾害场景下易发生HF（氢氟酸）气体瞬时泄漏的问题，采用CFD（计算流体力学）模拟技术，分析不同风速（0.2–5.4 m/s）、温度（293–313 K）、风向及湿度条件下HF扩散规律，划定致死/重伤/轻伤及允许浓度区域。结果表明：风速增加扩大危害范围，高地形阻碍扩散并促进下风向稀释，温度升高7%致死区面积，湿度降低危害面积。研究为化工园区灾害应急管理提供科学依据，发表于《Process Safety and Environmental Protection》。

　　

在全球氟化工产业快速发展的背景下，化工园区储存的大量氢氟酸（HF）成为潜在重大风险源。历史数据显示，2011至2024年间全球发生31起HF泄漏事故，造成48人死亡和16亿元经济损失。尤其在地震、战争等灾害场景下，HF储罐瞬时破裂可能导致1976 kg/s的巨量泄漏，其剧毒特性（致死浓度低至30 ppm）使得扩散预测成为应急响应的关键难点。传统方法难以模拟大规模复杂地形（如山地、丘陵）对气体扩散的阻挡与引导作用，而现有研究多局限于小尺度或简单地形，无法满足化工园区实际防灾需求。

为此，中国某研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表论文，通过计算流体力学（CFD）数值模拟，首次系统研究了大尺度复杂地形下HF瞬态泄漏（600秒内释放1185.6吨）的扩散规律。研究采用Goldfish实验验证模型可靠性，基于实际地形数据构建三维网格，分析风速梯度（0.2–5.4 m/s）、温度变化（293–313 K）、多风向及湿度等因素对扩散的影响。关键技术包括：CFD软件模拟瞬态湍流扩散、地形高程数据数字化建模、Goldwire实验验证局部浓度分布（300米处实测数据比对）、以及基于Morgan风速分级的危害区域划分。

Introductory
研究指出中国作为氟化工大国面临严峻的HF泄漏风险，灾害场景下传统应急措施的滞后性可能引发连锁事故。通过梳理历史案例，强调复杂地形会显著改变气体扩散路径，但现有标准未充分考虑地形效应。

Description of the Problem
设定储罐瞬时破裂场景，泄漏速率1976 kg/s，总泄漏量1185.6吨。采用956.50 kg/m³液态HF转化为气态（6.67×10⁵ Pa压力释放），重点模拟Y=73 m二维平面浓度分布。

Validation of Localized Concentration Distribution Predictions
通过Goldfish实验验证模型准确性，显示300米处模拟浓度与实测数据误差<5%，证实CFD模型可精确预测复杂地形下的HF扩散。

Changes in HF Concentration Under Different Ambient Wind Speeds
三级风速（5.4 m/s）下危害面积较微风（0.2 m/s）扩大3倍；高地形使上风向浓度升高12%，但促进下风向稀释效率达20%。

Conclusion
风速是主导因素：5.4 m/s时致死区面积较1.5 m/s增加40%。温度从297.15 K升至315.15 K导致致死区扩大7%，重伤区增加5%。湿度升高15%可使轻伤区缩减8%。地形凸起使气体滞留时间延长30%，但降低下风向峰值浓度。

该研究首次量化了大尺度地形对HF扩散的调控作用，建立的CFD模型可预测不同灾害场景下的危害边界，为化工园区应急疏散路线规划、监测布点优化提供理论支撑。尤其指出高温干燥天气需重点防范，而山地地形需针对性设计阻隔设施。成果对完善《化工园区灾害应急预案技术指南》具有直接参考价值，未来可扩展至其他有毒气体（如氯气）的扩散预测研究。