2024年5月11日发(作者：及晓蓝)
ALOHA软件在氯乙烯事故环境风险评价中的应用
蒋姬
【摘 要】以某企业氯乙烯储罐泄漏、火灾为事故场景,应用ALOHA软件对储罐泄
漏及其火灾产生次生污染物的环境风险进行模拟分析.在模拟过程中以AEGL的1h
浓度作为评价标准,选用最不利的气象扩散条件,采用重气扩散模型作为污染物的预
测扩散模型,由此分别预测得到在昼、夜最不利气象条件下泄漏、火灾事故的最大
危险区域.本文为ALOHA软件在环境风险评价中的应用提供参考.%ALOHA
software was used to predict and analyze the environmental risk impact of
vinyl chloride leakage from tank and it`s secondary pollutants caused by
the simulation process, AELG-1h was determined as evaluation
standard, and the most unfavorable meteorological diffusion condition
was used in the ng the heavy gas diffusion model as the
pollution diffusion model, it could get the result of the maximum hazard
area in the leakage and fire accident under the most unfavorable
meteorological diffusion condition during day and could provide
reference for the application of ALOHA software in environmental risk
assessment.
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2017(045)006
【总页数】4页(P134-136,139)
【关键词】ALOHA模型;氯乙烯泄露和火灾;环境风险评价
【作 者】蒋姬
【作者单位】上海环境节能工程股份有限公司,上海 200135
【正文语种】中 文
【中图分类】X828
氯乙烯是PVC树脂生产的化工原料，具有易燃易爆的特性，且具有一定毒性，在
发生火灾燃烧时会产生有毒的次生污染因子氯化氢。因此在环境风险评价中应考虑
其泄露及火灾引发的次生污染物的大气环境影响。
目前，在环境风险评价的实际工作中主要应用risksystem 软件。ALOHA软件是
由美国环境保护署(EPA)和国家海洋大气管理办公室(NOAA)共同开发的程序，目
前在世界各地已广泛应用于风险评价和应急辅助决策等领域，该模型亦可用于环境
风险评价。本文以氯化乙烯储罐发生泄漏、火灾事故为例，采用ALOHA软件进
行事故源强计算和环境风险影响模拟，说明ALOHA软件在环境风险评价中的应
用。
ALOHA软件可用于毒性气体扩散、火灾和爆炸的危害区域的计算。ALOHA模型
中包含有源强模型、毒性气体扩散模型(高斯模型和DEGADIS重气模型)、蒸气云
爆炸模型和热辐射模型(池火、喷射火、BLEVE火球)，并自带有近1000种常用化
学品的数据库。
源强模型包括恒定源强模型(直接模型)和变化源强模型(液池模型、储罐模型和气
体管线模型)。变化源强模型可根据蒸发或泄露过程中物料的压力、温度等参数的
变化计算即时源强，并将连续变化的即时源强近似于一系列短时间步长内的稳定排
放。ALOHA预测事故发生的时间最短为1 min，最长为1 h。
在环境风险评价中主要预测分析毒性气体泄漏扩散、以及火灾爆炸生成的次生污染
物的扩散所带来的环境影响。因此在环境风险评价中使用源强模型进行源强的估算，
并用毒性气体扩算模型进行最大危险区域的计算。
某企业位于乡村偏远地带，罐区有一个500 m3的氯乙烯压力球罐，该球罐为60%
的填充量。球罐内液体储存温度与气温相同，为32 ℃。
泄漏事故场景：假定有一圆形泄露孔位于距球罐底部以上1 m处，泄露孔径0.5
cm。
火灾事故场景：假定氯乙烯球罐发生泄漏，泄露的物料遇到火源发生火灾，燃烧过
程中主要生成的次生污染物为HCl，反应方程如下：
氯乙烯为无色具有醚臭味的气体。微溶于水，蒸汽压346.53 kPa/25 ℃， 熔点-
59.8 ℃， 沸点：13.4 ℃，相对密度(水=1)0.91；相对密度(空气=1)2.15。易燃，
闪点：<-78 ℃，燃烧可产生次生污染物HCl。属于中等毒性气体，半数致死剂量
(LD50)：500 mg/kg(大鼠经口)；大鼠半数致死浓度(LC50): 18000 ppm(15 min，
大鼠吸入)。
氯化氢为无色有刺激性气味的气体，熔点-114.2 ℃， 沸点-85.0 ℃，相对密度(水
=1)1.19；相对密度(空气=1)1.27，蒸汽压4225.6 kPa(20 ℃)，易溶于水，不燃
的高毒性气体，LD50:400 mg/kg(兔经口)；LC50:4600 mg/m3(1 h，大鼠吸入)。
4.1 源项分析
对于球罐泄露事故场景，源强计算可直接选用储罐模型。随着球罐内氯乙烯的泄漏，
储罐内部的压力、泄漏孔距离上液面的距离、罐内液体温度等参数也随之变化，因
此在实际泄露过程中，源强为连续性的变量。
储罐模型包括液体泄露(储存温度低于液体沸点)、两相流泄露(储存温度高于液体
沸点)以及气体泄露。结合输入泄露储罐的参数及物料储存状态，ALOHA启用两
相流源强计算模块计算本次泄露事故的源强。两相流源强计算模块采用均相非平衡
模型，质量通量的计算公式为[1]：
式中：Lc——蒸发比潜热，J/kg
Vg——蒸汽比容，m3/kg
Vl——液体比容m3/kg
Cp——液体热容，J/kg·K
T——温度，K
式中：ΔP——储罐内外压力差，Pa
Cdis——排放系数，0.61
对于球罐火灾事故场景，遇到火源燃烧过程中生成的主要次生污染物为HCl。基于
ALOHA软件的局限性，无法对火灾爆炸中发生的化学反应副产物进行即时源强的
计算。因此，按氯乙烯最大的泄露速率，假定泄露的氯乙烯中70%燃烧转化生成
HCl，由此按化学反应计量方程计算得到火灾事故场景下氯化氢的的排放速率为
20.7 kg/min。
将计算得到的氯化氢排放速率直接输入恒定源强模型(直接模型)中以供后续预测计
算，输入参数如表2所示。
4.2 评价标准
我国目前常用的风险评价标准为LC50和IDLH，其中LC50对人的影响没有科学
依据，IDLH为针对职业人群，没有将易感人群考虑在内[2]。
在ALOHA软件中，毒物的关注浓度有急性暴露水平指南浓度(AEGL)、应急反应
指南浓度(ERPG)、保护行动标准(PAC)3种指标。在风险评价中，应全面考虑对包
含各敏感人群的总体影响，因此优先选择AEGL作为关注浓度[3]。在ALOHA软
件预测中选定暴露时间为1 h的AEGL作为评价标准。
氯乙烯、氯化氢在各暴露时间的AEGL值见表3。其中AEGL-3表示超过该浓度时
可能出现生命威胁或死亡；AEGL-2表示超过该浓度时会出现不可逆转、他严重的、
长期的健康影响；AEGL-1表示超过该浓度时会出现不适、愤怒或无症状的丧失感
觉的现象，但是这些现象不会使人致残并且是暂时的、可逆的。
4.3 气象因子
气象因子的选项中包含气温、风速、云量、地面粗糙度、湿度选项。ALOHA软件
可根据输入风速、云量、结合事故发生地及发生时间的太阳辐射情况，自动判别相
应的大气稳定度等级。
陈红燕、孔大令[4,5]分别研究了基于ALOHA软件的气象条件对液氯、液氨扩散
的影响：在模拟条件下，风速和大气稳定度是影响扩散的主要因素，温度次之，湿
度对于污染扩散几乎无影响；大气越稳定，风速越低，污染扩散的警戒范围越远；
预测最不利气象条件为风速1.5 m/s，稳定度为 F。
结合ALOHA软件的大气稳定度表可知，白天最稳定大气条件为 D，夜晚最稳定
大气条件为 F。夜间在风速<3 m/s、云量<50%的气象条件下会出现F稳定度；
白天在风速>5 m/s、太阳辐射强度为中等或弱的情况下，或在阴天的气象条件下
会出现D稳定度。
因此本次预测分别选择昼间稳定度为D、风速1.5 m/s；夜间稳定度为F、风速
1.5 m/s的最不利的气象扩散条件进行预测。各预测气象参数见表4。
4.4 预测模型
对于泄露污染因子氯乙烯，及其燃烧产生次生污染因子氯化氢，均为重气，
ALOHA软件中根据预测因子自动选择重气模型进行预测。
重气模型[1]：
式中：x,y,z——三维坐标值，m
C——污染物质量浓度，ppm
Cc——中心线的污染物质量浓度，ppm
b——烟羽水平均匀中心区的半宽度，m
Sy——水平浓度比例系数
Sz——垂直浓度比例系数
n——风速廓线常数
4.5 泄露、火灾事故场景预测结果
ALOHA软件只能计算的最大危险范围在10 km以内。本文设定的泄漏、火灾事
故场景的最大危险区域预测结果见图2、3及表5。预测结果中橙色区域(A)为高于
AEGL-2的危害区，红色区域(B)为高于AEGL-3的危害区。外轮廓线为置信度边
界，表示扩散过程中，风向可能发生一定程度的偏移，使影响范围有所扩大。
4.6 结果分析
由预测结果可知，在氯乙烯储罐发生泄露、火灾事故情景下，夜间F稳定度下的
影响范围大于昼间D稳定度的影响范围。
氯乙烯储罐发生泄露的场景下，AEGL-3最大危险区域范围为下风向457 m，
AEGL-2 最大危害区域范围为下风向203 m，AEGL-1 最大危害区域范围为下风向
104 m。而一旦发生火灾事故，产生剧毒的次生污染因子氯化氢，则最大危险区域
范围有大幅度扩大，AEGL-3最大危险区域范围为9.3 km，AEGL-2 最大危害区
域范围为下风向2.1 km，AEGL-1 最大危害区域范围为下风向802 m。
(1)对于氯乙烯罐泄露事故场景，可直接选用ALOHA软件中的储罐模型，启用两
相流源强计算模块计算本次泄露事故的源强。而对于泄漏的氯乙烯发生火灾事故生
成次生污染物氯化氢的场景，ALOHA软件无法对火灾爆炸中发生的化学反应副产
物进行即时的源强定量计算，因此本文通过直接计算并输入至ALOHA 软件的恒
定源强模型。
(2)在风险定量评估中，全面考虑对包含各敏感人群的总体影响，优先选择AEGL
的1 h浓度作为评价标准。
(3)本次预测分别选择白天稳定度为D、风速1.5 m/s；夜间稳定度为F、风速1.5
m/s的最不利的气象扩散条件进行预测。
(4)根据预测因子的理化性质，ALOHA自动选择重气扩散模型作为泄漏物料、火
灾次生污染物的预测扩散模型。
(5)在氯乙烯储罐发生泄露、火灾事故情景下，夜间F稳定度下的影响范围大于昼
间D稳定度的影响范围。氯乙烯储罐发生泄露的场景下，AEGL-3最大危险区域
范围为下风向457 m，AEGL-2 最大危害区域范围为下风向203 m，AEGL-1 最
大危害区域范围为下风向104 m。而一旦发生火灾事故，产生剧毒的次生污染因
子氯化氢，则最大危险区域范围有大幅度扩大，AEGL-3最大危险区域范围为9.3
km，AEGL-2 最大危害区域范围为下风向2.1 km，AEGL-1最大危害区域范围为
下风向802 m。
【相关文献】
[1] nmental Protection Agency, NOAA, ALOHA 5.4.4 Technical Document.
[2] 周慧霞,徐东群.突发性大气污染事故健康风险评价研究进展[J].卫生研究,2010,39(2):251-253.
[3] 董业斌,张秀青,等.有毒有害气体危害阈值的探讨[J].广州化工,2014,42(11):151-153.
[4] 陈红燕,赵小进.基于ALOHA软件的气象条件对液氯扩散影响的研究[J].煤炭与化
工,2016,39(3):147-150.
[5] 孔大令.基于ALOHA软件快速模拟液氨泄露警戒范围[J].煤炭与化工消防科学与技
术,2011,30(1):68-70.
2024年5月11日发(作者：及晓蓝)
ALOHA软件在氯乙烯事故环境风险评价中的应用
蒋姬
【摘 要】以某企业氯乙烯储罐泄漏、火灾为事故场景,应用ALOHA软件对储罐泄
漏及其火灾产生次生污染物的环境风险进行模拟分析.在模拟过程中以AEGL的1h
浓度作为评价标准,选用最不利的气象扩散条件,采用重气扩散模型作为污染物的预
测扩散模型,由此分别预测得到在昼、夜最不利气象条件下泄漏、火灾事故的最大
危险区域.本文为ALOHA软件在环境风险评价中的应用提供参考.%ALOHA
software was used to predict and analyze the environmental risk impact of
vinyl chloride leakage from tank and it`s secondary pollutants caused by
the simulation process, AELG-1h was determined as evaluation
standard, and the most unfavorable meteorological diffusion condition
was used in the ng the heavy gas diffusion model as the
pollution diffusion model, it could get the result of the maximum hazard
area in the leakage and fire accident under the most unfavorable
meteorological diffusion condition during day and could provide
reference for the application of ALOHA software in environmental risk
assessment.
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2017(045)006
【总页数】4页(P134-136,139)
【关键词】ALOHA模型;氯乙烯泄露和火灾;环境风险评价
【作 者】蒋姬
【作者单位】上海环境节能工程股份有限公司,上海 200135
【正文语种】中 文
【中图分类】X828
氯乙烯是PVC树脂生产的化工原料，具有易燃易爆的特性，且具有一定毒性，在
发生火灾燃烧时会产生有毒的次生污染因子氯化氢。因此在环境风险评价中应考虑
其泄露及火灾引发的次生污染物的大气环境影响。
目前，在环境风险评价的实际工作中主要应用risksystem 软件。ALOHA软件是
由美国环境保护署(EPA)和国家海洋大气管理办公室(NOAA)共同开发的程序，目
前在世界各地已广泛应用于风险评价和应急辅助决策等领域，该模型亦可用于环境
风险评价。本文以氯化乙烯储罐发生泄漏、火灾事故为例，采用ALOHA软件进
行事故源强计算和环境风险影响模拟，说明ALOHA软件在环境风险评价中的应
用。
ALOHA软件可用于毒性气体扩散、火灾和爆炸的危害区域的计算。ALOHA模型
中包含有源强模型、毒性气体扩散模型(高斯模型和DEGADIS重气模型)、蒸气云
爆炸模型和热辐射模型(池火、喷射火、BLEVE火球)，并自带有近1000种常用化
学品的数据库。
源强模型包括恒定源强模型(直接模型)和变化源强模型(液池模型、储罐模型和气
体管线模型)。变化源强模型可根据蒸发或泄露过程中物料的压力、温度等参数的
变化计算即时源强，并将连续变化的即时源强近似于一系列短时间步长内的稳定排
放。ALOHA预测事故发生的时间最短为1 min，最长为1 h。
在环境风险评价中主要预测分析毒性气体泄漏扩散、以及火灾爆炸生成的次生污染
物的扩散所带来的环境影响。因此在环境风险评价中使用源强模型进行源强的估算，
并用毒性气体扩算模型进行最大危险区域的计算。
某企业位于乡村偏远地带，罐区有一个500 m3的氯乙烯压力球罐，该球罐为60%
的填充量。球罐内液体储存温度与气温相同，为32 ℃。
泄漏事故场景：假定有一圆形泄露孔位于距球罐底部以上1 m处，泄露孔径0.5
cm。
火灾事故场景：假定氯乙烯球罐发生泄漏，泄露的物料遇到火源发生火灾，燃烧过
程中主要生成的次生污染物为HCl，反应方程如下：
氯乙烯为无色具有醚臭味的气体。微溶于水，蒸汽压346.53 kPa/25 ℃， 熔点-
59.8 ℃， 沸点：13.4 ℃，相对密度(水=1)0.91；相对密度(空气=1)2.15。易燃，
闪点：<-78 ℃，燃烧可产生次生污染物HCl。属于中等毒性气体，半数致死剂量
(LD50)：500 mg/kg(大鼠经口)；大鼠半数致死浓度(LC50): 18000 ppm(15 min，
大鼠吸入)。
氯化氢为无色有刺激性气味的气体，熔点-114.2 ℃， 沸点-85.0 ℃，相对密度(水
=1)1.19；相对密度(空气=1)1.27，蒸汽压4225.6 kPa(20 ℃)，易溶于水，不燃
的高毒性气体，LD50:400 mg/kg(兔经口)；LC50:4600 mg/m3(1 h，大鼠吸入)。
4.1 源项分析
对于球罐泄露事故场景，源强计算可直接选用储罐模型。随着球罐内氯乙烯的泄漏，
储罐内部的压力、泄漏孔距离上液面的距离、罐内液体温度等参数也随之变化，因
此在实际泄露过程中，源强为连续性的变量。
储罐模型包括液体泄露(储存温度低于液体沸点)、两相流泄露(储存温度高于液体
沸点)以及气体泄露。结合输入泄露储罐的参数及物料储存状态，ALOHA启用两
相流源强计算模块计算本次泄露事故的源强。两相流源强计算模块采用均相非平衡
模型，质量通量的计算公式为[1]：
式中：Lc——蒸发比潜热，J/kg
Vg——蒸汽比容，m3/kg
Vl——液体比容m3/kg
Cp——液体热容，J/kg·K
T——温度，K
式中：ΔP——储罐内外压力差，Pa
Cdis——排放系数，0.61
对于球罐火灾事故场景，遇到火源燃烧过程中生成的主要次生污染物为HCl。基于
ALOHA软件的局限性，无法对火灾爆炸中发生的化学反应副产物进行即时源强的
计算。因此，按氯乙烯最大的泄露速率，假定泄露的氯乙烯中70%燃烧转化生成
HCl，由此按化学反应计量方程计算得到火灾事故场景下氯化氢的的排放速率为
20.7 kg/min。
将计算得到的氯化氢排放速率直接输入恒定源强模型(直接模型)中以供后续预测计
算，输入参数如表2所示。
4.2 评价标准
我国目前常用的风险评价标准为LC50和IDLH，其中LC50对人的影响没有科学
依据，IDLH为针对职业人群，没有将易感人群考虑在内[2]。
在ALOHA软件中，毒物的关注浓度有急性暴露水平指南浓度(AEGL)、应急反应
指南浓度(ERPG)、保护行动标准(PAC)3种指标。在风险评价中，应全面考虑对包
含各敏感人群的总体影响，因此优先选择AEGL作为关注浓度[3]。在ALOHA软
件预测中选定暴露时间为1 h的AEGL作为评价标准。
氯乙烯、氯化氢在各暴露时间的AEGL值见表3。其中AEGL-3表示超过该浓度时
可能出现生命威胁或死亡；AEGL-2表示超过该浓度时会出现不可逆转、他严重的、
长期的健康影响；AEGL-1表示超过该浓度时会出现不适、愤怒或无症状的丧失感
觉的现象，但是这些现象不会使人致残并且是暂时的、可逆的。
4.3 气象因子
气象因子的选项中包含气温、风速、云量、地面粗糙度、湿度选项。ALOHA软件
可根据输入风速、云量、结合事故发生地及发生时间的太阳辐射情况，自动判别相
应的大气稳定度等级。
陈红燕、孔大令[4,5]分别研究了基于ALOHA软件的气象条件对液氯、液氨扩散
的影响：在模拟条件下，风速和大气稳定度是影响扩散的主要因素，温度次之，湿
度对于污染扩散几乎无影响；大气越稳定，风速越低，污染扩散的警戒范围越远；
预测最不利气象条件为风速1.5 m/s，稳定度为 F。
结合ALOHA软件的大气稳定度表可知，白天最稳定大气条件为 D，夜晚最稳定
大气条件为 F。夜间在风速<3 m/s、云量<50%的气象条件下会出现F稳定度；
白天在风速>5 m/s、太阳辐射强度为中等或弱的情况下，或在阴天的气象条件下
会出现D稳定度。
因此本次预测分别选择昼间稳定度为D、风速1.5 m/s；夜间稳定度为F、风速
1.5 m/s的最不利的气象扩散条件进行预测。各预测气象参数见表4。
4.4 预测模型
对于泄露污染因子氯乙烯，及其燃烧产生次生污染因子氯化氢，均为重气，
ALOHA软件中根据预测因子自动选择重气模型进行预测。
重气模型[1]：
式中：x,y,z——三维坐标值，m
C——污染物质量浓度，ppm
Cc——中心线的污染物质量浓度，ppm
b——烟羽水平均匀中心区的半宽度，m
Sy——水平浓度比例系数
Sz——垂直浓度比例系数
n——风速廓线常数
4.5 泄露、火灾事故场景预测结果
ALOHA软件只能计算的最大危险范围在10 km以内。本文设定的泄漏、火灾事
故场景的最大危险区域预测结果见图2、3及表5。预测结果中橙色区域(A)为高于
AEGL-2的危害区，红色区域(B)为高于AEGL-3的危害区。外轮廓线为置信度边
界，表示扩散过程中，风向可能发生一定程度的偏移，使影响范围有所扩大。
4.6 结果分析
由预测结果可知，在氯乙烯储罐发生泄露、火灾事故情景下，夜间F稳定度下的
影响范围大于昼间D稳定度的影响范围。
氯乙烯储罐发生泄露的场景下，AEGL-3最大危险区域范围为下风向457 m，
AEGL-2 最大危害区域范围为下风向203 m，AEGL-1 最大危害区域范围为下风向
104 m。而一旦发生火灾事故，产生剧毒的次生污染因子氯化氢，则最大危险区域
范围有大幅度扩大，AEGL-3最大危险区域范围为9.3 km，AEGL-2 最大危害区
域范围为下风向2.1 km，AEGL-1 最大危害区域范围为下风向802 m。
(1)对于氯乙烯罐泄露事故场景，可直接选用ALOHA软件中的储罐模型，启用两
相流源强计算模块计算本次泄露事故的源强。而对于泄漏的氯乙烯发生火灾事故生
成次生污染物氯化氢的场景，ALOHA软件无法对火灾爆炸中发生的化学反应副产
物进行即时的源强定量计算，因此本文通过直接计算并输入至ALOHA 软件的恒
定源强模型。
(2)在风险定量评估中，全面考虑对包含各敏感人群的总体影响，优先选择AEGL
的1 h浓度作为评价标准。
(3)本次预测分别选择白天稳定度为D、风速1.5 m/s；夜间稳定度为F、风速1.5
m/s的最不利的气象扩散条件进行预测。
(4)根据预测因子的理化性质，ALOHA自动选择重气扩散模型作为泄漏物料、火
灾次生污染物的预测扩散模型。
(5)在氯乙烯储罐发生泄露、火灾事故情景下，夜间F稳定度下的影响范围大于昼
间D稳定度的影响范围。氯乙烯储罐发生泄露的场景下，AEGL-3最大危险区域
范围为下风向457 m，AEGL-2 最大危害区域范围为下风向203 m，AEGL-1 最
大危害区域范围为下风向104 m。而一旦发生火灾事故，产生剧毒的次生污染因
子氯化氢，则最大危险区域范围有大幅度扩大，AEGL-3最大危险区域范围为9.3
km，AEGL-2 最大危害区域范围为下风向2.1 km，AEGL-1最大危害区域范围为
下风向802 m。
【相关文献】
[1] nmental Protection Agency, NOAA, ALOHA 5.4.4 Technical Document.
[2] 周慧霞,徐东群.突发性大气污染事故健康风险评价研究进展[J].卫生研究,2010,39(2):251-253.
[3] 董业斌,张秀青,等.有毒有害气体危害阈值的探讨[J].广州化工,2014,42(11):151-153.
[4] 陈红燕,赵小进.基于ALOHA软件的气象条件对液氯扩散影响的研究[J].煤炭与化
工,2016,39(3):147-150.
[5] 孔大令.基于ALOHA软件快速模拟液氨泄露警戒范围[J].煤炭与化工消防科学与技
术,2011,30(1):68-70.