泄漏量的计算课件.ppt

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1、气云：一般将泄漏气体或蒸气与空气的混合物称为气云；云团：瞬间泄漏形成的气云称为云团；云羽：连续泄漏形成的气云称为云羽；闪蒸：因环境温度高于泄漏液体的常压沸点而产生的液体快 速蒸发现象。,静止的液化气储罐通过小孔释放出纯蒸气，泄漏方向垂直向上,化学危险品的典型泄漏机理,静止的液化气储罐发生灾难性破裂，瞬间泄漏后立即形成蒸气云,化学危险品的典型泄漏机理,静止的液化气储罐通过中等大小的孔释放出蒸气，可能同时释放出一些液体，泄漏方向垂直向上,静止的液化气储罐通过中等大小的孔释放出纯液体，泄漏方向既有垂直向上的，又有垂直向下的，还有水平的。,化学危险品的典型泄漏机理,静止的冷冻液体储罐通过小孔释放出纯液

2、体，泄漏方向向下倾斜，泄漏后的液体被约束在防护堤内,运输冷冻液体的油轮通过小孔释放出纯液体，泄漏方向向下倾斜，泄漏后的液体在水面形成扩展的沸腾液池,静止的冷冻液体立式储罐通过小孔释放出纯液体，泄漏方向向下倾斜，泄漏后的液体在地面蔓延形成扩展的液池，小孔与液面间的高度差很大，液体出口时的流速很大。,化学危险品的典型泄漏机理,7.2.2 泄漏量的计算,液体泄漏根据柏努利（Bernoulli）方程可以建立液体经小孔泄漏的速度计算公式：,Q液体泄漏流量，kg/s；Cd排放系数，通常取0.60.64A泄漏口面积，m2；泄漏液体密度，kg/m3；P容器内介质压力，Pa；P0环境压力，Pa；g重力加速度，9

3、.8m/s2；h泄漏口上液位高度，m。,7.2.2 泄漏量的计算,排放系数Cd：实际流量与理想理论流量的比，用于补偿公式推导中忽略了的摩擦损失、因惯性引起的截面收缩等因素。影响因素：泄漏口形状泄漏口位置泄漏介质的状态取值：薄壁（壁厚孔半径）小孔泄漏，其值约为0.62；厚壁（孔半径壁厚8倍孔半径）小孔或通过一短管泄漏，其值约为0.81；通过修圆小孔排放，则排放系数为1.0。保守估计，取1.0。,7.2.2 泄漏量的计算,根据泄漏口形状取值其他问题：压力变化；液位变化；大气相通；管道阻力。,通常按前述公式计算的为初始流量，也是最大流量。,雷诺数Re,是流体力学里面的一个参数，是流体流动中惯性力与粘

4、性力比值的量度。表达式：ReLu/u为流体流动速度；L为流场的几何特征尺寸，如管道的直径 为流体的密度；为流体的粘度。对于圆管内的流动，当Re2300时，流动总是层流；Re4000时，流动一般为湍流；其间为过渡区，流动可能是层流，也可能是湍流，取决于外界条件。,雷诺数Re,对于平行流体流过光滑平板的情况，边界层由层流转变为湍流的临界雷诺数约在1053106之间。层流：液体流动过程中，各质点的流线互不混杂，互不干扰的流动状态。紊流：液体运动过程中，各质点的流线互相混杂，互相干扰的流动状态。http:/210.31.253.145/dl/no1/flash/flash11.htm（雷诺实验）,7.

5、2.2 泄漏量的计算,过热液体泄漏过热液体是指液体的温度超过其沸点而没有沸腾的情况。如果液体的沸点低于周围环境温度，泄漏后一部分液体将立即闪蒸为蒸气。假设闪蒸过程绝热，则很容易确定闪蒸部分的比例，即闪蒸液体分数为：,FV闪蒸液体分数；直接蒸发的液体与原液体的比例Cp液体恒压热容，J/(kgK)T液体温度，K；Tb液体常压沸点，K；HV常压沸点下的汽化 热，J/kg。,7.2.2 泄漏量的计算,气体泄漏：气体符合理想气体状态方程，则根据柏努利（Bernoulli）方程可推导出如下的气体泄漏公式：Cd气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1.00,三角形时取0.95，长方形时取0.90；绝热指数，是等

6、压热容与等容热容的比值；M气体的分子量；kg/mol；R气体常数，8.314J/(molK)；T容器内气体温度，K。,7.2.2 泄漏量的计算,临界压力：泄漏气体的运动速度达到声速时的压力。声速流：压力高于临界压力亚声速流：压力低于临界压力。用原公式计算。,7.2.2 泄漏量的计算,许多气体的绝热指数在1.1到1.4之间，则相应的临界压力只有约1.7到1.9个大气压，因此多数事故的气体泄漏是声速流。几种气体的绝热指数和临界压力（atm）注意：泄漏流量仍然随容器中介质压力的增加而增加。,7.2.2 泄漏量的计算,两相泄漏在过热液体发生泄漏的场合，有时会出现液、气两相流动。如果容器中的过热液体泄漏

7、前通过较长的管道（L/D12）就会产生两相泄漏。一种简化计算：假设系统中出口临界压力和上游压力比为0.55，则：（1）泄漏两相中蒸发液体分数FV按下式计算：（2）两相流中气相和液相混合物的平均密度：,7.2.2 泄漏量的计算,（3）则两相流排放泄漏流量为：Cd两相流泄漏系数，一般取0.8。闪蒸比例分数可按前述计算：FV1，表示液体将全部蒸发为气体，应按气体泄漏计算；FV较小，可以简单地按液体泄漏计算。,7.3 蒸发与膨胀7.3.1 液体的扩展与蒸发,液体的扩展(spreading)：无渗漏损失，扩散期间也不考虑挥发有防火堤，液池面积就是防火堤所围面积。没有防火堤：液体流向低洼处，液池面积可以估

8、计。土地较平整：液体将扩散至达到最小液体厚度。光滑平整的地面，液层最小厚度主要取决于液体性质；对于粗糙地面，液层厚度主要取决于地面性质。,7.3 蒸发与膨胀7.3.1 液体的扩展与蒸发,7.3.1 液体的扩展与蒸发,考虑到池火等计算一般以圆池为模型，其他形状液池应化为等面积圆，其直径为：液池半径随时间变化的计算，基本假定是圆柱形液池在光滑平面上扩展。对于瞬时泄漏：对于连续泄漏：,r液池半径，m；t泄漏时间，s；液体密度，g/m3；g重力加速度，m/s2;m泄漏质量，kg；,7.3.1 液体的扩展与蒸发,液体的蒸发吸收地面热：低温液体或闪蒸后剩余的液体，主要吸收地面热量进行蒸发，蒸发速率：,m蒸

9、发速率，kg/(m2s)s表面热导系数，w/(mk)；as热扩散系数，m2/s；Ta环境温度，K；Tb液体沸点，K；,7.3.1 液体的扩展与蒸发,风引起质量转移：根据扩散通量正比于液池表面饱和蒸气浓度与其在大气中的本底浓度之差，忽略本底浓度并结合理想气体状态方程，可以得到下面的液体蒸发速度公式：传质系数可以按下式计算：传质系数也可简单计算：,m 蒸发速度，kg/(m2s)k扩散传质系数，m/s；Ps液体饱和蒸气压，PaM分子量，kg/mol；,u10m高处风速，m/hr；ScSchmidt数，/（D）；空气粘度，kg/mhr；空气密度，kg/m3；D蒸发液体的扩散系数，m2/hr。,1米高处

10、风速，m/s,7.3.1 液体的扩展与蒸发,其他蒸发计算公式：下面的模型考虑了大气稳定度：,7.3.1 液体的扩展与蒸发,下式是美国空军根据联氨（肼）池的实验结果推导的：u液面风速，m/s；TF液池温度系数，液体温度不大于0，TF=1.0，液体温度大于0，Ps液体在大气温度下的蒸汽压，mmHg；PH联氨在大气温度下的蒸气压，mmHg，按下式计算：Ta为大气温度，K。,7.3.1 液体的扩展与蒸发,美国环保署使用的公式：式中：P液体在池温度下的蒸气压，kPa；T池中液体温度，K。R气体常数，82.05atmcm 3/（molK）空气进入蒸气空气进入蒸气的速度决定了蒸气云的密度，同时也决定了蒸气云

11、扩散模型的选择。空气进入蒸气的速度依赖于风速、大气稳定性、蒸气密度等参数，目前尚无可接受的模型。,7.3.2 喷射扩散,等效裂口：气体喷出时，温度与压力与外界环境不一致：温度可能低于环境温度压力可能高于环境压力等效裂口直径与实际裂口直径的关系为：喷射轴线上距喷射孔x处的浓度：,Deq等效裂口直径，m；D计算泄漏流量用裂口直径，m；0泄露气体的密度；环境条件下的气体密度。,7.3.2 喷射扩散,垂直于喷射轴的水平面上的浓度分布由下式给出：沿轴的喷射速度分布由下式计算：ux喷射轴上距喷射孔x处的喷射速度，m/s；u0实际泄漏气流速度，m/s，,喷射扩散等浓度线示意图,7.3.2 喷射扩散,其他问题

12、：喷射速度沿喷射轴线下降，直到某一点喷射速度等于风速。计算该点的浓度，如果大于感兴趣浓度度则继续评价。选择后续模型，需要了解转折点的气体密度：转折点处密度低于空气密度，选用中性烟羽模型或浮性烟羽模型；转折点处密度高于空气密度，还需考察喷射云整体密度：按中轴线浓度的10%作为边界。,7.3.3 绝热膨胀,基本假设：闪蒸的液体或压缩气体瞬时释放后的快速膨胀按绝热过程处理。假定气云是呈包含两个区间的半球状，内层“核”具有均匀的浓度，包含50%的泄漏量，外层浓度呈高斯分布，具有另外50%的泄漏量。这种双层云团扩散假定分两步：第一步，气体或气溶胶膨胀到压力降至大气压，在膨胀过程中气团获得动能，称为膨胀能

13、；第二步，在膨胀能作用下气团进一步扩张，推动空气紊流混合进入气团。假设第二阶段持续到核的扩张速度降到某给定值时结束。,7.3.3 绝热膨胀,模型：第一步膨胀到大气压，膨胀能是始态能量和末态能量的差，减去对大气所做的功：第二步空气紊流混合，紊流扩散系数按下式计算：其中Vg0是标准状态下气体的体积。内核半径和内核浓度随时间的变化可按下式计算：,7.3.3 绝热膨胀,当内核扩张速度（drc/dt）降至给定值时第二阶段结束。临界速度的选择是任意的，通常的推荐值是1m/s。选定此速度再结合扩散能以及内核半径、内核浓度与时间的关系，可以得到第二阶段结束时的内核半径和浓度：扩散第二阶段结束时，半球形气团的半径按下式计算：气团密度：根据气团半径可知气团体积，根据下式求气团中空气质量：,则气团密度为：,