工业泄漏多米诺效应(公式集)

工业泄漏多米诺效应分析一、工业泄露1．泄漏概念由于密闭容器、管道、设备等内外两侧存在压力差，因此在其使用过程中，内部介质在不允许流动的部位通过孔、毛细管等缺陷渗出、漏失或允许流动的部位流动量超过允许量的一种现象，叫作泄漏。泄漏需要通道和压差两个条件，而压差是产生泄漏的根本原因。2．泄漏分类泄漏的情形是复杂多样的，发生的原因和部位也十分广泛。在此研究中，主要考虑不同泄漏物质，分为气态、液态和固态三类。工业中常见的气态泄漏物有天然气、煤气、蒸汽、氧气等；液态泄漏物有“水”、“油”、酸、碱、盐、溶剂等；固态泄漏物有粉尘、砂粒等。最常见的泄漏物是易燃有毒气体如天然气，易燃液体如汽油。二、工业泄漏主要设备根据各种设备的泄漏情况分析，可将工厂中易发生泄漏的设备归纳为一下类型：管道装置、挠性连接器、过滤器、阀、压力容器或反应器、泵、压缩器、储罐、冷冻或加压气体容器、火炬燃烧装置或放散管等。三、典型的泄漏计算模型1．易燃液体——储罐中的液体经小孔泄漏模型对于储罐，随着泄露过程的延续，储罐内液位高度不断下降，泄露速度和质量流量也均随之降低。这时泄露流量的计算需要考虑液位下降的影响，因此：tAAgcgzppACQ000002)(2（1）式中Q——液体经小孔泄露的速度，kg/s；C0——液体泄漏系数，按下表选取；A——口面积，m2；ρ——泄漏液体密度，kg/m3；p——液体的绝对压强，Pa；0p——环境压力，Pa；g——重力加速度，9.8m/s2；h——裂口之上液位高度，mz0——小孔距液面的高度，mT——泄露时间,s液体泄漏系数0C雷诺数（Re）裂口形状圆形（多边形）三角形长方形1000.650.600.55≤1000.500.450.40在进行后果评价时，只要泄露物质的性质和状态确定，则就可以确定。小孔的面积A可以根据实际情况将其换算成等效面积，或者在事前预测时作出假设。对于瞬时泄露或者泄露的流速较小时，储罐内的压强可看做不变，否则必须考虑压力变化对泄露流量的影响。2．压缩气体——气体或蒸气泄漏模型工业生产中涉及大量的易燃易爆、有毒的气体，如压缩天然气、煤制气、氯气等，一旦输送、储存这些气体的管道、储罐或其他设备发生破裂，气体从裂口泄露出去，和空气混合形成可燃气体，就有发生火灾、爆炸的危险；若泄露出的气体有毒性，则后果更为严重。气体从裂口泄漏的速度与其流动状态有关。因此，计算泄漏量时首先要判断泄漏时气体流动属于音速还是亚音速流动，前者称为临界流，后者称为次临界流。当下式成立时，气体流动属音速流动：1012kkkpp（2）当下式成立时，气体流动属亚音速流动：1012kkkpp（3）式中p——容器内介质压力，Pa；0p——环境压力，Pa；k——气体的绝热指数，即定压比热pC与定容比热VC之比。气体呈音速流动，其泄漏量为：11012kkdkRTMkACQ（4）气体呈亚音速流动时，其泄漏量为：11012kkdkRTMkAYCQ（5）上两式中dC——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；Y——气体膨胀因子，它由下式计算：kkkkkppppkkY10201112112（6）M——分子量；——气体密度，kg/m3；R——气体常数，J/mol•K；T——气体温度，K。当容器内物质随泄漏而减少或压力降低而影响泄漏速度时，泄漏速度的计算比较复杂。如果流速小或时间短，在后果计算中可采用最初排放速度，否则应计算其等效泄漏速度。在进行后果评价时，只要泄露物质的性质和状态确定，则M、γ、T、p0就可以确定。小孔的面积A也可以根据实际情况将其换算成等效面积，或者在事前预测时作出假设。对于瞬时泄露或者泄露的流速较小时，气体压强可看作不变，否则必须考虑压力变化对泄露流量的影响。3．液化气体——两相流动泄漏模型为了储存和运输方便，通常采用加压液化的方法储存某些气体，储存温度在其正常沸点之上，如液氯、液氨等，这类液体称为过热液体。这类液化气体一旦泄露大气，因压力的瞬间大幅降低，其中一部分会迅速气化为气体，此时会出现气液两相流动（两相流泄露是一种特殊的泄露模式，严格上说和上述不适同一范畴）。不考虑液位的影响，均匀两相流动的泄漏速度可按下式计算：)(20cdppACQ（7）式中0Q——两相流动混合物泄漏速度，kg/s；dC——两相流动混合物泄漏系数，可取0.8；A——裂口面积，m2；p——两相混合物的压力，Pa；cp——临界压力，Pa，可取cp=0.55Pa；——两相混合物的平均密度，kg/m3，它由下式计算：2111vvFF（8）1——液体蒸发的蒸气密度，kg/m3；2——液体密度，kg/m3；vF——蒸发的液体占液体总量的比例，它由下式计算：HTTCFcpv)(（9）pC——两相混合物的定压比热，J/kg•K；T——两性化合物的温度，K；cT——临界温度，Ｋ；H——液体的气化热，J/kg。发生两相流时vF1，当vF0.2时，可以认为不会形成液池；当vF0.2时，vF与带走液体之比有线性关系；当vF=1时，有50%的液体被带走；当vF=0时，没有液体被带走。如果vF1时，表明液体将全部蒸发成气体，这时应按气体泄漏公式计算。当vF很小时，可以当做液体计算。四、泄漏后果及多米诺效应分析1．泄漏形式泄漏一旦出现，其后果不仅与物质的数量、易燃易爆性、反应性、毒性有关，而且与泄漏物质的相态、压力、温度等状态有关，这些影响因素可有多种不同的结合。在多米诺效应分析中，选择研究易燃性气体或者液体引起的火灾、爆炸，以及毒性气体扩散影响的范围。2．泄漏后果（1）可燃气体泄漏可燃气体泄漏后与空气混合达到燃烧极限，遇到引火源就会发生燃烧或爆炸。泄漏后起火的时间不同，其后果也不同：立即起火，即在外泄时被点燃，发生扩散燃烧，形成喷射火或者火球，能迅速危及泄漏现场，但很少影响到厂区外部范围；滞后起火，即可燃气体泄出后与空气混合形成可燃蒸汽云团，并随风漂移，再遇点火源发生燃烧或爆炸，可能引起较大范围的破坏。（2）有毒气体泄漏有毒气体泄漏后，形成云团在空气中扩散，将笼罩以厂区为中心的很大的空间范围，造成严重影响。（3）可燃液体泄漏可燃液体根据其储存方式，泄漏后果有所不同：常温常压下的液态物质，泄漏后聚集在防火堤内或地势低洼处形成液池，蒸发缓慢，遇火可能造成池火；加压液化的气体，泄露时一部分瞬时蒸发，剩下的形成液池并吸收热量继续蒸发。蒸发部分的气体与空气形成蒸汽云团，遇火源发生爆炸，液池部分遇火源形成池火，边燃烧边蒸发；低温液体，泄漏后形成液池，吸收周围热量后蒸发。蒸发量低于加压液化气体泄漏量，高于常温常压下液体泄漏量。3．多米诺效应（1）易燃泄漏物易燃液体泄漏后，在防火堤内形成液池，遇火发生池火灾，或者因为加压形成射流，在泄漏裂口处被点燃，形成喷射火；易燃气体在空中扩散，与空气形成爆炸混合物，然后发生延迟点火，发生无约束蒸气云爆炸。这两类事故后果的多米诺效应，我们在另外的论文中有分析，因此不再赘述。（2）有毒泄漏物毒性泄漏物，在大气中扩散，将造成大范围内人员中毒事故。利用高斯模型分析非重气（密度小于或等于空气的气体）的扩散，分为烟团扩散和烟羽扩散。1）当非重毒气瞬时泄漏时，应用高斯团烟扩散模型，其毒气浓度的变化规律如下式：C(x,y,z,t)=2Q(2π)3/2σxσyσzexp{−12[(x−ut)2σx2+y2σy2+z2σz2]}（10）式中，Q——毒气排放量，kg；x,y,z——下风、侧风、垂直向上方向距离泄露原点的距离，m;u——风速，m/s;σx、σy、σz——分别是x、y、z方向的扩散系数；t——扩散时间，s。2）当泄漏气体连续排放时，泄漏速率为Q（km/s），则毒气浓度随时间的变化如下式：C(x,y,z,t)=Qπσyσzuexp[−12(y2σy2+z2σz2)]（11）式中符号意义同上。