事故后果模拟分析

事故后果模拟分析泄漏•1泄漏情况分析•1)泄漏的主要设备•根据各种设备泄漏情况分析，可将工厂(特别是化工厂)中易发生泄漏的设备归纳为以下10类：管道、挠性连接器、过滤器、阀门、压力容器或反应器、泵、压缩机、储罐、加压或冷冻气体容器及火炬燃烧装置或放散管等。泄漏•1泄漏情况分析•2)造成泄漏的原因•(1)设计失误•①基础设计错误，如地基下沉，造成容器底部产生裂缝，或设备变形、错位等；•②选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格不符等；•③布置不合理，如压缩机和输出管没有弹性连接，因振动而使管道破裂；•④选用机械不合适，如转速过高、耐温、耐压性能差等；•⑤选用计测仪器不合适；•⑥储罐、贮槽未加液位计，反应器(炉)未加溢流管或放散管等。泄漏•1泄漏情况分析•2)造成泄漏的原因•(2)设备原因。•①加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料；•②加工质量差，特别是不具有操作证的焊工焊接质量差；•③施工和安装精度不高，如泵和电机不同轴、机械设备不平衡、管道连接不严密等；•④选用的标准定型产品质量不合格；泄漏•1泄漏情况分析•2)造成泄漏的原因•(2)设备原因。•⑤对安装的设备没有按机械设备安装工程及验收规范)进行验收；•⑥设备长期使用后未按规定检修期进行检修，或检修质量差造成泄漏；•⑦计测仪表未定期校验，造成计量不准；•⑧阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换；•⑨设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂等。泄漏•1泄漏情况分析•2)造成泄漏的原因•(3)管理原因。•①没有制定完善的安全操作规程；•②对安全漠不关心，已发现的问题不及时解决；•③没有严格执行监督检查制度；•④指挥错误，甚至违章指挥；•⑤让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判断错误；•⑥检修制度不严，没有及时检修已出现故障的设备，使设备带病运转。泄漏•1泄漏情况分析•2)造成泄漏的原因•(4)人为失误•①误操作，违反操作规程；•②判断错误，如记错阀门位置而开错阀门；•③擅自脱岗；•④思想不集中；•⑤发现异常现象不知如何处理。泄漏•1泄漏情况分析•3)泄漏后果•泄漏一旦出现，其后果不单与物质的数量、易燃性、毒性有关，而且与泄漏物质的相态、压力、温度等状态有关。•这些状态可有多种不同的结合，在后果分析中，常见的可能结合有4种：•常压液体；•加压液化气体；•低温液化气体；•加压气体。泄漏量的计算•当发生泄漏的设备的裂口是规则的，而且裂口尺寸及泄漏物质的有关热力学、物理化学性质及参数已知时，可根据流体力学中的有关方程式计算泄漏量。•当发生泄漏的设备的裂口不规则时，可采取等效尺寸代替；当遇到泄漏过程中压力变化等情况时，往往采用经验公式计算。泄漏量的计算•1)液体泄漏量•液体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算，其泄漏速度为：•Q0——液体泄漏速度，kg/s；•Cd——液体泄漏系数，按表1选取；•A——裂口面积，m2；ρ——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，9.8m/s2；h——裂口之上液位高度，m。ghppACQd2)(200表1液体泄漏系数Cd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泄漏量的计算•1)液体泄漏量•对于常压下的液体泄漏速度，取决于裂口之上液位的高低；•对于非常压下的液体泄漏速度，主要取决于容器内介质压力与环境压力之差和液位高低。•当容器内液体是过热液体，即液体的沸点低于周围环境温度，液体流过裂口时由于压力减小而突然蒸发。蒸发所需热量取自于液体本身，而容器内剩下的液体温度将降至常压沸点。泄漏量的计算•1)液体泄漏量•对于容器内液体是过热液体，液体流过裂口时由于压力减小而突然蒸发，泄漏时直接蒸发的液体所占百分比F可按下式计算：•Cp——液体的比定压热容，J/(kg·K)；•T——泄漏前液体的温度，K；•T0——液体在常压下的沸点，K；•H——液体的气化热，J/kg。HTTcFp0泄漏量的计算•1)液体泄漏量•按上式计算的结果，几乎总是在0～1之间。•事实上，泄漏时直接蒸发的液体将以细小烟雾的形式形成云团，与空气相混合而吸热蒸发。如果空气传给液体烟雾的热量不足以使其蒸发，有一些液体烟雾将凝结成液滴降落到地面，形成液池。•根据经验，当F＞0.2时，一般不会形成液池；当F＜0.2时，F与带走液体之比有线性关系，即当F=0时，没有液体带走(蒸发)；当F=0.1时，有50％的液体被带走。泄漏量的计算•2)气体泄漏量•泄漏时气体流动的判断•当•成立时，气体流动属音速流动；•当•成立时，气体流动属亚音速流动。•式中：k——气体的绝热指数，即定压比热Cp与定容比热CV之比。10]12[kkkpp1012kkkPP泄漏量的计算•2)气体泄漏量•气体呈音速流动时，其泄漏量为：•气体呈亚音速流动时，其泄漏量为：•式中，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；110]12[kkdkRTMkAPCQ110]12[kkdkRTMkAYCQ泄漏量的计算•2)气体泄漏量•Y——气体膨胀因子，它由下式计算：•M——分子量；•ρ——气体密度，kg/m3；•R——气体常数，J/(mol·K)；•T——气体温度，K。}][1{][]21][11[102011kkkkkppppkkY泄漏量的计算•3)两相流动泄漏量•均匀两相流动的泄漏速度可按下式计算：•式中Q0——两相流泄漏速度，kg/s；•Cd——两相流泄漏系数，可取0.8；•A——裂口面积，m2；•p——两相混合物的压力，Pa；•Pc——临界压力，Pa，可取Pc=0.55Pa；•ρ——两相混合物的平均密度，kg/m3，)(20cdppACQ泄漏量的计算•3)两相流动泄漏量•ρ——两相混合物的平均密度，kg/m3，•ρ1——液体蒸发的蒸气密度，kg/m3；•ρ2——液体密度，kg/m3；•Fv——蒸发的液体占液体总量的比例，2111vvFF泄漏量的计算•3)两相流动泄漏量•Cp——两相混合物的比定压热容，J/(kg·K)；•T——两相混合物的温度，K；•Tc——临界温度，K；•H——体的气化热，J/kg。•当F1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；如果Fv很小，则可近似按液体泄漏公式计算。HTTcFcpv)(泄漏后的扩散•1)液体的扩散•(1)液池面积•瞬时泄漏(泄漏时间不超过30s)时，•连续泄漏(泄漏持续10min以上)时，4]8[tpgmr413]32[pgmtr泄漏后的扩散•1)液体的扩散•(1)液池面积•瞬时泄漏(泄漏时间不超过30s)时，•连续泄漏(泄漏持续10min以上)时，4]8[tpgmr413]32[pgmtr泄漏后的扩散•1)液体的扩散•(2)蒸发量•液池内液体蒸发按其机理可分为闪蒸、热量蒸发和质量蒸发3种。•①闪蒸•过热液体泄漏后，由于液体的自身热量而直接蒸发称为闪蒸。泄漏后的扩散•1)液体的扩散•(2)蒸发量•①闪蒸•发生闪蒸时液体蒸发速度Qt可由下式计算：•式中Fv——直接蒸发的液体与液体总量的比例；•m——泄漏的液体总量，kg；•t——闪蒸时间，s。tmFQvt/泄漏后的扩散•1)液体的扩散•(2)蒸发量•②热量蒸发•当Fv＜1或Qt＜m时，则液体闪蒸不完全，有一部分液体在地面形成液池，并吸收地面热量而气化，称为热量蒸发。•热量蒸发速度Qt按下式计算：)()()(0101bbtTTHLANuKtHTTKAQ泄漏后的扩散•1)液体的扩散•(2)蒸发量•②热量蒸发•式中A1——液池面积，m2；•T0——环境温度，K；•Tb——液体沸点，K；•H——液体蒸发热，J/kg；•L——液池长度，m；•α——热扩散系数，m2/s，见表2；•K——导热系数，J/(m·K)，见表2；•t——蒸发时间，s；•Nu——努塞尔(Nusselt)数。泄漏后的扩散泄漏后的扩散•1)液体的扩散•(2)蒸发量•③质量蒸发•当地面传热停止时，热量蒸发终止，转而由液池表面之上气流运动使液体蒸发，称为质量蒸发。•质量蒸发速度Q1为：11)(LAShQ泄漏后的扩散•1)液体的扩散•(2)蒸发量•③质量蒸发•式中α——分子扩散系数，m2/s；•Sh——舍伍德(Sherwood)数；•A——液池面积，m2；•L——液池长度，m；•ρ1——液体的密度，kg/m3。11)(LAShQ泄漏后的扩散•Sh为舍伍德数Sh=kL/DAB，k为传质分系数,DAB为分子扩散系数,L为几何特征长度。舍伍德数中包含着待求取的传质分系数，与热量传递中的努塞尔数对应，因此，又称传质努塞尔数。泄漏后的扩散•2)喷射扩散•在进行气体喷射计算时，应以等价喷射孔口直径计算。•等价喷射的孔口直径按下式计算：•式中D——等价喷射孔径，m；•D0——裂口孔径，m；•ρ0——泄漏气体的密度，kg/m3；•ρ——周围环境条件下气体的密度，kg/m3。00DD泄漏后的扩散•2)喷射扩散•(1)喷射的浓度分布•在喷射轴线上距孔口x处的气体的质量浓度C(x)为：•式中b1，b2——分布函数，b1=50.5+48.2ρ-9.95ρ2，b2=23+41ρ。132.0)(0121DxbbbxC泄漏后的扩散•2)喷射扩散•(1)喷射的浓度分布•在过喷射轴线上点x且垂直于喷射轴线的平面内任一点处的气体质量浓度为：•式中C(x，y)——距裂口距离x且垂直于喷射轴线的平面内y点的气体浓度，kg/m3；•C(x)——喷射轴线上距裂口x处的气体的质量浓度，kg/m3；2)/(2)(),(xybexCyxC泄漏后的扩散•2)喷射扩散•(2)喷射轴线上的速度分布•喷射速度随着轴线距离增大而减少，直到轴线上的某一点喷射速度等于风速为止，该点称为临界点。•临界点以后的气体运动不再符合喷射规律。泄漏后的扩散•2)喷射扩散•(2)喷射轴线上的速度分布•沿喷射轴线上的速度分布由下式得出：•式中ρ0——泄漏气体的密度，kg/m3；•ρ——周围环境条件下气体的密度，kg/m3；•D——等价喷射孔径，m；•b1——分布参数，同前；•x——喷射轴线上距裂口某点的距离，m；20100)](132.0[4)(xDDxbvxv泄漏后的扩散•2)喷射扩散•(2)喷射轴线上的速度分布•沿喷射轴线上的速度分布由下式得出：•式中——喷射轴线上距裂口x处一点的速度，m/s；•——喷射初速，等于气体泄漏时流出裂口时的速度，m/s，20100)](132.0[4)(xDDxbvxv)(xv0v2000)2(DCQvd泄漏后的扩散•2)喷射扩散•(2)喷射轴线上的速度分布•沿喷射轴线上的速度分布由下式得出：•式中Q0——气体泄漏速度，kg/s；•Cd——气体泄漏系数；•D0——裂口直径，m。20100)](132.0[4)(xDDxbvxv泄漏后的扩散•3)绝热扩散•闪蒸液体或加压气体瞬时泄漏后，有一段快速扩散时间，假定此过程相当快以致在混合气团和周围环境之间来不及热交换，则称此扩散为绝热扩散。•根据TNO(1979年)提出的绝热扩散模式，泄漏气体(或液体闪蒸形成的蒸气)的气团呈半球形向外扩散。根据浓度分布情况，把半球分成内外两层，内层浓度均匀分布，且具有50％的泄漏量；外层浓度呈高斯分布，具有另外50％的泄漏量。泄漏后的扩散•3)绝热扩散•绝热扩散过程分为两个阶段，第一阶段气团向外扩散至大气压力，在扩散过程中，气团获得动能，称为“扩散能”；•第二阶段，扩散能再将气团向外推，使紊流混合空气进入气团，从而使气团范围扩大。泄漏后的扩散•3)绝热扩散•(1)气团扩散能•在气团扩散的第一阶段，扩散的气体(或蒸气)的内能一部分用来增加动能，对周围大气做功。•假设该阶段的过程为可逆绝热过程，并且是等熵的。泄漏后的扩散•3)绝热扩散•(1)气团