泄露計(jì)算方法

1、重大事故后果分析方法：泄漏事故后果分析是安全評(píng)價(jià)的一個(gè)重要組成部分，其目的在于定量地描述一個(gè)可能發(fā)生的重大事故對(duì)工廠、 廠內(nèi)職工、廠外居民，甚至對(duì)環(huán)境造成危害的嚴(yán)重程度。分析結(jié)果為企業(yè)或企業(yè)主管部門提供關(guān)于重大事故后果的信息，為企業(yè)決策者和設(shè)計(jì)者提供關(guān)于決策采取何種防護(hù)措施的信息， 如防火系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)或減壓系統(tǒng)等的信息，以達(dá)到減輕事故影響的目的?；馂?zāi)、爆炸、中毒是常見的重大事故，可能造成嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失，影響社會(huì)安定。世界銀行國際信貸公司（IFC）編寫的工業(yè)污染事故評(píng)價(jià)技術(shù)手冊(cè)中提出的易燃、易爆、有毒物質(zhì)的泄漏、擴(kuò)散、火災(zāi)、爆炸、中毒等重大工業(yè)事故的事故模型和計(jì)算事故后果嚴(yán)重度

2、的公式，主要用于工業(yè)污染事故的評(píng)價(jià)。該方法涉及內(nèi)容，也可用于火災(zāi)、 爆炸、毒物泄漏中毒等重大事故的事故危險(xiǎn)、危害程度的評(píng)價(jià)。由于設(shè)備損壞或操作失誤引起泄漏從而大量釋放易燃、易爆、有毒有害物質(zhì)，可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等重大事故發(fā)生。1 泄漏情況1. 1 泄漏的主要設(shè)備根據(jù)各種設(shè)備泄漏情況分析，可將工廠（特別是化工廠）中易發(fā)生泄漏的設(shè)備分類，通常歸納為：管道、撓性連接器、過濾器、閥門、壓力容器或反應(yīng)器、泵、壓縮機(jī)、儲(chǔ)罐、加壓 或冷凍氣體容器及火炬燃燒裝置或放散管等十類。一個(gè)工廠可能有各種特殊設(shè)備，但其與一般設(shè)備的差別很小，可以容易地將其劃歸至所屬的類型中去。圖 6 1圖 6 10提供了各類設(shè)備

3、的典型損壞情況及裂口尺寸，可供后果分析時(shí)參考。這里所列出的損壞典型，僅代表事故后果分析的最基本的典型損壞。評(píng)價(jià)人員還可以增加其他一些損壞的形式和尺寸， 例如閥的泄漏、開啟式貯罐滿溢等人為失誤事故，也可以作為某些設(shè)備的一種損壞形式。圖6 1管道的泄漏（包括：管道、法蘭、接頭）典情況損壞尺寸1.窿蘭利9120%管徑2.管道fftH100%或20%管徑3,接頭損懷100%* 20%甘息3典型港漏情況損壞尺寸1.破裂港H100%或20%管程2.接頭渲漏20%管&3.連接裝置損壞而泄漏100%管&圖6 2撓性連接器的泄涌（包括：軟管.波墳管,較接I!典M港情況技?jí)某叽?.淀體渲漏100%

4、或20%管徑2.管道泄at20%曾&圖6 3過旅器的泄Si（包括:過概H,管逕,波網(wǎng)）代型漁2M情況損壞尺寸1.充漁漏100%或20%管徑2.ftT*W20%管徑23.桿損尊20%管徑圖6 4閥的泄It（包括：球、網(wǎng)門、球狀物栓、指針、H形網(wǎng)（嶂形,母）、阻，門、保險(xiǎn)、超硬昭合金牌）典型漁情況損壞尺寸1.容誓破裂全部破裂2.容tfmx100%大管徑3.進(jìn)入孔溜20%管徑4.，蜥裂100%管&S.儀衰管路破裂100、或20%管徑6.內(nèi)部爆炸全部破裂圖6 5壓力容器及反應(yīng)器的泄漏（包括:分Mll.n體洗海II、反應(yīng)釜焦交換H、各 X和容H、火焰加熱IT0B柱體生佚槽/容料.接受器,

5、再沸2 /典況渣情況損壞尺寸1.機(jī)充損壞100%或20%借稅2.密封壓萱槌9120%管徑圖6/泵的泄H（包括：K心泵、往夏泵（活宴系）111111I1b.I1K染*. z1-1(寂*困(VWVW炬)機(jī)Kw,Kw, w w出W W聘薜9 9出QJrtee)QJrtee)晨翹足媒出,903sss8.9S1111111LW!11 1.:噂1L1XxK1000.650.600 . 2 時(shí),般不會(huì)形成液池；當(dāng) F1 時(shí)，表明液體將全部蒸發(fā)成氣體，這時(shí)應(yīng)按氣體泄漏公式計(jì)算；如果 Fv很小,則可近似地按液體泄漏公式計(jì)算。3 泄漏后的擴(kuò)散如前所述，泄漏物質(zhì)的特性多種多樣，而且還受原有條件的強(qiáng)烈影響，但大多數(shù)物

6、質(zhì)從容器中泄漏出來后，都將發(fā)展成彌散的氣團(tuán)向周圍空間擴(kuò)散。對(duì)可燃?xì)怏w如果遇到引火源會(huì)著火。這里僅討論氣團(tuán)原形釋放的開始形式，即液體泄漏后擴(kuò)散、噴射擴(kuò)散和絕熱擴(kuò)散。關(guān)于氣團(tuán)在大氣中的擴(kuò)散屬環(huán)境保護(hù)范疇，在此不予考慮。3. 1 液體的擴(kuò)散液體泄漏后立即擴(kuò)散到地面，一直流到低洼處或人工邊界， 如防火堤、岸墻等，形成液池。液體泄漏出來不斷蒸發(fā)，當(dāng)液體蒸發(fā)速度等于泄漏速度時(shí)，液化中的液體量將維持不變。如果泄漏的液體是低揮發(fā)度的，則從液池中蒸發(fā)量較少， 不易形成氣團(tuán)，對(duì)廠外人員沒有危險(xiǎn)；如果著火則形成池火災(zāi)； 如果滲透進(jìn)土壤， 有可能對(duì)環(huán)境造成影響。 如果泄漏的是揮發(fā)性液體或低溫液體， 泄漏后液體蒸發(fā)量大

7、， 大量蒸發(fā)在液池上面后會(huì)形成蒸氣云，并 擴(kuò)散到廠外，對(duì)廠外人員有影響。A 液池面積如果泄漏的液體已達(dá)到人工邊界，則液池面積即為人工邊界圍成的面積。如果泄漏的液體未達(dá)到人工邊界，則可假設(shè)液體的泄漏點(diǎn)為中心呈扁圓柱形在光滑平面上擴(kuò)散，這時(shí)液池半徑 r 用下式計(jì)算：(1)瞬時(shí)泄漏(泄漏時(shí)間不超過 30s)時(shí):(6-9)(6-10)(2)連續(xù)泄漏(泄漏持續(xù) 10min 以上)時(shí):(6-12)式中 r-液池半徑， m;m-泄漏的液體量， kg ;g- 重力加速度，g=9. 8m/s2；t泄漏時(shí)間，s。B 蒸發(fā)量液池內(nèi)液體蒸發(fā)按其機(jī)理可分為閃蒸、熱量蒸發(fā)和質(zhì)量蒸發(fā)3種，下面分別介紹:(1)閃蒸：過熱液體

8、泄漏后由于液體的自身熱量而直接蒸發(fā)稱為閃蒸。發(fā)生閃蒸時(shí)液體蒸發(fā)速度 Q可由下式計(jì)算：Q=Fvm / J(6 -13)式中 Fv直接蒸發(fā)的液體與液體總量的比例；m-泄漏的液體總量，kg ;t閃蒸時(shí)間，s。(2)熱量蒸發(fā)：當(dāng) Fv1或 Qtm 時(shí)，則液體閃蒸不完全， 有一部分液體在地面形成液池, 并吸收地面熱量而氣化稱為熱量蒸發(fā)，其蒸發(fā)速度Q按下式計(jì)算：H V natHL2式中Ai敝池面積，m ;To環(huán)境溫度，K;Tb液體沸點(diǎn)，K;H液體蒸發(fā)熱，J/ kg;L- 液池長度，m；a-熱擴(kuò)散系數(shù)，m2/s,見表 6-2所示；K導(dǎo)熱系數(shù)，J/(m - K),如表 6-2所示;表 6-2 某些地面的熱傳遞

9、性質(zhì)址函情況ar/( m1/)水泥L11.29X WT土地(含水S%)10一94. JX W *干oA3* Wr濕地3.3X10*砂礫境)*2-5n*oxioT(6-14)t蒸發(fā)時(shí)間，s;Nu努塞爾(Nusselt)數(shù)。(3)質(zhì)量蒸發(fā)：當(dāng)?shù)孛鎮(zhèn)鳠嵬Ｖ箷r(shí)，熱量蒸發(fā)終了，轉(zhuǎn)而由液池表面之上氣流運(yùn)動(dòng)使液體蒸發(fā)稱為質(zhì)量蒸發(fā)。其蒸發(fā)速度Q為：Q aSh式中 a 分子擴(kuò)散系數(shù)，m2 / s;Sh-舍伍德(Sherwood)數(shù)；2A敝池面積，m ;L-液池長度，m；P1- 液體的密度，kg/m3。3. 2 噴射擴(kuò)散氣體泄漏時(shí)從裂口噴出形成氣體噴射。大多數(shù)情況下氣體直接噴出后，其壓力高于周圍環(huán)境大氣壓力，溫度

10、低于環(huán)境溫度。 在進(jìn)行噴射計(jì)算時(shí)， 應(yīng)以等價(jià)噴射孔口直徑來計(jì)算。等價(jià)噴射的孔口直徑按下式計(jì)算:(6J6)式中D等價(jià)噴射孔徑，m；Do- 裂口孔徑，m；P o-泄漏氣體的密度，kg/m3;3P 周圍環(huán)境條件下氣體的密度，kg/ m。如果氣體泄漏能瞬間達(dá)到周圍環(huán)境的溫度、壓力狀況，即A 噴射的濃度分布(6T7)式中 加、b2分布函數(shù)，其表達(dá)式如下：瓦=50 5 + 48,2p 9 95p，知=23* 4Ip其他符號(hào)意義同前。如果把式 6-17 改寫成 x是 c(x)的函數(shù)形式，則給定某濃度值度的點(diǎn)至孔口的距離x。(6-15)p o= p ,貝 U D=Do。在噴射軸線上距孔口x處的氣體濃度 c(x

11、)為:c(x),就可算出具有該濃在過噴射軸線上點(diǎn) x且垂直于噴射軸線的平面內(nèi)任一點(diǎn)處的氣體濃度為:住fJ(6-18)c(i)式中 c(xy)- 距裂口距離 x且垂直于噴射軸線的平面內(nèi)y點(diǎn)的氣體濃度，kg/m3;c(x)噴射軸線上距裂口x處的氣體濃度，kg/m3;b2-分布參數(shù)，同前；y- 目標(biāo)點(diǎn)到噴射軸線的距離，m。B噴射軸線上的速度分布噴射速度隨著軸線距離增大而減小，直到軸線上的某一點(diǎn)噴射速度等于風(fēng)速為止。該點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)以后的氣體運(yùn)動(dòng)不再符合噴射規(guī)律。沿噴射軸線的速度分布由下式得出:式中p 0泄漏氣體的密度，kg/ m3;P 周圍環(huán)境條件下氣體的密度，kg / m3;D等價(jià)噴射孔徑，

12、 m；bi- 分布參數(shù)，同前；x噴射軸線上距裂口某點(diǎn)的距離，m ;U (x)噴射軸線上距裂口J處一點(diǎn)的速度，m/s;u0噴射初速， 等于氣體泄漏時(shí)流經(jīng)裂口時(shí)的速度，(6-20)式中 Q氣體泄漏速度，kg / s;Cd氣體泄漏系數(shù)；D裂口直徑，m。當(dāng)臨界點(diǎn)處的濃度小于允許濃度(如可燃?xì)怏w的燃燒下限或有害氣體最高允許濃度)時(shí),只需按噴射擴(kuò)散來分析； 當(dāng)該點(diǎn)濃度大于允許濃度時(shí)，則需要進(jìn)一步分析泄漏氣體在大氣中擴(kuò)散的情況。3. 3絕熱擴(kuò)散閃蒸液體或加壓氣體瞬時(shí)泄漏后，有一段快速擴(kuò)散時(shí)間，假定此過程相當(dāng)快以致在混合氣團(tuán)和周圍環(huán)境之間來不及熱交換，則此擴(kuò)散稱為絕熱擴(kuò)散。(649)m/s,按下式計(jì)算:根據(jù)

13、TNO(1979年)提出的絕熱擴(kuò)散模式，泄漏氣體(或液體閃蒸形成的蒸氣)的氣團(tuán)呈半球形向外擴(kuò)散。根據(jù)濃度分布情況， 把半球分成內(nèi)外兩層，內(nèi)層濃度均勻分布，且具有 50%的泄漏量；外層濃度呈高斯分布，具有另外50%的泄漏量。絕熱擴(kuò)散過程分為兩個(gè)階段：第一階段，氣團(tuán)向外擴(kuò)散至大氣壓力，在擴(kuò)散過程中，氣團(tuán)獲得動(dòng)能，稱為“擴(kuò)散能”；第二階段，擴(kuò)散能再將氣團(tuán)向外推，使紊流混合空氣進(jìn)入氣 團(tuán)，從而使氣團(tuán)范圍擴(kuò)大。當(dāng)內(nèi)層擴(kuò)散速度降到一定值時(shí)，可以認(rèn)為擴(kuò)散過程結(jié)束。A 氣團(tuán)擴(kuò)散能在氣團(tuán)擴(kuò)散的第一階段，擴(kuò)散的氣體(或蒸氣)的內(nèi)能一部分用來增加動(dòng)能，對(duì)周圍大氣做功。假設(shè)該階段的過程為可逆絕熱過程，并且是等痼的。a

14、氣體泄漏擴(kuò)散能根據(jù)內(nèi)能變化得出擴(kuò)散能計(jì)算公式如下：E = V( Ti - Ta) -0.98( Va- Vj)式中 E氣體擴(kuò)散能，J;Cv定容比熱，J/ (kg - K);Ti氣團(tuán)初始溫度，K;T2 一氣團(tuán)壓力降至大氣壓力時(shí)的溫度，K;Po環(huán)境壓力，Pa;3Vi氣團(tuán)初始體積，m ;V2一氣團(tuán)壓力降至大氣壓力時(shí)的體積，m3。b閃蒸液體泄漏擴(kuò)散能蒸發(fā)的蒸氣團(tuán)擴(kuò)散能可以按下式計(jì)算：E =T認(rèn)S -Sw)W-0.98(P- PQ)K式中 E閃蒸液體擴(kuò)散能，J;Hi 泄漏液體初始粉，J/ kg;H2泄漏液體最終粉，J/ kg;Tb液體的沸點(diǎn)，K;Si 液體蒸發(fā)前的嫡 f, J/(kg - K);&液體蒸發(fā)后的痼，J/ (kg - K);W液體蒸發(fā)量，kg;pi 初始?jí)毫?，Pa;Po周圍環(huán)境壓力， Pa;(6-21)Vi初始體積，m3。B 氣團(tuán)半徑與濃度在擴(kuò)散能的推動(dòng)下氣團(tuán)向外擴(kuò)散，并與周圍空氣發(fā)生紊流混合。a內(nèi)層半徑與濃度氣團(tuán)內(nèi)層半徑 Ri和濃度 c是時(shí)間函數(shù)，表達(dá)如下：R,=2.72(6-23)0.00597虬、c = . -二-_L(624)式中 t擴(kuò)散時(shí)間，s；V0在標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力下氣體體積，m3;kd紊流擴(kuò)散系數(shù)，按下式計(jì)算：3 _1如=0.0137汗左縹)(6-25)如上所述，當(dāng)中心擴(kuò)散速度