10泄漏擴散分析報告1源模型

1、泄漏擴散分析報告泄漏源模型目錄目 錄前言1泄漏源模型. 22.1.2.2.2.3.源模型概念2源模型作用2泄漏情況分析22.3.1.2.3.2.2.3.3.泄漏主要. 2. 4造成泄漏的泄漏后果6常見的泄漏源模型73.1.基本泄漏源模型73.1.1.3.1.2.3.1.3.平行圓板模型7三角溝槽模型7多孔介質模型73.2.儲罐泄漏模型83.2.1. 氣體泄漏83.2.2. 液體泄漏10管道泄漏模型113.3.3.3.1.3.3.2.3.3.3.氣體或蒸氣沿管道泄漏11液體沿管道泄漏12液體通過孔洞泄漏133.4.泄壓元件泄放模型133.4.1.3.4.2.3.4.3.安全閥泄放模型14減壓閥泄

2、放模型14安全減壓閥泄放模型15I泄漏擴散分析報告泄漏源模型前言在本項目中，會涉及到易燃、易爆及有害物質在生產、儲存和過程中經常發(fā)生泄漏事故。事故的發(fā)生不僅會導致巨大的損失，而且還會造成嚴重的及環(huán)境的毒性和污染。更為嚴重的是可能會繼而發(fā)生火災或爆炸等災害，使得災害損失與破壞進一步加劇。建設項目環(huán)境風險評價技術導則(HJ/T 169-2004)要求對建設項目建設和運行期間發(fā)生的可突發(fā)性或事故引起有害、易燃易爆等物質泄漏，或突發(fā)事故產生的新的有害物質，所造成的對人身安全與環(huán)境的影響和損害，進行評估，提出防范、應急與減緩措施。對事故泄漏源進行分析，主要是根據(jù)項目所涉及的物品的化學性質、事故下情況，采

3、取相應的數(shù)學模型來估算泄漏物的排放量、排放時間等。在計算得到事故泄漏源強參數(shù)后即可采用擴散模型進一步對事故泄漏對環(huán)境的影響進行分析。1泄漏擴散分析報告泄漏源模型泄漏源模型2.1. 源模型概念源模型是根據(jù)描述物質時所表現(xiàn)出來的物理化學過程的理論，或經驗方建立的。對于較復雜的工廠，需要用多種源模型來描述。為了適用于特殊情況，通常需要對最初的模型進行改進和。結果往往僅是一種，這是因為物質的物理性質沒有得到充分描述，或者是因為物理過程并沒有得到充分的認識。如果不確定性，參數(shù)選擇應該使速率和量最大化。這樣就確保了設計是安全的。2.2. 源模型作用事故通常由導致過程中的物質遭到損失的某一開始。這些物質可能

4、具有毒性和爆炸等特性。典型的可能管線的破裂或者斷裂、儲罐或管道上的小孔、反應失控或外部火焰作用于容器等。一旦知道了可能會發(fā)生的，就可以選擇源模型來描述物質是怎么樣從過程系統(tǒng)中泄放出來的，源模型給出了流出速率、流出總量和流出狀態(tài)的表達。隨后，我們可以進一步進行分析，為障做好理論層面的模擬依據(jù)。2.3. 泄漏情況分析根據(jù)機理，可以分為大孔和有限孔，大孔中，過程單元內形成大孔，短時間內大量物質，造成的損失是瞬間的。儲罐的超壓爆炸就是一個很大孔的例子。對于有限孔，物質以非常慢的速率，上游條件并不因此而立刻受到影響，也是我們在化工廠中常見的形式，往往就是小小的跑冒滴漏類型的泄漏導致大型的事故，因此有限孔

5、的的源模型建立是非常重要的。2.3.1. 泄漏主要根據(jù)各種泄漏情況分析，可將化工廠中易發(fā)生泄漏的，通常歸2泄漏擴散分析報告泄漏源模型納為：管道、撓性連接器、過濾器、閥門、容器或反應器、泵、壓縮機、儲罐、加壓或冷凍氣體容器及火炬燃燒裝置或放散管等 10 類。每一種的典型損壞類型及其典型的損壞不同，具體如下：（1）管道。它管道、和接頭，其典型泄漏情況和裂口分別取管徑的 20100、20和 20100。（2）撓性連接器。它軟管、波紋管和鉸接器，其典型泄漏情況和裂口為：1)2)3)連接器本體破裂泄漏，裂口取管徑的 20100；接頭處的泄漏，裂口取管徑的 20；連接裝置損壞泄漏，裂口取管徑的 100。（

6、3）過濾器。它由過濾器本體、管道、濾網等組成，其典型泄漏情況和裂口尺寸分別取管徑的 20100和 20。（4）閥。其典型泄漏情況和裂口為：1)2)3)（5）閥殼體泄漏，裂口取管徑的 20100；取管徑的 20；閥蓋泄漏，裂口閥桿損壞泄漏，裂口取管徑的 20。容器、反應器?；どa中常用的分離器、氣體洗滌器、反應釜、熱交換器、各種罐和容器等。常見的此類泄漏情況和裂口為：1)2)3)4)5)6)容器破裂而泄漏，裂口取容器本身；容器本體泄漏，裂口取與其連接的粗管道管徑的 100；泄漏，裂口取管徑的 20；噴嘴斷裂而泄漏，裂口取管徑的 100；儀表管路破裂泄漏，裂口取管徑的 20100； 容器內部爆炸

7、，全部破裂。（6）泵。其典型泄漏情況和裂口為：1)2)泵體損壞泄漏，裂口取與其連接管徑的 20100；密封壓蓋處泄漏，裂口取管徑的 20。（7）壓縮機。離心式、軸流式和往復式壓縮機，其典型泄漏情況和裂口尺寸為：3泄漏擴散分析報告泄漏源模型1)2)壓縮機機殼損壞而泄漏，裂口取與其連接管道管徑的 20100；壓縮封套泄漏，裂口取管徑的 20。（8）儲罐。露天儲存物質的容器或容器，也與其連接的管道和輔助，其典型泄漏情況和裂口為：1)2)3)罐體損壞而泄漏，裂口為本體；接頭泄漏，裂口為與其連接管道管徑的 20100；輔助泄漏，酌情確定裂口。（9）加壓或冷凍氣體容器。露天或埋地放置的儲存器、容器或槽車等

8、，其典型泄漏情況和裂口為：1)2)3)露天容器內部氣體爆炸使容器完全破裂，裂口取本體；容器破裂而泄漏，裂口取本體；焊接點(接管)斷裂泄漏，取管徑的 20100。（10）火炬燃燒器或放散管。它們燃燒裝置、放散管、多通接頭、氣體洗滌器和分離罐等，泄漏主要發(fā)生在筒體和多通接頭部位，裂口取管徑的 20100。圖 2-1 各種類型的有限孔泄漏2.3.2. 造成泄漏的從人機系統(tǒng)來考慮造成各種泄漏事故的主要有 4 類。（1）設計失誤基礎設計錯誤，如地基下沉，造成容器底部產生裂縫，或變形、錯位等；4泄漏擴散分析報告泄漏源模型選材不當，如強度不夠，耐腐蝕性差、規(guī)格不符等；布置不合理，如壓縮機和輸出管沒有彈性連接

9、，因振動而使管道破裂；選用機械不合適，如轉速過高、耐溫、耐壓性能差等；選用計測儀器不合適；儲罐、貯槽未加液位計，反應器(爐)未加溢流管或放散管等。(2)不符合要求，或檢驗擅自采用代用材料；質量差，特別是不具有操作證的焊工焊接質量差；施工和安裝精度不高，如泵和電機不同軸、機械不平衡、管道連接不；選用的標準定型質量不合格；對安裝的沒有按機械安裝工程及驗收規(guī)范進行驗收；長期使用后未按規(guī)定檢修期進行檢修，或檢修質量差造成泄漏；計測儀表未定期校驗，造成計量；閥門損壞或開關泄漏，又未及時更換；附件質量差，或長期使用后材料變質、腐蝕或破裂等。(3)管理沒有制定完善的安全操作規(guī)程；對安全漠不關心，已發(fā)現(xiàn)的問題

10、不及時解決；沒有嚴格執(zhí)行監(jiān)督檢查制度；指揮錯誤，甚至違章指揮；讓培訓的工人上崗，知識不足，不能錯誤；檢修制度不嚴，沒有及時檢修已出現(xiàn)故障的，使帶病運轉。(4)人為失誤誤操作，操作規(guī)程；錯誤，如記錯閥門位置而開錯閥門；擅自脫崗；思想不集中；發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象不知如何處理。5泄漏擴散分析報告泄漏源模型2.3.3. 泄漏后果泄漏一旦出現(xiàn)，其后果不單與物質的數(shù)量、易燃性、毒性有關，而且與泄漏物質的相態(tài)、溫度等狀態(tài)有關。這些狀態(tài)可有多種不同的結合，在后果分析中，常見的可能結合有 4 種：常壓液體；加壓液化氣體；低溫液化氣體；加壓氣體。泄漏物質的物性不同，其泄漏后果也不同。(1)可燃氣體泄漏?？扇細怏w泄漏后與空

11、氣混合達到燃燒極限時，遇到引火源就會發(fā)生燃燒或爆炸。泄漏后起火的時間不同，泄漏后果也不相同。立即起火?？扇細怏w從容器中往外泄出時即被點燃，發(fā)生擴散燃燒，產生噴射性火焰或形成火球，它能迅速地危及泄漏現(xiàn)場，但很少會影響到廠區(qū)的外部。滯后起火?？扇細怏w泄出后與空氣混合形成可燃蒸氣云團，并隨風飄移，遇火源發(fā)生爆炸或爆轟，能引起較大范圍的破壞。(2)氣體泄漏。氣體泄漏后形成云團在空氣中擴散，氣體的濃密云團將籠罩很大的空間，影響范圍大。(3)液體泄漏。情況下，泄漏的液體在空氣中蒸發(fā)而生成氣體，泄漏后果與液體的性質和貯存條件(溫度、)有關。常溫常壓下液體泄漏。這種液體泄漏后聚集在防液堤內或地勢低洼處形成液池

12、，液體由于池表面風的對流而緩慢蒸發(fā)，若遇引火源就會發(fā)生池火災。加壓液化氣體泄漏。一些液體泄漏時將瞬時蒸發(fā)，剩下的液體將形成一個液池，吸收周圍的熱量繼續(xù)蒸發(fā)。液體瞬時蒸發(fā)的比例決定于物質的性質及環(huán)境溫度。有些泄漏物可能在泄漏過程中全部蒸發(fā)。低溫液體泄漏。這種液體泄漏時將形成液池，吸收周圍熱量蒸發(fā)，蒸發(fā)量低于加壓液化氣體的泄漏量，高于常溫常壓下液體的泄漏量。無論是氣體泄漏還是液體泄漏，泄漏量的多少都是決定泄漏后果嚴重程度的主要因素。6泄漏擴散分析報告泄漏源模型常見的泄漏源模型3.1. 基本泄漏源模型3.1.1. 平行圓板模型平行圓板模型將流體介質通過密封點處的泄漏簡化為介質通過間隙高度為h，由內徑

13、 r1 處流至外徑 r2 處的定長、層流，其體積泄漏率為：p ( p)-3p hLu =21ærö÷h In6ç2rè1 ø式中：h 為介質粘度，𝑝1、𝑝2分別為墊片內、外側的。3.1.2. 三角溝槽模型三角溝槽模型認為，在正常的密封情況下，墊片與面的間隙由許多三角溝槽所組成，設 H 為三角溝槽的深度，L 為三角溝槽的底寬，b 為流道的長度( 通常為墊片的寬度)，為介質密度，則體積泄漏率為：對于液體：LH 3Dp ChbLv =對于氣體：LH 3D( p)2Lv =2Ch p b1式中：𝑃

14、; = 𝑝2 𝑝1，(𝑃)2 = 𝑝22 𝑝12，C 為。3.1.3. 多孔介質模型多孔介質模型認為非金屬墊片可近似看作各向同性的多孔介質，其流道由多個彎彎曲曲、半徑大小不等的毛細管組成。氣體通過多孔介質可分為層流和分子流，其氣體的總流率為層流流率與分子流流率之和。研究表明毛細管半徑 r 隨墊片殘余應力s 的增大而減小，𝑟 = 𝑓(𝜎𝑛)的。這樣就可以得到7泄漏擴散分析報告泄漏源模型氣體通過墊片的泄漏率方程：= ( A bh )s -nL p ( p)

15、 + ( Ab)(T M )1 2 s -nM ( p)- p- pLpvLm21M21式中，AL、AM、nL、nM為，其值可由實驗得到，LPV 為PV 泄漏率，pm = ( p1 + p2 ) / 2 ，M 是氣體相對分子質量，T 為氣體絕對溫度。3.2. 儲罐泄漏模型罐壁上的腐蝕、疲勞裂紋或孔洞以及碰撞、容器超壓都能導致儲罐泄漏。3.2.1. 氣體泄漏對于高壓(低溫)液化氣儲罐，如果處于狀態(tài)，罐內不氣相空間，此時即使少許裂縫出現(xiàn)，由于少量液體的泄漏也會引起內壓的迅速下降而處于過熱狀態(tài)，液體全部汽化，從而最終導致性破裂(閃蒸)；如果儲罐沒有，當破裂處位于氣相空間時，在破裂面積較大的情況下，高

16、壓蒸氣通過裂縫或孔洞噴出，儲罐內壓急劇下降，直到環(huán)境(常溫)。由于內壓急劇下降，氣液平衡遭到破壞，儲罐內流體處于過熱狀態(tài)，過熱狀態(tài)的液體為了再次恢復平衡，內部會均勻地產生沸騰核，同時產生大量氣泡，液體體積急劇膨脹，最終也導致蒸氣爆炸。對于以上兩種情況(閃蒸)，泄漏量可按介質瞬間全部泄漏計算。若裂口面積不大，即使有蒸氣噴出，但由于儲罐內壓下降不急劇，液體達到過熱狀態(tài)，因此發(fā)生蒸氣爆炸。氣體或蒸氣不同于液體，它屬于可壓縮流體。當氣體或蒸氣以較高速度時（>0.3 倍音速）或前后壓差大于 2 時，其在過程中的動能變化和物理性質的變化（尤其是密度的變化）就必須加以考慮。氣體或蒸氣的泄放可分為節(jié)流泄

17、放（Throttling Release）和Expansion泄放（Release）。對于節(jié)流泄放，氣體或蒸汽的壓縮能絕大部分用來克服摩擦阻力；而對于泄放，則氣體或蒸汽的壓縮能絕大部分轉化為動能。節(jié)流泄放模型需要裂口的詳細物理特征，在這里就不作討論了，而只考慮較為簡單的泄放模型。據(jù)機械能守恒原理，得到氣體或蒸氣通過孔洞泄漏的質量流速模型：1/2Q = C AP2rM / R T (r -1)ù ´ é(P / P )-(P / P )é(r +1)/rù2/rëû ëûm00g 000式中：Qm 質量泄漏

18、率/(kg/s)；8泄漏擴散分析報告泄漏源模型C0 泄漏系數(shù)；A 裂口面積/m2；P0 儲罐內壓/Pa；M氣體或蒸氣的摩爾質量（kg/mol）；Rg 理想氣體；T0 泄漏源溫度/K；P 泄漏處/Pa；r 熱容比。泄漏過程在臨界狀態(tài)時，泄漏源流量最大，此時泄漏處于塞壓狀態(tài)。對于理想氣體而言，塞壓是熱容比的函數(shù)，見表 3-1。表 3-1 塞壓和熱容比的臨界狀態(tài)下，最大質量流量的計算公式如下：00 )2 / (r +1)(r +1)/(r -1) 1/2(Q )= C APrM / R Tmg 0choked泄漏系數(shù)的確定直接影響氣體泄漏速度的計算。而言，泄漏系數(shù)的取值范圍在0.61.0之間。按泄漏

19、孔的形狀可分為：圓形孔，C0=1.0；三角孔，C0=0.95；長形孔，C0=0.9（棱越多，泄漏系數(shù)越?。??？卓跒閮葘痈g形成的漸縮孔，0.9C01.0；孔口為外力機械損傷形成的漸擴孔，0.6C00.9。對于氣體或蒸氣泄漏，必須考慮動力抬升和熱力抬升。其中動力抬升是由泄漏方向決定，熱力抬升是由介質與環(huán)境的溫差決定的。目前普遍使用國標 GB 3840-1991 推薦的抬升公式，但該公式只適用于泄漏方向豎直向上和泄漏介質的溫度大于環(huán)境溫度。不同的泄漏方向和泄漏介質與環(huán)境的溫差將產生不同的泄漏擴散效果。對于常壓氣體儲存，由于交通事故或系統(tǒng)超壓導致儲罐大面積開裂或超壓爆9氣體rPchoked單原子1.

20、670.487P兩原子和空氣1.400.528P三原子1.320.542P泄漏擴散分析報告泄漏源模型炸，可認為氣體瞬間全部泄放到大氣中，形成云團。3.2.2. 液體泄漏對于高壓(低溫)液化儲罐，當裂口處位于液相空間時，盡管液體流出并可能發(fā)生閃蒸，但由于液體的流出阻力大，內壓下降速度緩慢，儲罐內過熱液體發(fā)生蒸氣爆炸。閃蒸所需能量來自于過熱液體中所儲存的能量，即： Q = mCp (T0 - Tb )。𝑚為過夜液體的質量，CP 是液體的熱容，T0 是降壓前液體的溫度，Tb 是降壓后液體的沸點。當 Q 遠遠小于液體的蒸發(fā)熱H𝑣時可認為泄漏的液體發(fā)生閃蒸，此時的瞬時泄漏

21、量為：é2(P)ù1/2Q = r AC/ r + gh0 ë0ûmL式中：hL 是泄漏處與液面之間的距離，m。根據(jù)上式，隨著儲罐漸漸變空，液體高度減少，流速和質量流速也隨之減少。泄漏出來的液體會在地面上蔓延，遇到防液堤而聚集，形成液池；若泄源周圍地面平坦，泄漏液體也無限蔓延下去，而是趨于某一最大值，即根據(jù)不同的地表情況選用不同的液池最小厚度來確定液池的最大面積，以便計算液池的蒸發(fā)或沸騰速率（泄漏模型的一種）。液池的蒸發(fā)或沸騰所需熱量來自于地面的熱傳導、空氣的熱傳導和熱對流以及太陽或鄰近熱源的熱輻射等。對于易揮發(fā)液體，其液池蒸發(fā)的質量流量為：Qm = M

22、KAPsat / RgTL式中： K 是質量轉移系數(shù)，m/s； P𝑠𝑎𝑡是液體的飽和蒸汽壓，Pa；TL 是液體的溫度，k。當 Q 大于H𝑣時，泄漏出來的液體發(fā)生完全閃蒸，此時應按氣體泄漏處理。當 Q 小于H𝑣時，按兩模型計算：(P - P )ù1/2Q = AC é2r0 ëmmcûm式中：𝜌𝑚是兩相混合物的平均密度，kg/m3；P𝑚是兩相混合物在儲罐內的壓力（Pa）；𝑃𝐶是臨界（Pa），假設&#

23、119875;𝐶 = 0.55𝑃𝑚。𝜌𝑚可由下式求出：rm = 1/ éë(Fv / rg )+(1- Fv ) / rl ùû式中：𝐹𝑣是閃蒸率（𝐹𝑣 = 𝑄/𝐻𝑣）；𝜌𝑔是兩相中蒸氣密度，kg/m3；𝜌𝑙是兩相中液體密度，kg/m3。另外當閃蒸率𝐹𝑣 > 0.2

24、時，可認為10形成液池。泄漏擴散分析報告泄漏源模型3.3. 管道泄漏模型若腐蝕、疲勞裂紋出現(xiàn)在流體輸送管道上或者由于碰撞等導致管道斷裂，同樣會引起流體的泄漏，具體可分為以下 4 種情況：(1)氣體或蒸氣沿管道泄漏；(2)氣體或蒸氣通過管道上的孔洞泄漏；(3)液體沿管道泄漏；(4)液體通過管道上的孔洞泄漏。其中第二種情況同上述氣體或蒸氣通過罐壁上的孔洞泄漏類似，以下是其他3 種情況。3.3.1. 氣體或蒸氣沿管道泄漏氣體或蒸氣沿管道可分為絕熱和等溫。絕熱適合于蒸氣流快速流過絕熱管道，而等溫適合于流經保持恒溫的非絕熱管道。真實的是介于兩者之間的。對于絕熱，隨著流體的向前，下降并轉化為動能，流體流速

25、不斷增加，當達到音速時(達到所謂的)，流體將在余下的管程中以音速，且溫度和不再發(fā)生變化。當沒有發(fā)生時，其出口速度小于音速。氣體或蒸氣沿管道泄漏的質量流率為（亞音速）： 2121/ 2()(- T ) / é(T)()ù22G =é2rM / Rr -1ù/ P- TT/ Pëûëûg112若泄漏處于范圍內（音速），此時泄漏的質量流率可用以下公式計算：()1/2G= Ma P rM / R Tchoked1 1g 1式中：G 非情況下泄漏的面積上的質量流率/（kg/(m2·s)）；Gchoked 情況下泄漏

26、的面積上的質量流率/（kg/(m2·s)）；𝑇1, 𝑃1, 𝑀𝑎1管道內達到前任一點處的溫度（K），（Pa）和；T2, P2泄漏處的溫度（K）和（Pa）。對于等溫，假設流體流速遠遠低于音速，其面積上的質量泄漏速率為：11泄漏擴散分析報告泄漏源模型()1/2G = Ma P rM / R T1 1g 1式中：𝑃1, 𝑀𝑎1管道內任一點處的T 流體溫度/K。（Pa）和。Levenspiel 研究表明，當氣體在管道中等溫時其最大的流速并不是聲速。根據(jù)，其最大流速是：u = a &

27、#215; Ma= a / r1/2choked泄漏面積上的質量流率為：()1/2G= PM / R Tchokedchokedg式中：𝑃𝑐𝑜𝑘𝑒𝑑,塞壓/Pa。P= PMa r1/2choked113.3.2. 液體沿管道泄漏液體沿管道泄漏的驅動要是梯度，而液體與管壁之間的摩擦阻力則導致液體流速的下降、的降低以及熱能的增加。對于不可壓縮性液體，其在管中的可由機械能守恒來描述，即：DP / r + Du¢2 / 2a + g ´ Dz + F = -(W / m)s式中：P 液體

28、的壓強/（N/m2）；r 液體的密度/（kg/m3）；u¢ 液體的流速/（m/s）；a 無量綱速度廓線系數(shù)，其有以下幾種取值：對于層流，a 取 0.5；，a 取 1.0；對于湍流，a 取 1.0；度/（m/s2）；對于g 重力z 基準面上方的高度/m；F 靜摩擦損失項/（m·N/kg）；12泄漏擴散分析報告泄漏源模型Ws 軸功/N·m；m 質量/kg。D 函數(shù)代表終止狀態(tài)與初始狀態(tài)之差。液體的泄漏速率必須知道泄漏出口處液體的流速，根據(jù)上述方程，計算泄漏過程中液體的摩擦損失成為關鍵。對于不同的液體情況以及泄漏所經過的管路的不同，有不同的摩擦損失計算公式，參見相關文獻

29、Chemical processsafety undamentals with application。3.3.3. 液體通過孔洞泄漏對于這種有限孔徑的泄漏，可認為軸功為零，標高的變化也是可忽略的， 泄漏中的摩擦損失可被泄漏系數(shù)，C1，來近似代替，定義為：()P / r - F = C-DP / r-D21由方程確定從孔洞中泄漏的液體的平均泄漏速率，𝑢，(a × 2DP / r )1/ 2u¢ = C1新的泄漏系數(shù)𝐶0定義為：C¢ = C×a1/201因此，從孔洞中泄漏的液體的泄漏速率方程為：()u¢ = C2D¢P / r1/ 20泄漏系數(shù)𝐶0是從孔洞中泄漏的流