課件10.1 泄漏模擬分析

第十章 化工事故后果模擬分析課程名稱：《化工安全工程》本章提綱泄漏模擬分析擴(kuò)散模擬分析火災(zāi)模擬分析爆炸模擬分析液體泄漏氣體泄漏兩相泄漏10.1

泄漏模擬分析由于設(shè)備原因或操作失誤等可能會(huì)引起氣體、液體或液化氣體泄漏，導(dǎo)致災(zāi)害性的火災(zāi)爆炸或中毒事故。泄漏模型本節(jié)提綱概念原理1.2. 事故模型3.案例分析基本概念：由于設(shè)備損壞或操作原因引起易燃、易爆、有毒有害物質(zhì)的釋放，可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等災(zāi)害性事故發(fā)生。1.

概念原理2.

事故模型2.1 液體泄漏液體泄漏速度可用流體力學(xué)的伯努利方程計(jì)算，其泄漏速度為：（10-1）2

p

p0

2gh

Q0

Cd

A

式中，Q0

-液體泄漏速度，kg

/s；Cd

-液體泄漏系數(shù)，按表10-1選?。籄-裂口面積，m2

；

-泄漏液體密度，kg

/m3；

p-容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa；p0

-環(huán)境壓力，Pa；g

-重力加速度，9.8

m/s2；h

-裂口之上液位高度，m。表10-1 液體泄漏系數(shù)Cd2.

事故模型雷諾數(shù)（Re）裂 口 形 狀圓形（多邊形）三角形長方形>1000.650.600.55≤1000.500.450.402.1.1 管道孔洞泄漏從孔洞泄漏的液體的泄漏速度方程為：（10-2）Q0

CdA2

p

p0

式中：

Q0

為泄漏液體的質(zhì)量流速，kg/s；Cd為泄漏系數(shù)；A

為泄漏孔洞的面積，m2；

p

為過程單元壓強(qiáng)，Pa；

p0

為大氣壓強(qiáng)，Pa；

為液體密度，kg/m3。2.

事故模型2.

事故模型2.1.2 儲(chǔ)罐孔洞泄漏經(jīng)儲(chǔ)罐孔洞泄漏的質(zhì)量泄漏方程為：（10-3）d

p0

gQ0

C

A 2g

p

h

式中，Q 為泄漏速率，kg/s；C 為泄漏系數(shù)；

為液相密度，0kg/m3；Ahole

為泄漏面積，m2；

p

為存儲(chǔ)壓強(qiáng)，Pa；

p

為環(huán)境大氣壓，Pa；

h

為液面與孔洞間距離，m。2.

事故模型儲(chǔ)罐中液體流空到泄漏處所在的平面所需時(shí)間為：（10-4）2ghA 2

p

p

t

t

0

CgA

式中：

t

為泄漏所需時(shí)間，s；At

為儲(chǔ)罐的橫截面積，m2。任何時(shí)刻t儲(chǔ)罐中液體的質(zhì)量變化速率為：t（10-5）t

gC

2A2

A2gh

2

p

p

Q0

CA

式中：Q0

為t時(shí)刻液體的瞬時(shí)質(zhì)量泄漏流速，kg/s；h

儲(chǔ)罐內(nèi)液面與泄漏處之間的初始距離，m；

t 為泄漏過程中的任一時(shí)刻，s。2.

事故模型2.2 氣體泄漏音速流動(dòng)定義：（10-6）2

k

1kp02

k

k

1p

k

1

p

k

1

亞音速流動(dòng)定義：p0式中， k-氣體的絕熱指數(shù)，即定壓比熱

Cp之比。（10-7）與定容比熱

Cv2.

事故模型氣體呈音速流動(dòng)時(shí)，其泄漏量為：（10-8）氣體呈亞音速流動(dòng)時(shí)，其泄漏量為：（10-9）

k

1

k

1

RT k

1Mk

2Q0

Cd

Ap

p

p

k

1

k

0

0

Q0

Cd

Apk

1RT

p

2k M

p

2

k式中，Cd

-氣體泄漏系數(shù)，當(dāng)裂口形狀為圓形時(shí)取1.00，三角形時(shí)取0.95，長方形時(shí)取0.90；M

-相對分子量，kg/mol；T

-氣體溫度，K。2.

事故模型2.

事故模型2.3 兩相泄漏在過熱液體發(fā)生泄漏時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)氣、液兩相流動(dòng)。均勻兩相流動(dòng)的泄漏速度可按下式計(jì)算：（10-10）Q0

Cd

A 2

p

pc

式中，Q0 -兩相流動(dòng)混合物泄漏速度，kg/s；Cd

-兩相流動(dòng)混合物泄漏系數(shù)，可取0.8；A

-裂口面積，m2；

p

-兩相混合物的壓力，Pa；pc

-飽和蒸汽壓，Pa；

-兩相混合物的平均密度，kg/m3。

1

-液體蒸發(fā)的蒸汽密度，kg/m3；

2

-液體密度，kg/m3；Fv

-閃蒸比，液體蒸發(fā)后的氣體占?xì)庖夯旌衔锟偭康谋壤?.

事故模型1Fv

1

Fv

1

2

兩相混合物的平均密度由下式計(jì)算：（10-11）閃蒸比由下式計(jì)算：（10-12）-泄漏點(diǎn)上流壓力Hv2p 1C

T

T

F

Cp

-兩相混合物的定壓比熱，J/kg·K；T12.

事故模型p1的平衡溫度，K；T2

-泄漏點(diǎn)壓力p2的平衡溫度，K；

H -液體的汽化熱，J/kg。當(dāng)

Fv>1時(shí)，表明液體將全部蒸發(fā)成氣體，這是應(yīng)按氣體泄漏公式計(jì)算；如果很小，則可近似按液體泄漏公式計(jì)算。4. 案例分析通過南京工業(yè)大學(xué)自行研究開發(fā)的安全評價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)分析軟件對某儲(chǔ)罐進(jìn)行泄漏模擬分析。LPG圓柱形儲(chǔ)罐基本參數(shù)為：

儲(chǔ)存量為20t

，

液體密度為543kg/m3，汽化熱為

426kJ/

kg，飽和蒸汽壓力為0.23MPa。環(huán)境壓力為0.1MPa，存儲(chǔ)