泄漏源扩散模式简析.doc

泄漏源及扩散模式 很多事故是由于物料的泄漏引起的。 因泄漏而导致事故的危害，很大程度上取决于有毒有害，易燃易爆物料的泄漏速度和泄漏量。物料的物理状态在其泄漏至空气中后是否发生改变，对其危害范围也有非常明显的影响，泄漏物质的扩散不仅由其物态、性质所决定，又为当时气象条件、当地的地表情况所影响。 6.1 常见泄漏源 泄漏源分为两类： 一是小孔泄漏：通常为物料经较小的孔洞，长时间持续泄漏。如反应器、管道、阀门等出现小孔或密封失效； 二是大面积泄漏：在短时间内，经较大的孔洞泄漏大量物料。如管线断裂、爆破片爆裂等。 为了能够预测和估算发生泄漏时的泄漏速度、泄漏量、泄漏时间等，建立如下泄漏源模型，描述物质的泄漏过程： 流体流动过程中液体经小孔泄漏的源模式； 储罐中液体经小孔泄漏的源模式； 液体经管道泄漏的源模式； 气体或蒸汽经小孔泄漏的源模式； 闪蒸液体的泄漏源模式； 易挥发液体蒸发的源模式。 针对不同的工艺条件和泄漏源情况，应选用相应的泄漏源模式进行泄漏速度、泄漏量、泄漏时间的求取。 6.2 流体流动过程中液体经小孔泄漏的源模式 系统与外界无热交换，流体流动的不同能量形式遵守如下的机械能守恒方程： （6—1） 式中： P—— 压力， Pa； ρ—— 流体密度， kg/m３； α—— 动能校正因子，无因次；α≈1 U —— 流体平均速度， m/s； g —— 重力加速度， g = 9.81 m/s2； z —— 高度， m； F —— 阻力损失， J/kg； Ws —— 轴功率， J； m —— 质量， kg。 对于不可压缩流体，密度ρ恒为常数，有： （6—2） 泄漏过程暂不考虑轴功率，Ws = 0，则有： （6—3） 液体在稳定的压力作用下，经薄壁小孔泄漏，如图6.1所示。 容器内的压力为p1，小孔直径为d，面积为A，容器外为大气压力。此种情况，容器内液体流速可以忽略，不考虑摩擦损失和液位变化，可得到： 式中，Q为单位时间内流体流过任一截面的质量，称为质量流量，其单位为kg/s。 考虑到因惯性引起的截面收缩以及摩擦引起的速度减低，引入孔流系数C0，则经小孔泄漏的实际质量流量为： kg /s （6—7） 式中： Q——质量流量，kg / s； A——泄漏孔面积，m2； C0——孔流系数； p1——容器内的压力，Pa； ρ ——流体密度，kg / m３。 C0的取值： 1、薄壁小孔( 壁厚 ≤ d / 2 )， Re 105 C0 = 0.61 2、厚壁小孔( d / 2 壁厚≤ 4d )，或在孔处伸有一段短管(见图6.3 ) C0 = 0.81 3、修圆小孔( 见图6.2 ) C0 = 1 但在很多情况下难以确定泄漏孔口的孔流系数，为了保证安全裕量，确保估算出最大的泄漏量和泄漏速度，Co值可取为1。 例：某液体在容器中以稳定的0.2MPa的压力完全湍流流动，液体的密度为1000kg / m3，因时久腐蚀的原因，容器底部有一小孔发生泄漏，孔径为5mm，壁厚≤d/2，孔流系数C0 = 0.62，容器外部为大气压；问经小孔泄漏的实际质量流量为多少？ 解：按液体经小孔的泄漏源模式（6—7）计算： Q = AC0（2 p1ρ）1/2 = 0.7854×0.0052×0.62（2×0.2×106×1000）= 0.24 kg / s 6.3 储罐中液体经小孔泄漏的源模式 如图6.4所示的液体储罐，距液体位高度Z0处有一小孔，在静压能和势能的作用下，液体经小孔向外泄漏，泄漏过程可由机械能守恒方程描述，罐内液体流速忽略，罐内液体压力为Pg，外部为大气压(表压P = 0)，如前面定义孔流系数C0，由下式表达： （6—8） 将式（6—8）代入式（6—3）中，可求泄漏速度U： （6—9） 小孔截面积为A，则质量流量Q为： （6—10） 但是储罐内液位高度z0不断下降，泄漏速度和质量流量也随之减少，假定储罐与大气相通，则内外压差Δp为0，则 上式简化为：