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。火災(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(guó)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

2、事故模型和計(jì) 算事故后果嚴(yán)重度的公式， 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(guò)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

3、的類型中去。圖6 1圖6 10提供了各類設(shè)備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。典衆(zhòng)歯情沱損杯尺寸1玉蘭/濡20%2管道泄稠100%< 20%<徑3 接頭損壞ioo%i£2o%ife圖61管道的泄*1（包括南道、法蘭、樓頭）典型灣H情況描壞尺寸1破裂!100%威20%管徑2接頭潭H20%3 連接裝損壞而泄"100%管役圖62撓性連接器的泄涌（包括：軟管波仗tr

4、較接I!典疵泡慣況軼壞尺寸1濾體泄漏100%$ 20%管徑2管道泡20%盲徑2圖63過(guò)濾器的泄IB（包括血橈粉這曲網(wǎng)）況損壞尺寸1.売泄酬100%威20%管輕2.ftT*W20%# 徑3 桿橫壞20%管仗圖64閥的泄It（包括：球、貝門、球狀物、栓、插ft、l形肉（形11母）氣門、保險(xiǎn)、別観侶合金閥）典型泄情況損壞尺寸1.容容破裂全部破裂2.容臂涯100%大警徑3.進(jìn)入孔«««20%管徑4. >«勇9製ioo%weS.儀我竇路破裂100%j£20% 管袒6.內(nèi)部（炸全部破裂圖65壓力容器及反應(yīng)器的泄聞（包括:分芻11、氣體洗矗II、反應(yīng)釜

5、熱交換各種和容H、火焰加熱1»、岡柱體、生恢權(quán)/容器接受再梯H2/典 SlttiRtt 況損壞尺寸1機(jī)充如休100%«20%1tft2 «M壓醫(yī)ft9120%WS圖6>6泵的泄H（包括：K心MXM（活羸來(lái)）(la* 出(yw史)«K5FEW出««霹屁9出 QJr 跟R)111111I1bI1K* z11«足£屁揺出：9田sss°p9sj»111111!111I:黑1LXxK<M翼境張情況撤杯尺寸為不埋謨的全2 一皎裂1全部戰(zhàn)褻3來(lái)接點(diǎn)詩(shī)眾100站戟20%售桎圖&9加壓或冷凍吒

6、體容器的泄(包括天竄埋址放的倩存器壓力««tt運(yùn)槽車，片様走箱容4L上存4»樹的一 «««,&分忻時(shí)也應(yīng)給于考復(fù))典型泄情配嵐壞尺寸1多歧踐頭#鬪韻懂100% < 2(1%匕應(yīng)詁計(jì)擁彌標(biāo)丼V(S6-10火炬魅燒器或放敵骨的泄U(包括:怡燒裝、麒總行夢(mèng)通接頭、悴梳除囂押分離，歡歧接頭*攜氣式氣:體洗療總籾井也馬于最&9組成*I5H1. 2泄漏后果分析一旦泄漏，后果不單與物質(zhì)的數(shù)量、易燃性、毒性有關(guān)，而且與泄漏物質(zhì)的相態(tài)、壓力、 溫度等狀態(tài)有關(guān)。這些狀態(tài)可有多種不同的結(jié)合，在后果分析中，常見的可能結(jié)合有4種:常壓液體

7、；(2) 加壓液化氣體；(3) 低溫液化氣體；(4) 加壓氣體。泄漏物質(zhì)的物性不同，其泄漏后果也不同:(1) 可燃?xì)怏w泄漏，如圖 611所示。陽(yáng)&-D可據(jù)弋體事故后果判斷樹孫圖可燃?xì)怏w泄漏后與空氣混合達(dá)到燃燒極限時(shí)，遇到引火源就會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。泄漏后起火的時(shí)間不同，泄漏后果也不相同：1) 立即起火?？扇?xì)怏w從容器中往外泄出時(shí)即被點(diǎn)燃，發(fā)生擴(kuò)散燃燒，產(chǎn)生噴射性火焰 或形成火球，它能迅速地危及泄漏現(xiàn)場(chǎng)，但很少會(huì)影響到廠區(qū)的外部。2) 滯后起火?？扇?xì)怏w泄出后與空氣混合形成可燃蒸氣云團(tuán)，并隨風(fēng)飄移，遇火源發(fā)生 爆燃或爆炸，能引起較大范圍的破壞。(2) 有毒氣體泄漏，如圖 612所示。圖鉄1

8、2有聲吒體事敲后果弭斷樹形謝有毒氣體泄漏后形成云團(tuán)在空氣中擴(kuò)散，有毒氣體的濃密云團(tuán)將籠罩很大的空間，影響范圍大。(3) 液體泄漏，如圖6 13和圖6 14所示。W6-B可燃蔽律事枚后圖缶M有液悴事故后果判斷轉(zhuǎn)影圖一般情況下，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(zhì)和貯存條件（溫度、壓力）有關(guān)：1）常溫常壓下液體泄漏。這種液體泄漏后聚集在防液堤內(nèi)或地勢(shì)低洼處形成液池，液體由于地表面風(fēng)的對(duì)流而緩慢蒸發(fā)，如遇引火源就會(huì)發(fā)生池火災(zāi)。2）加壓液化氣體泄漏。一些液體泄漏時(shí)將瞬時(shí)蒸發(fā)，剩下的液體將形成一個(gè)液池，吸收周圍的熱量繼續(xù)蒸發(fā)。液體瞬時(shí)蒸發(fā)的比例決定于物質(zhì)的性質(zhì)及環(huán)境溫度。有些泄漏物可能

9、在泄漏過(guò)程中全部蒸發(fā)。3）低溫液體泄漏。這種液體泄漏時(shí)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泄漏量。無(wú)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(yán)重程度的主要因素， 而泄漏量又與泄漏時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。2泄漏量的計(jì)算當(dāng)發(fā)生泄漏的設(shè)備的裂口是規(guī)則的， 而且裂口尺寸及泄漏物質(zhì)的有關(guān)熱力學(xué)、 物理化學(xué) 性質(zhì)及參數(shù)已知時(shí)， 可根據(jù)流體力學(xué)中的有關(guān)方程式計(jì)算泄漏量。當(dāng)裂口不規(guī)則時(shí)，可采取等效尺寸代替；當(dāng)遇到泄漏過(guò)程中壓力變化等情況時(shí)，往往采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。2 . 1液體泄漏量液體泄漏速度可用流體力學(xué)的柏努利方程計(jì)算，其泄漏速度為：Qq= CAp:+ 2：（

10、61）式中 Qo液體泄漏速度，kg / s;Cd液體泄漏系數(shù)，按表 61選??；A裂口面積，m2;P 泄漏液體密度，kg / m3;P容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa;Po環(huán)境壓力，Pa;g 重力加速度，g=9. 8m/s ;h裂口之上液位高度，m。表6- 1液體泄漏系數(shù)Cd裂 口薛狀三金影>1000.650.60<1001D500.4503對(duì)于常壓下的液體泄漏速度，取決于裂口之上液位的高低；對(duì)于非常壓下的液體泄漏 速度，主要取決于窗口內(nèi)介質(zhì)壓力與環(huán)境壓力之差和液位高低。當(dāng)容器內(nèi)液體是過(guò)熱液體，即液體的沸點(diǎn)低于周圍環(huán)境溫度，液體流過(guò)裂口時(shí)由于壓力減小而突然蒸發(fā)。蒸發(fā)所需熱量取自于液體本身，而容器

11、內(nèi)剩下的液體溫度將降至常壓沸點(diǎn)。 在這種情況下，泄漏時(shí)直接蒸發(fā)的液體所占百分比F可按下式計(jì)算：(6-2)式中 Cp液體的定壓比熱，J/(kg K);T泄漏前液體的溫度，K;To液體在常壓下的沸點(diǎn)，K;H液體的氣化熱，J/ kg。按式62計(jì)算的結(jié)果，幾乎總是在01之間。事實(shí)上，泄漏時(shí)直接蒸發(fā)的液體將以細(xì) 小煙霧的形式形成云團(tuán)，與空氣相混合而吸收熱蒸發(fā)。如果空氣傳給液體煙霧的熱量不足以 使其蒸發(fā)，由一些液體煙霧將凝結(jié)成液滴降落到地面，形成液池。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)F>0 .2時(shí),一般不會(huì)形成液池；當(dāng) F<0 . 2時(shí)，F(xiàn)與帶走液體之比有線性關(guān)系，即當(dāng)F=0時(shí)，沒(méi)有液體帶走(蒸發(fā));當(dāng)F=0 .

12、 1時(shí)，有50%的液體被帶走。2 . 2氣體泄漏量氣體從裂口泄漏的速度與其流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。因此，計(jì)算泄漏量時(shí)首先要判斷泄漏時(shí)氣體流動(dòng)屬于音速還是亞音速流動(dòng)。前者稱為臨界流，后者稱為次臨界流。當(dāng)下式成立時(shí)，氣體流動(dòng)屬音速流動(dòng)：(64)當(dāng)下式成立時(shí)，氣體流動(dòng)屬亞音速流動(dòng):式中 Po、P符號(hào)意義同前;k氣體的絕熱指數(shù)，即定壓熱容與定容熱容Cv之比。氣體呈音速流動(dòng)時(shí)，其泄漏量為:(6-5)氣體呈亞音速流動(dòng)時(shí)，其泄漏量為:(6-6)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(zhǎng)方形時(shí)取 0. 90;M相對(duì)分子質(zhì)量;R氣體常數(shù)，J/ (mol K);T 氣體溫度，K;Y氣體膨

13、脹因子，由下式計(jì)算:(6-7)當(dāng)容器內(nèi)物質(zhì)隨泄漏而減少或壓力降低而影響泄漏速度時(shí)，泄漏速度的計(jì)算比較復(fù)雜。如果流速小或時(shí)間短，在后果計(jì)算中可采用最初排放速度，否則應(yīng)計(jì)算其等效泄漏速度。2. 3兩相流泄漏量在過(guò)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)。均勻兩相流的泄漏速度可按下式 計(jì)算:(6-8)式中 Qo兩相流泄漏速度，kg/s;Cd兩相流泄漏系數(shù)，可取0. 8;A裂口面積，m2;p兩相混合物的壓力，Pa;pc臨界壓力，Pa,可取pc=0. 55 Pa;p 兩相混合物的平均密度，kg/m3，由下式計(jì)算:(6-10)P P2式中 p i液體蒸發(fā)的蒸氣密度，kg/m3；p 2液體密度，kg /m

14、3;(6-10)Fv 蒸發(fā)的液體占液體總量的比例，由下式計(jì)算:2 H式中 Cp兩相混合物的定壓比熱，J/(kg K);T兩相混合物的溫度，K;Tc臨界溫度，K;H液體的氣化熱，J/ kg。當(dāng)Fv>1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)物質(zhì)從容器中泄漏出來(lái)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

15、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(lái)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(méi)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， 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

16、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(guò) 30s)時(shí)：(2) 連續(xù)泄漏(泄漏持續(xù)10min以上)時(shí):(6-13)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(guò)熱液體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)Fv<1或Qt<

17、m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：(6-14)Ai 液池面積，2 m ;To環(huán)境溫度，K;Tb 液體沸點(diǎn)，K;液體蒸發(fā)熱,式中J/ kg ;L 液池長(zhǎng)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62某些地面的熱傳遞性質(zhì)ar/( m1 /»)bl1.29X J0_T10為4. JX W *干o0,6J.3X J0'?1.5ILOx 0 Tt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

18、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:(6-15)式中 a 分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;Sh舍伍德(Sherwood)數(shù);2A液池面積，m ;L 液池長(zhǎng)度，m；P 1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(lái)計(jì)算。價(jià)噴射的孔口直徑按下式計(jì)算:Do616)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;p 周圍環(huán)境條件下氣體的密度,kg / m3。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

19、o= p,貝U D=Do。A噴射的濃度分布在噴射軸線上距孔口x處的氣體濃度c(x)為:0,32o+1_式中 bi、b2 分布函數(shù)，其表達(dá)式如下:650.5 + 48.2-9.95如=23 * 4*其他符號(hào)意義同前。c(x)，就可算出具有該濃如果把式617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。在過(guò)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:炷=宀3(6-18)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

20、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:(6-19)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，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;m/s,按下式計(jì)算:u 0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

21、限或有害氣體最高允許濃度)時(shí)，只需按噴射擴(kuò)散來(lái)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(guò)程相當(dāng)快以致在混合氣團(tuán)和周圍環(huán)境之間來(lái)不及熱交換，則此擴(kuò)散稱為絕熱擴(kuò)散。根據(jù)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(guò)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(guò)程中，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(guò)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(lái)增加動(dòng)能，對(duì)周圍大氣 做功。假設(shè)該階段的過(guò)程為可逆絕熱過(guò)程，并且是等熵的。a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：£ =丁-0.98他(W 十 V)(6-21)式中 E氣體擴(kuò)散