液體泄露模式及其計(jì)算

1、化化 工工 安安 全全河北工程大學(xué)河北工程大學(xué)礦業(yè)工程系安全工程專(zhuān)業(yè)礦業(yè)工程系安全工程專(zhuān)業(yè)第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式化工、石油化工火災(zāi)爆炸、人員中毒化工、石油化工火災(zāi)爆炸、人員中毒事故很多是由于物料的泄漏引起的。事故很多是由于物料的泄漏引起的。導(dǎo)致泄漏的原因可能是腐蝕、設(shè)備缺導(dǎo)致泄漏的原因可能是腐蝕、設(shè)備缺陷、材質(zhì)選擇不當(dāng)、機(jī)械穿孔、密封陷、材質(zhì)選擇不當(dāng)、機(jī)械穿孔、密封不良以及人為操作失誤等。不良以及人為操作失誤等。 第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式 充分準(zhǔn)確判斷泄漏量的大小，掌握泄漏后有充分準(zhǔn)確判斷泄漏量的大小，掌握泄漏后有毒有害、易燃易爆物料的擴(kuò)散范圍，對(duì)明確

2、毒有害、易燃易爆物料的擴(kuò)散范圍，對(duì)明確現(xiàn)場(chǎng)救援與實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)控制處理非常重要?，F(xiàn)場(chǎng)救援與實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)控制處理非常重要。 因泄漏而導(dǎo)致事故的危害很大程度上取決于因泄漏而導(dǎo)致事故的危害很大程度上取決于有毒有害、易燃易爆物料的泄漏速度和泄漏有毒有害、易燃易爆物料的泄漏速度和泄漏量。泄漏速度快，則單位時(shí)間內(nèi)的泄漏量就量。泄漏速度快，則單位時(shí)間內(nèi)的泄漏量就大；泄漏速度慢，單位時(shí)間內(nèi)的泄漏量就小。大；泄漏速度慢，單位時(shí)間內(nèi)的泄漏量就小。第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式 常壓下為液態(tài)的物料泄漏后四處流淌，同時(shí)常壓下為液態(tài)的物料泄漏后四處流淌，同時(shí)蒸發(fā)為氣體擴(kuò)散；蒸發(fā)為氣體擴(kuò)散； 常溫下加壓壓縮、液化儲(chǔ)存

3、的物料一旦泄漏常溫下加壓壓縮、液化儲(chǔ)存的物料一旦泄漏至空氣中會(huì)迅速膨脹、氣化，迅速擴(kuò)散至大至空氣中會(huì)迅速膨脹、氣化，迅速擴(kuò)散至大范圍空間，如液化石油氣、液氨、液氯的泄范圍空間，如液化石油氣、液氨、液氯的泄漏，顯然其危害范圍加大。漏，顯然其危害范圍加大。 第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏物質(zhì)的擴(kuò)散不僅由其物態(tài)、性質(zhì)泄漏物質(zhì)的擴(kuò)散不僅由其物態(tài)、性質(zhì)所決定，又為當(dāng)時(shí)氣象條件、當(dāng)?shù)氐乃鶝Q定，又為當(dāng)時(shí)氣象條件、當(dāng)?shù)氐牡乇砬闆r所影響。地表情況所影響。第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式u 大面積泄漏大面積泄漏 大面積泄漏是指在短時(shí)間內(nèi)有大量的物料泄漏出大面積泄漏是指在短時(shí)間內(nèi)有大量

4、的物料泄漏出來(lái)，儲(chǔ)罐的超壓爆炸就屬于大面積泄漏來(lái)，儲(chǔ)罐的超壓爆炸就屬于大面積泄漏 u 小孔泄漏小孔泄漏 小孔泄漏是指物料通過(guò)小孔以非常慢的速率持小孔泄漏是指物料通過(guò)小孔以非常慢的速率持續(xù)泄漏，上游的條件并不因此而立即受到影響；故通續(xù)泄漏，上游的條件并不因此而立即受到影響；故通常假設(shè)上游壓力不變。常假設(shè)上游壓力不變。7.1 常見(jiàn)的泄漏源常見(jiàn)的泄漏源上圖顯示的是化工廠中常見(jiàn)的小孔泄漏的情況。上圖顯示的是化工廠中常見(jiàn)的小孔泄漏的情況。對(duì)于這些泄漏，物質(zhì)從儲(chǔ)罐和管道上的孔洞和裂紋，以及法蘭、閥對(duì)于這些泄漏，物質(zhì)從儲(chǔ)罐和管道上的孔洞和裂紋，以及法蘭、閥門(mén)和泵體的裂縫和嚴(yán)重破壞或斷裂的管道中泄漏出來(lái)。門(mén)和

5、泵體的裂縫和嚴(yán)重破壞或斷裂的管道中泄漏出來(lái)。第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式圖中顯示物料的物理狀圖中顯示物料的物理狀態(tài)是怎樣影響泄漏過(guò)程的態(tài)是怎樣影響泄漏過(guò)程的對(duì)于存儲(chǔ)于儲(chǔ)罐內(nèi)的氣對(duì)于存儲(chǔ)于儲(chǔ)罐內(nèi)的氣體或蒸汽，裂縫導(dǎo)致氣體體或蒸汽，裂縫導(dǎo)致氣體或蒸汽泄漏出來(lái)。對(duì)于液或蒸汽泄漏出來(lái)。對(duì)于液體，儲(chǔ)罐內(nèi)液面以下的裂體，儲(chǔ)罐內(nèi)液面以下的裂縫導(dǎo)致液體泄漏出來(lái)。縫導(dǎo)致液體泄漏出來(lái)。第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式7.2 液體經(jīng)小孔泄漏的源模式液體經(jīng)小孔泄漏的源模式mWFzgudPs22根據(jù)機(jī)械能守恒，液體流動(dòng)的不同能量形式遵守如根據(jù)機(jī)械能守恒，液體流動(dòng)的不同能量形式遵守如下方程：下

6、方程：式中：式中：P 是壓強(qiáng)，是壓強(qiáng)，Pa是液體密度，是液體密度，kg/m3z 是高于基準(zhǔn)面的高度，是高于基準(zhǔn)面的高度，m；F 是靜摩擦損失項(xiàng)，是靜摩擦損失項(xiàng)，J/kg；是液體平均瞬時(shí)流速，是液體平均瞬時(shí)流速，m/s g是重力加速度，是重力加速度，m/s2函數(shù)代表終止?fàn)顟B(tài)減去初始狀態(tài)函數(shù)代表終止?fàn)顟B(tài)減去初始狀態(tài) Ws是軸功，是軸功，J；m是質(zhì)量，是質(zhì)量，kg；u第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式mWFzgudPs22對(duì)于塞流，對(duì)于塞流， 對(duì)于湍流對(duì)于湍流 趨向于趨向于1.0取取1.0是無(wú)量綱速率修正系數(shù)，其取值如下：是無(wú)量綱速率修正系數(shù)，其取值如下：對(duì)于層流，對(duì)于層流，取取0.5第第

7、7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式mWFzgudPs227.2 液體經(jīng)小孔泄漏的源模式液體經(jīng)小孔泄漏的源模式對(duì)于不可壓縮的液體：對(duì)于不可壓縮的液體：pdP當(dāng)液體通過(guò)裂縫流出時(shí)，當(dāng)液體通過(guò)裂縫流出時(shí)，單元過(guò)程中的液體壓力轉(zhuǎn)單元過(guò)程中的液體壓力轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。化為動(dòng)能。流動(dòng)著的液體與裂縫所流動(dòng)著的液體與裂縫所在壁面之間的摩擦力將液在壁面之間的摩擦力將液體的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)為熱能，體的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)為熱能，使液體的流速降低。使液體的流速降低。第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式假設(shè)：假設(shè)：表征壓力為表征壓力為Pg，外部，外部大氣壓為大氣壓為1atm，則，則軸功為軸功為0；液位無(wú)變化，液位無(wú)變化，

8、摩擦損失由流出系數(shù)摩擦損失由流出系數(shù)C1來(lái)近似代替來(lái)近似代替0z7.2 液體經(jīng)小孔泄漏的源模式液體經(jīng)小孔泄漏的源模式0sWgpp )(21PCFP第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式)(21PCFPmWFzgudPs22gpCu217.2 液體經(jīng)小孔泄漏的源模式液體經(jīng)小孔泄漏的源模式定義新的流出系數(shù)：定義新的流出系數(shù)：10CC gpCu20液體通過(guò)小孔泄露的液體通過(guò)小孔泄露的質(zhì)量流率質(zhì)量流率Qm為：為：gmpACAuQ20第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式C0是從小孔中流出液體的雷諾數(shù)和小孔直徑的復(fù)雜函數(shù)。是從小孔中流出液體的雷諾數(shù)和小孔直徑的復(fù)雜函數(shù)。經(jīng)驗(yàn)取值：經(jīng)驗(yàn)取值：對(duì)

9、于鋒利的小孔和雷諾數(shù)大于對(duì)于鋒利的小孔和雷諾數(shù)大于3000時(shí)，時(shí)， C0近似取近似取0.61；對(duì)于圓滑的噴嘴，對(duì)于圓滑的噴嘴， C0近似取近似取1；對(duì)于與容器連接的短管，對(duì)于與容器連接的短管，C0近似取近似取0.81；當(dāng)流出系數(shù)不知道或不能確定時(shí)，當(dāng)流出系數(shù)不知道或不能確定時(shí)， C0取取1.0以使計(jì)算結(jié)以使計(jì)算結(jié)果最大化。果最大化。7.2 液體經(jīng)小孔泄漏的源模式液體經(jīng)小孔泄漏的源模式液體通過(guò)小孔泄露的液體通過(guò)小孔泄露的質(zhì)量流率質(zhì)量流率Qm為：為：gmpACAuQ20第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式例例7-1 下午下午1點(diǎn)，工廠的操作人員注意到輸送苯的管道點(diǎn)，工廠的操作人員注意到輸送苯的管道中的壓力降低了。壓力被立即回復(fù)為中的壓力降低了。壓力被立即回復(fù)為690kPa。下。下午午2:30，管道上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑為，管道上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑為6.35mm的小孔的小孔并立即進(jìn)行了修補(bǔ)。并立即進(jìn)行了修補(bǔ)。 請(qǐng)估算流出來(lái)的苯的總質(zhì)量。苯的比重為請(qǐng)估算流出來(lái)的苯的總質(zhì)量。苯的比重為0.8794。第第7章章 泄漏源及擴(kuò)散模式泄漏源及擴(kuò)散模式 解：下午解：下午1點(diǎn)觀察到的壓力降低是管道上出現(xiàn)點(diǎn)觀察到的壓力降低是管道上出現(xiàn)小孔的象征。假設(shè)小孔在下午小孔的象征。假設(shè)小孔在下午1