第四章量化風(fēng)險(xiǎn)分析

1、LOGO第四章第四章 量化風(fēng)險(xiǎn)分析量化風(fēng)險(xiǎn)分析 量化風(fēng)險(xiǎn)分析量化風(fēng)險(xiǎn)分析是安全評(píng)價(jià)中的定量部分，其主要內(nèi)是安全評(píng)價(jià)中的定量部分，其主要內(nèi)容包括容包括: :事故后果分析（簡(jiǎn)稱(chēng)為事故后果分析（簡(jiǎn)稱(chēng)為后果分析后果分析）, ,即估計(jì)重大即估計(jì)重大災(zāi)害發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生哪些不良的影響，以及這些不良影響災(zāi)害發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生哪些不良的影響，以及這些不良影響所造成的傷亡和損害的嚴(yán)重性；估某一事件發(fā)生的概率所造成的傷亡和損害的嚴(yán)重性；估某一事件發(fā)生的概率或頻率；估計(jì)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)（或頻率；估計(jì)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)（IRIR）和社區(qū)風(fēng)險(xiǎn)（）和社區(qū)風(fēng)險(xiǎn)（SRSR），并以），并以圖、表顯示出來(lái)。圖、表顯示出來(lái)。 本章著重討論事故后果分析，并簡(jiǎn)要

2、說(shuō)明估計(jì)個(gè)本章著重討論事故后果分析，并簡(jiǎn)要說(shuō)明估計(jì)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社區(qū)風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)及其圖示方式。人風(fēng)險(xiǎn)和社區(qū)風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì)及其圖示方式。 第一節(jié)第一節(jié) 后果分析后果分析 效應(yīng)模型效應(yīng)模型 重大災(zāi)害的重大災(zāi)害的事故事故 損傷模型損傷模型 重大災(zāi)害的事故后果分析包括兩大部分：后果分析后果分析 （1）效應(yīng)模型（effect models）：效應(yīng)模型是發(fā)生災(zāi)害效應(yīng)模型是發(fā)生災(zāi)害時(shí)呈現(xiàn)的物理現(xiàn)象，所造成的物理效應(yīng)，可以用某些數(shù)學(xué)時(shí)呈現(xiàn)的物理現(xiàn)象，所造成的物理效應(yīng)，可以用某些數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算。這些物理現(xiàn)象包括泄漏、汽化和擴(kuò)散模型來(lái)計(jì)算。這些物理現(xiàn)象包括泄漏、汽化和擴(kuò)散。（2）損傷模型（vulnerability mod

3、els）：損傷模型是損傷模型是描述火災(zāi)、爆炸、毒性物質(zhì)對(duì)人或設(shè)備的傷害或損毀情況。描述火災(zāi)、爆炸、毒性物質(zhì)對(duì)人或設(shè)備的傷害或損毀情況。危險(xiǎn)物質(zhì)危險(xiǎn)物質(zhì) 氣體氣體 兩相兩相 液體液體 噴射口噴射口亂流分亂流分 氣體氣體 中性浮力中性浮力 沉重氣體沉重氣體 蒸騰蒸騰 氣體氣體 液體（雨）液體（雨） 噴射口噴射口 亂流分亂流分 汽汽 圖圖5-1 危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏與擴(kuò)散模型危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏與擴(kuò)散模型 易燃易爆物質(zhì)或易燃易爆物質(zhì)或毒性物質(zhì)從容器、管路、毒性物質(zhì)從容器、管路、閥門(mén)、法蘭等泄出后，閥門(mén)、法蘭等泄出后，可能呈現(xiàn)氣態(tài)（氣體或可能呈現(xiàn)氣態(tài)（氣體或蒸氣）、液態(tài)和氣蒸氣）、液態(tài)和氣-液液兩態(tài)三種型態(tài)。液態(tài)物兩

4、態(tài)三種型態(tài)。液態(tài)物質(zhì)泄漏出的液體常在地質(zhì)泄漏出的液體常在地上形成油池或者因?yàn)橐荷闲纬捎统鼗蛘咭驗(yàn)橐后w大量汽化而形成氣云；體大量汽化而形成氣云；氣氣-液兩相泄漏是過(guò)熱液兩相泄漏是過(guò)熱液體從泄漏口驟然噴到液體從泄漏口驟然噴到大氣中，蒸氣與液體混大氣中，蒸氣與液體混合，液體中較細(xì)小的顆合，液體中較細(xì)小的顆?？赡軕腋≡诳罩行纬闪？赡軕腋≡诳罩行纬伸F滴，較大的顆粒則下霧滴，較大的顆粒則下落，然后蒸發(fā)汽化。氣落，然后蒸發(fā)汽化。氣態(tài)泄漏的氣體或蒸氣由態(tài)泄漏的氣體或蒸氣由于密度與比重不同，呈于密度與比重不同，呈現(xiàn)上升或沉降兩種擴(kuò)散現(xiàn)上升或沉降兩種擴(kuò)散形式。形式。 一一 、效應(yīng)模型、效應(yīng)模型1 1、泄漏模型、泄

5、漏模型危險(xiǎn)物質(zhì)的泄漏有兩種情況：危險(xiǎn)物質(zhì)的泄漏有兩種情況： 一種是一種是從安全角度考慮而設(shè)計(jì)從安全角度考慮而設(shè)計(jì)的，當(dāng)發(fā)生緊急狀況時(shí)，的，當(dāng)發(fā)生緊急狀況時(shí)，設(shè)備上的安全裝置就會(huì)自行泄漏，如安全閥跳脫的泄漏等；設(shè)備上的安全裝置就會(huì)自行泄漏，如安全閥跳脫的泄漏等； 另一種則是另一種則是設(shè)備故障時(shí)的意外泄漏設(shè)備故障時(shí)的意外泄漏, ,如儲(chǔ)槽破裂等。如儲(chǔ)槽破裂等。后者才是重大危害管理的重點(diǎn)，但也要防范前者擴(kuò)大成災(zāi)后者才是重大危害管理的重點(diǎn)，但也要防范前者擴(kuò)大成災(zāi)害。在估計(jì)泄漏量時(shí)，最主要的問(wèn)題是泄漏口大小的估計(jì)。害。在估計(jì)泄漏量時(shí)，最主要的問(wèn)題是泄漏口大小的估計(jì)。若是安全設(shè)備的泄漏，可直接取閥徑或管徑；

6、若是其他意若是安全設(shè)備的泄漏，可直接取閥徑或管徑；若是其他意外事故的大量泄漏，要根據(jù)實(shí)際情況估計(jì)。外事故的大量泄漏，要根據(jù)實(shí)際情況估計(jì)。(1)(1)氣態(tài)物質(zhì)（氣體與蒸氣）泄漏氣態(tài)物質(zhì)（氣體與蒸氣）泄漏 氣態(tài)泄漏發(fā)生在加壓氣體的容器或長(zhǎng)管道、加壓儲(chǔ)槽槽頂?shù)尼寶鈶B(tài)泄漏發(fā)生在加壓氣體的容器或長(zhǎng)管道、加壓儲(chǔ)槽槽頂?shù)尼寜洪y、液體油池的沸騰或蒸發(fā)、可燃性物質(zhì)受熱分解等情況。氣體或壓閥、液體油池的沸騰或蒸發(fā)、可燃性物質(zhì)受熱分解等情況。氣體或蒸氣的泄漏公式原理可由蒸氣的泄漏公式原理可由伯努利定律、連續(xù)性公式和氣體狀態(tài)公式等等導(dǎo)出。導(dǎo)出。 計(jì)算從泄出口流出的氣體泄漏速度計(jì)算從泄出口流出的氣體泄漏速度可根據(jù)下式計(jì)

7、算可根據(jù)下式計(jì)算: : RTMApCGdp (公式公式1） Gp氣體泄漏速度，即單位時(shí)間的泄漏物質(zhì)的質(zhì)量,kg/s；Cd氣體的泄漏系數(shù)（圓形取1，三角形取0.9，長(zhǎng)方形取0.85）；A 泄漏口面積,m2；流量系數(shù),無(wú)量綱；T氣體溫度,K；R理想氣體普適比例常數(shù),R=8.3145 J/（molK）；M氣體的分子質(zhì)量,kg/mol。流量系數(shù)流量系數(shù)由物質(zhì)泄漏時(shí)的強(qiáng)度而定：由物質(zhì)泄漏時(shí)的強(qiáng)度而定：亞音速亞音速 即當(dāng)即當(dāng) 音速音速 即當(dāng)即當(dāng) 式中，式中，P P容器內(nèi)介質(zhì)壓力容器內(nèi)介質(zhì)壓力,Pa,Pa；PoPo外界環(huán)境壓力外界環(huán)境壓力, ,；k k氣體絕熱指數(shù)（氣體絕熱指數(shù)（ ），常在），常在1.11.

8、671.11.67。1021kkkPPkkkPPPPkk10202112 (公式公式2） 1021kkkPP12)1(12kkkk (公式公式3) rpcc當(dāng)氣體從釋壓閥泄出時(shí)，其氣體的泄漏率可用下式計(jì)算：當(dāng)氣體從釋壓閥泄出時(shí)，其氣體的泄漏率可用下式計(jì)算： 式中，式中， G Grvrv釋壓閥泄出的氣體泄漏速度釋壓閥泄出的氣體泄漏速度,kg/s,kg/s；Q Qf f 熱通量熱通量,J/s,J/s；h hfgfg 在釋放壓力時(shí)的汽化潛熱在釋放壓力時(shí)的汽化潛熱,J/kg,J/kg。 熱通量是危險(xiǎn)物質(zhì)儲(chǔ)存容器發(fā)生火災(zāi)時(shí)所接受的熱。氣態(tài)熱通量是危險(xiǎn)物質(zhì)儲(chǔ)存容器發(fā)生火災(zāi)時(shí)所接受的熱。氣態(tài)物質(zhì)的泄漏還要考

9、慮它是絕熱還是等溫狀況，并分辨是否有緊急物質(zhì)的泄漏還要考慮它是絕熱還是等溫狀況，并分辨是否有緊急泄漏狀況發(fā)生。泄漏狀況發(fā)生。fgfrvhQG (公式公式4） (2) (2) 液體泄漏液體泄漏 以大氣壓力儲(chǔ)存的液體容器或管路破裂，或加壓的液體在正常沸點(diǎn)以大氣壓力儲(chǔ)存的液體容器或管路破裂，或加壓的液體在正常沸點(diǎn)下的泄漏，都屬純液體泄漏。計(jì)算這種泄漏，常利用下的泄漏，都屬純液體泄漏。計(jì)算這種泄漏，常利用伯努利方程和連續(xù)伯努利方程和連續(xù)性公式性公式。容器內(nèi)是等溫狀態(tài)時(shí)，計(jì)算方法較簡(jiǎn)單，可導(dǎo)出泄漏液體的強(qiáng)度。容器內(nèi)是等溫狀態(tài)時(shí)，計(jì)算方法較簡(jiǎn)單，可導(dǎo)出泄漏液體的強(qiáng)度值（作為時(shí)間的函數(shù)），從原先的強(qiáng)度值呈直

10、線(xiàn)退減。如果容器內(nèi)是絕熱值（作為時(shí)間的函數(shù)），從原先的強(qiáng)度值呈直線(xiàn)退減。如果容器內(nèi)是絕熱狀態(tài)時(shí)，計(jì)算方法比較復(fù)雜，因?yàn)樵谛孤r(shí)，有一些液體會(huì)汽化。如果考狀態(tài)時(shí)，計(jì)算方法比較復(fù)雜，因?yàn)樵谛孤r(shí)，有一些液體會(huì)汽化。如果考慮這些蒸發(fā)的液體，必需進(jìn)一步計(jì)算絕熱泄漏物的強(qiáng)度。慮這些蒸發(fā)的液體，必需進(jìn)一步計(jì)算絕熱泄漏物的強(qiáng)度。 液體泄漏速度可用下式計(jì)算：液體泄漏速度可用下式計(jì)算： 210)(22ghPPACGdL (公式公式5) G GL L 液體泄漏速度液體泄漏速度,kg/s,kg/s；C Cd d 泄漏系數(shù)泄漏系數(shù), ,無(wú)單位；無(wú)單位；A A 泄漏口面積泄漏口面積,m,m2 2；液體密度液體密度,kg

11、/m,kg/m3 3；P P液體儲(chǔ)存壓力液體儲(chǔ)存壓力,Pa,Pa；P Po o外界環(huán)境壓力外界環(huán)境壓力,Pa,Pa；g g 重力加速度；重力加速度；9.8m/s9.8m/s2 2h h 泄漏口上方液體的高度泄漏口上方液體的高度表表1 1 液體泄漏系數(shù)液體泄漏系數(shù)CdCd的取值的取值 雷諾數(shù) （Re） 泄漏口形狀 圓形（多邊）三角形 長(zhǎng)方形 100 0.65 0.60 0.55 100 0.5 0.45 0.4 (3) (3) 兩相泄漏兩相泄漏 兩相泄漏發(fā)生在加壓儲(chǔ)槽或者裝有溫度在介質(zhì)正常兩相泄漏發(fā)生在加壓儲(chǔ)槽或者裝有溫度在介質(zhì)正常沸點(diǎn)以上的液體的管道破裂；此外，釋壓閥因失控而緊沸點(diǎn)以上的液體的

12、管道破裂；此外，釋壓閥因失控而緊急排放或粘稠的泡沫液體急瀉而出，也有這種現(xiàn)象。計(jì)急排放或粘稠的泡沫液體急瀉而出，也有這種現(xiàn)象。計(jì)算兩相泄漏量，可使用下式算兩相泄漏量，可使用下式。 222ERMsubdpGGCG (公式公式6) G G2p 2p 兩相泄漏速度兩相泄漏速度,kg/ (m,kg/ (m2 2s)s)；C Cd d 泄漏系數(shù)泄漏系數(shù), ,無(wú)單位；無(wú)單位；G Gsub sub 超冷液體的泄漏速度超冷液體的泄漏速度,kg/ (m,kg/ (m2 2s)s)；G GERM ERM 飽和液體的泄漏速度飽和液體的泄漏速度,kg/( m,kg/( m2 2s)s)。 N N 參數(shù)參數(shù), ,無(wú)單位

13、，參見(jiàn)式無(wú)單位，參見(jiàn)式 式中，式中，P P 存儲(chǔ)介質(zhì)壓力存儲(chǔ)介質(zhì)壓力,Pa,Pa；P Pp p儲(chǔ)存溫度時(shí)的蒸氣壓儲(chǔ)存溫度時(shí)的蒸氣壓, ,； 液體密度液體密度,kg/m,kg/m3 3。)(2psubPPG (公式公式7） 就飽和液體而言，若泄漏管徑大于就飽和液體而言，若泄漏管徑大于0.1m0.1m（長(zhǎng)度超過(guò)直徑（長(zhǎng)度超過(guò)直徑的的1010倍），達(dá)到平衡時(shí)，泄漏速度為倍），達(dá)到平衡時(shí)，泄漏速度為 式中，式中，h hfgfg汽化潛熱汽化潛熱,J/kg,J/kg；V Vfgfg由液體變成蒸氣的量由液體變成蒸氣的量,m,m3 3/kg/kg；T T儲(chǔ)存介質(zhì)溫度儲(chǔ)存介質(zhì)溫度; ;C Cp p液體比熱容液體

14、比熱容,J/,J/（kgkgK K）。）。21pfgfgERMTCVhG (公式公式8) 當(dāng)泄漏管徑小于當(dāng)泄漏管徑小于0.1m0.1m，兩相不平衡，即，兩相不平衡，即 時(shí)，時(shí)，用下式來(lái)表示：用下式來(lái)表示： 式中，式中，L L 管路至開(kāi)口的長(zhǎng)度管路至開(kāi)口的長(zhǎng)度,m,m；L LC C 0.1m 0.1m CLL0CpfgdffgERMLLTCVCPhG222 (公式公式9） 例5-1 試計(jì)算丙烷在試計(jì)算丙烷在25250 0C C、5 510105 5 P Pa a狀況下，從狀況下，從10mm10mm的泄漏口泄漏的速的泄漏口泄漏的速度。丙烷的絕熱指數(shù)為度。丙烷的絕熱指數(shù)為1.151.15，蒸氣壓（，

15、蒸氣壓（2525）為）為8.38.310105 5 P Pa a 。解：因?yàn)榇鎯?chǔ)壓力低于丙烷的蒸氣壓，此泄漏必是純氣體泄漏?？墒褂靡?yàn)榇鎯?chǔ)壓力低于丙烷的蒸氣壓，此泄漏必是純氣體泄漏?？墒褂脷怏w泄漏公式。又，氣體泄漏公式。又，P/PP/P0 0=5.0/1.0=5,=5.0/1.0=5,大于大于 =1.74=1.74，故屬音速泄，故屬音速泄漏。泄露口按圓形計(jì)算，其直徑為漏。泄露口按圓形計(jì)算，其直徑為0.01m0.01m，泄漏系數(shù)，泄漏系數(shù)C Cd d取取1 1，丙烷的分子，丙烷的分子量為量為4444，溫度為，溫度為298K298K，代入公式，代入公式( (公式公式3 3）及及( (公式公式1 1

16、）121kkk68. 0115. 1215. 11215. 0215. 2121kkkkskgRTMAPCGdp/58. 3685. 02983145. 84410501. 0452公式公式3 3：P P容器內(nèi)介質(zhì)壓力容器內(nèi)介質(zhì)壓力,Pa,Pa；PoPo外界環(huán)境壓力外界環(huán)境壓力, ,；k k氣體絕熱指數(shù)（氣體絕熱指數(shù)（C Cp p/C/Cr r ），），常在常在1.11.67。公式公式1 1：Gp氣體泄漏速度，即單位時(shí)間的泄漏物質(zhì)的質(zhì)量,kg/s；Cd氣體的泄漏系數(shù)（圓形取1，三角形取0.9，長(zhǎng)方形取0.85）；A 泄漏口面積,m2；流量系數(shù),無(wú)量綱；T氣體溫度；R理想氣體普適比例常數(shù),R=8

17、.3145 J/（molK）；M氣體的分子質(zhì)量,kg/mol。例5-2設(shè)某一未絕緣丙烷儲(chǔ)槽的表面積是設(shè)某一未絕緣丙烷儲(chǔ)槽的表面積是5 m5 m2 2，暴露于，暴露于槽外油池火焰。試計(jì)算經(jīng)由釋壓閥泄出的丙烷泄漏速槽外油池火焰。試計(jì)算經(jīng)由釋壓閥泄出的丙烷泄漏速度。度。 已知：環(huán)境系數(shù)已知：環(huán)境系數(shù)F=1.0F=1.0 丙烷汽化潛熱丙烷汽化潛熱h hfgfg=333kJ/kg=333kJ/kg 熱通量熱通量=266.2kJ/s=266.2kJ/s解：由式由式( (公式公式4)4)得：得： G Grvrv= =Q Qf f/h/hfgfg=266.2/333=0.8kg/s=266.2/333=0.8

18、kg/sG Grvrv釋壓閥泄出的氣體泄漏速度釋壓閥泄出的氣體泄漏速度,kg/s,kg/s；Q Qf f熱通量熱通量,J/s,J/s；h hfgfg在釋放壓力時(shí)的汽化潛熱在釋放壓力時(shí)的汽化潛熱,J/kg,J/kg。例5-3試計(jì)算丙烷在試計(jì)算丙烷在2525、111110105 5PaPa的狀況下，從儲(chǔ)槽的狀況下，從儲(chǔ)槽10mm10mm寬的裂口泄漏的速度。泄漏口上方液體高度是寬的裂口泄漏的速度。泄漏口上方液體高度是2m2m。已知丙烷。已知丙烷密度為密度為490kg/ m490kg/ m3 3，在，在2525時(shí)的蒸氣壓為時(shí)的蒸氣壓為8.38.310105 5PaPa。解：因槽內(nèi)壓力為因槽內(nèi)壓力為11

19、1110105 5PaPa 。泄漏一開(kāi)始是液體，使用式。泄漏一開(kāi)始是液體，使用式( (公式公式5 5），P= 11P= 1110105 5Pa, PPa, P0 0= 1= 110105 5PaPa210)(22ghPPACGdL 215228 . 92490101112490401. 065. 01.5kg/sG GL L 液體泄漏速度液體泄漏速度,kg/s,kg/s；C Cd d 泄漏系數(shù)泄漏系數(shù), ,無(wú)單位；無(wú)單位；A A 泄漏口面積泄漏口面積,m,m2 2；液體密度液體密度,kg/m,kg/m3 3；P P液體儲(chǔ)存壓力液體儲(chǔ)存壓力,Pa,Pa；P Po o外界環(huán)境壓力外界環(huán)境壓力,Pa

20、,Pa；g g 重力加速度；重力加速度；9.8m/s9.8m/s2 2h h 泄漏口上方液體的高度泄漏口上方液體的高度2 2 、蒸發(fā)（、蒸發(fā)（flashflash）與汽化）與汽化液體在：液體在：a.常溫與加壓下常溫與加壓下(如丁烷如丁烷)；b.高溫加壓下（如受熱的環(huán)已烷）高溫加壓下（如受熱的環(huán)已烷）1在大氣溫度與壓力下是揮發(fā)性的液體，如丙酮。在大氣溫度與壓力下是揮發(fā)性的液體，如丙酮。 2低溫大氣壓力下是冷凍液化氣體，如液化天然氣。低溫大氣壓力下是冷凍液化氣體，如液化天然氣。 3 從封閉容器泄出的物質(zhì)如果是液體，那么就會(huì)發(fā)生汽化，再形成蒸汽云。汽化率決定此蒸汽云的形成。在考慮由液體噴濺而形成的蒸

21、汽云時(shí)，要分辨三種情況：液體的汽化在以上三種情況是液體的汽化在以上三種情況是不相同不相同的的: : 第一種情況第一種情況，液體因?yàn)檫^(guò)熱，在噴泄初期，會(huì)迅速蒸騰起來(lái)，液體因?yàn)檫^(guò)熱，在噴泄初期，會(huì)迅速蒸騰起來(lái)，汽化率高，蒸汽中包含一部分的液體顆粒，其余的過(guò)熱液體因汽化率高，蒸汽中包含一部分的液體顆粒，其余的過(guò)熱液體因汽化潛熱消失漸漸冷卻，汽化率變低。汽化潛熱消失漸漸冷卻，汽化率變低。a a類(lèi)過(guò)熱液體是加壓液類(lèi)過(guò)熱液體是加壓液化的氣體；化的氣體；b b類(lèi)過(guò)熱液體是加溫達(dá)到其平常沸點(diǎn)之上的液體。類(lèi)過(guò)熱液體是加溫達(dá)到其平常沸點(diǎn)之上的液體。 第二種情況第二種情況的液體在泄出后接近平衡狀態(tài)，所以汽化相對(duì)比較

22、的液體在泄出后接近平衡狀態(tài)，所以汽化相對(duì)比較遲緩。遲緩。 第三種情況第三種情況是超低溫冷凍的液化氣體，泄出后接觸大氣溫度，是超低溫冷凍的液化氣體，泄出后接觸大氣溫度，起初會(huì)迅速汽化，然后逐漸溫和的汽化。起初會(huì)迅速汽化，然后逐漸溫和的汽化。(1) (1) 過(guò)熱液體蒸發(fā)模型過(guò)熱液體蒸發(fā)模型 過(guò)熱液體在泄漏到大氣之后，初期的汽化激烈，而后剩過(guò)熱液體在泄漏到大氣之后，初期的汽化激烈，而后剩下的液體在正常沸點(diǎn)繼續(xù)汽化。汽化的第二階段是次要的，下的液體在正常沸點(diǎn)繼續(xù)汽化。汽化的第二階段是次要的，可忽略不計(jì)。預(yù)估初期蒸騰的標(biāo)準(zhǔn)公式是：可忽略不計(jì)。預(yù)估初期蒸騰的標(biāo)準(zhǔn)公式是： 由由公式公式1010可知可知FrF

23、r是液體在熱平衡狀況下汽化的百分比。是液體在熱平衡狀況下汽化的百分比。事實(shí)上，液體泄出后常因壓力突然下降，激烈沸騰而有噴射事實(shí)上，液體泄出后常因壓力突然下降，激烈沸騰而有噴射的現(xiàn)象。噴射的液體在空氣中迅速汽化，汽化的比例不小，的現(xiàn)象。噴射的液體在空氣中迅速汽化，汽化的比例不小，KletzKletz（19771977）假設(shè)噴射的液體百分比等于用蒸騰而形成蒸）假設(shè)噴射的液體百分比等于用蒸騰而形成蒸氣的百分比。氣的百分比。fgbprhTTCF)(公式公式10) F Fr r泄出液體汽化的百分比泄出液體汽化的百分比 ,%,%；C Cp p液體比熱容（液體比熱容（T T至至T Tb b的平均值）的平均值

24、）,J/,J/（kgkgk k）；）；T T液體的初期溫度液體的初期溫度,K,K；T Tb b液體大氣沸點(diǎn)液體大氣沸點(diǎn),K,K；h hfyfy液體在溫度液體在溫度TbTb時(shí)的汽化潛熱時(shí)的汽化潛熱,J/kg,J/kg。(2) (2) 揮發(fā)性液體的汽化揮發(fā)性液體的汽化 揮發(fā)性液體在泄出后形成油池，其汽化率由液體的蒸氣壓和吹過(guò)揮發(fā)性液體在泄出后形成油池，其汽化率由液體的蒸氣壓和吹過(guò)油池表面上方的風(fēng)速而定。地表及空氣的熱轉(zhuǎn)移供給液體汽化潛熱，避油池表面上方的風(fēng)速而定。地表及空氣的熱轉(zhuǎn)移供給液體汽化潛熱，避免液體冷卻。目前對(duì)不同的油池有不同的汽化模型，例如圓形油池的汽免液體冷卻。目前對(duì)不同的油池有不同的

25、汽化模型，例如圓形油池的汽化率化率E E為：為：式中，式中，E E液體汽化率液體汽化率, ,g/sg/s；M M液體分子量液體分子量,kg/mol,kg/mol；PvPv液體蒸氣壓液體蒸氣壓,Pa,Pa；T T液體的絕對(duì)溫度液體的絕對(duì)溫度,K,K；U U平均風(fēng)速平均風(fēng)速,cm/s,cm/s；r r油池半徑油池半徑,cm,cm，89.178.011106 .3rUTMPEv (公式公式11） 或或式中，式中，q qG G來(lái)自地表的熱通量來(lái)自地表的熱通量,W/m,W/m2 2；K Ks s土壤的熱傳導(dǎo)率，土壤的熱傳導(dǎo)率，W/(W/(m mK K) )；T Tg g土壤的溫度土壤的溫度,K,K；T

26、T油池的溫度油池的溫度,K,K；s s土壤的熱擴(kuò)散率土壤的熱擴(kuò)散率,m,m2 2/s/s；t t泄出時(shí)間泄出時(shí)間,s,s。tTTKsqsgG)( (公式公式12） (3)(3)冷凍液化氣體的汽化冷凍液化氣體的汽化 冷凍液化氣體，如液化天然氣（冷凍液化氣體，如液化天然氣（LNGLNG），泄漏在地上后，初期會(huì)迅速汽），泄漏在地上后，初期會(huì)迅速汽化，然后汽化率隨時(shí)間延長(zhǎng)而不斷衰減。計(jì)算化，然后汽化率隨時(shí)間延長(zhǎng)而不斷衰減。計(jì)算LNGLNG這類(lèi)的冷凍液化氣體的汽化率這類(lèi)的冷凍液化氣體的汽化率有多種模型，下列是其中一種方法有多種模型，下列是其中一種方法: :初期汽化率初期汽化率 式中，式中， W W 1

27、1分鐘內(nèi)汽化量分鐘內(nèi)汽化量,g/cm,g/cm2 2； K K1 1 常數(shù)常數(shù) T TS S 地面溫度地面溫度,K,K； T Tl l-液體溫度液體溫度,K,K； H Hv v - - 汽化潛熱汽化潛熱,J/kg,J/kg。vlsHTTKW21 (公式公式13） 后期穩(wěn)定連續(xù)汽化率后期穩(wěn)定連續(xù)汽化率 vlsHTTKE2 (公式公式14) 液體接觸的地面液體接觸的地面 K K1 1 K K2 2 一般土壤一般土壤 2.97 2.97 62.76 62.76 混混 凝凝 土土 3.14 3.14 62.76 62.76 沙沙 巖巖 5.44 5.44 108.78 108.78 E E 穩(wěn)定汽化率

28、（穩(wěn)定汽化率（g/cmg/cm2 2minmin）W W 1 1分鐘內(nèi)汽化量分鐘內(nèi)汽化量,g/cm,g/cm2 2；K K2 2 常數(shù)常數(shù)T TS S 地面溫度地面溫度,K,K；T Tl l -液體溫度液體溫度,K,K；HvHv - - 汽化潛熱汽化潛熱,J/kg,J/kg。 總之，液體和冷凍液化氣體的汽化問(wèn)題要考慮的總之，液體和冷凍液化氣體的汽化問(wèn)題要考慮的因素比較多。首先，當(dāng)液體或液化氣體泄漏時(shí)，要考因素比較多。首先，當(dāng)液體或液化氣體泄漏時(shí)，要考慮儲(chǔ)存溶液的壓力、液體的高度、泄出口的直徑、泄慮儲(chǔ)存溶液的壓力、液體的高度、泄出口的直徑、泄漏系數(shù)、液體密度等。從危險(xiǎn)物質(zhì)本身考慮，則需要漏系數(shù)、

29、液體密度等。從危險(xiǎn)物質(zhì)本身考慮，則需要知道它的熱容、汽化潛熱、汽化密度、粘度等。當(dāng)液知道它的熱容、汽化潛熱、汽化密度、粘度等。當(dāng)液態(tài)物泄出后，還要考慮影響熱轉(zhuǎn)移的因素：如地面的態(tài)物泄出后，還要考慮影響熱轉(zhuǎn)移的因素：如地面的滲透性、熱傳導(dǎo)率、周?chē)鷾囟取L(fēng)速、太陽(yáng)熱輻射等。滲透性、熱傳導(dǎo)率、周?chē)鷾囟?、風(fēng)速、太陽(yáng)熱輻射等。最后計(jì)算汽化率時(shí)，要考慮泄漏時(shí)間。最后計(jì)算汽化率時(shí)，要考慮泄漏時(shí)間。例5-4計(jì)算液態(tài)丙烷從容器泄漏到大氣中蒸騰的百分比。已知容計(jì)算液態(tài)丙烷從容器泄漏到大氣中蒸騰的百分比。已知容器的溫度為器的溫度為2525，壓力為，壓力為111110105 5PaPa，丙烷的熱容為，丙烷的熱容為2.

30、45KJ/2.45KJ/（KgKgK K），沸點(diǎn)為），沸點(diǎn)為-42-42即即231K231K，汽化潛熱為，汽化潛熱為429 KJ/Kg429 KJ/Kg。解：使用使用公式公式1010， Fr=Cp =2.45 Fr=Cp =2.45 =0.38 =0.38fgbhTT)(429)231298(F Fr r泄出液體汽化的百分比泄出液體汽化的百分比 ,%,%；C Cp p液體比熱容（液體比熱容（T T至至T Tb b的平均值）的平均值）,J/,J/（kgkgk k）；）；T T液體的初期溫度液體的初期溫度,K,K；T Tb b液體大氣沸點(diǎn)液體大氣沸點(diǎn),K,K；h hfyfy液體在溫度液體在溫度Tb

31、Tb時(shí)的汽化潛熱時(shí)的汽化潛熱,J/kg,J/kg。例5-5 設(shè)設(shè)LNGLNG意外泄漏在儲(chǔ)槽外面的土地上，形成小油池。其表面積達(dá)意外泄漏在儲(chǔ)槽外面的土地上，形成小油池。其表面積達(dá)3000m3000m2 2，試求一分鐘之內(nèi)，試求一分鐘之內(nèi)，LNGLNG的汽化量。的汽化量。已知：已知：T T=LNG=LNG油池溫度油池溫度=-164=-164 T Ts s土壤溫度土壤溫度=25=25 HvHvLNGLNG汽化潛熱（在汽化潛熱（在-164-164時(shí)），時(shí)），502kJ/kg502kJ/kg解：求第一分鐘內(nèi)求第一分鐘內(nèi)LNGLNG的汽化率，使用的汽化率，使用公式公式1414， =0.22g/ cm =0

32、.22g/ cm2 2/ /分分 3000m 3000m2 2LNGLNG的汽化量的汽化量 = 0.22g/cm= 0.22g/cm2 2/ /分分3000 m3000 m2 2 =6.6 =6.610106 6 g/cm g/cm2 2/ /分分vlsHTTKW212050001642597.22W W 1 1分鐘內(nèi)汽化量分鐘內(nèi)汽化量,g/cm,g/cm2 2；K K1 1 常數(shù)常數(shù)T TS S 地面溫度地面溫度,K,K；T Tl l 液體溫度液體溫度,K,K；H Hv v 汽化潛熱汽化潛熱,J/kg,J/kg。3 3、擴(kuò)散模型、擴(kuò)散模型 在泄漏口處，泄漏物質(zhì)動(dòng)能的大小。在泄漏口處，泄漏物質(zhì)

33、動(dòng)能的大小。 1 要考慮泄漏情況是瞬間泄漏還是連續(xù)泄漏。要考慮泄漏情況是瞬間泄漏還是連續(xù)泄漏。 2 要考慮泄漏物質(zhì)的物理化學(xué)特性。要考慮泄漏物質(zhì)的物理化學(xué)特性。 34 氣候條件影響蒸氣云的擴(kuò)散模型，包括氣候條件影響蒸氣云的擴(kuò)散模型，包括風(fēng)風(fēng)和和大氣大氣穩(wěn)定度。穩(wěn)定度。 危險(xiǎn)物質(zhì)從容器或管路泄漏出去之后， 在空氣中的擴(kuò)散情況受到多種因素的影響： 風(fēng)風(fēng)風(fēng)影響擴(kuò)散模型因素有：風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)的持續(xù)性、風(fēng)的攪動(dòng)程度。風(fēng)影響擴(kuò)散模型因素有：風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)的持續(xù)性、風(fēng)的攪動(dòng)程度。風(fēng)速的大小與離地面的高度有關(guān)。風(fēng)速的垂直分布以下式表示：風(fēng)速的大小與離地面的高度有關(guān)。風(fēng)速的垂直分布以下式表示： 式中，式中，Uz

34、Uz風(fēng)速風(fēng)速, ,m/sm/s； UrUr在參考高度的風(fēng)速在參考高度的風(fēng)速, ,m/sm/s； Z Z高度高度,m,m； ZrZr參考高度參考高度,m,m； 指數(shù)（指數(shù)（0.12-0.50.12-0.5）。）。 指數(shù)指數(shù)在不穩(wěn)定狀況是在不穩(wěn)定狀況是0.250.25，在穩(wěn)定狀況是，在穩(wěn)定狀況是0.500.50。對(duì)重大危險(xiǎn)。對(duì)重大危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)分析，參考高度可取源的風(fēng)險(xiǎn)分析，參考高度可取10m10m高。高。rrzZZUU ZZr (公式公式15） 大氣穩(wěn)定度及其分類(lèi)大氣穩(wěn)定度及其分類(lèi) 所謂所謂大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度（atmospheric stabilityatmospheric stability）

35、是）是大氣壓制或有利于亂流垂直運(yùn)動(dòng)的程度。大氣壓制或有利于亂流垂直運(yùn)動(dòng)的程度。 大氣穩(wěn)定度是影響氣體散布的主要因素。其重要大氣穩(wěn)定度是影響氣體散布的主要因素。其重要性質(zhì)有下：性質(zhì)有下： 、氣溫遞減率氣溫遞減率：距地表愈高，氣溫愈低；：距地表愈高，氣溫愈低； 、逆溫現(xiàn)象逆溫現(xiàn)象：氣溫隨高度而增加的反?，F(xiàn)象。：氣溫隨高度而增加的反常現(xiàn)象。 、氣溫遞減率、氣溫遞減率 溫度隨著高度的增加而遞減的比率稱(chēng)為溫度隨著高度的增加而遞減的比率稱(chēng)為氣溫遞減率氣溫遞減率。溫度隨高度變化的改變率溫度隨高度變化的改變率 （式中（式中Z Z是高度）在絕熱或是高度）在絕熱或中性狀況，約等于中性狀況，約等于 或或 ，用，用

36、表示，表示，是氣象學(xué)的一個(gè)基本常數(shù)。在絕熱狀下是氣象學(xué)的一個(gè)基本常數(shù)。在絕熱狀下 ， 稱(chēng)為雷查德遜數(shù)（稱(chēng)為雷查德遜數(shù)（Richardson numberRichardson number）。）。 dZdTmC 01. 0mCdZdT1001dZdT0dZdT、逆溫現(xiàn)象、逆溫現(xiàn)象 逆溫現(xiàn)象有兩種情況：逆溫現(xiàn)象有兩種情況： 一種是一種是地表逆溫地表逆溫又稱(chēng)輻射逆溫（又稱(chēng)輻射逆溫（surface inversionsurface inversion），），通常在夜晚發(fā)生。通常在夜晚發(fā)生。 另一種是另一種是高處逆溫高處逆溫（elevated inversionelevated inversion），發(fā)

37、生在距地），發(fā)生在距地表較高的大氣中（約表較高的大氣中（約600-700600-700米高），地表逆溫層壓制地表的米高），地表逆溫層壓制地表的氣體泄漏物向上擴(kuò)散，而高處逆溫層也抑制向上擴(kuò)散的氣云。氣體泄漏物向上擴(kuò)散，而高處逆溫層也抑制向上擴(kuò)散的氣云。 另外，在另外，在海陸交接地區(qū)海陸交接地區(qū)和和人口稠密的市區(qū)人口稠密的市區(qū)，因海陸交互作用，因海陸交互作用，以及熱島效應(yīng)以及熱島效應(yīng), ,對(duì)大氣穩(wěn)定度也有不小影響。對(duì)大氣穩(wěn)定度也有不小影響。大氣穩(wěn)定度的分類(lèi)有兩種：大氣穩(wěn)定度的分類(lèi)有兩種： 一種一種將大氣穩(wěn)定度分為：將大氣穩(wěn)定度分為： 不穩(wěn)定狀況不穩(wěn)定狀況 氣溫退減狀況氣溫退減狀況 中性狀況中性狀況

38、 穩(wěn)定狀況穩(wěn)定狀況 包括逆溫狀況包括逆溫狀況 這種分類(lèi)用來(lái)定義這種分類(lèi)用來(lái)定義suttonsutton公式中的標(biāo)準(zhǔn)差。公式中的標(biāo)準(zhǔn)差。（LeesLees，19861986） 另一種另一種大氣穩(wěn)定度分類(lèi)，是由大氣穩(wěn)定度分類(lèi)，是由PasquillPasquill所創(chuàng)所創(chuàng)（19611961）。）。表表5-25-2將大氣穩(wěn)定度分為將大氣穩(wěn)定度分為A A、B B、C C、D D、E E、F F六種。六種。A A層極不穩(wěn)定情況，層極不穩(wěn)定情況，B B層不穩(wěn)定情況，層不穩(wěn)定情況，C C層略不層略不穩(wěn)定情況，穩(wěn)定情況，D D層中性情況，層中性情況，E E層略穩(wěn)定情況，層略穩(wěn)定情況，F(xiàn) F層穩(wěn)定層穩(wěn)定情況。情況

39、。 此外，影響氣云擴(kuò)散的因素還有此外，影響氣云擴(kuò)散的因素還有地形、地勢(shì)地形、地勢(shì)。例如在蒸氣云擴(kuò)散途徑中有山坡或建筑物，會(huì)造成氣例如在蒸氣云擴(kuò)散途徑中有山坡或建筑物，會(huì)造成氣流偏向、停滯，產(chǎn)生小區(qū)域風(fēng)速和風(fēng)向的變化。流偏向、停滯，產(chǎn)生小區(qū)域風(fēng)速和風(fēng)向的變化。表表5-2 5-2 PasquillPasquill穩(wěn)定度分類(lèi)穩(wěn)定度分類(lèi) 地表風(fēng)速（10m高） 日照程度 夜晚 強(qiáng) 中 弱 略陰或4/8云 3/8云 m/s 2 A A-B B - - 2-3 C E F 3-5 B B-C C D E 5-6 C C-D C D D 6 C D D D D （1 1）. . 煙氣和噴氣的擴(kuò)散模型煙氣和噴氣

40、的擴(kuò)散模型 煙氣（煙氣（PlumePlume）則是一種連續(xù)性、持續(xù)較久的物則是一種連續(xù)性、持續(xù)較久的物質(zhì)擴(kuò)散方式，如從煙囪，或從大油池?fù)]發(fā)液體的汽化質(zhì)擴(kuò)散方式，如從煙囪，或從大油池?fù)]發(fā)液體的汽化所形成的氣云。所形成的氣云。 噴氣（噴氣（PuffPuff）為瞬間、高運(yùn)動(dòng)量的泄漏方式，通為瞬間、高運(yùn)動(dòng)量的泄漏方式，通常是從小噴射口強(qiáng)力噴出。常是從小噴射口強(qiáng)力噴出。 地面地面瞬間點(diǎn)瞬間點(diǎn)發(fā)生源的濃度發(fā)生源的濃度C C是是 式中，式中，C C氣云在位置氣云在位置x x，y y，z z的濃度的濃度,kg/m,kg/m3 3； G G瞬間釋出質(zhì)量瞬間釋出質(zhì)量,kg,kg； x,y,zx,y,z釋出源到釋出

41、源到x x，y y，z z軸向的距離軸向的距離(m)(m)， x x：風(fēng)向，：風(fēng)向，y y：逆風(fēng)風(fēng)向：逆風(fēng)風(fēng)向（水平面上垂直于風(fēng)向），（水平面上垂直于風(fēng)向），z z：垂直方向；：垂直方向； x,y,zx,y,z軸向的標(biāo)準(zhǔn)差或擴(kuò)散系數(shù)（軸向的標(biāo)準(zhǔn)差或擴(kuò)散系數(shù)（m m），氣象學(xué)上的常數(shù)。），氣象學(xué)上的常數(shù)。zyx,2222223221exp22,zyxzyxzyxGlzyxC (公式公式16） 在地面在地面持續(xù)點(diǎn)持續(xù)點(diǎn)發(fā)生源的濃度發(fā)生源的濃度C C是是 式中，式中，C C氣云在位置氣云在位置x,y,zx,y,z的濃度的濃度,kg/m,kg/m3 3； G G持續(xù)質(zhì)量泄漏速度持續(xù)質(zhì)量泄漏速度,kg/

42、s,kg/s； U U風(fēng)速風(fēng)速, ,m/sm/s。222221exp,zyzyzyUGzyxC (公式公式17） 在在較高處持續(xù)點(diǎn)較高處持續(xù)點(diǎn)發(fā)生源的濃度發(fā)生源的濃度C C（圖（圖5-35-3）是）是 式中，式中，C C氣云在位置氣云在位置x,y,zx,y,z的濃度的濃度,kg/m3,kg/m3； G G持續(xù)質(zhì)量泄漏速度持續(xù)質(zhì)量泄漏速度,kg/s,kg/s； H H地面上發(fā)生源高度加上煙氣上升距離地面上發(fā)生源高度加上煙氣上升距離,m,m； yzyzy,xy,x軸向的擴(kuò)散系數(shù)軸向的擴(kuò)散系數(shù),m,m； U U風(fēng)速風(fēng)速, ,m/sm/s。2222222exp2exp2exp2,zzyzyHzHzyU

43、GzyxC (公式公式18） 圖5-2 較高處持續(xù)點(diǎn)發(fā)生源的高斯分 上兩式上兩式公式公式1717與與公式公式1818僅適用于擴(kuò)散時(shí)間小于或僅適用于擴(kuò)散時(shí)間小于或等于等于1010分鐘分鐘的情況。如果擴(kuò)散時(shí)間的情況。如果擴(kuò)散時(shí)間超過(guò)超過(guò)1010分鐘分鐘，那么，那么點(diǎn)發(fā)生源下風(fēng)濃度比較低，因?yàn)檫@時(shí)風(fēng)向可能發(fā)生轉(zhuǎn)變。點(diǎn)發(fā)生源下風(fēng)濃度比較低，因?yàn)檫@時(shí)風(fēng)向可能發(fā)生轉(zhuǎn)變。擴(kuò)散時(shí)間在擴(kuò)散時(shí)間在1010分鐘到分鐘到2 2小時(shí)的散步濃度，可用下式計(jì)算：小時(shí)的散步濃度，可用下式計(jì)算： (公式公式19） 17. 0 tC 此外還需注意的是，瞬間與連續(xù)點(diǎn)發(fā)生源的此外還需注意的是，瞬間與連續(xù)點(diǎn)發(fā)生源的 各不相同。常設(shè)定瞬

44、間點(diǎn)發(fā)生源的各不相同。常設(shè)定瞬間點(diǎn)發(fā)生源的 。上列各公式使。上列各公式使用的一些氣象學(xué)參數(shù)，可參考用的一些氣象學(xué)參數(shù)，可參考表表5-35-3及及圖圖5-35-3與與圖圖5-45-4。zyx,yx 圖5-3 逆風(fēng)散布系數(shù)與距離之間的關(guān)系逆風(fēng)散布系數(shù)距 離（）返回 圖5-4 垂直散布系數(shù)與距離之間的關(guān)系 垂直散布系數(shù)距 離（）返回例5-6（AlChemAlChem，CPQRACPQRA，19891989）ClCl2 2從地面上高從地面上高1 1米處以泄漏速度米處以泄漏速度0.3kg/s0.3kg/s泄漏到下風(fēng)泄漏到下風(fēng)120120米，逆風(fēng)米，逆風(fēng)1010米。米。垂直高度垂直高度2 2米的地方，試求

45、米的地方，試求ClCl2 2在該處的濃度。在該處的濃度。已知：風(fēng)穩(wěn)定度為已知：風(fēng)穩(wěn)定度為D D 風(fēng)速（在風(fēng)速（在1010米高）為米高）為5m/s5m/s （大氣系數(shù)）為（大氣系數(shù)）為0.250.25（公式公式1515的指數(shù)）的指數(shù)）解：由由公式公式1515 =3.3m/s3.3m/s 由由表表5-25-2 9.5m 9.5m25. 01025rrzZZUU90. 0128. 0 xy85. 093. 0 . 0 xz 5.5m U Uz z風(fēng)速風(fēng)速,m/s,m/s； U Ur r在參考高度的風(fēng)速在參考高度的風(fēng)速,m/s,m/s； Z Z高度高度,m,m； Z Zr r參考高度參考高度,m,m；

46、 指數(shù)（指數(shù)（0.12-0.50.12-0.5）。）。由由公式公式1818計(jì)算計(jì)算C CC C（x,y,zx,y,z） 實(shí)際情況發(fā)生的氣云擴(kuò)散常與上述的噴氣或咽氣模型不完全實(shí)際情況發(fā)生的氣云擴(kuò)散常與上述的噴氣或咽氣模型不完全一樣，而是接近于兩者之間。對(duì)此問(wèn)題解決的辦法是同時(shí)使用兩一樣，而是接近于兩者之間。對(duì)此問(wèn)題解決的辦法是同時(shí)使用兩種模型分別計(jì)算，再取結(jié)果比較差的數(shù)據(jù)。種模型分別計(jì)算，再取結(jié)果比較差的數(shù)據(jù)。2222222)(exp2exp2exp2zzyzyHZHZyUG)3 . 3)(5 . 5)(5 . 9(23 . 0225 . 9210exp22225 . 5212exp5 . 52

47、12exp35103 .10mkg = C C氣云在位置氣云在位置x,y,zx,y,z的濃度的濃度,kg/m,kg/m3 3； G G持續(xù)質(zhì)量泄漏速度持續(xù)質(zhì)量泄漏速度,kg/s,kg/s； H H地面上發(fā)生源高度加上煙氣上升距離地面上發(fā)生源高度加上煙氣上升距離,m,m； y yz zy,xy,x軸向的擴(kuò)散系數(shù)軸向的擴(kuò)散系數(shù),m,m； U U風(fēng)速風(fēng)速,m/s,m/s。另一種簡(jiǎn)便的辦法是用下列方法選用估計(jì)模型：另一種簡(jiǎn)便的辦法是用下列方法選用估計(jì)模型： 當(dāng)當(dāng) ，使用噴氣模型，使用噴氣模型，t tc c是氣體全部汽化或泄漏的時(shí)是氣體全部汽化或泄漏的時(shí)間間 當(dāng)當(dāng) ，使用咽氣模型，使用咽氣模型 ，t t

48、c c是氣體全部汽化或泄漏的是氣體全部汽化或泄漏的時(shí)間時(shí)間 ，沒(méi)有一個(gè)現(xiàn)有模型完全適用，沒(méi)有一個(gè)現(xiàn)有模型完全適用此外，風(fēng)速低于此外，風(fēng)速低于2m/s2m/s時(shí)，也不適合使用咽氣模型時(shí)，也不適合使用咽氣模型xcUt2xcUt5xcxUt52（2 2）. . 沉重氣體的擴(kuò)散模型沉重氣體的擴(kuò)散模型 沉重氣體在剛泄漏后會(huì)有沉降現(xiàn)象，不一定只是沉重氣體在剛泄漏后會(huì)有沉降現(xiàn)象，不一定只是因?yàn)樗瓤諝庵兀€與其他因數(shù)有關(guān)。因?yàn)樗瓤諝庵?，還與其他因數(shù)有關(guān)。 影響沉重氣體形成的影響沉重氣體形成的因素因素主要有四個(gè)：主要有四個(gè)：氣體的分子量；氣體的分子量；氣體泄漏時(shí)的溫度；氣體泄漏時(shí)的溫度；泄漏口四周的氣體溫、

49、濕度；泄漏口四周的氣體溫、濕度；有無(wú)噴射現(xiàn)象。有無(wú)噴射現(xiàn)象。1氣體的分子量氣體的分子量2氣體泄漏時(shí)的溫氣體泄漏時(shí)的溫度度3泄漏口四周的氣泄漏口四周的氣體溫、濕度體溫、濕度 4 有無(wú)噴射現(xiàn)象有無(wú)噴射現(xiàn)象 沉重氣體在剛泄漏后會(huì)有沉降現(xiàn)象，不一定只是因?yàn)樗瓤諝庵?，還與其他因數(shù)有關(guān)。 影響沉重氣體形成的因素主要有四個(gè)： 沉重氣體在泄漏后的行為可分為三個(gè)階段（沉重氣體在泄漏后的行為可分為三個(gè)階段（圖5-5 AIChemAIChem ECPQRAECPQRA）：）：初期的混合；有加速度噴瀉，卷入四周被冷凝的小初期的混合；有加速度噴瀉，卷入四周被冷凝的小水珠，擴(kuò)散稀釋的現(xiàn)象；水珠，擴(kuò)散稀釋的現(xiàn)象；重力沉降

50、；重力沉降；回復(fù)中性浮力氣云情況?；貜?fù)中性浮力氣云情況。初期的加速和稀釋過(guò)度期釋出源12重力沉降45受到周?chē)諝鈹噭?dòng)的影響 圖圖5-5 沉重氣云散布后的各個(gè)階段沉重氣云散布后的各個(gè)階段 沉重氣體在第一階段沉重氣體在第一階段初期的混合階段較難預(yù)測(cè)的是：初期的混合階段較難預(yù)測(cè)的是：噴出噴出多少小液滴；多少小液滴；卷入或帶走多少四周的小水珠。在第二階段中氣云本卷入或帶走多少四周的小水珠。在第二階段中氣云本身的質(zhì)量或其密度與空氣密度差決定重力沉降。應(yīng)用伯努利身的質(zhì)量或其密度與空氣密度差決定重力沉降。應(yīng)用伯努利（BernoulliBernoulli）定理，可得：）定理，可得： 式中，式中，R R蒸氣云半

51、徑蒸氣云半徑,m,m； K K1 12 2 氣云與空氣間的密度之差氣云與空氣間的密度之差,kg/m,kg/m3 3； a a空氣的密度空氣的密度,kg/m,kg/m3 3； g g重力加速度，重力加速度，kg/skg/s2 2； H H蒸氣云的高度，蒸氣云的高度，m m。aKgHKR (公式公式20） 現(xiàn)在已發(fā)表的沉重氣云擴(kuò)散模型約有現(xiàn)在已發(fā)表的沉重氣云擴(kuò)散模型約有4545種，可分為三種，可分為三大類(lèi)：大類(lèi)：箱形模型箱形模型(box model)(box model)或板狀模型或板狀模型(slab (slab model)(model)(也稱(chēng)為也稱(chēng)為top-hattop-hat模型者模型者)

52、)；K-K-理論模型理論模型( (旋渦擴(kuò)散旋渦擴(kuò)散性模型性模型)(K-theory model)(K-theory model)；物理模型物理模型(physical(physical或或scale)scale) 。 物理模型物理模型采用風(fēng)洞或水槽試驗(yàn)采用風(fēng)洞或水槽試驗(yàn), ,模擬沉重氣體擴(kuò)散情模擬沉重氣體擴(kuò)散情況況, ,特別是氣云遇到障礙物或不規(guī)則地形地勢(shì)的情況。由特別是氣云遇到障礙物或不規(guī)則地形地勢(shì)的情況。由于大氣穩(wěn)定度和風(fēng)速分布模擬較難，在制程安全評(píng)價(jià)中，于大氣穩(wěn)定度和風(fēng)速分布模擬較難，在制程安全評(píng)價(jià)中，很少能用這種模型。很少能用這種模型。 箱型模型箱型模型和和K-K-理論模型理論模型都是數(shù)

53、學(xué)模型。這些模型或多都是數(shù)學(xué)模型。這些模型或多或少設(shè)定一些假設(shè)，常見(jiàn)的或少設(shè)定一些假設(shè)，常見(jiàn)的假設(shè)假設(shè)有：有：擴(kuò)散的氣云在平坦的地形或水面上移動(dòng)。擴(kuò)散的氣云在平坦的地形或水面上移動(dòng)。地面或水面的起伏程度一致不變地面或水面的起伏程度一致不變地面或水面的熱性質(zhì)一致不變地面或水面的熱性質(zhì)一致不變?cè)陲L(fēng)或氣云移動(dòng)的途徑中沒(méi)有障礙物，如護(hù)墻、儲(chǔ)槽、建在風(fēng)或氣云移動(dòng)的途徑中沒(méi)有障礙物，如護(hù)墻、儲(chǔ)槽、建物等。物等。在擴(kuò)散的過(guò)程中，氣云沒(méi)有發(fā)生化學(xué)性或物理性變化。在擴(kuò)散的過(guò)程中，氣云沒(méi)有發(fā)生化學(xué)性或物理性變化。氣云在飄飛路線(xiàn)上，不考慮各地點(diǎn)的濃度的差異。氣云在飄飛路線(xiàn)上，不考慮各地點(diǎn)的濃度的差異。 此外，此外，

54、箱型理論箱型理論中有些模型又還假設(shè)：中有些模型又還假設(shè)：氣云的上端是平坦的；氣云的上端是平坦的；氣云的速度或濃度在假設(shè)的圓柱或箱型模型內(nèi)是一致不變的；氣云的速度或濃度在假設(shè)的圓柱或箱型模型內(nèi)是一致不變的；以重力描述氣云沉降速度。以重力描述氣云沉降速度。箱型模型箱型模型估計(jì)氣云半徑、平均高度、平均溫度等，其估計(jì)氣云半徑、平均高度、平均溫度等，其缺點(diǎn)缺點(diǎn)是：是：沒(méi)有考慮建筑物以及地形的影響；沒(méi)有考慮建筑物以及地形的影響；不能估計(jì)出最高濃度與平均濃度間的關(guān)系；不能估計(jì)出最高濃度與平均濃度間的關(guān)系；沒(méi)有考慮泄漏物質(zhì)隨時(shí)間而變化的性質(zhì)。而且，真正的氣云很沒(méi)有考慮泄漏物質(zhì)隨時(shí)間而變化的性質(zhì)。而且，真正的氣

55、云很少是圓柱形或上端平坦的。少是圓柱形或上端平坦的。 與箱型模型比較起來(lái)，與箱型模型比較起來(lái)，K-K-理論模型理論模型就復(fù)雜多了。就復(fù)雜多了。K-K-理論模型以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)，以二次方或三次方的理論模型以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)，以二次方或三次方的公式表示質(zhì)量、動(dòng)量與能量關(guān)系。常包括一些非線(xiàn)性偏公式表示質(zhì)量、動(dòng)量與能量關(guān)系。常包括一些非線(xiàn)性偏微分公式，使用電腦解決問(wèn)題，有時(shí)還用到有限元法。微分公式，使用電腦解決問(wèn)題，有時(shí)還用到有限元法。其結(jié)果以三緯空間的圓形顯示。其結(jié)果以三緯空間的圓形顯示。 這種模型不要作地面平坦及無(wú)障礙物等的假設(shè)，它這種模型不要作地面平坦及無(wú)障礙物等的假設(shè)，它考慮到地形、地勢(shì)

56、的影響因數(shù)，并描繪建筑物四周的氣考慮到地形、地勢(shì)的影響因數(shù)，并描繪建筑物四周的氣流流動(dòng)情況。它假設(shè)質(zhì)量轉(zhuǎn)移與濃度升降率成正比，與流流動(dòng)情況。它假設(shè)質(zhì)量轉(zhuǎn)移與濃度升降率成正比，與旋渦擴(kuò)散旋渦擴(kuò)散(eddy diffusion)(eddy diffusion)成正比關(guān)系。成正比關(guān)系。實(shí)施沉重氣云模型的預(yù)測(cè)，所需的基本資料和輸入?yún)?shù)包括：實(shí)施沉重氣云模型的預(yù)測(cè)，所需的基本資料和輸入?yún)?shù)包括：(1)(1)敘述泄漏率、油池分布和汽化所需的資料敘述泄漏率、油池分布和汽化所需的資料 泄漏危險(xiǎn)物質(zhì)的物理性質(zhì)：如分子量、密度、溫度、沸點(diǎn)、汽化潛泄漏危險(xiǎn)物質(zhì)的物理性質(zhì)：如分子量、密度、溫度、沸點(diǎn)、汽化潛熱等。熱等

57、。 與危險(xiǎn)物質(zhì)接觸的地面的物理性質(zhì)：如熱容、熱傳導(dǎo)率等與危險(xiǎn)物質(zhì)接觸的地面的物理性質(zhì)：如熱容、熱傳導(dǎo)率等 泄漏的性質(zhì)：如型式（瞬間、連續(xù)性、或隨時(shí)間而變化）、大小泄漏的性質(zhì)：如型式（瞬間、連續(xù)性、或隨時(shí)間而變化）、大小（體積或體積變化率）、發(fā)生源（點(diǎn)、線(xiàn)、油池、較高處）、釋出（體積或體積變化率）、發(fā)生源（點(diǎn)、線(xiàn)、油池、較高處）、釋出種類(lèi)（動(dòng)量噴口（種類(lèi)（動(dòng)量噴口（jetjet）、浮力咽氣、）、浮力咽氣、flashflash汽化等）、泄漏時(shí)的初汽化等）、泄漏時(shí)的初態(tài)（與空氣稀釋、小液滴）。態(tài)（與空氣稀釋、小液滴）。(2)(2)氣云擴(kuò)散模型所需的資料氣云擴(kuò)散模型所需的資料 地形、地勢(shì)、地面溫度、水

58、珠進(jìn)入氣云的情況。地形、地勢(shì)、地面溫度、水珠進(jìn)入氣云的情況。 氣象資料：如風(fēng)速、風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度、空氣溫度、濕度、氣壓等氣象資料：如風(fēng)速、風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度、空氣溫度、濕度、氣壓等(3)(3)模型的參數(shù)模型的參數(shù) 在在y y和和z z方向的標(biāo)準(zhǔn)差（方向的標(biāo)準(zhǔn)差（K-K-理論模型用到）。如果是理論模型用到）。如果是瞬間泄漏就要用瞬間泄漏就要用x x方向的標(biāo)準(zhǔn)差。方向的標(biāo)準(zhǔn)差。 蒸氣發(fā)生率和發(fā)生源半徑。蒸氣發(fā)生率和發(fā)生源半徑。 重力分布常數(shù)。重力分布常數(shù)。 空氣被帶走的系數(shù)（板狀模型用到）?？諝獗粠ё叩南禂?shù)（板狀模型用到）。 氣云邊線(xiàn)和上端表面的形狀和大小范圍。氣云邊線(xiàn)和上端表面的形狀和大小范圍。

59、強(qiáng)力和自由對(duì)流熱轉(zhuǎn)移系數(shù)強(qiáng)力和自由對(duì)流熱轉(zhuǎn)移系數(shù) 使用沉重氣云模型主要預(yù)估氣云的半徑、濃度、飄飛到某使用沉重氣云模型主要預(yù)估氣云的半徑、濃度、飄飛到某一地點(diǎn)的時(shí)間以及氣云的危害范圍。氣云的危害范圍是危險(xiǎn)的一地點(diǎn)的時(shí)間以及氣云的危害范圍。氣云的危害范圍是危險(xiǎn)的外泄物質(zhì)在達(dá)到其燃燒（或爆炸）下限（外泄物質(zhì)在達(dá)到其燃燒（或爆炸）下限（LFLLFL）以上的下風(fēng)范）以上的下風(fēng)范圍。圍。 有一個(gè)比較簡(jiǎn)便的預(yù)估方法稱(chēng)為比例定律：有一個(gè)比較簡(jiǎn)便的預(yù)估方法稱(chēng)為比例定律： 式中，常數(shù)是根據(jù)氣體的物理性質(zhì)及氣候狀況而定。式中，常數(shù)是根據(jù)氣體的物理性質(zhì)及氣候狀況而定。公式公式2020沒(méi)沒(méi)有考慮風(fēng)和其他因數(shù)的影響。有考

60、慮風(fēng)和其他因數(shù)的影響。 aKgHKR (公式公式20） 3氣云的質(zhì)量常數(shù)氣云的半徑 英國(guó)英國(guó)CanveyCanvey Island Island報(bào)告書(shū)報(bào)告書(shū)(HSE,1981)(HSE,1981)使用下式計(jì)算蒸氣云的半徑：使用下式計(jì)算蒸氣云的半徑： 式中，式中， r r氣云的半徑；氣云的半徑； M M氣云的質(zhì)量。氣云的質(zhì)量。 此式是假設(shè)氣云的此式是假設(shè)氣云的半徑與其高度之比為半徑與其高度之比為5 5：1 1。這一比例與。這一比例與19741974年英年英國(guó)環(huán)已烷大爆炸案的氣云相吻合（國(guó)環(huán)已烷大爆炸案的氣云相吻合（Lees 1980Lees 1980）。）。 英國(guó)政府衛(wèi)生安全署（英國(guó)政府衛(wèi)生安全