第五章重大事故后果分析课件.ppt

1、 数学模型是事故后果定量分析的基础。这些模型通常数学模型是事故后果定量分析的基础。这些模型通常是对假想的事故场景在一系列理想假设的前提下，依据是对假想的事故场景在一系列理想假设的前提下，依据一定的物理化学原理建立的灰箱模型，模型的参数通常一定的物理化学原理建立的灰箱模型，模型的参数通常是由实验得到的。还有一些是纯经验的黑箱模型。依据是由实验得到的。还有一些是纯经验的黑箱模型。依据不同的假设和原理，相同的事故场景可以建立不同的模不同的假设和原理，相同的事故场景可以建立不同的模型描述；同时，由于依据不同的实验数据，有些相同的型描述；同时，由于依据不同的实验数据，有些相同的模型其参数却有所不同甚至相

2、差远。显然，采用不同的模型其参数却有所不同甚至相差远。显然，采用不同的模型对同一事故的后果分析结果会有所不同模型对同一事故的后果分析结果会有所不同 当然，每一模型还有其适用范围，因此在进行后果当然，每一模型还有其适用范围，因此在进行后果分析时，考虑模型的适用范围以选择合适的模型是非常分析时，考虑模型的适用范围以选择合适的模型是非常重要的。另外，在没有可靠依据选择参数值时，采用保重要的。另外，在没有可靠依据选择参数值时，采用保守的估计或考虑最坏后果也是可以接受的守的估计或考虑最坏后果也是可以接受的一、后果分析一般程序一、后果分析一般程序1 1后果分析程序后果分析程序重大事故后果分析主要包括以下步

3、骤重大事故后果分析主要包括以下步骤 (1)(1)划分独立功能单元划分独立功能单元 (2)(2)计算单元中有害物质存量计算单元中有害物质存量 根据工艺流程和设备参数计算单元中有害物质的存量，根据工艺流程和设备参数计算单元中有害物质的存量，并记录物质的种类、相态、温度、压力、体积或质量并记录物质的种类、相态、温度、压力、体积或质量(3)(3)找出设备的典型故障找出设备的典型故障(4)(4)计算泄漏量计算泄漏量(5)(5)计算后果计算后果 分析泄漏后可能造成的火灾、爆炸等后果，选择分析泄漏后可能造成的火灾、爆炸等后果，选择合适的模型计算事故对生产现场内或现场外的影响合适的模型计算事故对生产现场内或现

4、场外的影响 将计算结果整理成表格，并在单元平面图上划将计算结果整理成表格，并在单元平面图上划出影响范围出影响范围 (6)(6)整理结果整理结果2 2后果分析需要的参数后果分析需要的参数 (1)(1)有害物质的参数有害物质的参数 有害物质的相态、最大质量或体积、温度、有害物质的相态、最大质量或体积、温度、压力、密度，热力学性质如沸点、蒸发热、燃烧压力、密度，热力学性质如沸点、蒸发热、燃烧热、比热容等，有害与毒性参数等热、比热容等，有害与毒性参数等(2)(2)设备的参数设备的参数 工艺流程、设备类型、设备的可能故障与泄漏位工艺流程、设备类型、设备的可能故障与泄漏位置、泄漏口形状尺寸等置、泄漏口形状

5、尺寸等 (3)(3)现场情况与气象情况现场情况与气象情况 设备布置、人员分布、资金密度、设备地理位置、设备布置、人员分布、资金密度、设备地理位置、堤坝高度面积、常年主导风向、平均风速、大气稳定情堤坝高度面积、常年主导风向、平均风速、大气稳定情况、日照情况、地形情况、地面粗糙度、建筑、树木高况、日照情况、地形情况、地面粗糙度、建筑、树木高度等度等 3 3后果分析模式选择后果分析模式选择 重大事故后果分析关心的是易燃、易爆或有毒的重大事故后果分析关心的是易燃、易爆或有毒的气体和液体，这些物质的泄漏不仅有害而且难以控制。气体和液体，这些物质的泄漏不仅有害而且难以控制。一种泄漏可能带来不同的后果，进行

6、后果分析就需要一种泄漏可能带来不同的后果，进行后果分析就需要对每一种可能后果进行计算。采用系统分析的方法可对每一种可能后果进行计算。采用系统分析的方法可以避免对可能的后果造成遗漏以避免对可能的后果造成遗漏 例如：易燃气体泄漏着火时才有危险性，如果泄例如：易燃气体泄漏着火时才有危险性，如果泄漏时立即被点燃，则不形成大的蒸汽云团。根据泄漏漏时立即被点燃，则不形成大的蒸汽云团。根据泄漏性质可形成喷射火或火球，它能迅速危及事故现场，性质可形成喷射火或火球，它能迅速危及事故现场，但很少能影响到厂区以外。如果泄漏后延迟点燃，则但很少能影响到厂区以外。如果泄漏后延迟点燃，则气体形成云团飘向下风向，点燃后可能

7、造成闪火或爆气体形成云团飘向下风向，点燃后可能造成闪火或爆炸，能引起大面积损害炸，能引起大面积损害 计算燃烧和爆炸的热量或压力，不仅仅用于评价人计算燃烧和爆炸的热量或压力，不仅仅用于评价人员和设备的损失情况。燃烧和爆炸还会波及相邻的危险员和设备的损失情况。燃烧和爆炸还会波及相邻的危险源，产生多米诺效应，因此也要对相邻危险源进行泄漏源，产生多米诺效应，因此也要对相邻危险源进行泄漏后果分析后果分析 气体泄漏分析的一个重要方面是计算蒸汽云的密气体泄漏分析的一个重要方面是计算蒸汽云的密度，密度高于空气或低于空气，对其扩散有较大的影度，密度高于空气或低于空气，对其扩散有较大的影响，应该采用不同的扩散模式

8、响，应该采用不同的扩散模式 毒性气体的泄漏扩散分析较简单，因为不需要考虑起火。毒性气体的泄漏扩散分析较简单，因为不需要考虑起火。主要的问题是根据蒸汽云密度选择适当的扩散模式主要的问题是根据蒸汽云密度选择适当的扩散模式气气体体和和两两相相泄泄漏漏事事故故框框图图 液体泄漏着火一般影响的面积较小，但挥发性液液体泄漏着火一般影响的面积较小，但挥发性液体的蒸汽应按照气体事故进一步分析体的蒸汽应按照气体事故进一步分析 常压液体泄漏后在地面形成液池，池内液体由于表常压液体泄漏后在地面形成液池，池内液体由于表面风的作用而缓慢蒸发。如果点燃则形成池火，火焰的面风的作用而缓慢蒸发。如果点燃则形成池火，火焰的热辐

9、射会危及现场人员和设备。加压液化气体泄漏时将热辐射会危及现场人员和设备。加压液化气体泄漏时将发生闪蒸，剩下的液体形成液池。闪蒸的气体应按气体发生闪蒸，剩下的液体形成液池。闪蒸的气体应按气体事故进一步分析事故进一步分析 冷冻液体泄漏也形成液池，液体吸收周围热量蒸发，蒸冷冻液体泄漏也形成液池，液体吸收周围热量蒸发，蒸发速度虽然比闪蒸慢，但一般比常压液体快发速度虽然比闪蒸慢，但一般比常压液体快 沸腾液体扩展蒸汽爆炸是一种比较特殊但后果极其沸腾液体扩展蒸汽爆炸是一种比较特殊但后果极其严重的事故。通常是装液化气体的容器受到外界火焰加严重的事故。通常是装液化气体的容器受到外界火焰加热，一方面使容器内压力升

10、高，同时使容器强度下降。热，一方面使容器内压力升高，同时使容器强度下降。一旦容器突然破裂，大量沸腾液体立即被点燃，形成巨一旦容器突然破裂，大量沸腾液体立即被点燃，形成巨大火球，影响非常严重大火球，影响非常严重 液液体体泄泄漏漏事事故故框框图图二、泄漏二、泄漏1.1.常见泄漏源常见泄漏源 泄漏可能是设备损坏、失灵造成的，也可能是错误操泄漏可能是设备损坏、失灵造成的，也可能是错误操作引起有害物质排放，甚至安全阀的正常或不正常动作。作引起有害物质排放，甚至安全阀的正常或不正常动作。分析时首先找出引起泄漏的设备及可能的泄漏规模，然后分析时首先找出引起泄漏的设备及可能的泄漏规模，然后按适当模型计算泄漏量

11、按适当模型计算泄漏量 根据泄漏面积的大小和泄漏持续时间的长短，将泄根据泄漏面积的大小和泄漏持续时间的长短，将泄漏源分为两类漏源分为两类: :(1)(1)小孔泄漏小孔泄漏，通常为物料经较小的孔洞，通常为物料经较小的孔洞长时间持续泄漏，如反应器、储罐、管道上出现小孔，长时间持续泄漏，如反应器、储罐、管道上出现小孔，或者是阀门、法兰、机泵、转动设备等处密封失效或者是阀门、法兰、机泵、转动设备等处密封失效(2)(2)大面积泄漏大面积泄漏，是指经较大孔洞在很短时间内泄漏出，是指经较大孔洞在很短时间内泄漏出大量物料，如大管径管线断裂、爆破片爆裂、反应器因大量物料，如大管径管线断裂、爆破片爆裂、反应器因超压

12、爆炸等瞬间泄漏出大量物料超压爆炸等瞬间泄漏出大量物料2.2.泄漏量计算泄漏量计算2.12.1液体经小孔泄漏的源模式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守如下的机械能守恒方程式中，式中，pp压力，压力，PaPa，习惯上将压强也称为压力，习惯上将压强也称为压力 流体密度，流体密度，kgmkgm-3-3 动能校正因子，无因次动能校正因子，无因次, ,从工程计算角度出发，值从工程计算角度出发，值近似取为近似取为1UU流体平均速度，流体平均速度，msms-1-1，简称流速，简称流速mWFgzudps 22

13、（1 1）g重力加速度加重力加速度加ms-2z高度，高度，m，以基准面为起始，以基准面为起始F阻力损失，阻力损失，Jkg-1ws轴功轴功,J；稳定流动过程中开口系统所作的功；稳定流动过程中开口系统所作的功m质量，质量，kg对于不可压缩流体，密度恒为常数，有对于不可压缩流体，密度恒为常数，有泄漏过程暂不考虑轴功，泄漏过程暂不考虑轴功，WsWs0 0，则（，则（1 1）式化简为）式化简为(2)(2)(3)(3) 工艺单元中的液体在稳定的压力作用下，经薄壁小工艺单元中的液体在稳定的压力作用下，经薄壁小孔泄漏，容器内的压力为孔泄漏，容器内的压力为p p1 1、孔直径为、孔直径为d d，面积为，面积为A

14、 A，容，容器外为大气压力。容器内液体流速可以忽略，不考虑摩器外为大气压力。容器内液体流速可以忽略，不考虑摩擦损失和液位变化，利用擦损失和液位变化，利用(3)(3)，可得，可得(4)(4)(5)(5)(6)(6)液体在稳定压力液体在稳定压力下经薄壁小孔泄下经薄壁小孔泄漏漏 考虑到因惯性引起的截面收缩以及摩擦引起的速考虑到因惯性引起的截面收缩以及摩擦引起的速度减低，引入孔流系数度减低，引入孔流系数C C0 0 为实际流量与理想流量的比为实际流量与理想流量的比值，则经小孔泄漏的实际质量流量为值，则经小孔泄漏的实际质量流量为(7)(7)2.22.2储罐中液体经小孔泄漏的源模式储罐中液体经小孔泄漏的源

15、模式 液体储罐，距液位高度液体储罐，距液位高度Z Z0 0处有一小孔壁，在静处有一小孔壁，在静压能和势能的作用下，储罐中的液体经小孔向外压能和势能的作用下，储罐中的液体经小孔向外泄漏。泄漏过程可由机械能守恒方程描述，储罐泄漏。泄漏过程可由机械能守恒方程描述，储罐内的液体流速可以忽略。储罐内的液体压力为内的液体流速可以忽略。储罐内的液体压力为P Pg g，外部为大气压力外部为大气压力( (表压表压P P0 0）(8)(8)将（将（8 8）代入（）代入（3 3）求出泄漏速度）求出泄漏速度（9 9）若小孔截面积为若小孔截面积为A A，则质量流量，则质量流量Q Q为为(10)(10)由（由（9 9）（

16、）（1010）看出，随着泄漏过程的延续，储罐内）看出，随着泄漏过程的延续，储罐内液位高度不断下降，泄漏速度和质量流量也均随之降液位高度不断下降，泄漏速度和质量流量也均随之降低。如果储罐通过呼吸阀或弯管与大气连通，则内外低。如果储罐通过呼吸阀或弯管与大气连通，则内外压力差压力差 p p为为0 0。（。（10)10)简化为简化为（1111）若储罐的横截面积为若储罐的横截面积为A A0 0，则可经小孔泄漏的最大液体总量为，则可经小孔泄漏的最大液体总量为(12)(12)取一微元时间内液体的泄漏量取一微元时间内液体的泄漏量（1313）储罐内液体质量的变化速率即为泄漏质量流量储罐内液体质量的变化速率即为泄

17、漏质量流量（1414）将式将式(11)(11)、式、式(13)(13)代入式代入式(14)(14)，得到，得到(15)(15) 由边界条件由边界条件t t0 0，z zz z0 0；t=t,z=z,t=t,z=z,对上式进行分对上式进行分离变量积分，有离变量积分，有(16)(16) 当液体泄漏至泄漏点液位后，泄漏停止点当液体泄漏至泄漏点液位后，泄漏停止点z=0z=0，根据，根据上式可得到总的泄漏时间上式可得到总的泄漏时间（1717）将式将式(16)(16)代入到式代入到式(11)(11)，可以得到随时间变化的质量流量，可以得到随时间变化的质量流量tAACgzACQ0220002 (18)(18

18、) 如果储罐内盛装的是易燃液体，为防止可燃蒸气如果储罐内盛装的是易燃液体，为防止可燃蒸气大量泄漏至空气中，或空气大量进入储罐内的气相空大量泄漏至空气中，或空气大量进入储罐内的气相空间形成爆炸性混合物，通常情况下会采取通氮气保护间形成爆炸性混合物，通常情况下会采取通氮气保护的措施。液体表压为的措施。液体表压为PgPg，内外压差即为，内外压差即为PgPg根据式根据式(10)(10)、式式(12)(12)、式、式(13)(13)、式、式(14)(14)可同理得到可同理得到(19)(19)(20)(20)将式将式(20)(20)代人式代人式(10)(10)得到任意时刻的质量流量得到任意时刻的质量流量Q

19、 Q(21)(21)例：某例：某盛装丙酮液体的储罐，上部装设有呼吸阀盛装丙酮液体的储罐，上部装设有呼吸阀与大气连通。在其下部有一泄漏孔，直径为与大气连通。在其下部有一泄漏孔，直径为4cm4cm。已。已知丙酮的密度为知丙酮的密度为800kg800kgm m3 3。求：求：(1)(1)最大泄漏量最大泄漏量 (2)(2)泄漏质量流量随时间变化的表达式泄漏质量流量随时间变化的表达式 (3)(3)最大泄漏时间最大泄漏时间 (4)(4)泄漏量随时间变化的表达式。泄漏量随时间变化的表达式。 解：解：(1)(1)最大泄漏量即为泄漏点最大泄漏量即为泄漏点液位以上的所有液体量液位以上的所有液体量00ZAm kg1

20、0048010448002 (2)(2)泄漏质量流量随时间变化的泄漏质量流量随时间变化的表达式，表达式，CoCo取值为取值为1 1，则，则(3)(3)令泄漏质量流量时间表达式的左侧为令泄漏质量流量时间表达式的左侧为0 0，即得最大泄漏时间，即得最大泄漏时间(4)(4)任一时间内总的泄漏量为泄漏质量流量对时间的积分任一时间内总的泄漏量为泄漏质量流量对时间的积分若给定任意泄漏时间，即可得到已经泄漏的液体总量若给定任意泄漏时间，即可得到已经泄漏的液体总量2.32.3气体或蒸气经小孔泄漏的源模式气体或蒸气经小孔泄漏的源模式 在工程上，通常将气体或蒸气近似为理想气体，在工程上，通常将气体或蒸气近似为理想

21、气体，其压力、密度、温度等参数遵循理想气体状态方程其压力、密度、温度等参数遵循理想气体状态方程TMRp (2.3.1)(2.3.1) 气体或蒸气在小孔内绝热流动，压力密度关系可用气体或蒸气在小孔内绝热流动，压力密度关系可用绝热方程描述绝热方程描述（2.3.22.3.2） 式中式中 绝热指数，是等压热容与等容热容的比绝热指数，是等压热容与等容热容的比值，值， =C=Cp p/C/Cv v 气体或蒸气经小孔泄漏的过程。轴功为气体或蒸气经小孔泄漏的过程。轴功为0 0，忽略，忽略势能变化则势能变化则 机械能守恒方程机械能守恒方程(1)(1)简化为简化为(2.3.3)(2.3.3)根据根据(8)(8)式

22、定义孔流系数式定义孔流系数 （2.3.42.3.4）将式将式(2.3.4(2.3.4代人式代人式(2.3.3)(2.3.3)，忽略气体或蒸气的，忽略气体或蒸气的初始动能，得到初始动能，得到(2.3.5)(2.3.5)（2.3.62.3.6）由（由（2.3.22.3.2）得到）得到将（将（2.3.62.3.6）代入（）代入（2.3.52.3.5）并积分可得到）并积分可得到（2.3.72.3.7）由式由式(2.3.6)(2.3.6)、式、式(2.3.7)(2.3.7)得到泄漏质量流量得到泄漏质量流量(2.3.8)(2.3.8)根据理想气体状态方程，有根据理想气体状态方程，有（2.3.92.3.9）

23、（2.3.102.3.10）将（将（2.3.92.3.9）代入（）代入（2.3.82.3.8）可得）可得 从安全工作的角度考虑，我们关心的是经小孔泄漏从安全工作的角度考虑，我们关心的是经小孔泄漏的气体或蒸气的最大流量。式的气体或蒸气的最大流量。式(2.3.10)(2.3.10)表明泄漏质量流表明泄漏质量流量由前后压力的比值所决定。若以压力比量由前后压力的比值所决定。若以压力比P/PP/P0 0为横坐标，为横坐标，以流量以流量Q Q为纵坐标，根据式为纵坐标，根据式(2.3.10)(2.3.10)可得到如图中的可得到如图中的0bc0bc曲线，当曲线，当P Pp p0 01 1时，小孔前后的压力相等

24、，时，小孔前后的压力相等，Q=0Q=0；当；当P/PP/P0 00 0时，气体或蒸气流向绝对真空，时，气体或蒸气流向绝对真空，P P0 0，故，故Q Q0 0流量曲线存在最大值，令流量曲线存在最大值，令dQdQd(P/Pd(P/P0 0) )0 0，可求得极值，可求得极值条件条件(2.3.11)(2.3.11)p pc c称为临界压力称为临界压力 将此极值条件代入式将此极值条件代入式(2.3.7)(2.3.7)、式、式(2.3.10)(2.3.10)可得到最可得到最大流速和最大流量大流速和最大流量（2.3.122.3.12）（2.3.132.3.13） 由曲线可以看到，当由曲线可以看到，当P

25、PP PC C时，气体或蒸气流速低时，气体或蒸气流速低于音速，如图中于音速，如图中bcbc段曲线所示。当段曲线所示。当P=PP=PC C时，气体或蒸气时，气体或蒸气的泄漏速度刚好可能达到的最大流速如式的泄漏速度刚好可能达到的最大流速如式(2.3.12)(2.3.12)所示，所示，实际上就是气体或蒸气中的音速。当实际上就是气体或蒸气中的音速。当P PP PC C时，气体或时，气体或蒸气似乎可以充分降压、膨胀、加速，但是根据气体流蒸气似乎可以充分降压、膨胀、加速，但是根据气体流动力学的原理，泄漏速度不可能超过音速，这时其泄漏动力学的原理，泄漏速度不可能超过音速，这时其泄漏速度和质量流量与速度和质量

26、流量与P PP PC C时相同，因此在图中以时相同，因此在图中以abab线表线表示。在化工生产中发生的气体或蒸气泄漏，很多属于最示。在化工生产中发生的气体或蒸气泄漏，很多属于最后一种情况后一种情况 例：在某生产厂有一空气柜，因外力撞击，在空气柜例：在某生产厂有一空气柜，因外力撞击，在空气柜一侧出现一小孔。小孔面积为一侧出现一小孔。小孔面积为19.6cm19.6cm2 2，空气柜中的空，空气柜中的空气经此小孔泄漏入大气。已知空气柜中的压力为气经此小孔泄漏入大气。已知空气柜中的压力为2.5x102.5x105 5PaPa温度温度ToTo为为330K330K，大气压力为，大气压力为10105 5Pa

27、Pa绝热指绝热指数数 1.401.40。求空气泄漏的最大质量流量。求空气泄漏的最大质量流量解：先根据式解：先根据式(2.3.11)(2.3.11)判断空气泄漏的临界压力判断空气泄漏的临界压力 大气压力为大气压力为10105 5PaPa，小于临界压力，则空气泄漏，小于临界压力，则空气泄漏的最大质量流量可按式的最大质量流量可按式(2.3.13)(2.3.13)计算计算C C0 01 1，则，则1.09kg/s1.09kg/s1 1若若C C0 0值取为值取为0.610.61，则空气泄漏的最大质量流量为，则空气泄漏的最大质量流量为2.4 2.4 两相泄漏两相泄漏 如果容器中的过热液体泄漏前通过较长的

28、管道如果容器中的过热液体泄漏前通过较长的管道就会产生两相泄漏，假设系统中出口和上游临界压就会产生两相泄漏，假设系统中出口和上游临界压力比为力比为0.550.55，则，则P PC C=0.55P=0.55P泄漏两相中蒸发液体分数泄漏两相中蒸发液体分数F FV V为：为： VCPVHTTcF （2.4.12.4.1） C CP P 为液体恒压比热容，为液体恒压比热容，T TC C为临界压力下的沸点为临界压力下的沸点,H,HV V常压沸点下的汽化热常压沸点下的汽化热 两相流中气相和液相混合物的平均密度为两相流中气相和液相混合物的平均密度为 （设气（设气相密度为相密度为 g g, ,液相密度为液相密度

29、为 l l）lVgVFF 11（1 1） 两相流排放泄漏流量为：两相流排放泄漏流量为：)(20CPPACQ (2)(2)C C0 0为两相流泄漏系数，一般取为两相流泄漏系数，一般取0.80.8三、泄漏后的扩散三、泄漏后的扩散 泄漏出的介质立即表现出不同的行为，这与其泄漏出的介质立即表现出不同的行为，这与其储存的状态和泄漏情况有关。沸点以下的液体泄漏，储存的状态和泄漏情况有关。沸点以下的液体泄漏，如果挥发性较低，则蒸汽对现场人员有伤害，但一般如果挥发性较低，则蒸汽对现场人员有伤害，但一般不会影响到厂外。如果挥发性高，则蒸汽会在大气中不会影响到厂外。如果挥发性高，则蒸汽会在大气中扩散扩散 对于过热

30、液体泄漏，介质喷出后存在一个绝热膨对于过热液体泄漏，介质喷出后存在一个绝热膨胀过程。液体的泄漏还可以产生池火，气体泄漏则存胀过程。液体的泄漏还可以产生池火，气体泄漏则存在喷射扩散。如果泄漏初期没有被点燃，最终都将发在喷射扩散。如果泄漏初期没有被点燃，最终都将发展成扩散的蒸汽云。可以用大气中的蒸汽扩散描述，展成扩散的蒸汽云。可以用大气中的蒸汽扩散描述，进一步还可以分析火灾、爆炸以及毒害后果进一步还可以分析火灾、爆炸以及毒害后果1.1.液体的扩散与蒸发液体的扩散与蒸发 (1)(1)液体扩散液体扩散 分析液体扩散的分析液体扩散的关键是找到液体扩散形成液池的面积关键是找到液体扩散形成液池的面积，因为随

31、后的蒸发过程和燃烧过程的计算都直接依赖液池面因为随后的蒸发过程和燃烧过程的计算都直接依赖液池面积。如果储罐区建有防火堤，则泄漏液体只能达到防火堤，积。如果储罐区建有防火堤，则泄漏液体只能达到防火堤，液池面积就是防火堤所围面积。没有防火堤则液体流向低液池面积就是防火堤所围面积。没有防火堤则液体流向低洼处，液池面积也可以估计。对于土地较平整的情况，液洼处，液池面积也可以估计。对于土地较平整的情况，液体将扩散至达到最小液体厚度为止体将扩散至达到最小液体厚度为止 液池面积的确定是事故后果分析中最困难也是液池面积的确定是事故后果分析中最困难也是最容易引起误差的地方。可以简单假定扩散在平整、最容易引起误差

32、的地方。可以简单假定扩散在平整、光滑的平面进行，而且没有渗漏损失，扩散期间也光滑的平面进行，而且没有渗漏损失，扩散期间也不考虑挥发不考虑挥发 对于瞬时泄漏：对于瞬时泄漏： 21 tr218 gm 其中其中43 tr对于连续泄漏：对于连续泄漏：3132 gm r r为液池半径为液池半径 对于瞬时泄漏，如果泄漏的液体已经充分扩对于瞬时泄漏，如果泄漏的液体已经充分扩展，假定液体无挥发，地面无渗漏，若已知液层展，假定液体无挥发，地面无渗漏，若已知液层的最小厚度，可求液池面积的最小厚度，可求液池面积 minminHmHVS V V泄漏液体体积，泄漏液体体积，S S液池面积，液池面积，H Hminmin液

33、层最小厚度液层最小厚度 池火计算一般以圆池为模型，其他形状液池化为等池火计算一般以圆池为模型，其他形状液池化为等面积圆，直径为面积圆，直径为214 SD（2 2）液体蒸发）液体蒸发 低温液体或闪蒸后剩余的液体，主要吸收地面低温液体或闪蒸后剩余的液体，主要吸收地面热量进行蒸发，蒸发速率热量进行蒸发，蒸发速率 m m蒸发速率，蒸发速率，kg/(mkg/(m2 2. .s), s), s s表面热导率，表面热导率，w/(m.K), aw/(m.K), as s热扩散系数，热扩散系数，m m2 2/s, T/s, Ta a环境温度，环境温度，T Tb b液体沸点，液体沸点， H HV V蒸发热，蒸发热

34、，J/kg, tJ/kg, t蒸发时间蒸发时间 21taHTTmsVbas （1 1） 根据扩散通量正比于液池表面饱和蒸气浓度根据扩散通量正比于液池表面饱和蒸气浓度与其在大气中的本底浓度之差，结合理想气体状与其在大气中的本底浓度之差，结合理想气体状态方程，可得液体蒸发速度公式态方程，可得液体蒸发速度公式asRTMkpm （2 2）式中式中 kk扩散传质系数；扩散传质系数； p ps s液体饱和蒸汽液体饱和蒸汽压，压，PaPa；MM摩尔质量，摩尔质量，kgkgmolmol传质系数可以按下式计算传质系数可以按下式计算11. 078. 0320292. 0 uSkc式中式中 ul0mul0m高处风速

35、，高处风速，m/hm/h；scSchmidtscSchmidt数，数， / / D D； 空气黏度，空气黏度，kgkg(mh)(mh)； 空气密度，空气密度，kgkgm m3 3； DD蒸发液体的扩散系数，蒸发液体的扩散系数，m m2 2/h/h传质系数也可简单按下式确定传质系数也可简单按下式确定2.2.喷射扩散喷射扩散 气体在压力从裂口喷出，一般温度会低于环境气体在压力从裂口喷出，一般温度会低于环境温度，如果气体流动是阻塞的，压力会高于环境压力。温度，如果气体流动是阻塞的，压力会高于环境压力。首先需要把喷射流出转化为具有环境条件的等效流动首先需要把喷射流出转化为具有环境条件的等效流动等效裂口

36、直径与实际裂口直径的关系为：等效裂口直径与实际裂口直径的关系为： 0DDeq D Deqeq等效裂口直径；等效裂口直径；D D计算泄漏流量用裂口直径；计算泄漏流量用裂口直径； 0 0气体刚流出时与环境条件下空气相对密度；气体刚流出时与环境条件下空气相对密度； 气气体在环境条件下与同条件下空气的相对密度体在环境条件下与同条件下空气的相对密度喷射轴线上距喷射孔喷射轴线上距喷射孔x x处的浓度处的浓度 12132.00121eqDxbbbcb1,b2b1,b2为分布系数为分布系数b b1 1=50.5+48.2=50.5+48.2 -9.95-9.95 2 2b b2 2=23.0+41.0=23.

37、0+41.0 垂直于喷射轴的水平面上的浓度分布为垂直于喷射轴的水平面上的浓度分布为22, xybyxeCCC Cx,y x,y 喷射水平面上喷射水平面上(x(x，y)y)处的浓度处的浓度沿轴的喷射速度分布沿轴的喷射速度分布20100132. 04 xDDxbuueqeqx U Ux x喷射轴上距喷射孔喷射轴上距喷射孔x x处的喷射速度；处的喷射速度；u u0 0实实际泄漏气流速度，由泄漏流量和裂口面积计算际泄漏气流速度，由泄漏流量和裂口面积计算2002 DCQud 首先计算出喷射速度等于风速的相应位置首先计算出喷射速度等于风速的相应位置x x，再计算与再计算与x x相应的泄漏气体浓度相应的泄漏

38、气体浓度3.3.绝热扩散绝热扩散 闪蒸的液体或压缩气体瞬时释放后有一个快速膨胀闪蒸的液体或压缩气体瞬时释放后有一个快速膨胀过程，由于该过程非常快，以至于气团和环境之间没有过程，由于该过程非常快，以至于气团和环境之间没有时间讲行热交换，此膨胀过程可以按绝热过程处理时间讲行热交换，此膨胀过程可以按绝热过程处理 该模型假定气云是呈包含两个区间的半球状，内层该模型假定气云是呈包含两个区间的半球状，内层“核核”具有均匀的浓度，包含具有均匀的浓度，包含5050的泄漏质量，外层浓的泄漏质量，外层浓度呈高斯分布，具有另外度呈高斯分布，具有另外5050的泄漏量的泄漏量 这种双层云团扩散假定分两步：（这种双层云团

39、扩散假定分两步：（1 1）气体或气溶）气体或气溶胶膨胀到压力降至大气压，在膨胀过程中气团获得动胶膨胀到压力降至大气压，在膨胀过程中气团获得动能，称为膨胀能（能，称为膨胀能（2 2）在膨胀能作用下气团进一步扩）在膨胀能作用下气团进一步扩张，推动空气紊流混合进入气团。假设第二阶段持续张，推动空气紊流混合进入气团。假设第二阶段持续到核的扩张速度降到某给定值时结束到核的扩张速度降到某给定值时结束 第一步膨胀到大气压，膨胀期间气体反抗大气压做第一步膨胀到大气压，膨胀期间气体反抗大气压做功，部分内能用于增加物质的动能。如果假定增加的功，部分内能用于增加物质的动能。如果假定增加的动能由动能由(P(P1 1一

40、一Pa)dvPa)dv给出，则初始的膨胀到大气压的过给出，则初始的膨胀到大气压的过程可以按可逆绝热过程处理。膨胀能是始态能量和末程可以按可逆绝热过程处理。膨胀能是始态能量和末态能量的差，减去对大气所做的功。按照这种理想化态能量的差，减去对大气所做的功。按照这种理想化的方法，第一步是等熵的的方法，第一步是等熵的 对于气体释放，能量由可逆绝热膨胀决定，即由对于气体释放，能量由可逆绝热膨胀决定，即由P P1 1、T T1 1( (具有内能具有内能U U1 1、体积、体积v v1 1) )膨胀到膨胀到P P2 2、T T2 2( (具有内能具有内能U U2 2、体、体积积v v2 2) )、(1)(1

41、)扩散能为扩散能为内能的变化为内能的变化为 1221VVPTTCEaV (2)(2)对于液体释放，闪蒸分数按等熵过程计算对于液体释放，闪蒸分数按等熵过程计算(3)(3)(4)(4)膨胀能是始、终态内能的变化减去对大气所做的功膨胀能是始、终态内能的变化减去对大气所做的功 122 ,2 ,1 ,1VVPUFUFUEaVVLVL 2 ,1 ,112 ,1 ,LLbaLLSSTVPPHH (5)(5)式中式中 EE膨胀能，膨胀能， UU内能，内能， TT温度，温度， TbTb沸点，沸点， C CV V气体的比热容，气体的比热容，J/(kgK)J/(kgK)， PaPa一一大气压，一一大气压， S S熵

42、，熵，J J(kgK)(kgK)， H Hv v蒸发热，蒸发热，J Jkgkg， HH焓，焓，J Jkgkg 内能、温度、熵和焓的下标内能、温度、熵和焓的下标1 1和和2 2分别表示状态分别表示状态1 1和和状态状态2 2，L L和和v v分别表示液态和气态分别表示液态和气态 第二步空气紊流混合，膨胀的推动产生大范围的紊第二步空气紊流混合，膨胀的推动产生大范围的紊流，这种紊流是气团与空气进一步混合的决定因素流，这种紊流是气团与空气进一步混合的决定因素紊流扩散系数紊流扩散系数4121310213100137. 0 tEVEVKggd(6)(6)内核半径随时间的变化内核半径随时间的变化内核浓度随时

43、间的变化内核浓度随时间的变化 21436.1tKrdc (7)(7) 32040478.0tKVCdgC (8)(8) 当内核扩张速度当内核扩张速度(drc(drcdt)dt)降至给定值时第二阶段降至给定值时第二阶段结束。临界速度的选择是任意的，但通常的推荐值结束。临界速度的选择是任意的，但通常的推荐值是是lmlms s。选定此速度再结合扩散能以及内核半径、。选定此速度再结合扩散能以及内核半径、内核浓度与时间的关系，可以得到第二阶段结束时内核浓度与时间的关系，可以得到第二阶段结束时的内核半径和浓度的内核半径和浓度3103 . 008837. 0gceVEr (9)(9)9.095.172 EC

44、ce(10)(10)扩散第二阶段结束时，半球形气团的半径按下式计算扩散第二阶段结束时，半球形气团的半径按下式计算气团密度是绝热膨胀后采用其他模型进一步分气团密度是绝热膨胀后采用其他模型进一步分析的重要参数，对于气体释放析的重要参数，对于气体释放, 气团的体积为：气团的体积为：ceperr456.1 (11)(11)gaacMMV (12)(12) 对于液体释放，如果膨胀后仍有液体存在，则对于液体释放，如果膨胀后仍有液体存在，则计算就比较复杂。确定气团中是否有液体，需要首计算就比较复杂。确定气团中是否有液体，需要首先计算气团的浓度先计算气团的浓度CceCce，如果大干，如果大干1 1则液体存在则

45、液体存在 含有液体的气团计算混合空气的旦时，需要使用含有液体的气团计算混合空气的旦时，需要使用3 3个方程反复计算个方程反复计算 描述最终温度为描述最终温度为T T3 3、最终气体分数为、最终气体分数为F Fv3v3的各组分的各组分的热平衡的热平衡体积平衡体积平衡apaapTCMTMC 1133333)1 (TCMHMFTCFMPaaVVPV (13)(13)133)1( MFMFMVVgVaac (14)(14) 第三个方程表明温度和气体分数必须与所要求第三个方程表明温度和气体分数必须与所要求的分压等于的分压等于T T3 3时的饱和蒸汽压一致时的饱和蒸汽压一致)(3cgVasVMFPP (1

46、5)(15)空气的质量必须调整至满足以上空气的质量必须调整至满足以上3 3个方程个方程4.4.重气扩散重气扩散 研究重气云扩散的意义研究重气云扩散的意义(1)(1)重气由于受重力作用，重气由于受重力作用，一般是沿地面扩散的，对人的影响更大；一般是沿地面扩散的，对人的影响更大；(2)(2)常见的常见的工业气体，很多密度都大于空气，如液化石油气、氯工业气体，很多密度都大于空气，如液化石油气、氯气、二氧化硫、硫化氢等。（气、二氧化硫、硫化氢等。（3 3）一些液化气体虽然）一些液化气体虽然分子量不一定大于空气的表观分子量，但是泄漏后一分子量不一定大于空气的表观分子量，但是泄漏后一般温度较低，还可能夹带

47、液滴，表观密度仍然大于空般温度较低，还可能夹带液滴，表观密度仍然大于空气，又称为稠密云团，也应该使用重气气，又称为稠密云团，也应该使用重气( (稠密云团稠密云团) )扩扩散模型散模型 重气扩散模型可分为三类：重气扩散模型可分为三类：（1 1）一维模型（一维模型（2 2）二）二维模型（维模型（3 3）三维模型）三维模型 最简单的是一维模型，对于瞬时泄漏，假定气团按最简单的是一维模型，对于瞬时泄漏，假定气团按风速运动，气团内部具有均匀的浓度和密度；对于连续风速运动，气团内部具有均匀的浓度和密度；对于连续泄漏，假定是云羽按风速运动，垂直于风向的截面上具泄漏，假定是云羽按风速运动，垂直于风向的截面上具

48、有均匀的浓度和密度有均匀的浓度和密度 不论是重气泄漏、还是中性或浮性气体泄漏，在建不论是重气泄漏、还是中性或浮性气体泄漏，在建立气体在大气中的扩散模型时，一般做如下的理想化假立气体在大气中的扩散模型时，一般做如下的理想化假设设 瞬时泄漏假定瞬时完成，连续泄漏假定泄漏速瞬时泄漏假定瞬时完成，连续泄漏假定泄漏速 率恒定率恒定 气云在乎整、无障碍物的地面上空扩散气云在乎整、无障碍物的地面上空扩散 气云中不发生化学反应，地面对气云无吸收气云中不发生化学反应，地面对气云无吸收 风向为水平风向，风速和风向不随时间变化风向为水平风向，风速和风向不随时间变化4.1 4.1 瞬时扩散的盒子模型瞬时扩散的盒子模型

49、(1)(1)起始云团形状起始云团形状 盒子模型假定起始云团为高盒子模型假定起始云团为高H H0 0、半径、半径R R0 0的圆柱体。的圆柱体。用于绝热扩散的半球状气团时，可化为等体积的圆柱用于绝热扩散的半球状气团时，可化为等体积的圆柱体，高与半径比通常选体，高与半径比通常选1 1重气云团盒子模型扩散示意图重气云团盒子模型扩散示意图（2)2)重力影响重力影响 在重力作用下，圆柱体高度变小，半径增加，半在重力作用下，圆柱体高度变小，半径增加，半径的变化速度按下式计算径的变化速度按下式计算R R云团半径，云团半径，tt时间，时间，HH云团高度，云团高度，云团密度，云团密度，aa空气的密度，空气的密度

50、，KK常数，这常数，这里取里取1 , g1 , g重力加速度重力加速度aaKgHdtdR(16) (16) (3)(3)空气混入气团空气混入气团 气团随空气运动时，空气从气团顶部和边缘进入，气团随空气运动时，空气从气团顶部和边缘进入，使其浓度和密度逐渐下降。空气从边缘进入的速度正使其浓度和密度逐渐下降。空气从边缘进入的速度正比于边缘面积和半径变化速度比于边缘面积和半径变化速度dMdMa1a1/dt/dt空气从边缘进入气团的速度，空气从边缘进入气团的速度，1 1边缘空气卷入系数，取边缘空气卷入系数，取0 06 6dtdRRHdtdMaa112（1717）空气从气团顶部进入速度可按下式计算空气从气