化学品-泄露与扩散模型课件.pptx
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- 化学品 泄露 扩散 模型 课件
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1、第第7章章 化学品泄露与扩散模型化学品泄露与扩散模型 目录目录 7.1 化工中常见的泄漏源化工中常见的泄漏源 7.2 化学品泄漏模型化学品泄漏模型 7.2.1 液体泄漏液体泄漏 7.2.2 气体或蒸气泄漏气体或蒸气泄漏 7.2.3 液体闪蒸液体闪蒸 7.2.4 液池蒸发或液池蒸发或沸腾沸腾 7.3 扩散方式及扩散模型扩散方式及扩散模型 7.3.1 扩散方式及其影响因素扩散方式及其影响因素 7.3.2 中性浮力扩散模型中性浮力扩散模型 7.3.3 重气扩散模型重气扩散模型 7.3.4 释放动量和浮力的影响释放动量和浮力的影响 思考题思考题第第7章章 化学品泄露与扩散模型化学品泄露与扩散模型 一般
2、指工业中不应该流出或漏出的物质或流体,流出或漏出机械一般指工业中不应该流出或漏出的物质或流体,流出或漏出机械设备以外,造成损失,称之为泄漏设备以外,造成损失,称之为泄漏。三类典型火灾三类典型火灾和和爆炸事故,即爆炸事故,即池火灾池火灾、蒸气云爆炸蒸气云爆炸、沸腾液体扩沸腾液体扩展蒸气爆炸展蒸气爆炸,均是由化学品泄漏和扩散引起。,均是由化学品泄漏和扩散引起。池池火灾火灾:指在可燃物(液态或固态)的液池表面上发生的火灾。:指在可燃物(液态或固态)的液池表面上发生的火灾。液体泄漏液体泄漏,一般会引起池火灾。池火灾的破坏主要是热辐射一般会引起池火灾。池火灾的破坏主要是热辐射,如果如果热辐射作用在容器和
3、设备上热辐射作用在容器和设备上,尤其是液化气体容器尤其是液化气体容器,其内部压力会其内部压力会迅速升高迅速升高,引起容器和设备的破裂引起容器和设备的破裂;如果热辐射作用于可燃物如果热辐射作用于可燃物,会会引燃可燃物引燃可燃物;如果热辐射作用于人员如果热辐射作用于人员,会引起人员烧伤甚至死亡。会引起人员烧伤甚至死亡。第第7章章 化学品泄露与扩散模型化学品泄露与扩散模型 蒸气云爆炸蒸气云爆炸:发生泄漏事故时,可燃气体、蒸气或液雾与空气混:发生泄漏事故时,可燃气体、蒸气或液雾与空气混合会形成可燃蒸气云,可燃蒸气云遇到火源即发生蒸气云爆炸。合会形成可燃蒸气云,可燃蒸气云遇到火源即发生蒸气云爆炸。沸腾液
4、体扩展蒸气沸腾液体扩展蒸气爆炸爆炸:处于:处于过热状态的水、有机液体、液化气过热状态的水、有机液体、液化气体等,瞬间气化而产生的爆炸现象,体等,瞬间气化而产生的爆炸现象,称为称为沸腾液体沸腾液体扩展蒸气爆炸,扩展蒸气爆炸,又又称称蒸气爆炸蒸气爆炸。蒸气蒸气爆炸不同于一般的爆炸,着火源不是蒸气爆炸的必备条件,爆炸不同于一般的爆炸,着火源不是蒸气爆炸的必备条件,只要气、液两相的平衡遭到破坏就能引起蒸气爆炸只要气、液两相的平衡遭到破坏就能引起蒸气爆炸。爆炸的破坏作用:爆炸的破坏作用:直接直接的破坏的破坏作用作用;冲击波的破坏作用冲击波的破坏作用;造成火造成火灾灾;造成中毒和环境污染造成中毒和环境污染
5、。7.1 化工中常见的泄漏源化工中常见的泄漏源 泄漏机理分为泄漏机理分为大面积泄漏大面积泄漏和和小小孔泄漏孔泄漏。大面积泄漏大面积泄漏是是指在短时间内有指在短时间内有大量的物料泄漏出来。大量的物料泄漏出来。储罐的超压爆炸就属于储罐的超压爆炸就属于大面积大面积泄漏泄漏。小孔泄漏小孔泄漏是指物料通过小孔以是指物料通过小孔以非常慢的速率非常慢的速率持续泄漏,上游持续泄漏,上游的条件并不因此而立即受到影的条件并不因此而立即受到影响,故通常假设上游压力不变。响,故通常假设上游压力不变。图图7-1 化工厂常见的小孔泄漏化工厂常见的小孔泄漏7.1 化工中常见的泄漏源化工中常见的泄漏源图图7-2 7-2 蒸气
6、和液体以单相或两相状态从容器中泄漏出来蒸气和液体以单相或两相状态从容器中泄漏出来第一节 模拟式显示仪表5图4-3 电位差计测量桥路原理图图4-2 电子电位差计原理图(1)冷端温度补偿问题举例第一节 模拟式显示仪表 如果把R做成随温度变化的电阻,且在温度从0升高到25时,其阻值变化量R20.5,这时,电阻R2上的电压降UDB也增大,UDBR2I21mV。为了统一规格,上支路的电流规定为4mA(或2mA),下支路电流规定2mA(或1mA)。因为测量桥路的补偿电压UCDUCBUDB,现在UDB增加了1mV,那么UCD就会减少1mV,此时滑动触点C的平衡位置不需变化。由于UCD的变化与热电势的变化相等
7、,故能起到温度补偿作用,使仪表的指示值基本不受冷端温度变化的影响。6第一节 模拟式显示仪表7(2)量程匹配问题图4-4 XW系列电位差计测量桥路原理图R2冷端补偿铜电阻;RM量程电阻;RB工艺电阻;RP滑线电阻;R4终端电阻(限流电阻);R3限流电阻;RG始端电阻;E稳压电源1V;I1上支路电流4mA;I2下支路电流2mAR2铜电阻装在仪表后接线板上以使其和热电偶冷端处于同一温度。下支路限流电阻R3 它与R2配合,保证了下支路回路的工作电流为2mA。上支路限流电阻R4 把上支路的工作电流限定在4mA。滑线电阻RP 仪表的示值误差、记录误差、变差、灵敏度以及仪表运行的平滑性等都和滑线电阻的优劣有
8、关。量程电阻RM 决定仪表量程大小的电阻。始端(下限)电阻RG 大小取决于测量下限的高低。第一节 模拟式显示仪表8测量桥路放大器可逆电机指示机构记录机构 图4-5 电子电位差计方框原理图第一节 模拟式显示仪表二、自动电子平衡电桥9利用平衡电桥来测量热电阻变化。图4-6 平衡电桥 当被测温度为下限时,Rt有最小值Rt0,滑动触点应在RP的左端,此时电桥的平衡条件是4230RRRRRPt(4-3)第一节 模拟式显示仪表 滑动触点B的位置就可以反映电阻的变化,亦即反映了温度的变化。并且可以看到触点的位移与热电阻的增量呈线性关系。结论142130rRRrRRRRPttttRRRRrrRRrRR3231
9、12313当被测温度升高后的平衡条件是(4-4)用式(4-4)减式(4-3),则得(4-5)10第一节 模拟式显示仪表11图4-7 自动平衡电桥结构原理图图4-8 自动电子平衡电桥方框图 为了准确地指示出被测温度的数值,将热电阻的连接采用三线制接法,并加外接调整电阻。第一节 模拟式显示仪表12与这两种仪表配套的测温元件(热电偶、热电阻)在外形结构上十分相似。仪表的外形及其组成:如放大器、可逆电机、同步电机及指示记录部分都是完全相同的。第一节 模拟式显示仪表它们的输入信号不同。两者的作用原理不同。当用热电偶配电子电位差计测温时,其测量桥路需要考虑热电偶冷端温度的自动补偿问题;而用热电阻配电子平衡
10、电桥测温时,则不存在这个问题。测温元件与测量桥路的连接方式不同。13第一节 模拟式显示仪表 采用灵敏度较高的磁电系测量机构将被测信号转换为指针的角位移,实质上是一种利用偏差法测量电流的仪表。将输入信号通过由许多发光二极管组成的光柱显示出来,具有显示醒目、形象直观、精度稳定的特点。147.2 化学品泄露模型化学品泄露模型 7.2.1 液体泄漏液体泄漏(1)通过管道上的孔洞泄漏)通过管道上的孔洞泄漏 对于对于不可压缩流体,机械能守恒定律描述了与流动的液体相关的不可压缩流体,机械能守恒定律描述了与流动的液体相关的各种能量形式,如下式:各种能量形式,如下式:式中式中 P、gg7.2 化学品泄露模型化学
11、品泄露模型 裂缝中的摩擦损失可由流出系数常数裂缝中的摩擦损失可由流出系数常数C1近似代替,其定义为:近似代替,其定义为:将以上式子带入机械能守恒式,确定从裂缝中流出的液体的平均将以上式子带入机械能守恒式,确定从裂缝中流出的液体的平均流速为:流速为:新的流出系数新的流出系数C0定义为:定义为:7.2 化学品泄露模型化学品泄露模型 若小孔的面积为若小孔的面积为A,液体的平均流速为,液体的平均流速为,则液体通过小孔泄漏的,则液体通过小孔泄漏的质量流量质量流量Qm(7-1)为:)为:流出系数流出系数C0为:为:对于锋利的小孔和雷诺数大于对于锋利的小孔和雷诺数大于3000030000的情况,的情况,C0
12、近似取近似取0.61;对于圆滑的喷嘴,流出系数可近似取对于圆滑的喷嘴,流出系数可近似取1 1;对于与容器连接的短管(即长度与直径之比小于对于与容器连接的短管(即长度与直径之比小于3 3),流出系),流出系数近似取数近似取0.810.81;当流出系数不知道或不能确定时,取当流出系数不知道或不能确定时,取1.01.0以使计算结果最大化。以使计算结果最大化。7.2 化学品泄露模型化学品泄露模型 例例7-1 下午下午1点,工厂的操作人员发现输送苯的管道中的压力降低点,工厂的操作人员发现输送苯的管道中的压力降低了,他没有查明原因便立即将压力恢复至了,他没有查明原因便立即将压力恢复至7atm(表压)。下午
13、(表压)。下午2:30,在管道上发现了一个直径为,在管道上发现了一个直径为0.635cm的小孔,并立即进行的小孔,并立即进行了修理。试估算由此小孔流出的苯的总质量。苯的密度为了修理。试估算由此小孔流出的苯的总质量。苯的密度为878.6kg/m3。解:假设在下午解:假设在下午1点至点至2:30之间即之间即90min内,小孔一直存在,孔洞内,小孔一直存在,孔洞的面积为:的面积为:7.2 化学品泄露模型化学品泄露模型 苯苯泄漏的质量泄漏的质量流量可由式(流量可由式(7-1)计算,对于圆滑的孔洞,)计算,对于圆滑的孔洞,C0近似近似取取0.61,gc1,则:,则:90min共计流出苯的总质量为:共计流
14、出苯的总质量为:7.2 化学品泄露模型化学品泄露模型(2)通过储罐上的孔洞泄漏)通过储罐上的孔洞泄漏 假设液体为不可压缩流体,储罐中的液体流速为假设液体为不可压缩流体,储罐中的液体流速为0,则通过小孔,则通过小孔流出的瞬时质量流量流出的瞬时质量流量Qm(7-2)为为:随着储罐逐渐变空随着储罐逐渐变空,液,液体体高度减小高度减小,质量,质量流量流量也随之减小。也随之减小。7.2 化学品泄露模型化学品泄露模型(2)通过储罐上的孔洞泄漏)通过储罐上的孔洞泄漏 对于恒定截面积为对于恒定截面积为A的储罐,储罐中小孔以上的液体总质量的储罐,储罐中小孔以上的液体总质量为为(7-3):储储罐中的质量变化率罐中
15、的质量变化率为为(7-4),高度变化率为(),高度变化率为(7-5):7.2 化学品泄露模型化学品泄露模型(2)通过储罐上的孔洞泄漏)通过储罐上的孔洞泄漏 将上将上式从初始高度式从初始高度hL0到任意高度到任意高度hL进行积分,得到储罐中液面高进行积分,得到储罐中液面高度随时间的变化函数:度随时间的变化函数:得到任意得到任意时刻时刻t所泄漏液体的质量流量:所泄漏液体的质量流量:7.2 化学品泄露模型化学品泄露模型(2)通过储罐上的孔洞泄漏)通过储罐上的孔洞泄漏 设设hL=0,通过求解可以得到容器液面降至小孔所在高度处所需要,通过求解可以得到容器液面降至小孔所在高度处所需要的时间:的时间:如果容
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