事故模型

一．泄漏

由于设备损坏或操作失误引起泄漏从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生，因此后果分析首先要考虑泄漏。 1． 泄漏情况分析 2． 泄漏量的计算 1） 液体泄漏量

液体泄漏速度可用流体力学的伯努力方程计算，其泄漏速度为：

2gh )

p p (2A C Q 0d 0++=ρ

ρ

（4-1）

式中 Q 0——液体泄漏速度，kg/s ；

C d ——液体泄漏系数，按表4-49选取； A ——裂口面积，m 2；

ρ——泄漏液体密度，kg/m 3； p ——容器内介质压力，Pa ； p 0——环境压力，Pa ；

g ——重力加速度；9.8m/s 2； h ——裂口之上液位高度，m ；

表4-49 液体泄漏系数C

主要取决于容器内介质压力与环境压力之差和裂口之上液位的高低。 当容器内液体是过热液体，即液体的沸点低于周围环境温度，液体流过裂口时由于压力减小而突然蒸发。蒸发所需热量取自于液体本身，而容器内剩下液体的温度将降至常压沸点。在这种情况下，泄漏时直接蒸发的液体所占百分比F 可按下式计算：

H

T T C F 0

p

-= （4-2） 式中 C p ——液体的定压比热，J/kg ·K ； T ——泄漏前液体的温度，K ； T 0——液体在常压下的沸点，K ； H ——液体的气化热，J/kg ；

按式4-2计算的结果，几乎总在0～1之间。事实上，泄漏时直接蒸发的液体将以细小烟雾的形式形成云团，与空气相混合而吸收热蒸发。如果空气传给烟雾的热量不足以使其蒸发，有一些液体烟雾将凝结成液滴降落到地面，形成液池。根据经验，当F>0.2时，一般不会形成液池；当F<0.2时，F 与带走液体之比有线性关系，当F=0时没有液体带走（蒸发），当F=0.1时有50%的液体被带走。 2） 气体泄漏量

气体从裂口泄漏的速度与其流动状态有关。因此，计算泄漏量时首先要判断泄漏时气体流动属于音速还是亚音速流动，前者称为临界流，后者称为次临界流。 当下式成立时，气体属于音速流动：

1

0)1

2(-+≤k k

k p p （4-3） 当下式成立时，气体属于亚音速流动：

1

0)1

2(-+≥k k

k p p （4-4） 式中p 0、p ——符号意义相同；

k ——气体的绝热指数，即定压比热C p 与定容比热C v 的比值。 气体呈音速流动时。其泄漏量为：

1

1

0)1

2(-++=k k d k RT Mk A C Q ρ （4-5）

气体呈亚音速流动时，其泄漏量为：

1

1

0)1

2(-++=k k d k RT Mk A YC Q ρ （4-6）

上两式中 C d ——气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1.00，三角形时取0.95，长方形时

取0.90；

Y ——气体膨胀因子，由下式计算：

])

(1[)()21)(11(1

02

011k

k k

k k p

p p p k k Y --+-+-= （4-7）

M ——分子量，kg ；

ρ——气体密度，kg/m 3； R ——气体常数，J/mol ·K ； T ——气体温度，K ；

当容器内物质随泄漏而减少或压力降低而影响泄漏速度时，泄漏速度的计算比较复杂。如果 流速小或时间短，在后果计算中可采用最初排放速度，否则应计算其等效泄漏速度。 3） 两相流动泄漏量

在过热液体发生泄漏时，有时会出现气、液两相流动。均匀两相流动的泄漏速度可按下式计算：

)(20c d p p A C Q -=ρ （4-8）

式中 Q 0——两相流动混合物泄漏速度，kg/s ； C d ——两相流动混合物泄漏系数，可取0.8； A ——裂口面积，m 2；

p ——两相混合物的压力，MPa ；

p C ——临界压力，MPa ，可取0.55 MPa ；

ρ——两相混合物的平均密度，kg/m 3，它由下式计算：

2

1

11

ρρρv

v

F F -+

=

（4-9）

ρ1——液体蒸发的蒸汽密度，kg/m 3； ρ2——液体密度，kg/m 3；

F v ——蒸发的液体占液体总量的比例，它由下式计算：

H

T T C F 0

p

-= （4-10） 式中 C p ——液体的定压比热，J/kg ·K ； T ——泄漏前液体的温度，K ； T 0——液体在常压下的沸点，K ； H ——液体的气化热，J/kg ；

当F>1时，表明液体将全部蒸发成气体，这时应按气体泄漏公式计算。如果F v 很小，则可近似按照液体泄漏公式计算。 3．泄漏后的扩散

如前所述，泄漏物质的特性多种多样，而且受原有条件的强烈影响，但大多数物质从容器中泄漏出来后，都可发展为弥散的气团向周围空间扩散。对可燃气体若遇到点火源会着火。这里仅讨论气团原形释放的开始形式，即液体泄漏后扩散、喷射扩散和绝热扩散。 1）液体的扩散

液体泄漏后立即扩散到地面，一直流到低洼处或人工边界，如防火堤、岸墙等，形成液池。液体泄漏出来不断蒸发，当液体蒸发速度等于泄漏速度时，液池中的液体量将维持不变。 如果泄漏的液体时低度挥发时，则从液池中蒸发量较小，不易形成气团，对厂外人员没有危险；如果着火则形成池火灾；如果渗透进土壤，有可能对环境造成影响。如果泄漏的是挥发性液体或低温液体，泄漏后液体蒸发量大，大量蒸发在液池上面后会形成蒸汽云并扩散到厂外，对厂外人员有影响。 （1）液池面积

如果泄漏的液体已达到人工边界，则液池面积即为人工边界围成的面积。如果泄漏的液体未 达到人工边界，则将假设液体的泄漏点为中心呈扁圆柱形在光滑平面上扩散。这时液池半径 R 用下式计算：

瞬时泄漏（泄漏时间不超过30s ）时：

4

)8(t

p

gm r π= （4-11）

连续泄漏（泄漏持续10min 以上）时：

4

1

3)32(p

gmt r π=

上述两式中 r ——液池半径，m ；

m ——液体的泄漏量，kg ； g ——重力加速度，9.8m/s 2； p ——设备中液体压力，Pa ； t ——泄漏时间，s 。 （2）蒸发量

液池内液体蒸发按其机理可分为闪蒸、热量蒸发和质量蒸发三种。

①闪蒸：过热液体挥发后，由于液体的自身热量而直接蒸发称为闪蒸。发生闪蒸时液体蒸发 速度Q 1可由下式计算：