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：
t /m F Q v 1∙=
式中 F v ——直接蒸发的液体与液体总量的比例 m ——泄漏的液体总量，kg ； t ——闪蒸时间，s 。

②热量蒸发：当F v <1或Q t <m 时，则液体闪蒸不完全，有一部分液体在地面形成液池并吸 收地面热量而气化，称为热量蒸发。

热量蒸发速度Q 1按下式计算：
)()(01
011b u b T T HL
A KN t
H T T KA Q -+
-=
πα （4-13） A 1——液池面积，m 2； T 0——环境温度，K ； T b ——液体沸点，K ； H ——液体蒸发热，J/kg ； L ——液池长度，m ；
α——热扩散系数，m 2/s ，见表4-50； K ——导热系数，J/m ·K ，见表4-50； t ——蒸发时间，s ；
N u ——努舍尔特（Nusselt ）数。

称为质量蒸发。

其蒸发速度Q 1为：
11ραL
A
Sh
Q = （4-15） 式中α——分子扩散系数，m 2/s ； Sh ——舍伍德（Sherwood ）数； A ——液池面积，m 2； L ——液池长度，m ；
ρ1——液体的密度，kg/m 3； 2）喷射扩散
气体：泄漏时从裂口喷出形成气体喷射。

大多数情况下气体直接喷出后，其压力高于周围环境大气压力，温度低于环境温度。

在进行气体喷射计算时，应以等价喷射直径计算。

等价喷射的孔口直径按下式计算：
ρ
ρ0
D D = （4-16） 式中 D ——等价喷射孔径，m ； D 0——裂口孔径，m ；
ρ0——泄漏气体的密度，kg/m 3；
ρ——周围环境条件下气体的密度，kg/m 3。

如果气体泄漏能瞬间达到周围环境的温度、压力状况，即ρ0=ρ，则D=D 0。

（1）喷射的浓度分布
在喷射轴线上距孔口x 处的气体浓度C （x ）为：
ρ
ρρ-++=
132.0)(0
1
2
1D x b b b x C （4-17） 式中b 1、b 2——分布函数，其表达式如下：
2195.92.485.50b ρρ-+= ρ4123b 2+=
其余符号意义同前。

如果把式（4-17）改写成x 是C （x ）的函数形式，则给定某浓度值C （x ），就可算出具有 该浓度的点至孔口的距离x 。

在过喷射轴线上点x 且垂直于喷射轴线的平面内任一点处的气体浓度为：
22)x /y (b e )
x (C )
y ,x (C -=
式中C （x ，y ）——距裂口距离x 且垂直于喷射轴线的平面内y 点的浓度，kg/m 3； C （x ）——喷射轴线上距裂口x 处的气体浓度，kg/m 3；。