工业泄漏多米诺效应(公式集)

工业泄漏多米诺效应分析

一、 工业泄露

1． 泄漏概念

由于密闭容器、管道、设备等内外两侧存在压力差，因此在其使用过程中，内部介质在不允许流动的部位通过孔、毛细管等缺陷渗出、漏失或允许流动的部位流动量超过允许量的一种现象，叫作泄漏。泄漏需要通道和压差两个条件，而压差是产生泄漏的根本原因。

2． 泄漏分类

泄漏的情形是复杂多样的，发生的原因和部位也十分广泛。在此研究中，主要考虑不同泄漏物质，分为气态、液态和固态三类。

工业中常见的气态泄漏物有天然气、煤气、蒸汽、氧气等；液态泄漏物有“水”、“油”、酸、碱、盐、溶剂等；固态泄漏物有粉尘、砂粒等。最常见的泄漏物是易燃有毒气体如天然气，易燃液体如汽油。

二、 工业泄漏主要设备

根据各种设备的泄漏情况分析，可将工厂中易发生泄漏的设备归纳为一下类型：管道装置、挠性连接器、过滤器、阀、压力容器或反应器、泵、压缩器、储罐、冷冻或加压气体容器、火炬燃烧装置或放散管等。

三、 典型的泄漏计算模型

1．易燃液体——储罐中的液体经小孔泄漏模型

对于储罐，随着泄露过程的延续，储罐内液位高度不断下降，泄露速度和质量流量也均随之降低。这时泄露流量的计算需要考虑液位下降的影响，因此：

t A A gc gz p p A C Q 000002)(2ρρ

ρ-+-= （1）

式中Q——液体经小孔泄露的速度，kg/s；

C0——液体泄漏系数，按下表选取；

A——口面积，m2；

ρ——泄漏液体密度，kg/m3；

p——液体的绝对压强，Pa；

p——环境压力，Pa；

g——重力加速度，9.8m/s2；

h——裂口之上液位高度，m

z0——小孔距液面的高度，m

T——泄露时间,s

液体泄漏系数0C

在进行后果评价时，只要泄露物质的性质和状态确定，则就可以确定。小孔的面积A可以根据实际情况将其换算成等效面积，或者在事前预测时作出假设。对于瞬时泄露或者泄露的流速较小时，储罐内的压强可看做不变，否则必须考虑压力变化对泄露流量的影响。

2．压缩气体——气体或蒸气泄漏模型

工业生产中涉及大量的易燃易爆、有毒的气体，如压缩天然气、煤制气、氯气等，一旦输送、储存这些气体的管道、储罐或其他设备发生破裂，气体从裂口泄露出去，和空气混合形成可燃气体，就有发生火灾、爆炸的危险；若泄露出的气体有毒性，则后果更为严重。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，气体流动属音速流动：

1012-⎪⎭⎫ ⎝⎛+≤k k k p p （2）

当下式成立时，气体流动属亚音速流动：

1012-⎪⎭⎫ ⎝⎛+>k k k p p （3）

式中 p ——容器内介质压力，Pa ；

0p ——环境压力，Pa ；

k ——气体的绝热指数，即定压比热p C 与定容比热V C 之比。

气体呈音速流动，其泄漏量为：

11012-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=k k d k RT Mk A C Q ρ （4）

气体呈亚音速流动时，其泄漏量为：

11012-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=k k d k RT Mk A YC Q ρ （5）

上两式中 d C ——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，它由下式计算：

⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--+k k k k k p p p p k k Y 10201112112 （6） M ——分子量；

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。

在进行后果评价时，只要泄露物质的性质和状态确定，则M 、γ、T 、p 0就

可以确定。小孔的面积A 也可以根据实际情况将其换算成等效面积，或者在事前预测时作出假设。对于瞬时泄露或者泄露的流速较小时，气体压强可看作不变，否则必须考虑压力变化对泄露流量的影响。

3．液化气体——两相流动泄漏模型

为了储存和运输方便，通常采用加压液化的方法储存某些气体，储存温度在其正常沸点之上，如液氯、液氨等，这类液体称为过热液体。这类液化气体一旦泄露大气，因压力的瞬间大幅降低，其中一部分会迅速气化为气体，此时会出现气液两相流动（两相流泄露是一种特殊的泄露模式，严格上说和上述不适同一范畴）。不考虑液位的影响，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 （7）

式中 0Q ——两相流动混合物泄漏速度，kg/s ；

d C ——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，Pa ；

c p ——临界压力，Pa ，可取c p =0.55Pa ；

ρ——两相混合物的平均密度，kg/m 3，它由下式计算：

2

111ρρρv

v F F -+= （8） 1ρ——液体蒸发的蒸气密度，kg/m 3；

2ρ——液体密度，kg/m 3；

v F ——蒸发的液体占液体总量的比例，它由下式计算：

H T T C F c p v )

(-= （9）

p C ——两相混合物的定压比热，J/kg •K ；

T ——两性化合物的温度，K ；