电子教案与课件：《化工安全概论(第三版)》 第七章 化学品泄漏与扩散模型
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7.1 毒物释放模型
确定泄漏事件；建立源模型，描述物质释放速率；
释放液性质：
释放液性质受流体的热力学性质、释放时的P/T条件、释放时间的影响。 释放的流体可为气体、液体、或两相混合物; 可过冷、过热、常温、高压等。 每一个因素可影响释放的流体和空气之间的相互作用，从而影响危险区的大小。 其它性质如蒸汽密度、爆炸下限、释放流体的毒性等会影响危险区的大小。
毒物释放模型
① 液体通过管道上的小孔泄露 ② 液体通过储罐上的孔洞泄露 ③ 液体通过管道泄露 ④ 气体通过孔洞泄露 ⑤ 气体通过管道泄露 ⑥ 液体闪蒸 ⑦ 液池蒸发或沸腾
5
化工中常见的小孔泄露
1- 液体通过管道上的小孔泄露
体系内液体性质
外部环境
P Pg
P 1atm
u1 0
u2 u
z 0
泄漏时间、小孔半径和系统压力对泄漏量的影响
(2)- 液体通过储罐上的小孔泄露
Pg
u1 0 Ws 0
P 1atm u2 u hL
通过小孔的流体机械能守恒:
æ èç
DP r
+
g gc
ö Dz + Fø÷
+
2
u 2a gc
=
C12
æ èç
DP r
+
g gc
ö Dzø÷
来自百度文库
+
2
u 2a gc
=0
流出速率：
A: Leak sectional area = Fluid density
u = C0
æ 2ç
è
gcPg r
+
ö ghL ÷
ø
初始流出量-最大的流出量:
Qm = ruA = rAC0
æ 2ç
è
gcPg r
+
ö ghL ÷
ø
11
7.2 扩散模型--影响扩散的参数
扩散模型描述了有毒物质远离事故发生地并遍及整个工厂和社会的空中 输送过程。释放发生后，空气中的有毒物质被风以烟羽方式（图7-7）或 烟团方式（图7-8）带走。有毒物质的最大浓度是在释放发生处（可能不 在地面上）。众多因素影响有毒物质在大气中的扩散：
由以上方程得出平均流出速率: u C1
2g c Pg
定义新的流出系数定义为:Co C1
平均流出速率:
u Co
2gc Pg
流出系数C0为：对于锋利的小孔和雷诺数大 于30000的情况，C0近似取0.61；对于圆滑的 喷嘴，流出系数可近似取1；对于与容器连接 的短管(即长度与直径之比小于3)，流出系数 近似取0.81；当流出系数不知道或不能确定时 ，取1.0使计算结果最大化。
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
d (cm)
m (kg)
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
2
4
6
8
10
t (h)
m (kg)
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
0
2
4
6
8
10
P (atm)
m (kg)
A: 泄漏面积
= 流体密度
ò Ws 0
对于不可压缩流体，机械能守恒定律:
dP r
+
æ Dç
è
u2 2 a gc
ö ÷ ø
+
g gc
Dz
+F
=
-Ws m
裂近似缝代中替的，摩定擦义损为失：可由流出系数常数C1
P
F
C12
P
对不可压缩流体: dP P
由于外部压力是常压: P Pg
7
1- 液体通过管道上的小孔泄露
消除溢出和释放的危险程度。
事故后果分析
在毒物释放模型预测的基础上，可以有各种各样 的选择，例如： 1. 制定周围社会的紧急反应计划； 2. 进行工程修改以消除释放源； 3. 将潜在的释放围起来，增加适当的排泄洗涤器 或其他的蒸气排放设备； 4. 减少有害物质的贮存量以减少释放量； 5. 增加区域监测仪器，检测释放量，准备隔断阀 和工程控制器来消除溢出和释放的危险程度。
8
(1)- 液体通过管道上的小孔泄露
例7-1：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了，他没有查明原因便 立即将压力恢复至7atm (表压)。下午2:30, 在管道上发现了一个直径为0.635cm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878.6kg/m3。
液体通过小孔泄漏的质量流量Qm: Qm uA ACo 2 gcPg
Qm =mass flow rate in kg/s A =cross-sectional area in m2 r =density in kg/m3 gc=gravitational constant = 1 m.kg/(N.s2) Pg=Pa
解: 假设在下午1点至2:30之间即90min内，小孔一直存在，孔洞的面积为: A =πd2/4 =3.14×(0.635×10-2)2/4 =3.165×10-5m2 苯泄漏的质量流量可由式(7-1)计算。对于圆滑的孔洞，C0 近似取0.61, gc≈1, 则Qm =AC0 (2ρpg)0.5 =3.165×10-5×0.61× (2×878.6×7×101325)0.5=0.682kg/s 90min共计流出苯的总质量为0.682×(90×60)=3683kg
9
Q (kg/s)
0.9
1.5 0.8
2.0
0.7
1.5
1.0
0.6
Q (kg/s)
Q (kg/s)
1.0
0.5
0.5 0.4
0.5 0.3
0.0
0.0
0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
d (cm)
t (h)
P (atm)
泄漏时间、小孔半径和系统压力对泄漏速率的影响
释放液性质
释放液性质受流体的热力学性质、释放时的P/T条件、释放时 间的影响。
释放的流体可为气体、液体、或两相混合物；可过冷、过热、 常温、高压或常压。
每一个因素可影响释放的流体和空气之间的相互作用，从而影 响危险区的大小。
其它性质如蒸汽密度、最低爆炸极限浓度、释放流体的毒性等 会影响危险区的大小。
第7章 化学品泄露与扩散模型
毒物释放模型 确定泄漏事件 建立源模型，描述物质如何释放出来及释放速率
毒物扩散模型 采用扩散模型估算下风向有毒物质的浓度 知道了下风向的浓度，就可以使用一些准则估算后果或影响
后果预估及应急方案：在毒物释放模型预测基础上作出相应选择： 进行工程修改以消除释放源； 制定周围社区的紧急反应计划； 将潜在释放围起来，增加适当的排泄洗涤器或其他排放设备； 减少有害物质的贮存量以减少释放量； 增加区域监测仪器，以检测初始的释放，准备隔断阀和工程控制器来
7.1 毒物释放模型
确定泄漏事件；建立源模型，描述物质释放速率；
释放液性质：
释放液性质受流体的热力学性质、释放时的P/T条件、释放时间的影响。 释放的流体可为气体、液体、或两相混合物; 可过冷、过热、常温、高压等。 每一个因素可影响释放的流体和空气之间的相互作用，从而影响危险区的大小。 其它性质如蒸汽密度、爆炸下限、释放流体的毒性等会影响危险区的大小。
毒物释放模型
① 液体通过管道上的小孔泄露 ② 液体通过储罐上的孔洞泄露 ③ 液体通过管道泄露 ④ 气体通过孔洞泄露 ⑤ 气体通过管道泄露 ⑥ 液体闪蒸 ⑦ 液池蒸发或沸腾
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化工中常见的小孔泄露
1- 液体通过管道上的小孔泄露
体系内液体性质
外部环境
P Pg
P 1atm
u1 0
u2 u
z 0
泄漏时间、小孔半径和系统压力对泄漏量的影响
(2)- 液体通过储罐上的小孔泄露
Pg
u1 0 Ws 0
P 1atm u2 u hL
通过小孔的流体机械能守恒:
æ èç
DP r
+
g gc
ö Dz + Fø÷
+
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u 2a gc
=
C12
æ èç
DP r
+
g gc
ö Dzø÷
来自百度文库
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u 2a gc
=0
流出速率：
A: Leak sectional area = Fluid density
u = C0
æ 2ç
è
gcPg r
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ö ghL ÷
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初始流出量-最大的流出量:
Qm = ruA = rAC0
æ 2ç
è
gcPg r
+
ö ghL ÷
ø
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7.2 扩散模型--影响扩散的参数
扩散模型描述了有毒物质远离事故发生地并遍及整个工厂和社会的空中 输送过程。释放发生后，空气中的有毒物质被风以烟羽方式（图7-7）或 烟团方式（图7-8）带走。有毒物质的最大浓度是在释放发生处（可能不 在地面上）。众多因素影响有毒物质在大气中的扩散：
由以上方程得出平均流出速率: u C1
2g c Pg
定义新的流出系数定义为:Co C1
平均流出速率:
u Co
2gc Pg
流出系数C0为：对于锋利的小孔和雷诺数大 于30000的情况，C0近似取0.61；对于圆滑的 喷嘴，流出系数可近似取1；对于与容器连接 的短管(即长度与直径之比小于3)，流出系数 近似取0.81；当流出系数不知道或不能确定时 ，取1.0使计算结果最大化。
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m (kg)
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P (atm)
m (kg)
A: 泄漏面积
= 流体密度
ò Ws 0
对于不可压缩流体，机械能守恒定律:
dP r
+
æ Dç
è
u2 2 a gc
ö ÷ ø
+
g gc
Dz
+F
=
-Ws m
裂近似缝代中替的，摩定擦义损为失：可由流出系数常数C1
P
F
C12
P
对不可压缩流体: dP P
由于外部压力是常压: P Pg
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1- 液体通过管道上的小孔泄露
消除溢出和释放的危险程度。
事故后果分析
在毒物释放模型预测的基础上，可以有各种各样 的选择，例如： 1. 制定周围社会的紧急反应计划； 2. 进行工程修改以消除释放源； 3. 将潜在的释放围起来，增加适当的排泄洗涤器 或其他的蒸气排放设备； 4. 减少有害物质的贮存量以减少释放量； 5. 增加区域监测仪器，检测释放量，准备隔断阀 和工程控制器来消除溢出和释放的危险程度。
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(1)- 液体通过管道上的小孔泄露
例7-1：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了，他没有查明原因便 立即将压力恢复至7atm (表压)。下午2:30, 在管道上发现了一个直径为0.635cm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878.6kg/m3。
液体通过小孔泄漏的质量流量Qm: Qm uA ACo 2 gcPg
Qm =mass flow rate in kg/s A =cross-sectional area in m2 r =density in kg/m3 gc=gravitational constant = 1 m.kg/(N.s2) Pg=Pa
解: 假设在下午1点至2:30之间即90min内，小孔一直存在，孔洞的面积为: A =πd2/4 =3.14×(0.635×10-2)2/4 =3.165×10-5m2 苯泄漏的质量流量可由式(7-1)计算。对于圆滑的孔洞，C0 近似取0.61, gc≈1, 则Qm =AC0 (2ρpg)0.5 =3.165×10-5×0.61× (2×878.6×7×101325)0.5=0.682kg/s 90min共计流出苯的总质量为0.682×(90×60)=3683kg
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Q (kg/s)
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1.5 0.8
2.0
0.7
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Q (kg/s)
Q (kg/s)
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d (cm)
t (h)
P (atm)
泄漏时间、小孔半径和系统压力对泄漏速率的影响
释放液性质
释放液性质受流体的热力学性质、释放时的P/T条件、释放时 间的影响。
释放的流体可为气体、液体、或两相混合物；可过冷、过热、 常温、高压或常压。
每一个因素可影响释放的流体和空气之间的相互作用，从而影 响危险区的大小。
其它性质如蒸汽密度、最低爆炸极限浓度、释放流体的毒性等 会影响危险区的大小。
第7章 化学品泄露与扩散模型
毒物释放模型 确定泄漏事件 建立源模型，描述物质如何释放出来及释放速率
毒物扩散模型 采用扩散模型估算下风向有毒物质的浓度 知道了下风向的浓度，就可以使用一些准则估算后果或影响
后果预估及应急方案：在毒物释放模型预测基础上作出相应选择： 进行工程修改以消除释放源； 制定周围社区的紧急反应计划； 将潜在释放围起来，增加适当的排泄洗涤器或其他排放设备； 减少有害物质的贮存量以减少释放量； 增加区域监测仪器，以检测初始的释放，准备隔断阀和工程控制器来