第六章典型事故影响模型与计算(新)

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Q ——液体泄漏速度，kg/s；
Cd——液体泄漏系数，按表6-1选取； A——裂口面积，m2；
ρ——泄漏液体密度，kg/ m3； P——容器内介质压力，Pa；
Q Cd A
P0——环境压力，Pa g——重力加速度，9.8 m/ s2；
h——裂口之上液位高度，m。
2( p p0 ) 2gh
风向
瞬间泄漏源如液化气体钢瓶破裂、瞬间 冲料形成的事故排放、压力容器安全阀 异常启动、放空阀门的瞬间错误开启等
风向
图图66-.91 烟烟羽羽扩扩 散散模模式式示示意意图 图
连续泄露源泄露物质的扩散示意图
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图 6.10 烟 团 扩 散 模 式 示 意 图
图6-2 烟团扩散模式示意图
瞬间泄露源泄露物质的扩散示意图
k 1
Q Cg AP
Mk 2 k1 RT k 1
k 1
Q YCg AP
Mk 2 k1 RT k 1
Cg——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 1
2
k 1
Y
1．计算池直径 2．燃烧速度
4．火焰表面热辐射通量
3．火焰高度
5．目标接受热辐射强度
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6.3.2 喷射火灾 加压的可燃气体泄漏时形成射流，如果在泄漏裂口处被点燃，将形成喷射火灾， 使得周围的人员和财产受到损失。
假定火焰为圆锥形，并用从泄漏处到火焰长度4/5处的点源模型来表示。
1．火焰长度
2．目标接受的热辐射通量
6.3.3 固体火灾
固体火灾的热辐射参数按点源模型估计。此模型认为火焰射出的能量为燃烧的 一部分，并且辐射强度与目标至火源中心距离的平方成反比。
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6.4 爆炸
爆炸是物质的一种非常急剧地物理、化学变化，也是大量能量在短时间内迅速 释放或急剧转化成机械功的现象。一般说来，爆炸现象具有以下特征：
ε准则 ( p a ) / a
ε准则认为，如果ε小于或等于某个临界值（在0.001～0.01之间），重气
坍塌引起的扩散将让位于环境湍流引起的扩散。
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2.平板模型 （1）基本假设 除了本节第一部分提出的那些假设外，平板模型还使用了如下假设： ①重气云羽横截面为矩形，下风向距离为x米出的云羽横风向半宽b（m），垂直方 向高度为 h（m）。在泄漏源点，云羽横风向半宽为高度的两倍，即b0=2h0 。 ②重气云羽横截面内部，温度、密度和危险气体浓度等参数均匀分布。 ③重气云羽中心的轴向蔓延速度等于环境风速。

雷诺数Re
>100 ≤100
表6-1 液体泄漏系数Cd 裂口形状
圆形（多边形）
三角形
0.65
0.60
0.50
0.45
长方形 0.55 0.40
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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，而容器内剩下的液体
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Mv
1 1 Mv
1
2
ρ1——液体蒸发的蒸气密度，kg/ m3；
ρ2——液体密度，kg/ m3；
当Mv ＞1时，表明液体
Mv——蒸发的液体占液体总量的比例，它由下式计算： 将全部蒸发成气体，这
Mv

Cp T TC
HV

Cp——两相混合物的定压比热，J/kg·K；
T——两相混合物的温度，K；
式中，Q、Qv1和Q1——分别为两相流实际泄漏速率、按式（6-11）计算出来 的两相流泄漏速率和纯液体泄漏速率，kg/s。
如果管道长度和管道直径之比L/D≤2，一般认为泄漏为纯液体泄漏。
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6.2 扩散模式
根据气云密度与空气密度的相对大小，将气云分为重气云、中性气云和轻气云 三类。
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根据高斯模型，泄漏源下风向某点（x,y,z)在t时刻的浓度用下面的 公式计算。
瞬间泄漏扩散模型为：
C(x, y, z,t, H e )
2
Q 3 / 2
x
y
z
exp

x
（x ut）2
2
2 x

y2
2
2 y
exp
（z
H）2
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6.1.3 两相流泄漏模型
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：
Q Cd A 2P Pc
（6-11）
Q——两相流泄漏速度，kg/s； Cd——两相流泄漏系数，可取0.8； A——裂口面积，m2； P——两相混合物的压力，Pa； Pc——临界压力，Pa，可取Pc =0.55Pa； ρ——两相混合物的平均密度，kg/ m3，它由下式计算：
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（2）扩散分析 坍塌圆柱体的径向蔓延速度由下式确定：
u f dr / dt g[( p a ) / a ]h 1/ 2
（3）转变点计算
随着空气的不断进入，重气云团的密度将不断减小，重气坍塌引起的扩散将逐 步让位于环境湍流引起的扩散。目前，判断重气坍塌过程终止的常用准则为
1）爆炸过程进行得很快； 2）爆炸点附近压力急剧升高，产生冲击波； 3）发出或大或小的响声； 4）周围介质发生震动或邻近物质遭受破坏。 一般将爆炸过程分为两个阶段：第一阶段是物质的能量以一定的形式（定容、 绝热）转变为强压缩能；第二阶段强压缩能急剧绝热膨胀对外做功，引起作用介 质变形、移动和破坏。
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安全系统工程Safety System Engineering
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第六章 典型事故影响模型与计算
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主要内容
6.1 泄漏模型 6.2 扩散模式 6.3 火灾模型 6.4 爆炸模型 6.5 事故伤害的计算方法
安全系统工3 程
6.1 泄漏模型
泄漏主要包括液体泄漏、气体泄漏和两相流泄漏等 6.1.1 液体泄漏模型
2
2 z


exp
（z
H）2
2
2 z


连续泄漏扩散模型为：
C(x,
y,
z, t,
He)


Q' u y
z
exp


y2
2
2 y


exp
（z H）2

2
2 z


exp
（z
H）2
2
重气云是指气云密度显著大于空气密度的气云，这类气云将受到方向向下的负 浮力（即重力）作用。
轻气云是指气云密度显著小于空气密度的气云，这类气云将受到方向向上的正 浮力作用。
中性气云是指气云密度与空气密度相当的气云，这类气云将不受明显的浮力作 用。
轻气云和中性气云统称为非重气云。
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连续泄漏源如连接在大型储罐上的管 道穿孔，柔性连接器处出现的小孔或 缝隙、连续的烟囱排放等。
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6.4.1 物理爆炸
物理爆炸时，气体膨胀所释放的能量（即爆炸能量）不仅与气体压力和容器的容 积有关，而且与介质在容器内的物性相态相关。
1. 压缩气体与蒸汽容器的爆炸能量 （1）压缩气体容器的爆炸能量
可按理想气体绝热膨胀做功公式计算，
（2）扩散分析
（3）转变点计算
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6.3 火灾模型
易燃、易爆的气体、液体泄漏后遇到引火源就会引发火灾。火灾对周围环境的 应先主要在于其辐射热，火灾辐射热的影响范围一般均在200m左右的近火源区 域.火灾主要有三种类型，即池火灾、喷射火、固体火灾。
6.3.1 池火灾
定义：可燃液体泄漏后流到地面或流到水面并覆盖水面，形成液池，遇点火源 形成的火灾称为池火
2 z


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6.2.2 重气云扩散模型
盒子模型用来描述危险气体近地面瞬间泄漏形成的重气云团的运动，平板模型用 来描述危险气体近地面连续泄漏形成的重气云羽的运动。这两类模型的核心是因空 气进入而引起气云质量增加的速率方程。
1．盒子模型 （1）基本假设 除了本节第一部分提出的那些假设外，盒子模型还使用了如下假设： ①重气云团为正立的坍塌圆柱体，圆柱体初始高度等于初始半径的一般。 ②在重气云团内部，温度、密度和危险气体浓度等参数均匀分布。 ③重气云团中心的移动速度等于环境风速。
除了本节第一部分提出的那些假设外，高斯模型还使用了如下假设： （1）气云密度于环境空气密度相当，气云不受浮力作用； （2）云团中心的移动速度和云羽轴向蔓延速度等于环境风速； （3）云团内部或云羽横截面上浓度、密度等参数服从高斯分布（即正态分布）。
建立如下坐标系OXYZ：其中原点O是泄漏点在地面上的正投影，X轴沿下风向 水平延伸，Y轴在水平面上垂直于X轴，Z轴垂直向上延伸。
Tc——临界温度，K； Hv——液体的气化热，J/kg。
时应按气体泄漏公式计 算；如果Mv很小，则可 近似按液体泄漏公式计 算。
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如果管道长度和管道直径之比L/D<12，先按前面介绍的方法计算纯液体泄漏速 率和两相流泄漏速率，再用内插法加以修正。两相流实际泄漏速率的计算公式为：
Q Qv1 (Q1 Qv1 )(12 L / D) /10