《化工过程气》PPT课件.ppt

题目：化工过程气体泄漏及扩散的模型研究与后果分析 姓名：张勋威姓名：张勋威指导老师：蒋宁指导老师：蒋宁 一、绪论1.1 研究的意义和目的 在化工、石油以及其它行业中有许多危险性气在化工、石油以及其它行业中有许多危险性气体，包括易燃易爆和毒性气体（如天然气、氨、氯、体，包括易燃易爆和毒性气体（如天然气、氨、氯、502502及硫化氢等），如果在生产或运输过程中由于及硫化氢等），如果在生产或运输过程中由于操作失误或其它原因，致使这些危险性物质泄漏出操作失误或其它原因，致使这些危险性物质泄漏出来，就会对居民和环境造成极大的危害。国内外来，就会对居民和环境造成极大的危害。国内外 此此类事故报道屡见不鲜，最著名的是类事故报道屡见不鲜，最著名的是19801980年发生的印年发生的印度博帕尔惨案，由于液态异氰酸甲酯以气态形式外度博帕尔惨案，由于液态异氰酸甲酯以气态形式外泄造成泄造成20002000多人死亡，多人死亡，5 5万人失明。为了预防此类万人失明。为了预防此类事故的发生并为事故发生后提供积极补救措施，对事故的发生并为事故发生后提供积极补救措施，对危险性气体的扩散作深入的研究是很有必要的。危险性气体的扩散作深入的研究是很有必要的。1.2 国内外研究现状 国内关于危险性气体在大气中扩散的研究报道国内关于危险性气体在大气中扩散的研究报道较少。国外在这方面的研究工作始于上个世纪七、较少。国外在这方面的研究工作始于上个世纪七、八十年代，直到现在该领域的研究还比较活跃。在八十年代，直到现在该领域的研究还比较活跃。在此期间，对于可燃或毒性气体、液化气体的泄漏提此期间，对于可燃或毒性气体、液化气体的泄漏提出了不少扩散的计算模型，同时也进行了许多大规出了不少扩散的计算模型，同时也进行了许多大规模试验。模试验。1.21 气体扩散数值模型 高斯高斯PGPG模型：对于中性气体模拟精度较高，可以模模型：对于中性气体模拟精度较高，可以模拟连续性泄漏和瞬时泄漏两种泄漏方式。拟连续性泄漏和瞬时泄漏两种泄漏方式。BM BM重气模型：由一系列重气连续泄漏和瞬时泄漏重气模型：由一系列重气连续泄漏和瞬时泄漏的实验数据绘制成的计算图表组成，属于经验模型，的实验数据绘制成的计算图表组成，属于经验模型，只适用于重气。只适用于重气。Sutton Sutton模型：适用于中性气体的研究扩散，精度不模型：适用于中性气体的研究扩散，精度不高，与实验值相差较大。高，与实验值相差较大。FEM3 FEM3模型：只适用于连续源重气泄漏，计算量大。模型：只适用于连续源重气泄漏，计算量大。1.22 气体扩散实验 在80年代国外进行了一些危险性气体及液化气体的扩散试验，如Buro试验，Coyote试验，Desertrtoise试验及Goldfish试验等。试验介质有LNG，LPG(液化石油气)，液氨、氟里昂及氮气的混合气，氟化氢及二氧化硫等。二、气体泄漏源模型2.1 泄漏源 一般情况下，可以根据泄漏面积的大小和泄漏一般情况下，可以根据泄漏面积的大小和泄漏持续时间的长短，将泄漏源分为两类：一是小孔泄持续时间的长短，将泄漏源分为两类：一是小孔泄漏，此种情况通常为气体经较小的孔洞长时间持续漏，此种情况通常为气体经较小的孔洞长时间持续泄漏，如反应器、储罐、管道上出现小孔，或者是泄漏，如反应器、储罐、管道上出现小孔，或者是阀门、法兰、机泵、转动设备等处密封失效；二是阀门、法兰、机泵、转动设备等处密封失效；二是大面积泄漏，是指经较大孔洞在很短时间内泄漏出大面积泄漏，是指经较大孔洞在很短时间内泄漏出大量气体，加大管径管线断裂、爆破片爆裂、反应大量气体，加大管径管线断裂、爆破片爆裂、反应器因超压爆炸等瞬间泄漏出大量气体。器因超压爆炸等瞬间泄漏出大量气体。2.2 气体或蒸汽经小孔泄漏的源模型小孔或蒸汽经小孔泄漏的过程 工业上通常将气体或蒸汽近似为理想气体，通工业上通常将气体或蒸汽近似为理想气体，通过理想气体状态方程和机械能守恒方程推倒得到小过理想气体状态方程和机械能守恒方程推倒得到小孔泄漏质量流量孔泄漏质量流量 对于许多安全性研究，都需要通过小孔流出气体的最大流量，对上式积分得到最大流量公式：例题 气体小孔泄漏模型程序气体小孔泄漏模型程序 在某生产厂中有一空气柜，因外力撞击，在空气柜一侧在某生产厂中有一空气柜，因外力撞击，在空气柜一侧出现一小孔。小孔面积为出现一小孔。小孔面积为19.6cm19.6cm2 2，空气柜中的空气经此小，空气柜中的空气经此小孔泄漏入大气。已知空气柜中的压力为孔泄漏入大气。已知空气柜中的压力为2.5102.5105 5PaPa，温度为，温度为330K330K，大气压力为，大气压力为10105 5PaPa。求空气泄漏的最大质量流量。求空气泄漏的最大质量流量。解：首先判断空气泄漏的临界压力临界压力大于大气压力，最大流量按C0若取1质量流量为1.09kg/s；若取0.61质量流量为0.665kg/s三、气体扩散模型与后果分析3.1 影响气体扩散的因素 风速 大气稳定度 地面条件 释放处距离地面的高度 气体泄漏的速度 气体的浮力3.2 高斯PG气体扩散模型 烟羽模型 地面持续源：高于地面H持续源：烟团模型 地面瞬时源：地面瞬时源：高于地面高于地面H H瞬时源瞬时源扩散参数 扩散参数可以现场测定，也可以用风洞实验模拟，还可以根据经验公式来估算。目前应用较多的估算法是PG扩散曲线法。根据大气稳定度查处下风向距离处的扩散参数。3.3 3.3 后果分析后果分析EPRGsEPRGs标准标准EPAEPA标准标准气体名称气体名称ERPG1ERPG1（mmg/mg/m3 3）ERPG2 ERPG2（mg/mmg/m3 3）ERPG3 ERPG3（mg/mmg/m3 3）氯气氯气1 13 32020氨氨252520020010001000硫化氢硫化氢0.10.13030100100气体名称气体名称中毒极限中毒极限（mg/mmg/m3 3）氯气氯气8.78.7氨氨140140硫化氢硫化氢4242例题 高斯高斯PGPG气体扩散模型程序气体扩散模型程序 在氯乙烯生产过程中，大量使用氯气做为原料。在某生在氯乙烯生产过程中，大量使用氯气做为原料。在某生产过程突然发生氯气泄漏。根据泄露源估算约有氯气产过程突然发生氯气泄漏。根据泄露源估算约有氯气1.0kg1.0kg氯气在瞬间泄漏。泄漏时为有云的夜间，初步发现云量氯气在瞬间泄漏。泄漏时为有云的夜间，初步发现云量4/104/10，风速为，风速为2m/s2m/s。泄漏源高度很低，可近似为地面源处。泄漏源高度很低，可近似为地面源处理。居民区距泄漏处为理。居民区距泄漏处为400m400m。请回答以下问题：。请回答以下问题：(1)(1)泄漏发生后多长时间烟团中心到达居民区？泄漏发生后多长时间烟团中心到达居民区？(2)(2)烟团到达居民区后烟团到达居民区后,地面轴线氯气浓度为多少？是否地面轴线氯气浓度为多少？是否有危险？有危险？解解:(1):(1)t=x/u=400/2=200s t=x/u=400/2=200s 到达时间到达时间200200秒。秒。(2)(2)得到答案居民区处浓度为得到答案居民区处浓度为3.49103.4910-3-3kg/mkg/m3 3四、总结 重大事故的发生，使人们强调应急计划的重要性。进重大事故的发生，使人们强调应急计划的重要性。进行后果模拟：行后果模拟：（1 1）确定泄漏事件（）确定泄漏事件（2 2）建立源模型（）建立源模型（3 3）采用扩散模型估算有毒物质浓度（采用扩散模型估算有毒物质浓度（4 4）参照标准进行后果）参照标准进行后果分析。分析。由于泄漏扩散实验耗资巨大，实验规模，次数和得到由于泄漏扩散实验耗资巨大，实验规模，次数和得到的数据有限在一定程度上阻扰了数学模型的建立。事故的数据有限在一定程度上阻扰了数学模型的建立。事故过程中的复杂性、随机性和不确定性使模拟和仿真的结过程中的复杂性、随机性和不确定性使模拟和仿真的结果与实际有很大的差异。对真实性的流动过程本质还了果与实际有很大的差异。对真实性的流动过程本质还了解不够，难以完全准备的模仿。解不够，难以完全准备的模仿。对现有模型进行完善、利用高科技仪器更精确的确定对现有模型进行完善、利用高科技仪器更精确的确定各种影响因素、各种复杂的湍流模型研究是今后气体扩各种影响因素、各种复杂的湍流模型研究是今后气体扩散领域主要的发展趋势。散领域主要的发展趋势。谢谢各位老师！