液体经管道泄漏的源模式PPT课件讲课稿.ppt

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1、液体经管道泄漏的源模式PPT课件6.1常见泄漏源常见泄漏源 小孔泄漏 泄漏源分类 大面积泄漏化工、石油化工火灾爆炸、人员中毒事故很多是由于物料的泄漏引起的。泄漏量泄漏速度泄漏时间2 26.2液体经小孔泄漏的源模式（液体经小孔泄漏的源模式（1）（6.1）系统与外界无热交换，流体流动遵守机械能守恒方程式中，p压力，Pa；流体密度，kg m-3 ；动能校正因子，无因次；u 流体平均速度，简称流速，m s-1；g 重力加速度，m s-2；z 高度，m；F 阻力损失，J kg-2；Ws 轴功，J;m 质量，kg。3 36.2液体经小孔泄漏的源模式（液体经小孔泄漏的源模式（2）（6.4）对泄漏过程，简化：

2、工程上流速比较均匀，1；不可压缩流体，=常数；暂不考虑轴功式6.1简化为情况：工艺单元中的液体在稳定压力作用下，经薄壁小孔泄漏简化：容器内液体流速可以忽略，不考虑摩擦损失和液位变化，式6.3简化为（6.3）4 46.2液体经小孔泄漏的源模式（液体经小孔泄漏的源模式（3）（6.7）考虑到因惯性引起的截面收缩以及摩擦引起的速度减低，引人孔流系数 C0。其定义为实际流量与理想流量的比值，则经小孔泄漏的实际质量流量为（6.6）（6.5）5 56.3储罐中液体经小孔泄漏的源模式储罐中液体经小孔泄漏的源模式(1)图图 6.4 6.4 所示的液体储罐，距液位高度所示的液体储罐，距液位高度 Z Z 0 0 处

3、有一小孔，处有一小孔，在静压能和势能的作用下，储罐中的液体经小孔向在静压能和势能的作用下，储罐中的液体经小孔向外泄漏。外泄漏。（6.9）将式（6.8）代入式（6.3），得（6.8）（6.10）6 66.3储罐中液体经小孔泄漏的源模式储罐中液体经小孔泄漏的源模式(2)由式由式(6.9)(6.9)和式和式(6.10)(6.10)知，随着泄漏过程的延续，知，随着泄漏过程的延续，z z ，u Q u Q 。如果储罐通过呼吸阀或弯管与大气连通，。如果储罐通过呼吸阀或弯管与大气连通，则则 P=0 P=0。（6.12）若储罐的横截面积为A，则可经小孔泄漏的最大液体总量为（6.11）（6.13）（6.14）7

4、 76.3储罐中液体经小孔泄漏的源模式储罐中液体经小孔泄漏的源模式(3)将式将式(6.11)(6.11)、式、式(6.13)(6.13)代入式代入式(6.14)(6.14)，得，得积分：t=0，z=z0；t=t,z=z。（6.15）（6.16）（6.17）（6.18）将式(6.16)代入式(6.11)，得随时间变化的质量流量：8 86.3储罐中液体经小孔泄漏的源模式储罐中液体经小孔泄漏的源模式(4)如果储罐内盛装的是易燃液体，为防止可燃蒸气大如果储罐内盛装的是易燃液体，为防止可燃蒸气大量泄漏至空气中，或空气大量进入储罐内的气相空量泄漏至空气中，或空气大量进入储罐内的气相空间形成爆炸性混合物，通

5、常情况下会采取通氮气保间形成爆炸性混合物，通常情况下会采取通氮气保护的措施。护的措施。液体表压为液体表压为P Pg g，内外压差即为，内外压差即为P Pg g。同同理可得理可得（6.20）（6.21）9 96.4液体经管道泄漏的源模式液体经管道泄漏的源模式(1)（6.3）（6.25）（6.11）关键：阻力损失F的计算直管阻力局部阻力10106.5气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（1）本节讨论可压缩气体或蒸气以自由膨胀的形式经小本节讨论可压缩气体或蒸气以自由膨胀的形式经小孔泄漏的情况。孔泄漏的情况。工程上，工程上，通常将气体或蒸气近似为理想气体：通常将气体或蒸气近似为理

6、想气体：（6.27）（6.26）气体或蒸气在小孔内绝热流动，其压力密度关系可用绝热方程或称等熵方程描述:式中，绝热指数，=Cp/Cv。11116.5气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（2）图图 6.9 6.9 所示为气体或蒸气经小孔泄漏的过程。轴功所示为气体或蒸气经小孔泄漏的过程。轴功为为 0 0，忽略势能变化，则机械能守恒方程忽略势能变化，则机械能守恒方程(6.1)(6.1)简化为简化为（6.28）定义孔流系数：（6.29）将式(6.29)代人式(6.28)，忽略气体或蒸气的初始动能，得到：（6.30）12126.5气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（气体或蒸气经小孔泄漏的

7、源模式（3）（6.32）由式(6.27)得到：（6.31）将式(6.31)代入式（6.30），积分 得：（6.33）13136.5气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（4）则则（6.34）（6.35）由理想气体状态方程得：从安全工作的角度考虑，关心的是经小孔泄漏的气体或蒸气的最大流量。Q由(P/P0)所决定14146.5气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（5）流量曲线15156.5气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（气体或蒸气经小孔泄漏的源模式（6）（6.37）（6.38）（6.36）流量曲线存在最大值，令 dQ/d(p/p0)=0,可求得极值条件：16

8、166.6闪蒸液体的泄漏源模式（闪蒸液体的泄漏源模式（1）闪蒸：液化气体压力瞬间大幅降低时，会迅速部分闪蒸：液化气体压力瞬间大幅降低时，会迅速部分气化为气体，气化时所需要的热由液体达到常压气化为气体，气化时所需要的热由液体达到常压下的沸点所提供，液相部分的温度由储存时的温下的沸点所提供，液相部分的温度由储存时的温度降至常压下的沸点温度，这种现象称为闪蒸。度降至常压下的沸点温度，这种现象称为闪蒸。（6.39）式中，q蒸发气量,kg；W液体泄漏量,kg；H1液体储存温度T0时的焓,kJ kg-1；H2常压下液体沸点T时的焓,kJ kg-1；r液体温度T 时的蒸发潜热。绝热过程17176.6闪蒸液体

9、的泄漏源模式（闪蒸液体的泄漏源模式（2）蒸发气量蒸发气量 q q 与液体泄漏量与液体泄漏量Q Q 的比值的比值q/Q q/Q 称为闪蒸率。称为闪蒸率。从表 6.6 可以看出，液化气体一旦泄漏，会在瞬间蒸发，形成大量气体。18186.7易挥发液体蒸发的源模式（易挥发液体蒸发的源模式（1）液体蒸发为气体的摩尔通量：液体蒸发为气体的摩尔通量：（6.40）（6.42）若液体在某一温度 T 下的饱和蒸气压为 psat则在气液界面处，其浓度 c1：式中，kc为传质系数，ms-1；c为浓度梯度，molm-3。（6.41）19196.7易挥发液体蒸发的源模式（易挥发液体蒸发的源模式（2）则液体的蒸发质量流量则

10、液体的蒸发质量流量Q Q：（6.44）（6.43）一般情况下，PsatP，上式简化为：20206.8扩散模式（扩散模式（1）通过扩散模式可估算泄漏物质的影响范围及危险性质、程度。如图6.11 储罐中的苯泄漏2121烟羽扩散模式描述连续泄漏源泄漏物质的扩散过程。连续泄漏源通常泄漏持续时间较长。连续泄漏源如连接在大型储罐上的管道穿孔、挠性连接器处出现的小孔或缝隙、连续的烟囱排放等。6.8扩散模式（扩散模式（2）22226.8扩散模式（扩散模式（3）烟团扩散模式描述瞬间泄漏源泄漏物质的扩散过程。瞬间泄漏源的特点是泄漏在瞬间完成。瞬时泄漏源如液化气体钢瓶破裂、瞬时冲料形成的事故排放、压力容器安全阅异常

11、启动、放空阀门的瞬间错误开启等。23236.8扩散模式（扩散模式（4）序号序号 影响扩散的因影响扩散的因素素影响影响1风速风速越大、湍流越强，物质向下风向的扩散速度和空气的稀释速度越快2大气稳定度大气越不稳定，其扩散越快3地面情况建筑、树木等会加强混合稀释作用;4泄漏源高度泄漏源高度增加，地面同等距离的物质浓度会降低。5泄漏物质的初始状态泄漏物质有向上的初始动量，会使泄漏源有效高度增加6物料性质密度高于或低于空气的密度，分别表现出重力作用和浮力作用。24246.9湍流扩散微分方程与扩散模型湍流扩散微分方程与扩散模型 6.9.1 湍流扩散微分方程（1）（6.45）对于流动的大气，根据质量守恒定律

12、可导出泄漏物质浓度变化的揣流扩散微分方程:式中，c泄漏物质的瞬时浓度；t时间；xj直角坐标系中各坐标轴方向；uj各坐标轴方向的瞬时风速。25256.9湍流扩散微分方程与扩散模型湍流扩散微分方程与扩散模型 6.9.1 湍流扩散微分方程（2）在任一点上，风速和浓度的瞬时值均可用平均值和脉动值之和表示:定义 Kx、Ky、Kz，分别为 x，y、z 方向上的湍流扩散系数，并有：（6.47）26266.9湍流扩散微分方程与扩散模型湍流扩散微分方程与扩散模型 6.9.1 湍流扩散微分方程（3）将上述关系式代入式(6.47)，得到湍流扩散微分方程:（6.48）27276.9湍流扩散微分方程与扩散模型湍流扩散微

13、分方程与扩散模型 6.9.1 湍流扩散微分方程（4）选取直角坐标系的 x 轴方向与平均风速方向一致，z 轴为铅直向上，则（6.49）28286.9湍流扩散微分方程与扩散模型湍流扩散微分方程与扩散模型 6.9.1 湍流扩散微分方程（5）假定各方向端流扩散系数为常数，以 c 代表平均浓度，以 u 代表平均风速，则式(6.49)可简化为（6.50）29291、瞬时泄漏点源的扩散模型 1）无风瞬时泄漏点源的扩散模型（1）u=0u=0，烟团仅在泄漏点处膨胀扩散，烟团仅在泄漏点处膨胀扩散。6.9.2无边界点源扩散模型无边界点源扩散模型（6.51）30301、瞬时泄漏点源的扩散模型 1）无风瞬时泄漏点源的扩

14、散模型（2）积分得源强为 Q 的元风瞬时泄漏点源的浓度分布c(x，y，z）为：6.9.2无边界点源扩散模型无边界点源扩散模型（6.52）31311、瞬时泄漏点源的扩散模型 2）有风瞬时泄漏点源的扩散模型 在有风条件下，烟团随风移动，并因空气的稀释在有风条件下，烟团随风移动，并因空气的稀释作用不断膨胀，作用不断膨胀，t t 时刻烟团中心点坐标为时刻烟团中心点坐标为(ut,0 (ut,0 ,0),0)，则式，则式(6.52)(6.52)经坐标变换即得源强为经坐标变换即得源强为 Q Q 的的有风瞬时泄漏点源的浓度分布为：有风瞬时泄漏点源的浓度分布为：6.9.2无边界点源扩散模型无边界点源扩散模型（6

15、.53）32322、连续泄漏点源的扩散模型1)无风连续泄漏点源扩散模型（1）若若Q=Q=常数，则常数，则c c与时间无关；与时间无关；u=0u=0，可得，可得 6.9.2无边界点源扩散模型无边界点源扩散模型（6.54）（6.56）（6.55）33332、连续泄漏点源的扩散模型2)有风连续泄漏点源扩散模型（1）若流场稳定，则有风条件下(u1m s-1)：则式（6.50）可简化为：6.9.2无边界点源扩散模型无边界点源扩散模型（6.58）34342、连续泄漏点源的扩散模型2)有风连续泄漏点源扩散模型（2）初始条件和边界条件与式初始条件和边界条件与式(6.55)(6.55)相同。源强为相同。源强为

16、Q Q 有风连续泄漏点源的浓度分布有风连续泄漏点源的浓度分布c(x,c(x,y,z)y,z)为为:6.9.2无边界点源扩散模型无边界点源扩散模型（6.59）3535p“像源法”：地面上任意一点的浓度是两部分作用之和:一部分是不存在地面时此点应具有的浓度;另一部分是由于地面全反射而增加的浓度。6.9.3有边界点源扩散模型有边界点源扩散模型1、无风瞬时地面点源的烟团扩散模型（6.60）3636 6.9.3有边界点源扩散模型有边界点源扩散模型2、有风连续地面点源的烟羽扩散模型（6.61）3737 6.9.3有边界点源扩散模型有边界点源扩散模型3、有风源高为 H 连续点源的烟羽扩散模型（6.62）38

17、386.10帕斯奎尔帕斯奎尔-吉福德（吉福德（P-G）模型）模型 6.10.1大气稳定度与扩散参数的确定（1）实际上湍流扩散系数 随位置、时间、风速、主导气象条件变化，定义扩散参数为（6.63）39396.10帕斯奎尔帕斯奎尔-吉福德模型吉福德模型 6.10.1大气稳定度与扩散参数的确定（2）现场测定扩散参数 在风洞中进行模拟试验来确定 经验公式或图算法估算：P-G扩散曲线法步骤：确定大气稳定度级别按照 P-G 扩散曲线查出下风向距离 x 处的扩散参数y、z 值40406.10.2 P-G扩散模型扩散模型 1、烟团模型 1）瞬时地面点源烟团模型（）瞬时地面点源烟团模型（1 1）以风速方向为以风

18、速方向为 x x 轴，坐标原点取在泄漏点处，风速轴，坐标原点取在泄漏点处，风速恒为恒为 u u，则源强为，则源强为 Q Q 的浓度分布为：的浓度分布为：（6.64）4141 1、烟团模型 1）瞬时地面点源烟团模型（）瞬时地面点源烟团模型（2 2）令z=0，得地面浓度：（6.65）（6.66）令y=0，得地面轴线浓度6.10.2 P-G扩散模型扩散模型42426.10.2 P-G扩散模型扩散模型 1、烟团模型 2）有效源高）有效源高H H的瞬时点源烟团模型（的瞬时点源烟团模型（1 1）以风速方向为以风速方向为 x x 轴，选取移动坐标系，任一时刻烟轴，选取移动坐标系，任一时刻烟团中心的团中心的x

19、 x轴坐标为轴坐标为utut，则其浓度分布为：，则其浓度分布为：（6.67）4343 1、烟团模型 2）有效源高）有效源高H H的瞬时点源烟团模型（的瞬时点源烟团模型（2 2）令z=0，得地面浓度：（6.68）令y=0，得地面轴线浓度6.10.2 P-G扩散模型扩散模型（6.69）44446.10.2 P-G扩散模型扩散模型 2、烟羽模型 1）连续地面点源）连续地面点源以风速方向为以风速方向为 x x 轴，流场稳定，坐标原点取在泄漏轴，流场稳定，坐标原点取在泄漏点处，则浓度分布为：点处，则浓度分布为：令令z=0z=0，得地面浓度：，得地面浓度：（6.71）（6.72）4545 2、烟羽模型 1

20、）连续地面点源）连续地面点源令y=0，得地面轴线浓度：6.10.2 P-G扩散模型扩散模型（6.73）46466.10.2 P-G扩散模型（6.74）2）有效源高H的连续点源（1）以风速方向为 x 轴方向，泄漏源中心对地面的投影为坐标点，假定流场稳定，则浓度分布为：4747 2、烟羽模型 2）有效源高）有效源高H H的连续点源（的连续点源（2 2）令z=0，得地面浓度：6.10.2 P-G扩散模型（6.75）令y=0，得地面轴线浓度（6.76）4848 2、烟羽模型 2）有效源高）有效源高H H的连续点源（的连续点源（3 3）当 时，出现地面轴线最大浓度：6.10.2 P-G扩散模型（6.77）4949此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢