第四章-流体的泄漏和扩散.ppt

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1、1、易泄漏设备、易泄漏设备根据泄漏情况，可根据泄漏情况，可以把生产中容易发以把生产中容易发生泄漏的设备归纳生泄漏的设备归纳为为10类类第1节：流体泄漏及其危害（1）管道）管道（2）挠性连接器）挠性连接器（3）过滤器）过滤器（4）阀门）阀门（5）压力容器或反应罐）压力容器或反应罐（6）泵）泵（7）压缩机）压缩机（8）储罐）储罐（9）加压或冷冻气体容器）加压或冷冻气体容器（10）火炬燃烧器或放散管）火炬燃烧器或放散管第四章：流体的泄漏和扩散（1）管道）管道包括直管、弯管、法兰管、接头几部分，其典型泄包括直管、弯管、法兰管、接头几部分，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：漏情况和裂口尺寸为：管道泄漏，裂口尺

2、寸取管径的管道泄漏，裂口尺寸取管径的20-100%；法兰泄漏，裂口尺寸取管径的法兰泄漏，裂口尺寸取管径的20%；接头泄漏，裂口尺寸取管径的接头泄漏，裂口尺寸取管径的20-100%；（2）挠性连接器）挠性连接器包括软管、波纹管、铰接臂等生产挠性变形的连接包括软管、波纹管、铰接臂等生产挠性变形的连接部件，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：部件，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：连接器本体破裂泄漏，裂口尺寸取管径的连接器本体破裂泄漏，裂口尺寸取管径的20-100%；接头泄漏，裂口尺寸取管径的接头泄漏，裂口尺寸取管径的20%；连接装置损坏而泄漏，裂口尺寸取管径的连接装置损坏而泄漏，裂口尺寸取管径的100%；（3）

3、过滤器）过滤器由过滤器本体、管道、滤网等组成，其典型泄漏情由过滤器本体、管道、滤网等组成，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：况和裂口尺寸为：过滤器本体泄漏，裂口尺寸取管径的过滤器本体泄漏，裂口尺寸取管径的20-100%；管道泄漏，与过滤器连接的管道发生的泄漏，裂口管道泄漏，与过滤器连接的管道发生的泄漏，裂口尺寸取管径尺寸取管径20%；（4）阀）阀包括化工生产中应用的各种阀门，其典型泄漏情况包括化工生产中应用的各种阀门，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：和裂口尺寸为：阀壳体泄漏裂口尺寸取与阀连接管道管径的阀壳体泄漏裂口尺寸取与阀连接管道管径的20-100%；阀盖泄漏，裂口尺寸取管径的阀盖泄漏，裂口尺寸取管径

4、的20%；阀杆损坏而泄漏，裂口尺寸取管径的阀杆损坏而泄漏，裂口尺寸取管径的20%；（5）压力容器）压力容器包括化工生产中常用的分离、气体洗涤器、反应釜、热交换包括化工生产中常用的分离、气体洗涤器、反应釜、热交换器、各种罐和容器等，其常见泄漏情况和裂口尺寸为：器、各种罐和容器等，其常见泄漏情况和裂口尺寸为：容器破裂而泄漏，裂口尺寸取容器本身尺寸；容器破裂而泄漏，裂口尺寸取容器本身尺寸；容器本体泄漏，裂口尺寸取与之连接的粗管道管径的容器本体泄漏，裂口尺寸取与之连接的粗管道管径的100%；孔盖泄漏，裂口尺寸取管径的孔盖泄漏，裂口尺寸取管径的20%；管嘴断裂而泄漏，裂口尺寸取管径的管嘴断裂而泄漏，裂口

5、尺寸取管径的100%；仪表管路破裂而泄漏，裂口尺寸取管径的仪表管路破裂而泄漏，裂口尺寸取管径的20-100%；内部爆炸而泄漏，裂口尺寸取容器本体尺寸；内部爆炸而泄漏，裂口尺寸取容器本体尺寸；（6）泵）泵常用的泵有离心泵与往复泵等，其典型泄漏情况常用的泵有离心泵与往复泵等，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：和裂口尺寸为：泵体损坏面泄漏裂口尺寸取与之连接管道的泵体损坏面泄漏裂口尺寸取与之连接管道的20-100%；泵体封压盖处泄漏，裂口尺寸取管径的泵体封压盖处泄漏，裂口尺寸取管径的20%；（7）压缩机）压缩机包括离心式、轴流式和往复式压缩机，其包括离心式、轴流式和往复式压缩机，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：

6、典型泄漏情况和裂口尺寸为：压缩机机壳损坏面泄漏，裂口尺寸取与之压缩机机壳损坏面泄漏，裂口尺寸取与之连接管道管的连接管道管的20-100%；压缩机密封套泄漏，裂口尺寸取管径的压缩机密封套泄漏，裂口尺寸取管径的20-100%；（8）储罐）储罐露天储存危险物资的容器或压力容器，也露天储存危险物资的容器或压力容器，也包括与之连接的管道和辅助设备，其典型包括与之连接的管道和辅助设备，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：泄漏情况和裂口尺寸为：罐体损坏面泄漏，裂口尺寸为本体尺寸；罐体损坏面泄漏，裂口尺寸为本体尺寸；接头泄漏，裂口尺寸为与之连接管道管径接头泄漏，裂口尺寸为与之连接管道管径的的20-100%；（9）加压

7、或冷冻气体容器）加压或冷冻气体容器露天或埋地放置的加压或冷冻气体容器，其典型露天或埋地放置的加压或冷冻气体容器，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：泄漏情况和裂口尺寸为：气体爆炸面泄漏，露天容器内部气体爆炸使容器气体爆炸面泄漏，露天容器内部气体爆炸使容器完全破坏，裂口尺寸取本体尺寸；完全破坏，裂口尺寸取本体尺寸；容器破裂面泄漏，裂口尺寸取本体尺寸；容器破裂面泄漏，裂口尺寸取本体尺寸；焊缝断裂面泄漏，裂口尺寸取与其连接管管径的焊缝断裂面泄漏，裂口尺寸取与其连接管管径的20-100%；容器辅助设备泄漏、酌情确定裂口尺寸。容器辅助设备泄漏、酌情确定裂口尺寸。（10）火炬燃烧器或放散管）火炬燃烧器或放散管包括

8、燃烧装置、放散管、接通头、气体洗涤器和包括燃烧装置、放散管、接通头、气体洗涤器和分离罐等，泄漏主要发生在筒体和多通接头部位，分离罐等，泄漏主要发生在筒体和多通接头部位，裂口尺寸取管径的裂口尺寸取管径的20-100%。2、泄漏的原因、泄漏的原因1）设计失误设计失误（1）基础设计错误，如地基下沉，造成容器底部）基础设计错误，如地基下沉，造成容器底部产生裂缝，或设备变形、错位等；产生裂缝，或设备变形、错位等；（2）选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格）选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格不符等；不符等；（3）布置不合理，如压缩机和输出管没有弹性连）布置不合理，如压缩机和输出管没有弹性连接，因振动

9、而使管道破裂；接，因振动而使管道破裂；（4）选用机械不合适，如转速过高、耐温、耐压）选用机械不合适，如转速过高、耐温、耐压性能差等；性能差等；（5）选用计测仪器不合适；）选用计测仪器不合适；（6）储罐、贮槽未加液位计，反应器）储罐、贮槽未加液位计，反应器(炉炉)未加溢未加溢流管或放散管等。流管或放散管等。2）设备原因）设备原因（1）加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用）加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料；材料；（2）加工质量差，特别是焊接质量差；）加工质量差，特别是焊接质量差；（3）施工和安装精度不高，如泵和电机不同轴、）施工和安装精度不高，如泵和电机不同轴、机械设备不平衡、管道连接

10、不严密等；机械设备不平衡、管道连接不严密等；（4）选用的标准定型产品质量不合格；）选用的标准定型产品质量不合格；（5）对安装的设备没有按）对安装的设备没有按机械设备安装工程及机械设备安装工程及验收规范验收规范进行验收；进行验收；（6）设备长期使用后未按规定检修期进行检修，）设备长期使用后未按规定检修期进行检修，或检修质量差造成泄漏；或检修质量差造成泄漏；（7）计测仪表未定期校验，造成计量不准；）计测仪表未定期校验，造成计量不准；（8）阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换；）阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换；（9）设备附件质量差，或长期使用后材料变质、）设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破

11、裂等。腐蚀或破裂等。3）管理原因）管理原因（1）没有制定完善的安全操作规程；）没有制定完善的安全操作规程；（2）对安全漠不关心，已发现的问题不及时解决；）对安全漠不关心，已发现的问题不及时解决；（3）没有严格执行监督检查制度；）没有严格执行监督检查制度；（4）指挥错误，甚至违章指挥；）指挥错误，甚至违章指挥；（5）让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判）让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判断错误；断错误；（6）检修制度不严，没有及时检修已出现故障的）检修制度不严，没有及时检修已出现故障的设备，使设备带病运转。设备，使设备带病运转。4）人为失误）人为失误（1）误操作，违反操作规程；）误操作，违

12、反操作规程；（2）判断错误，如记错阀门位置而开错阀）判断错误，如记错阀门位置而开错阀门；门；（3）擅自脱岗；）擅自脱岗；（4）思想不集中；）思想不集中；（5）发现异常现象不知如何处理。）发现异常现象不知如何处理。3、泄漏类型及后果 可燃气体泄漏；可燃气体泄漏；有毒气体泄漏；有毒气体泄漏；液体泄漏；液体泄漏；泄漏后果与泄漏物质的相态、压力、温度、燃烧性、毒泄漏后果与泄漏物质的相态、压力、温度、燃烧性、毒性等性质密切相关性等性质密切相关。泄漏的危险物质的性质不同，其泄漏后。泄漏的危险物质的性质不同，其泄漏后果也不相同。果也不相同。（1）可燃气体泄漏后果）可燃气体泄漏后果可燃气体泄漏后与空气混合达到

13、燃烧界限，遇到可燃气体泄漏后与空气混合达到燃烧界限，遇到引火源就会发生燃烧或爆炸。引火源就会发生燃烧或爆炸。泄漏后发火时间的不同，泄漏后果也不相同。泄漏后发火时间的不同，泄漏后果也不相同。立即发火立即发火：可燃气体泄漏后立即发火，发生扩散：可燃气体泄漏后立即发火，发生扩散燃烧产生喷射性火焰或形成火球，影响范围较小；燃烧产生喷射性火焰或形成火球，影响范围较小；滞后发火滞后发火：可燃气体泄漏后与周围空气混合形成：可燃气体泄漏后与周围空气混合形成可燃云团，遇到引火源发生爆燃或爆炸，破坏范可燃云团，遇到引火源发生爆燃或爆炸，破坏范围较大。围较大。（2）有毒气体泄漏后果）有毒气体泄漏后果有毒气体泄漏后形

14、成云团在空气中扩散，有毒气体泄漏后形成云团在空气中扩散，有毒气体浓度较大的浓密云团将笼罩很大有毒气体浓度较大的浓密云团将笼罩很大范围，影响范围大。范围，影响范围大。（3）液体泄漏后果）液体泄漏后果一般情况下，泄漏的液体在空气中蒸发而形成气一般情况下，泄漏的液体在空气中蒸发而形成气体，泄漏后果取决于液体蒸发生成的气体量。液体，泄漏后果取决于液体蒸发生成的气体量。液体蒸发生成的气体量与泄漏液体种类有关。体蒸发生成的气体量与泄漏液体种类有关。常温常压液体泄漏：常温常压液体泄漏：液体泄漏后聚集在防液堤内液体泄漏后聚集在防液堤内或地势低洼处形成液池，液体表面发生缓慢蒸发；或地势低洼处形成液池，液体表面发

15、生缓慢蒸发；加压液化气体泄漏：加压液化气体泄漏：液体在泄漏瞬间迅速气化蒸液体在泄漏瞬间迅速气化蒸发。没来得及蒸发的液体形成液池，吸收周围热发。没来得及蒸发的液体形成液池，吸收周围热量继续蒸发；量继续蒸发；低温液体泄漏：低温液体泄漏：液体泄漏后形成液池，吸收周围液体泄漏后形成液池，吸收周围热量蒸发，液体蒸发速度低于液体泄漏速度。热量蒸发，液体蒸发速度低于液体泄漏速度。4、泄漏危害、泄漏危害（1）资源浪费和损失）资源浪费和损失（2）环境污染；）环境污染；（3）进一步引起燃烧、爆炸；）进一步引起燃烧、爆炸；（4）有毒介质的泄漏会导致中毒事故）有毒介质的泄漏会导致中毒事故1、连续液体泄漏、连续液体泄漏

16、液体泄漏速率可以采用下面的液体泄漏速率可以采用下面的Bernoulli方程计算方程计算 第2节：连续液体泄漏表液体泄漏系数表液体泄漏系数Cd雷雷诺诺数数Re裂裂口口形形状状圆圆形（多形（多边边形）形）三角形三角形长长方形方形1000.650.600.551000.500.450.40泄漏系数泄漏系数Cd的取值通常可从标准化学工程手册中查到。的取值通常可从标准化学工程手册中查到。下表为常用的液体泄漏系数数据。下表为常用的液体泄漏系数数据。第2节：气体泄漏关于气体泄漏率的计算，常用的模型小孔关于气体泄漏率的计算，常用的模型小孔泄漏的孔模型，大孔模型，以及管道断裂泄漏的孔模型，大孔模型，以及管道断裂

17、模型。根据欧洲输气管道事故数据组织模型。根据欧洲输气管道事故数据组织(EGIG)建议，其适用范围见下表。建议，其适用范围见下表。泄漏模型适用范泄漏模型适用范围围模型模型适用范适用范围围特点特点小孔模型小孔模型泄漏孔径泄漏孔径 20mm20mm小孔泄漏小孔泄漏大孔模型大孔模型20mm20mm泄漏孔径泄漏孔径 管径管径比比较较大的泄漏大的泄漏断裂模型断裂模型泄漏孔径泄漏孔径=管径管径管管线线完全断裂完全断裂1、小孔模型、小孔模型小孔模型认为，由于孔径较小，管内压力小孔模型认为，由于孔径较小，管内压力不受泄漏影响不受泄漏影响而发生变化，气体膨胀过程而发生变化，气体膨胀过程为等熵过程，因而气体泄漏率恒

18、定，等于为等熵过程，因而气体泄漏率恒定，等于最大泄漏率。最大泄漏率。临界泄漏判断孔口处气体泄漏率的大小取决于气体在孔口处为临界流泄孔口处气体泄漏率的大小取决于气体在孔口处为临界流泄漏还是非临界流泄漏漏还是非临界流泄漏,由临界压力比由临界压力比CPR确定确定.式中：式中：p2c为点为点2 2 的临界压力。的临界压力。当当po/p2CPR时时,孔口呈亚临界流泄漏孔口呈亚临界流泄漏临界流泄漏临界流泄漏亚临界流泄漏亚临界流泄漏临界泄漏量计算临界泄漏量计算M气体分子量；气体分子量；T气体温度，气体温度，K；R理想气体普适常数，理想气体普适常数，8.314J/（mol.K）K为气体的绝热指数为气体的绝热指

19、数Cd气体泄漏系数，当裂口形状为圆型时取气体泄漏系数，当裂口形状为圆型时取1.0，三角形，三角形时取时取0.95，长方形时取，长方形时取0.90；式中：式中：Cd气体泄漏系数，当裂口形状为圆型时取气体泄漏系数，当裂口形状为圆型时取1.0，三角形时取，三角形时取 0.95，长方形时取，长方形时取0.90；M气体分子量；气体分子量；T2气体温度，气体温度，K；R理想气体普适常数，理想气体普适常数，8.314J/（mol.K）。）。K为气体的绝热指数，即定压比容为气体的绝热指数，即定压比容Cp与定容比容与定容比容Cv之比之比。亚临界泄漏量计算亚临界泄漏量计算常见气体的绝热指数和临界压力常见气体的绝热

20、指数和临界压力物质丁烷丙烷二氧化硫甲烷氨氯气一氧化碳氢气K1.0961.1311.2901.3071.3101.3551.4041.410PC1.7081.7291.8261.8371.8391.8661.8951.899KPc管道模型管道模型当管道发生全面断裂时，气体的泄漏模型为全管径破裂模型。根据质量守恒第第3节节：两相流泄漏计算：两相流泄漏计算1、两相流及其主要特征参数、两相流及其主要特征参数（1）两相流的概念和分类）两相流的概念和分类相：相：某一系统中具有相同成份及相同物理、化学某一系统中具有相同成份及相同物理、化学性质的均匀物质成份。性质的均匀物质成份。从宏观的角度出发，可以把自然界

21、的物质分从宏观的角度出发，可以把自然界的物质分为三类为三类:气相、液相、固相。气相、液相、固相。单相物质的流动即为单相流，如气体或液体单相物质的流动即为单相流，如气体或液体流。两相物体的流动称为两相流。流。两相物体的流动称为两相流。在两相流动中，两相之间不仅存在分界面，在两相流动中，两相之间不仅存在分界面，而且这一分界面随着流动在不断的变化。因此，而且这一分界面随着流动在不断的变化。因此，两相流可定义为存在变动分界面的两种独立物质两相流可定义为存在变动分界面的两种独立物质组成的物体的流动。组成的物体的流动。（2）两相流的主要特征参数）两相流的主要特征参数在两相流中，由于存在一个形状和分布在时间

22、在两相流中，由于存在一个形状和分布在时间和空间里均随机可变的相界面，描述两相流的和空间里均随机可变的相界面，描述两相流的参数与描述单相流动的参数相比，增加了一些参数与描述单相流动的参数相比，增加了一些新的特征参数。最常用的两相流主要参数是流新的特征参数。最常用的两相流主要参数是流型和相分率。型和相分率。流型：流型：流型定义：流型定义：又称流态，指两相界面分布呈不同又称流态，指两相界面分布呈不同几何图形或不同的结构形式。流型是两相流最几何图形或不同的结构形式。流型是两相流最基本的特征参数之一，不但影响两相流的流动基本的特征参数之一，不但影响两相流的流动特性和传热传质性能，而且两相流其它参数的特性

23、和传热传质性能，而且两相流其它参数的准确测量也往往依赖于对流型的了解。准确测量也往往依赖于对流型的了解。影响因素：影响因素：流型影响因素复杂，与管道内的压流型影响因素复杂，与管道内的压力、气液相流量、热流密度和管道几何形状等力、气液相流量、热流密度和管道几何形状等因素均有关系。因素均有关系。分相含率分相含率分相含率是指两相流中各相所占的份额，在气液分相含率是指两相流中各相所占的份额，在气液两相流中即为含气率和含液率。如果气相为气液两相流中即为含气率和含液率。如果气相为气液两相流中的离散相，通常用含气率来表示分相含两相流中的离散相，通常用含气率来表示分相含率。含气率有截面含气率、质量含气率和体积

24、含率。含气率有截面含气率、质量含气率和体积含气率三种表示形式。气率三种表示形式。截面含气率截面含气率截面含气率又称为空隙率，指气液两相流作一元截面含气率又称为空隙率，指气液两相流作一元流动时，在管道的某一流动截面上，气相所占截流动时，在管道的某一流动截面上，气相所占截面积与总流通面积之比。面积与总流通面积之比。质量含气率质量含气率质量含气率又可称为干度，指气液两相混合流体质量含气率又可称为干度，指气液两相混合流体中气相质量流量与总质量流量之比。中气相质量流量与总质量流量之比。体积含气率体积含气率体积含气率是指气液两相混合流体中气相体积流体积含气率是指气液两相混合流体中气相体积流量与总体积流量之

25、比。量与总体积流量之比。2、两相流泄漏分析、两相流泄漏分析（1）小孔方位的影响）小孔方位的影响如在分层流型下，若小孔位于顶部，在气液界如在分层流型下，若小孔位于顶部，在气液界面以上，进入小孔的基本全是气体，而若小孔面以上，进入小孔的基本全是气体，而若小孔位于管壁底部，进入小孔的基本全是液相。位于管壁底部，进入小孔的基本全是液相。破口向上，进入破口基本破口向上，进入破口基本全是气相全是气相破口向下，进入破口基本全是液相破口向下，进入破口基本全是液相（2）小孔两侧差压的影响）小孔两侧差压的影响差压较低时进入底部差压较低时进入底部小孔基本全是液体小孔基本全是液体随着差压增大，底部小孔随着差压增大，底

26、部小孔逐渐有气体逸出逐渐有气体逸出差压进一步增大，气体差压进一步增大，气体将形成连续的气体通道，将形成连续的气体通道，从底部小孔喷出从底部小孔喷出当差压较大时，液相也会进入当差压较大时，液相也会进入气液界面以上的破口气液界面以上的破口（3）流型的影响分层流型下进入顶部小孔分层流型下进入顶部小孔的多为气相的多为气相环状流型下，顶部小孔处的液环状流型下，顶部小孔处的液膜将被气体携带进入小孔膜将被气体携带进入小孔弹状流型下：气泡来临时进入顶部小孔的基本全弹状流型下：气泡来临时进入顶部小孔的基本全是气体，液塞来临时，进入顶部小孔的基本全是是气体，液塞来临时，进入顶部小孔的基本全是液相。液相。两相流泄漏

27、计算思路两相流泄漏计算思路通过前面的分析知道，两相流泄漏非常复杂，受通过前面的分析知道，两相流泄漏非常复杂，受多种因素的影响，现在还没有比较成熟综合考虑流多种因素的影响，现在还没有比较成熟综合考虑流型、小孔方位以及小孔两侧差压的计算模型。型、小孔方位以及小孔两侧差压的计算模型。在事故分析中，可以采用简化的计算方法，即不在事故分析中，可以采用简化的计算方法，即不考虑流型等因素的影响，将泄漏出的气液两相流看考虑流型等因素的影响，将泄漏出的气液两相流看作是气液相混合均匀的一相，可以采用与单相液体作是气液相混合均匀的一相，可以采用与单相液体近似的公式进行计算。近似的公式进行计算。4、两相流泄漏量计算、

28、两相流泄漏量计算Cude在在1975年建议了两相流泄漏关系式。假设年建议了两相流泄漏关系式。假设源容器和泄漏点之间的管道长度和管道直径之比源容器和泄漏点之间的管道长度和管道直径之比:LD12，泄漏点压力与泄漏点上流压力之比，泄漏点压力与泄漏点上流压力之比Pc/P=0.55。具体计算方法如下：。具体计算方法如下：式中，式中，Cd为泄漏系数，多数情况下，取为泄漏系数，多数情况下，取Cd0.8；A为裂口面积（为裂口面积（m2）；）；P为两相混合物的压力（为两相混合物的压力（Pa）PC为临界压力（为临界压力（Pa）。）。两相流的平均密度：两相流的平均密度：式中，式中，两相流密度，两相流密度，kg/m3

29、气相密度，气相密度，kg/m3液相密度，液相密度，kg/m3质量分数的确定质量分数的确定式中，式中，FV为蒸发的液体占液体总量的比例；为蒸发的液体占液体总量的比例；Tc是对应于泄漏点压力是对应于泄漏点压力Pc的平衡温度（的平衡温度（K）；）；T是对应于泄漏点上流压力是对应于泄漏点上流压力P的平衡温度（的平衡温度（K）；）；CP是液体的定压比热是液体的定压比热J（kgK）Hv是液体的蒸发热（是液体的蒸发热（J/kg）。）。当当X1表明液体全部蒸发为气体，按气体泄漏公表明液体全部蒸发为气体，按气体泄漏公式计算，如果，按液体泄漏公式计算。式计算，如果，按液体泄漏公式计算。如果如果2LD12，先按前面

30、介绍的方法计算纯液，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：修正。两相流实际泄漏速率的计算公式为：Q两相流实际泄漏速率，两相流实际泄漏速率，（kgS）；）；QVL前式计算出的两相流泄漏速率前式计算出的两相流泄漏速率,（kg/S）。）。QL纯液体泄漏率，纯液体泄漏率，（kg/S）如果如果L/D2，一般认为泄漏为纯液体泄漏。，一般认为泄漏为纯液体泄漏。第第4 4节、节、海面上油的扩散迁移海面上油的扩散迁移 一、油的扩散一、油的扩散 二、扩散面积经验式二、扩散面积经验式 三、油膜三、油膜一、油

31、的扩散一、油的扩散海海洋洋中中石石油油扩扩散散过过程程一一般般可可分分为为两两种种类类型型：点源瞬时扩散点源瞬时扩散和和点源连续扩散点源连续扩散。点点源源瞬瞬时时扩扩散散是是指指一一次次将将油油品品投投放放海海上上而而引起的扩散现象。引起的扩散现象。点点源源连连续续扩扩散散是是指指象象船船舶舶触触礁礁，碰碰撞撞使使所所装装载载的的油油在在一一段段时时间间内内连连续续不不断断地地流流出出所所引引起起的的扩扩散散现现象象。这这两两类类扩扩散散现现象象具具有有不不同的特征。同的特征。二、扩散面积的经验公式二、扩散面积的经验公式Blokker公式公式：Dt3-D03=（24/）K*(dW-d0)（d0

32、/dW）Vot式中：式中：D0为为t=0时，油膜的直径时，油膜的直径(m);Dt为为t(分分)时刻油膜的直径时刻油膜的直径(m)；dW为海水的比重为海水的比重(一般取一般取1.025)；D0为油的比重为油的比重(一般取一般取0.9)；K为为Blokker常数常数(经验系数，如中东油取经验系数，如中东油取15000分分)；V0为排入海油总量为排入海油总量(m3)；t为时间为时间(分分)。三、油膜漂移速度和厚度的计算三、油膜漂移速度和厚度的计算油膜运动的影响因素：油膜运动的影响因素：洋流速率（洋流速率（u流流）、风速（）、风速（u风风）、油粘度等。）、油粘度等。油膜速度的计算：油膜速度的计算：dx

33、/dt=u流流+0.035u风风油膜厚度的计算：油膜厚度的计算：ht=(V0/)1/3（SW/3S0(W-0)KCt）2/3ht-油膜厚度油膜厚度(m)；W，0-分别为水，油密度；分别为水，油密度；V0-油体积油体积(cm3)；KC-常数；常数；t-扩散时间扩散时间(秒秒)。不同色泽油膜的厚度及油量不同色泽油膜的厚度及油量油膜色泽油膜色泽油膜厚度油膜厚度（m）油量油量加仓英里加仓英里2升公里升公里2刚可见刚可见0.0382544银色光彩银色光彩0.0765088出现亮带出现亮带0.152100176彩色亮带彩色亮带0.305200352彩色暗带彩色暗带1.0166661170彩色深暗带彩色深暗

34、带2.07213322340第5节：气体扩散基本方程天然气泄漏过程实际上是射流与膨胀过程天然气泄漏过程实际上是射流与膨胀过程的耦合过程。天然气泄漏时的射流过程实的耦合过程。天然气泄漏时的射流过程实质上是孔口喷出的天然气与周围空气进行质上是孔口喷出的天然气与周围空气进行动量、质量和热量的交换，通常在孔口形动量、质量和热量的交换，通常在孔口形成湍流自由射流，沿射流轴线整个射流的成湍流自由射流，沿射流轴线整个射流的动量保持不变。动量保持不变。1、气体扩散机理、气体扩散机理2、中等密度云扩散与重气扩散、中等密度云扩散与重气扩散F:浮力浮力G:重力重力中等密度云扩散：中等密度云扩散：扩散气体的密度与空气

35、相当时，大气湍扩散气体的密度与空气相当时，大气湍流扩散和风速等起支配作用。流扩散和风速等起支配作用。重气扩散：重气扩散：密度较空气重的气体，重气受重力的作用，一般是沿地面扩散密度较空气重的气体，重气受重力的作用，一般是沿地面扩散的，对人的影响更大；另一方面，常见的工业气体，很多密度的，对人的影响更大；另一方面，常见的工业气体，很多密度都大于空气，如液化石油气、氯气、二氧化硫、都大于空气，如液化石油气、氯气、二氧化硫、硫化氢硫化氢等。一等。一些液化气体虽然分子量不一定大于空气的表观分子量，由于泄些液化气体虽然分子量不一定大于空气的表观分子量，由于泄漏后一般温度较低，还可能夹带液滴，其表观密度仍大

36、于空气，漏后一般温度较低，还可能夹带液滴，其表观密度仍大于空气，有时称为稠密云团，也应该使用重气扩散模型。有时称为稠密云团，也应该使用重气扩散模型。重气扩散模型重气扩散模型重气扩散重气扩散平板模型平板模型盒子模型盒子模型中等密度云扩散中等密度云扩散中等密度云模型中等密度云模型高斯烟团模型高斯烟团模型高斯烟羽模型高斯烟羽模型（1）风向和风速）风向和风速风向决定了气体扩散的范围，风速对天然风向决定了气体扩散的范围，风速对天然气扩散的影响气扩散的影响较复杂。风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱及污染较复杂。风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱及污染物输送距离的远近。物输送距离的远近。（2）重力及

37、浮升力）重力及浮升力由于天然气的密度与周围密度不同，所受的重力与浮力不平由于天然气的密度与周围密度不同，所受的重力与浮力不平衡，使得整个射流和膨胀部分将上浮。衡，使得整个射流和膨胀部分将上浮。（3）泄漏源高度）泄漏源高度泄漏源高度增加泄漏源高度增加,泄漏物质扩散至地面的垂直距离增加泄漏物质扩散至地面的垂直距离增加,在在同等源强和气象条件下同等源强和气象条件下,地面同等距离的物质浓度会地面同等距离的物质浓度会降低。降低。3 3、气体扩散影响因素、气体扩散影响因素、气体扩散影响因素、气体扩散影响因素（4）地面情况）地面情况复杂的地形条件使泄漏物质的扩散更加困难。事复杂的地形条件使泄漏物质的扩散更加

38、困难。事故一旦发生故一旦发生,泄漏质就会长时间聚集泄漏质就会长时间聚集,增加危险增加危险与危害性。高大建筑物的存在与危害性。高大建筑物的存在,使泄漏物质的扩使泄漏物质的扩散流场发生变化。散流场发生变化。（5）大气稳定度）大气稳定度是指在竖直方向上大气稳定的程度，即大气是是指在竖直方向上大气稳定的程度，即大气是否易于发生对流。稳定大气不利于气体的扩散，否易于发生对流。稳定大气不利于气体的扩散，其气体扩散范围较小，浓度较高，同样条件下其气体扩散范围较小，浓度较高，同样条件下气体的停留时间较长。不稳定大气有利于气体气体的停留时间较长。不稳定大气有利于气体的扩散，其气体扩散范围较大，浓度较低，停的扩散

39、，其气体扩散范围较大，浓度较低，停留时间较短。留时间较短。时间项时间项扩散项扩散项对流项对流项源项源项4、扩散基本方程、扩散基本方程扩散项：扩散项：表示有害物质的扩散表示有害物质的扩散对流项：对流项：表示有害物质随风的迁移表示有害物质随风的迁移源项：源项：表示有害物质的衰减表示有害物质的衰减.第第6节节：中等密度云扩散：中等密度云扩散1扩散控制方程的简化模型扩散控制方程的简化模型1.有风时瞬时泄漏气体扩散方程有风时瞬时泄漏气体扩散方程在大气场中，只考虑在大气场中，只考虑x方向上的风速，风向与方向上的风速，风向与x轴一致，即轴一致，即，同时忽略地面吸收造成的有害物质的衰减，即，同时忽略地面吸收造

40、成的有害物质的衰减，即k0，则得，则得到有风时瞬时泄漏气体扩散方程。到有风时瞬时泄漏气体扩散方程。2.无风时瞬时泄漏气体扩散方程无风时瞬时泄漏气体扩散方程无风时，则得到无风条件下的瞬时泄漏扩无风时，则得到无风条件下的瞬时泄漏扩散模型：散模型：3.有风条件下连续扩散简化方程有风条件下连续扩散简化方程对于有风条件下连续扩散的情况，认为稳态时某位对于有风条件下连续扩散的情况，认为稳态时某位置的浓度不随时间变化，即置的浓度不随时间变化，即，同时，在风向上的湍流扩散可以忽略，即，同时，在风向上的湍流扩散可以忽略，即，则扩散方程为：，则扩散方程为：4.无风条件下连续扩散简化方程二、无边界点源扩散的求解不考

41、虑地面等对扩散的影响，可以认为扩散在三维无限空间进行，没有边界限制1.无风条件瞬时点源扩散模型求解无风条件瞬时点源扩散模型求解先考虑先考虑x方向的一维扩散方向的一维扩散初始条件：初始条件：t0时时，x0处处，边界条件：边界条件：无风条件下的瞬时点源扩散模型为：无风条件下的瞬时点源扩散模型为：最大最大解方程可得泄漏的解方程可得泄漏的单单位源位源强强在任意在任意时时刻在一刻在一维维空空间间的的浓浓度分度分布，布，分别求出分别求出x,y,z三个方向上单位源泄漏的浓度分布，取其积，三个方向上单位源泄漏的浓度分布，取其积，得到无风条件下瞬时泄漏在三维空间的任意时刻的浓度分得到无风条件下瞬时泄漏在三维空间

42、的任意时刻的浓度分布：布：令令，称，称为为x,y,z方向上的方向上的扩扩散系数散系数在有风条件下，气团中心按风速运动，做简在有风条件下，气团中心按风速运动，做简单的坐标变换得到浓度分布方程：单的坐标变换得到浓度分布方程：瞬时扩散表明，泄漏气体为随时间膨胀的气团，瞬时扩散表明，泄漏气体为随时间膨胀的气团，随着气团体积的增大，浓度逐渐降低。在有风的条件下，随着气团体积的增大，浓度逐渐降低。在有风的条件下，气团随风运动。气团随风运动。2.有风条件：有风条件：3.连续点源扩散：连续点源扩散：在有风条件下连续点源扩散的浓度分布为：在有风条件下连续点源扩散的浓度分布为：令：令：则上式变为：则上式变为：三、

43、有界点源扩散三、有界点源扩散前述方程均没有考虑地面的影响，即认为扩散空前述方程均没有考虑地面的影响，即认为扩散空间是无界的。实际扩散需考虑地面的影响，一般间是无界的。实际扩散需考虑地面的影响，一般把地面作为镜子一样可以完全反射有害物质。有把地面作为镜子一样可以完全反射有害物质。有害物质的实际浓度由真实源计算的浓度和由与真害物质的实际浓度由真实源计算的浓度和由与真实源对称的虚源计算的浓度之和。如果泄漏口上实源对称的虚源计算的浓度之和。如果泄漏口上空存在逆温层，还要考虑逆温层的影响。空存在逆温层，还要考虑逆温层的影响。高斯模型即为考虑了地面反射作用的扩散计算模高斯模型即为考虑了地面反射作用的扩散计

44、算模型型，根据瞬时扩散和连续扩散，可以分别用高斯，根据瞬时扩散和连续扩散，可以分别用高斯烟团模型和高斯烟羽模型来计算。烟团模型和高斯烟羽模型来计算。连续泄漏在下风向形成一条烟羽，随着距离连续泄漏在下风向形成一条烟羽，随着距离泄漏口的距离的增加，泄漏物质浓度下降，泄漏口的距离的增加，泄漏物质浓度下降，在任意点处，泄漏物质浓度正比于源强，在任意点处，泄漏物质浓度正比于源强，但不随时间变化。但不随时间变化。实实源源虚虚源源1.高斯烟羽模型高斯烟羽模型高斯模型烟羽适用于计算浓度分布呈高斯分布的中等密高斯模型烟羽适用于计算浓度分布呈高斯分布的中等密度气羽状气团中任意一点的浓度。烟羽模型的浓度分布算度气羽

45、状气团中任意一点的浓度。烟羽模型的浓度分布算式为，式为，式中式中,C C 为扩散质的浓度为扩散质的浓度；Q Q 为源的泄放速率为源的泄放速率,m,m3 3/s s；H H 为有效源高为有效源高,m,m；x x、y y、z z 是该点坐标是该点坐标,m,m；分别是横风向和竖直方向的扩散系数分别是横风向和竖直方向的扩散系数只有风速小于只有风速小于1m/s时，风向上的湍流扩散才能忽略，所以，时，风向上的湍流扩散才能忽略，所以，高斯模型不适用于风速高于高斯模型不适用于风速高于1m/s的情况。低风速扩散时应的情况。低风速扩散时应修正高斯模型或采用其他模型。修正高斯模型或采用其他模型。可以计算如下典型状态

46、下的扩散状况：可以计算如下典型状态下的扩散状况：1.距地面高度为距地面高度为H的连续点源扩散时地面浓度（的连续点源扩散时地面浓度（Z0）2、距地面高度为、距地面高度为H的连续点源扩散时地面的连续点源扩散时地面X轴向浓度轴向浓度（y=0,z=0）3、地面上连续点源扩散浓度（即、地面上连续点源扩散浓度（即H0时）时）4、地面连续点源、地面连续点源X轴线的浓度（即轴线的浓度（即y=0,z=0,H=0）2.高斯烟团模型高斯烟团模型烟羽模型只适用于连续源或泄放时间大于烟羽模型只适用于连续源或泄放时间大于或等于扩散时间的扩散或等于扩散时间的扩散,如果要研究瞬时泄如果要研究瞬时泄放放(泄放时间小于扩散时间泄

47、放时间小于扩散时间)，如容器突然，如容器突然爆炸导致其内部介质瞬时泄放出来的情况爆炸导致其内部介质瞬时泄放出来的情况,就应用烟团模型。就应用烟团模型。式中，式中，C泄露物质的浓度；泄露物质的浓度；t是泄露发生时间，是泄露发生时间，s；分别为这三个方向上的扩散系数；分别为这三个方向上的扩散系数；X,Y,Z某点的坐标。某点的坐标。Q是源的泄放速度，是源的泄放速度，m3/s；U是平均风速，是平均风速，m/s；H是泄源的有效高度，是泄源的有效高度，m；无风时烟团模型：无风时烟团模型：式中，式中，C泄露物质的浓度；泄露物质的浓度；t是泄露发生时间，是泄露发生时间，s；分别为这三个方向上的扩散系数；分别为

48、这三个方向上的扩散系数；X,Y,Z某点的坐标。某点的坐标。Q是源的泄放速度，是源的泄放速度，m3/s；U是平均风速，是平均风速，m/s；H是泄源的有效高度，是泄源的有效高度，m；有风时烟团模型：有风时烟团模型：有风时地面点源扩散烟团模型有风时地面点源扩散烟团模型对于地面点源，对于地面点源，H0，无风时地面点源扩散烟团模型：无风时地面点源扩散烟团模型：对地面点源，对地面点源，H=0,则：则：四、扩散系数的确定中x，y，z与地面的有效粗糙度有关。地面有效粗糙度长度如下表所示。地面有效粗糙度长度表地面地面类类型型 Z Z0 0/m/m地面地面类类型型 Z Z0 0/m/m草原、平坦开草原、平坦开阔阔

49、地地 0.10.1农农作物地区作物地区 0.10.30.10.3村落、分散的村落、分散的树树林林 0.310.31分散的高矮建筑物（城市）分散的高矮建筑物（城市）1414密集的高矮建筑物（大城市）密集的高矮建筑物（大城市）4 4有效粗糙度有效粗糙度Z Z0 00.1m0.1m地区的地区的扩扩散参数按下表散参数按下表选选取取大气大气稳稳定度定度y y/m/mz z/m/mA AB BC CD DE EF F0.22x(1+0.0001x)0.22x(1+0.0001x)-1/2-1/20.16x(1+0.0001x)0.16x(1+0.0001x)-1/2-1/20.11x(1+0.0001x)

50、0.11x(1+0.0001x)-1/2-1/20.08x(1+0.0001x)0.08x(1+0.0001x)-1/2-1/20.06x(1+0.0001x)0.06x(1+0.0001x)-1/2-1/20.04x(1+0.0001x)0.04x(1+0.0001x)-1/2-1/20.20 x0.20 x0.12x0.12x0.08x(1+0.0002x)0.08x(1+0.0002x)-1/2-1/20.06x(1+0.0015x)0.06x(1+0.0015x)-1/2-1/20.03x(1+0.0003x)0.03x(1+0.0003x)-1/2-1/20.016x(1+0.000