间隙泄漏量的分析计算
气体泄漏及扩散计算
学号： 07412225 常州大学 毕业设计（论文） （2011届） 题目重气泄漏扩散模拟及应急救援 学生薛云龙 学院环境与安全工程学院专业班级安全072班 校内指导教师王新颖专业技术职务讲师 校外指导老师专业技术职务 二○一一年六月
重气泄漏扩散模拟及应急救援 摘要：重气泄漏扩散事故是经常发生且危害较大的一种事故形式，由于重气的密度大于空气，因此重气往往沿地面扩散，泄放物质进入人体将引起中毒事故，若泄放物质被点燃或引爆将引起大规模的燃烧爆炸事故。虽然人们对重气泄漏扩散所造成的危害十分重视，但由于缺乏足够有效的数据来提供人们作风险评估及预防改善措施，因此采用数学模型进行模拟是必要的。应在生产过程中，加强管理，强化生产者的安全生产教育。分析了泄漏扩散事故的七大影响因素，提取并建立了泄漏事故模式，并对各种事故模式的泄漏机理和发生条件进行了研究分析。通过试验研究得出在实际环境中大气主导风的风速，泄漏方向对气体扩散浓度分布有重大的影响，泄漏气体在下风向扩散的最快。静风时，随着时间的增加，空间各点的浓度有升高的趋势；在稳定风流中，空间各点的浓度随时间的变化不明显，可以认为是稳态的。泄漏的气体在下风向扩散的最快，在现场一旦发生天燃气泄漏，应综合考虑泄漏源的方向和该点当时的风向，风速等因素，及时准确预测泄漏气体可能扩散到危险区域，做好应对措施。 关键词：相似理论；泄漏模型；泄漏扩散模式；示踪法；重气；应急救援；
Heavy gas leak dispersion modeling and emergency rescue Abstract ： As it is well-known, many industrial and domestic gases are toxic and flammable are stored in highly-pressurized vessels at liquefied state with ambient temperature. If there is by chance a sudden release, it often forms heavy-than-air vapour. The accident release and dispersion of toxic and flammable heavy gas can present a serious ris k to the public’s safety and to the environment. Disease may be caused when the flammable heavy gases are lit. Although great attention has been paid to the hazard of heavy gas dispersion, effective data of filed experiments are still insufficient to make risk assessment and precaution. Through the statistical analysis, draw a conclusion that chemical system in production, transportation and storage process, should first consideration and control of hazardous chemicals, and summarizes the characteristics of the leak diffusion process performance. Subjective factors, equipment inherent defect caused by leakage on China's chemical system is the main reason of the accident. In the process of production, should be strengthen management, strengthen the education of production safety producer. Analysis of the seven factors affecting diffusion of leakage accident, to extract and established the patterns of the leakage accident, and various and leakage accident modes mechanism and the conditions were studied and analyzed. Through the experimental study on practical environment atmosphere that dominated the wind, the wind of gas leakage direction spread concentration distribution, has enormous influence on the spread of gas leakage next wind fastest. Static, as time flies, the space increased concentration of the each point of the trend. In the stable romantic, space the concentration of each point does not change significantly over time, can be considered a steady. Leak gas diffusion next wind fastest, on the site once produce natural gas leak, should be taken into account in the direction and point source leaking the wind direction, wind speed at factors such as timely and accurate prediction leakage, gas may be spread to dangerous area, completes the countermeasures. Key words：Theory of similarity; Leakage model；Leakage diffusion mode；Trace method； heavy gas；Emergency rescue
天然气泄露及其扩散分析
天然气泄漏及其扩散分析 摘要：随着天然气管道工业的发展，天然气管网的不断建设，天然气已经成为人民日常生活中不可或缺的组成部分。但由于管道系统连接件之间密封不严，腐蚀穿孔、人为管理不善等因素，会引起天然气泄漏。天然气泄露后扩散到大气中，将会对人类健康和生态环境造成严重的影响，若与空气混合形成可燃预混气体，遇点火源可能引起火灾或者爆炸，严重威胁人民生命财产安全[1]。 关键词：天然气泄露扩散爆炸 1.国内外研究现状 我国学者对于天然气管道泄漏扩散的研究始于20世纪90年代。田贯三[2]研究管道孔口或裂缝的泄漏问题，将燃气管道的泄漏过程视为可压缩气体孔口出流过程，推导出孔口条件下天然气泄漏量和泄漏速度的计算公式，并讨论和模拟分析了泄漏过程的衰减规律及浓度场变化。张启平[3]在考虑气团的初始密度、泄露模式、风速、大气稳定度、温度等因素影响下运用重气模型分析了重气团重气效应的行为过程。在考虑粘性力影响的情况下，袁秀玲等[4]提出一种气体通过小缝泄漏过程的数值计算模型，计算结果的准确度远比采用喷管流动模型和粘性流动模型时高。段卓平等[5]采用数值模拟的方法研究易燃易爆危险物在大气中的扩散过程，给出危险源周围任一点处危险物的浓度变化规律以及任一时刻空间危险物浓度分布。 进入21世纪，我国在天然气管道泄漏扩散方面的研究已逐步增多。丁信伟等[6]运用气体动力学对气体微元进行质量平衡、动量平衡和能量平衡分析，提出了一种新的扩散模型，并通过设计简易风洞，验证该模型的合理性。何利民等[7]采用Flunt中无化学反应的燃烧模型对天然气管道泄漏扩散进行模拟，重点分析天然气管道泄漏时甲烷扩散的危险区域划分，以及风对泄漏扩散的影响。李又绿等[8]结合天然气管道泄漏扩散过程的特殊性，在综合考虑输气管道孔口泄漏过程的射流作用和膨胀效应，以及重力作用和水平风速对天然气扩散的影响效果之后，建立了适合天然气管道泄漏特点的扩散模型。侯庆民[9]采用Flunt模拟气体泄漏扩散，得到的天然气扩散与风速、泄漏孔径、压力以及障碍物之间的关系与用正态分布假设下的统计规律一致。蔺跃武[10]将泄漏过程中管道内的流动视为理想气体的绝热流动、泄露过程视为理想气体的等熵流动，建立了天然气输气管道破裂泄漏量计算的普遍化模型，指出该模型可以对不同泄露孔径的泄漏量进行分析和计算。潘旭海等[11]分析了描述易燃易爆及有毒有害气体泄漏扩散过程的数学模型，针对事故泄漏扩散过程的复杂性，讨论气
泄漏量计算
泄漏量计算 1)汽油泄漏量计算 3一个2000m柴油罐底部DN200进油管管道破裂出现长 10×1cm的泄漏口，发生小规模泄漏。泄漏后10分钟切断泄漏源(假定泄漏发生后10分钟切断泄漏源)，泄漏的液体在防火堤内形成液池，泄漏时工况设定情况见表9-9。表9-9 汽油连续泄漏工况 0介质温度( 介质压力(M介质密度(k泄口面积泄漏时间泄漏源备注 32C) pa) g/m) (m) (min) 按10分钟后切断柴油罐常温常压 730 0.001 10 泄漏源计 汽油泄漏量计算公式同柴油泄漏量计算公式: 1/2Q = CdAρ [2(P-P0)/ ρ+2gh] W = Q.t 经计算:Q = 6.31kg/s W =3785kg 2)液池蒸发速率及形成易燃易爆气体所需时间 汽油泄漏后聚集在防火堤内形成液池，液体由于表面风的对流而蒸发，汽油为常温常压储存，泄漏后液池表面主要是质量蒸发，在液池表面形成蒸气并向大气扩散。 汽油全部蒸发所需时间按下式计算: t= W/ m S vv m = kPsM/RTa v2 式中:m,汽油蒸发速率kg/m.s; v W,汽油泄漏量kg;W = 3785kg 2S—液池面积，按油膜厚计算S=1037m; 3ρ—汽油密度，730kg/ m; k,传质系数m/s;
u,平均风速，静风条件，取风速?0.5 m/s; Ps,饱和蒸气压Pa; M,汽油分子平均质量g/ mol; R,气体常数; Ta,环境温度k。取25? 汽油蒸发速率和全部蒸发所需时间计算结果见表9-10。 表9-10 蒸发速率和蒸发量计算结果 2泄漏物蒸发速率(g/m.s) 蒸发量(kg/s) 全部蒸发所需时间(min) 汽油 3.40 3.526 18 3)形成爆炸的危险区域 油品蒸气挥发扩散爆炸危险区域是指区域内油气浓度达到爆炸极限，遇点火源 能发生气体爆炸的区域。 蒸发的油气聚积在液池上方3m高的园柱形空间范围内，与空气形成爆炸性气 体混合物，在静风及大气稳定的不利气象条件下，蒸发的气体完全笼罩在液池上方周围不易扩散。用相应的爆炸极限值预测可能造成气体爆炸的危害范围。预测结果见表9-11。 表9-11 爆炸危险区域范围计算结果 爆炸性混合气体气象条件爆炸性混合气体扩散范围积 扩散半径(m) 36~78 744 m3 静风、大气稳定度为稳定。 2扩散面积(m) 19068
SLAB用户手册模拟重气体泄漏的空气扩散模型中文简要
SLAB 用户手册:模拟重气体泄漏的空气扩散模型 中文简要用户使用手册 环境保护部环境工程评估中心 国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室
手册说明 本用户手册基于《USER’S MANUAL FOR SLAB: AN ATMOSPHERIC DISPERSION MODEL FOR DENSER-THAN-AIR RELEASES》(1990.06)编写，仅对美国EPA网站所提供的模拟重气体泄漏的空气扩散模型SLAB的使用方法提供中文版简要说明，更详细的程序使用说明请查阅相关的软件手册及文档，或采用带图形界面版的商业软件。 本手册由环境保护部环境工程评估中心国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室负责编写，参与人员包括：易爱华、陈陆霞、胡翠娟、梁昊、杨晔、丁峰等。 本手册版权所有，转载及印刷请与环境保护部环境工程评估中心联系。 本手册所涉及的模型系统及本手册电子版本下载地址：
一、SLAB简介 SLAB是用于模拟重气体泄漏的空气扩散模型。该模型最初基于Zeman于1982年提出的关于重气体云的空气卷吸和重力扩散的理念而开发。SLAB早期相关工作由美国能源署支持。SLAB的进一步开发由USAF工程和服务中心（1986年开始）和美国石油学会（1987开始）共同提供支持。 现行的SLAB版本可以模拟连续的、限时的和瞬时的物质泄漏，泄漏源包括以下4种：地面液池蒸发、高于地面的水平射流、烟囱或高于地面的垂直射流，以及瞬时释放。 SLAB除可以用于模拟重气体的扩散，还可以模拟中性浮力气体的烟云扩散，以及烟云轻于空气时的上升过程。 泄漏时的空气扩散过程可以通过求解质量、动量、能力和物质的守恒方程来计算，如图1所示。为了简化守恒方程的求解过程，方程可以通过将烟云作为稳态烟羽或瞬时烟团在空间上进行平均。连续排放（持续时间非常长的排放源）可以作为稳态烟羽。有限时间的排放采用稳态烟羽模式描述最初烟云的扩散，而且在该排放源持续泄漏的时间段内，可以一直使用稳态烟羽模式。释放一旦终止，烟团被视为瞬时烟团，之后的扩散采用瞬时烟团模式来计算。对于瞬时泄漏的排放源，整个过程都均使用瞬时烟团扩散模式。 二、理论介绍 2.1重气体扩散模型简介 重气体泄漏的空气扩散模型受到多种物理现象的影响，这些物理现象在中性或浮力气体泄漏中可能不会发生或者即便发生也不是很重要。这些物理现象包括：重气体烟云的稳定密度分层导致的湍流衰减；由于重力流和初始排放源动量导致的环境速率场的改变；由于液滴形成和挥发以及在过热或低温液体排放情况下的地面加热对烟云温度、浮力和湍流的热力学效应；此外，我们所关注的某种特定的重气体的浓度可能和典型大气污染物关注的累积浓度差别很大。例入，对于易燃气体，关注的是瞬间浓度；而对于有毒气体，关注的则是几分钟到几小时的浓度，以及累积浓度。因此，为了能够更好的预测出重气体泄漏时有毒浓度区的大小和持续时间，所有重要的物力现象都需要进行考虑，而且预测过程中要使用最合理的浓度平均时间。 为了满足重气体泄漏情形的要求，SLAB模型以质量、动量、能量和物质守恒方程的平均形式为起点，在该理论框架的基础上进行开发（如图1所示）。这些方程用于计算扩散烟团的空间平均性质，并且以两种方式来代表两种不同的扩散模式：稳态烟羽扩散模式和瞬时烟团扩散模式。
泄漏量算法
情况1：泄漏点有仪表安装（压力表，温度表） 气体从裂口泄漏的速度与其流动状态有关。因此，计算泄漏量时首先要判断泄漏时气体流动属于音速还是亚音速流动，前者称为临界流，后者称为次临界流。 ? 当下式成立时，气体流动属音速流动： 1012-??? ? ??+≤k k k P P ? 当下式成立时，气体流动属亚音速流动： 1012-??? ??+>k k k P P ? 气体呈音速流动时，其泄漏量为： 1112-+??? ??+=k k g k RT Mk AP C Q ? 气体呈亚音速流动时，其泄漏量为： 1112-+??? ??+=k k g k RT Mk AP YC Q P ——容器内介质压力，Pa ； P0——环境压力，Pa k ——气体的绝热指数 C g ——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： ]1[2111102011k k k k k P P P P k k Y --+???? ??-???? ?????? ??+???? ??-= A ——裂口面积，m2； M ——分子量； R ——普适气体常数，J/mol ·K ，通常取R ＝8.31436；； T ——气体温度，K 。 常用气体的绝热指数
情况2：泄漏点没有仪表安装（两个端点要有压力表和流量表） 单位时间t，3为泄漏点，1和2为两个端点，由1流向2，经过3. 端点1：压强p1，流速v1，截面积s1，高度h1 端点2：压强p2，流速v2，截面积s2，高度h2 端点3：压强p3，流速v3，截面积s3，高度h3 r为气体密度，其中p3为所求量。 下面给出计算的推导过程： (1)机械能变化=外界做功 (2动能+2势能)+( 3动能+3势能)-(1动能+1势能)=1正功+2负功+3负功 1/2m2v22+m2gh2+1/2m3v32+m3gh3-(1/2m1v12+m1gh1)=p1s1v1t-p2s2v2t-p3s3v3t 1/2rs2v2tv22+rs2v2tgh2+1/2rs3v3tv32+rs3v3tgh3-(1/2rs1v1tv12+rs1v1tgh1)=p1s1v1t-p2s2v2t-p3s3v3t 1/2rs2v23+rs2v2gh2+1/2rs3v33+rs3v3gh3-(1/2rs1v13+rs1v1gh1)=p1s1v1-p2s2v2-p3s3v3---（1）(2)质量守恒 s1v1=s2v2+s3v3----(2) 由公式（1）（2）联立，可求得p3，带入情况1，求得最终泄漏量。
气体管道泄漏模型的研究进展
编号：AQ-JS-09597 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 气体管道泄漏模型的研究进展 Research progress of gas pipeline leakage model
气体管道泄漏模型的研究进展 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科 学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 多年来，国内外许多专家和学者在管道输送安全性方面做了大量的研究工作，从管道的安全设计、管道的材质分析到管道泄漏检测技术等多方面进行了大量的研究[1-8] 。实际上，由于各种自然或人为的不可预料的因素，管道运输泄漏事故时有发生。因此，对管道气体的意外泄漏进行泄漏影响区域分析及其扩散影响范围的确定，从而采取适当的措施，组织救援，对事故处理以及减少事故损失均具有举足轻重的作用。管道泄漏速率的确定是分析泄漏扩散以及预测评价事故后果的基础和依据。近年来，国内外相关专家和学者对于气体运输管道泄漏模型进行了一些研究[9-11] 。 1泄漏模型 1．1一般泄漏速率模型
现行较普遍的气体泄漏速率的计算，是利用气体泄漏速率与其流动状态有关的特性，通过判断泄漏时气体流动属于声速(临界流)还是亚声速流动(次临界流)来确定其泄漏速率模型[9] 。 气体流动属于声速流动，有： 时，气体流动属于亚声速流动，有： 式中pa——环境压力，Pa p——管道内气体的压力，Pa K——气体的等熵指数 qm——气体泄漏速率，kg/s Gd——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[9] Aor——泄漏孔的面积，m2 M——气体摩尔质量，kg／ktool R——摩尔气体常数，取8．314J／(mol·K) T——气体温度，K
泄漏和扩散模拟
泄漏和扩散模拟 一、训练目的 1.通过训练，了解PHAST软件的基本功能，学会使用PHAST软件解决石油化工装置泄漏、扩散等问题，掌握使用PHAST软件建立相关模型，模拟分析气体获液体泄漏扩散后浓度的变化。 2.掌握气体扩散的模拟分析方法。 二、训练内容要求 气体或液体泄漏扩散过程模拟 三、训练仪器 本训练所用软件为PHAST6.7 四、训练方法和步骤： 1 学习使用软件，了解软件的界面及输入和输出数据 2 选择Vessel/pipe source 模型 3 输入相关参数（甲烷储罐数据） 4 对结果进行分析 五、气体泄漏扩散浓度的计算 1.泄漏量的计算 气体从容器的裂缝或者小孔泄漏时，其泄漏速度与空气的流动速度有关。因此，首先要判断泄漏时气体流动属于亚音速还是音速流动，前者称为次临界流，后者称为临界流。 满足下列条件时，气体流动属于亚音速流动： 而当满足下列条件时，气体流动属于音速流动： 上面两式中，P 0---环境压力，P a P---管道内介质压力，P a
γ---比热比，γ=C P /C V ,定压比热与定容比热之比 （1）气体呈亚音速流动时，泄露速率Q (2)气体呈音速流动时，泄露速率Q 上面两式中 C d -气体泄露速率，泄露裂口为圆形时取1.00 Y-气体膨胀因子，对音速流动，Y=1 -气体密度，kg/m3 R-气体常数，R=8.314472J/(K*mol) T-气体温度，K 2.射流扩散及气团扩散模型 气体泄露时从裂口射出形成气体射流，一般情况下，泄露气体的压力将高于周围环境的大气压力，温度低于环境温度，在进行射流计算式，应该以等价射流孔径来计算，等价射流的孔径按下式计算： 其中，—裂口直径，m —泄露气体的密度，kg/m3 —周围环境条件下气体密度，kg/m3 射流气体泄露出来之后，在大气环境和地形地貌的影响下，在泄露上方
氯气泄漏扩散计算模拟
氯气泄漏扩散计算模拟 （1）氯气泄漏扩散过程 氯气管道、阀门、压力表或液氯钢瓶的材质、焊缝以及腐蚀造成的强度下降等设备缺陷原因都可能引起容器破裂从而引发氯气泄漏，使氯气迅速扩展。 氯气属于重气，它泄漏时的扩散机理与一般烟囱热污染性烟羽的扩散完全不同，它在地表的释放可分为三个过程。 初始阶段：气云刚形成的阶段，主导其运动的作用力为释放的惯性及外界的平均风速。 重力扩展阶段：初始的动量消失后，主导作用为重力及外界的湍流扰动，由于重力使气团下降到地表拓展范围，而且稀释作用主要靠大气湍流以及气云下降引起的湍流卷增作用引入外界空气。 被动扩散阶段：当气云经一段时间混合稀释后，其密度和温度或浓度逐渐接近外界空气，主要靠大气的湍流。 （2）氯气危害浓度 根据有关资料，氯气的半数致死浓度，即引起实验染毒动物半数死亡的毒物浓度为850mg/m3。氯的最高允许浓度为1mg/m3，即在一个工作日内任何时间都不应超过的浓度。选取浓度850mg/m3（283ppm）、300mg/m3（100ppm）、90mg/m3（30ppm）、30－90mg/m3（10－30ppm）、15mg/m3（5ppm）、5mg/m3（1.7ppm）和1mg/m3（0.3ppm）7种浓度分别计算氯气泄漏的影响范围。 本模拟分析的计算依据如下：
（3）液氯泄漏量计算 流体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算。其泄漏速度为： () gh p p A Cd Q 220+-??=ρ ρ （7-1） 式中Q 0——液体泄漏速度，kg/s ； Cd ——液体泄漏系数； A ——裂口面积，m 2; ρ——泄漏液体密度，kg/m 3; P ——容器内介质压力，Pa ； P 0——环境压力，Pa; g ——重力加速度，9.8m/s 2; h ——裂口之上液位高度，m 。 对于非常压下的液体泄漏速度，主要取决于内介质压力与环境压力之差和液位高低。 （4）液氯容器破裂形成毒害区半径估算 液化介质液氯在容器破裂时会发生蒸气扩散，从而造成大面积的毒害区域，其毒害区按如下方法估算。 设液氯质量为W （单位：kg ）,容器破裂前器内温度为t （单位：℃），液体介质比热为C[单位：KJ/（kg ?℃）]当容器破裂时，器内压力降至大气压，处于过热状态的液化气温度迅速降至标准沸点t 0（单位：℃），此时全部液体所吸收的热量为： ()0t t C W Q -??= （7-2）
泄漏液体蒸发量计算
关于环境风险评估中泄漏液体蒸发量的计算 建设项目环境风险评估导则中关于泄漏液体蒸发量的计算有计算说明，但不是很详细。笔者在这里分享一下关于泄漏液体的蒸发量计算的心得，希望与各位共同探讨、分享。 1.泄漏设备分析 不论建设期，还是施工期，由于设备损坏或操作失误引起有毒有害、易燃易爆物质泄漏，将会导致火灾、爆炸、中毒，继而污染环境，伤害厂外区域人群和生态。因此泄漏分析是源项分析的主要对象。泄漏必然涉及设备，在建设项目环境风险评价中只有少数几种类型生产设备是泄漏的重要源。可概括为以下10种设备类型： (1)管道。包括管道、法兰、接头、弯管，典型泄漏事故为法兰泄漏、管道泄漏、接头损坏。 (2)挠性连接器。包括软管、波纹管、铰接臂，典型泄漏事故为破裂泄漏、接头泄漏、连接机构损坏。 (3)过滤器。包括滤器、滤网，典型事故为滤体泄漏和管道泄漏。 (4)阀。包括球阀、栓、阻气门、保险、蝶型阀，典型事故为壳泄漏、盖孔泄漏，杆损坏泄漏。 (5)压力容器、反应槽。包括分离器、气体洗涤器、反应器、热交换器、火焰加热器、接受器、再沸器，典型事故为容器破裂泄漏、进入孔盖泄漏、喷嘴断裂、仪表管路破裂、内部爆炸。 (6)泵。包括离心泵、往复泵，典型事故为机壳损坏、密封压盖泄漏。 (7)压缩机。包括离心式压缩机、轴流式压缩机、往复式/活塞式压缩机，典型事故为机壳损坏、密封套泄漏。 (8)贮罐。包括贮罐连接管部分和周围的设施，典型事故为容器损坏，接头 泄漏。 (9)贮存器。包括压力容器、运输容器、冷冻运输容器、埋设的或露天贮存器，典型事故为气爆、破裂、焊接点断裂。 (10)放空燃烧装置/放空管。包括多岐接头、气体洗涤器、分离罐，典型事故为多岐接头泄漏，或超标排气。 2.泄漏物质性质分析 对于环境风险分析，应确定每种泄漏事故中泄漏的物质性质，与环境污染有关的性质有相(液体、气体或两相)、压力、温度、易燃性、毒性。由上述性质结合的几种泄漏物在环境风险评价中特别重要，即：在常压下的液体、受压下的液化气 式中: Q L ——液体泄漏速度，kg/s； C d ——液体泄漏系数，此值常用0.6-0.64； A——裂口面积，取与储罐相连管道截面积； P——容器内介质压力，Pa； P 0——环境压力，Pa； L d Q C A =
氨气泄漏事故模拟计算
氨气泄漏事故模拟计算 氨气气体从管道裂口泄漏的速度与其流动的状态有关。当下式(1)成立时，气体流动属音速流动；当下式(2)成立时，气体流动属亚音速流动。 当下式成立时，气体流动属音速流动： 1120-??? ??+≤k k k p p (1) 当下式成立时，气体流动属亚音速流动： 1012-??? ??+>k k k p p (2) 式中：P ——容器内介质压力，Pa; P 0——环境压力，Pa; k ——气体的绝热指数，既定压比热容Cp 与定容比热容Cv 之比。 气体呈音速流动，其泄漏量为： 11012-+??? ??+?=k k d k RT Mk A C Q ρ (3) 气体呈亚音速流动，其泄漏量为： 11012-+??? ??+?=k k d k RT Mk A YC Q ρ (4) 式中： Q —气体泄漏速率，kg/s ； C d —气体泄漏系数，裂口形状为圆形取1.00，三角形取0.95，长方形取 0.90； A —裂口面积，m 2； M —气体相对分子量； T —气体的存储温度，K ；
R —气体常数(8.314 J/mol ·K)； ρ—气体密度，kg/m 3； Y —气体膨胀因子，可按下式(5)计算。 Y=???????????????????????? ????+??????+k 1-k o k 2o 1-k 1k p p -1p p 21k 1-k 1 (5) 1、判断气体的流动状态 查得，氨气的绝热指数k=1.32，P 0=101kPa=101000Pa ，P=2.2MPa=2200000Pa ， 根据(1)、(2)式判别，经计算： P 0/p=101000/2200000=0.045 [2/(k/+1)]k(k-1)=[2/(1.32+1)]1.32(1.32-1)=0.542 符合P 0/p ≤[2/(k/+1)]k(k-1)，即气体泄漏呈音速流动。 2、计算泄漏量 气体呈现音速流动，按(3)式计算泄漏量。各数据取值 C d =1.00，A=1.5×10-5m 2，P=2200000 Pa ，M=17.03，k=1.32，T=290.1 K ， R=8.314 J/mol ·K 。将上述数据代入(3)式： Q=C d AP =1.09(kg/s) 常温常压下，氨气的密度ρ=0.7714 kg/m 3，于是Q =1.09/0.7714=1.41 m 3/s ，连续泄漏量可按：Vg=Qt=1.41t(m 3)进行计算。 3、 伤害范围的计算 假设氨气以半球形向地面扩散，气体泄漏扩散半径为： 11 )12(k -++k k k RT M 31g /t 41.10944.23 431）（C C V C V R g ==?=π
LNG泄漏气体浓度和温度扩散过程计算
LNG泄漏气体浓度和温度扩散过程计算 摘要：随着液化天然气在国际贸易中优势逐渐凸显，使用日益广泛，我国进口LNG的数量逐年增加，LNG接收站也随之增多。LNG储罐作为接收站内重要的储 存设备，同时也是重大危险源，安全问题不容小觑。泄漏作为LNG储存过程中主 要事故类型，须更加重视。LNG储罐万一发生泄漏将对设备、作业人员甚至环境 均造成严重后果，因此对LNG储罐泄漏扩散后果的研究至关重要。 关键词：液化天然气；泄漏；扩散；数值模拟 1、引言 利用高斯烟羽模型进行LNG泄漏过程模拟，得到LNG泄漏后扩散浓度场和温 度场分布。参考天然气燃烧下限0．0358kg/m3与低温温度规定291K确定了气体 浓度场和温度场的危险区域范围，分析了环境风速和大气稳定度参数与泄漏扩散 的关系，得出环境参数对浓度场、温度场及危险区域的影响规律：设置参数为泄 漏量5kg/s，泄漏源高度20m，泄漏孔径50mm，大气稳定度C级，环境风速2、3、4、5m/s。本文采用高斯模型模拟LNG储罐泄漏扩散过程，对得到的结果进行 分析，能更全面地认识LNG储罐泄漏危害。 2、危险区域 2.1气体浓度危险区域 液化天然气泄漏在空气中，如遇点火源会发生火灾和爆炸危险，需设定气体 浓度危险区域以保证安全。当天然气的气体浓度在0．0358kg/m3时会达到爆炸 下限发生爆炸，当天然气的气体浓度达到50%爆炸下限时会产生闪火危险［28～30］液化天然气的泄漏不但会引发爆炸也会因气体浓度过大对人体造成影响，当 天然气的气体浓度大于0．0067kg/m3时会对人体造成窒息危险，以此设定窒息 危害区域。LNG泄漏扩散的气体浓度危险区域可按照爆炸、闪火和对人体有害三 个条件作为判据，爆炸危险区域最小，窒息危害区域最大，危险区域主要沿下风 向展开。 2.2温度危险区域 液化天然气除了气体浓度造成的危险外，其低温性能也会对人体造成影响， 需设置温度危险区域以保证设备和操作人员安全。当温度达到291K时为低温环境，当温度达到283K时人体会有低温麻醉危险，对工作效率有不利影响，以此 作为判据划分温度影响区域。工作效率不利区域小，低温危险区域大，主要区域 在下风轴线处。 3、影响因素分析 研究环境风速对泄漏扩散的影响。基本工况设置如下：泄漏量为5kg/s，泄漏 源高度为20m，泄漏孔径为50mm，大气稳定度等级为C。取环境风速为2、3、4、5m/s，泄漏源高度处下风向轴线上最大浓度分别为0．3978、0．2655、0．1992、0．1594kg/m3，最低温度分别为153．9、168．3、180．1、189．9K。图1为泄漏源高度平面上环境风速对气体浓度场影响情况，设置相同区域及颜色 栏代表值。对比四张图可知随着环境风速的增加，泄漏源附近气体浓度值降低明显，相同气体浓度等值线沿下风向减小，沿横风向变化不大。在相同区域内，环 境风速越大，风对天然气泄漏扩散形成的气云扰动加强，气云扩散越剧烈，区域 内聚集的天然气被风逐渐吹散，气体浓度危险区域范围整体减小，主要体现在下 风向上，其中造成人体窒息危险区域减小明显，闪火危险区域和爆炸危险区域也 有所减小。随着环境风速的增加，天然气泄漏形成的气云扩散越快，下风轴线方
影响气体泄漏扩散的因素
编号：AQ-BH-02041 ( 应急管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 影响气体泄漏扩散的因素 Factors affecting gas leakage and diffusion
影响气体泄漏扩散的因素 备注：应急预案明确了应急救援的范围和体系,有利于做出及时的应急响应,当发生超过应急能力的重大事故时,便于与应急部门的协调,降低事故的危害程度。 气温或太阳辐射强弱主要是通过影响大气垂直对流运动而对泄漏气体的扩散发生影响。大气湿度大不利于泄漏气云的扩散。 地面的地形、地物会改变泄漏气云扩散速度，又会改变扩散方向。地面低洼处泄漏气云团易于滞留。建筑物、树木等会加强地表大气的湍流程度，从而增加空气的稀释作用，而开阔平坦的地形、湖泊等则正相反。在低矮的建筑物群、居民密集处或绿化地带泄漏气云不易扩散；高层建筑物则有阻挡作用，气云会从风速较大的两侧迅速通过。 当泄漏源位置较高时，泄漏气体扩散至地面的垂直距离较大，在相同的泄漏源强度和气象条件下，扩散至地面同等距离处的气体浓度会降低。若气体向上喷射泄漏，泄漏气体具有向上的初始动量，其效果如同增高泄漏源的位置。 泄漏气体密度相对于空气密度的大或小，分别表现出在扩散中
以重力作用或以浮力作用为主。重力作用导致其下降，地面浓度增加，下降趋势会因空气的不断稀释作用而减弱。浮力作用在泄漏气体扩散初期导致其上升，地面浓度降低，被空气不断稀释后其上升的趋势减弱。对于泄漏的高温气体，其浮力作用大小受温度的影响，当其被冷却至大气温度后，浮力作用便会丧失。 了解了各种因素对气体扩散的影响，有利于建立气体泄漏扩散模型，并进一步预测泄漏气体扩散的危险区范围，以制定相应的应急措施。 这里填写您的公司名字 Fill In Your Business Name Here
规范性文件2泄漏量计算A1液体泄漏速率
(规范性文件) 附录A.2 泄漏量计算 A2.1 液体泄漏速率 液体泄漏速度QL 用柏努利方程计算： 式中： Q L ——液体泄漏速度，kg/s ； C d ——液体泄漏系数，此值常用0.6-0.64。 A ——裂口面积，m 2； P ——容器内介质压力，Pa ； P 0——环境压力，Pa ； g ——重力加速度。 h ——裂口之上液位高度，m 。 本法的限制条件：液体在喷口内不应有急剧蒸发。 A2.2 气体泄漏速率 当气体流速在音速范围(临界流)： 当气体流速在亚音速范围(次临界流)： 式中： P ——容器内介质压力，Pa ； p 0——环境压力，Pa ； κ——气体的绝热指数（热容比），即定压热容 gh )P P (A C Q d L 220+-=ρ ρ102+??? ??1+≤k k P P κ1 02-??? ??1+>k k P P κ
Cp 与定容热容C V 之比。 假定气体的特性是理想气体，气体泄漏速度Q G 按下式 计算： 式中： Q G ——气体泄漏速度，kg/s ； P ——容器压力，Pa ； C d ——气体泄漏系数； 当裂口形状位圆形时取1.00，三角形时取0.95，长方 形时取0.90； A ——裂口面积，m 2； M ——分子量； R ——气体常数，J/(mol ·k)； T G ——气体温度，K ； Y ——流出系数，对于临界流Y=1.0对于次 临界流按下式计算： A2.3 两相流泄漏 假定液相和气相是均匀的，且互相平衡，两相流泄漏计 算按下式： 式中： Q LG ——两相流泄漏速度，kg/s ； C d ——两相流泄漏系数，可取0.8； 1112-+??? ??+=κκκκG d G RT M AP YC Q ()()()211121*********????????????????+???????-?????????????????-???????=-+-κκκκκκκp p P P Y ()C m d LG P P A C Q -=ρ2
泄露计算方法
重大事故后果分析方法：泄漏 事故后果分析是安全评价的一个重要组成部分，其目的在于定量地描述一个可能发生的重大事故对工厂、厂内职工、厂外居民，甚至对环境造成危害的严重程度。分析结果为企业或企业主管部门提供关于重大事故后果的信息，为企业决策者和设计者提供关于决策采取何种防护措施的信息，如防火系统、报警系统或减压系统等的信息，以达到减轻事故影响的目的。火灾、爆炸、中毒是常见的重大事故，可能造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，影响社会安定。世界银行国际信贷公司(IFC)编写的《工业污染事故评价技术手册》中提出的易燃、易爆、有毒物质的泄漏、扩散、火灾、爆炸、中毒等重大工业事故的事故模型和计算事故后果严重度的公式，主要用于工业污染事故的评价。该方法涉及内容，也可用于火灾、爆炸、毒物泄漏中毒等重大事故的事故危险、危害程度的评价。 由于设备损坏或操作失误引起泄漏从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，可能会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生。 1 泄漏情况 1．1 泄漏的主要设备 根据各种设备泄漏情况分析，可将工厂(特别是化工厂)中易发生泄漏的设备分类，通常归纳为：管道、挠性连接器、过滤器、阀门、压力容器或反应器、泵、压缩机、储罐、加压或冷冻气体容器及火炬燃烧装置或放散管等十类。 一个工厂可能有各种特殊设备，但其与一般设备的差别很小，可以容易地将其划归至所属的类型中去。 图6—1～图6—10提供了各类设备的典型损坏情况及裂口尺寸，可供后果分析时参考。这里所列出的损坏典型，仅代表事故后果分析的最基本的典型损坏。评价人员还可以增加其他一些损坏的形式和尺寸，例如阀的泄漏、开启式贮罐满溢等人为失误事故，也可以作为某些设备的一种损坏形式。
管段燃气漏气量的计算
燃气管道泄漏量的计算 1. 概述 目前的燃气管道泄露量计算模型主要分为小孔模型和管道模型，小孔模型将泄漏口看成是一个足够小的孔，一般不超过20mm ，适合于通过小孔的泄漏量计算；管道模型将泄漏孔径看作管道管径，适合于燃气管道截面完全破裂时的泄漏量计算。 2. 泄漏量的计算 根据燃气管道被挖断面积的三种情况：完全破裂、泄漏口只有很小的破损孔及泄漏口面积既不是小孔，也不是完全破裂，分别采用相应的模型进行管道泄漏量计算。 2.1 管道模型 管道完全破裂时，燃气流速较大，管内燃气没有足够的时间和周边环境进行充分的热交换，管内流动看作绝热过程，采用管道模型进行管道漏气量计算，计算公式见式（1）。 1112 1 1 1 []0.2511ln 2n n n n n n a m a n p p p n q D n p L RT D n p πλ++--=+??+ ?? ? （1） 式中： m q —管道泄漏量，kg/s ； D —管道内径，m ； 1p —管道起点压力，Pa ； a p —大气压力，101325Pa ； n —多变指数，在管内流速较小管道较长时，n =1，管内流速较大管道较短时，n =1.3； λ—摩擦阻力系数； L —泄漏点至管道起点的距离，m ； T —管道起点燃气温度，K ； R —燃气的气体常数，J/(kg.k)。 2.2 小孔模型 泄漏孔很小时，管内流动为等温过程，泄漏孔口流动为绝热过程，采用小孔模型进行管道泄漏量的计算。小孔模型下的管道泄漏量还与燃气流动过程中流速是音速还是亚音速有关，通常用临界压力比来判别。临界压力比公式见式（2）。 12()1 k k k β-=+ （2） 式中：k —绝热指数，天然气取1.3。