第四章-流体的泄漏和扩散.ppt

1、1、易泄漏设备,根据泄漏情况，可以把生产中容易发生泄漏的设备归纳为10类,第1节：流体泄漏及其危害,（1）管道 （2）挠性连接器 （3）过滤器 （4）阀门 （5）压力容器或反应罐 （6）泵 （7）压缩机 （8）储罐 （9）加压或冷冻气体容器 （10）火炬燃烧器或放散管,第四章：流体的泄漏和扩散,（1）管道 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： 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20%； 接头泄漏，裂口尺寸取管径的20-100%；,（2）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部件，其典型泄漏情况和裂口尺寸为： 连接

2、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20%； 连接装置损坏而泄漏，裂口尺寸取管径的100%；,（3）过滤器 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： 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，裂口尺寸取管径20%；,（4）阀 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： 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20%； 阀杆损坏而泄漏，裂口尺寸取管径的20%；,（5）压力容器 包括化工生产中常用的分离、气体洗涤器、反应釜、热交换器、

3、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20%； 管嘴断裂而泄漏，裂口尺寸取管径的100%； 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；,（6）泵 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： 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20%；,（7）压缩机 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： 压缩机机壳损坏面泄漏，裂口尺寸取

4、与之连接管道管的20-100%； 压缩机密封套泄漏，裂口尺寸取管径的20-100%；,（8）储罐 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；接头泄漏，裂口尺寸为与之连接管道管径的20-100%；,（9）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 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； 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。,（10）火

5、炬燃烧器或放散管 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，裂口尺寸取管径的20-100%。,2、泄漏的原因,1） 设计失误 （1）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； （2）选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格不符等； （3）布置不合理，如压缩机和输出管没有弹性连接，因振动而使管道破裂； （4）选用机械不合适，如转速过高、耐温、耐压性能差等； （5）选用计测仪器不合适； （6）储罐、贮槽未加液位计，反应器(炉)未加溢流管或放散管等。,2）设备原因 （1）加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料； （2）加工质量差

6、，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、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； （5）对安装的设备没有按机械设备安装工程及验收规范进行验收； （6）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； （7）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； （9）设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂等。,3）管理原因 （1）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； （3）没有严格执行监督检查制度； （4）指挥错误，甚至违章指挥； （5）让未经培训的工人

7、上岗，知识不足，不能判断错误； （6）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。,4）人为失误 （1）误操作，违反操作规程； （2）判断错误，如记错阀门位置而开错阀门； （3）擅自脱岗； （4）思想不集中； （5）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； 有毒气体泄漏； 液体泄漏；,泄漏后果与泄漏物质的相态、压力、温度、燃烧性、毒性等性质密切相关 。泄漏的危险物质的性质不同，其泄漏后果也不相同。,（1）可燃气体泄漏后果 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。 泄漏后发火时间的不同，泄漏后果也不相同。 立即发火：可燃气体泄漏后

8、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； 滞后发火：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，破坏范围较大。,（2）有毒气体泄漏后果 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范围，影响范围大。,（3）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。 常温常压液体泄漏：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； 加压液化气体泄漏：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，吸收周围热量继续蒸发

9、； 低温液体泄漏：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。,4、泄漏危害 （1）资源浪费和损失 （2）环境污染； （3）进一步引起燃烧、爆炸； （4）有毒介质的泄漏会导致中毒事故,1、连续液体泄漏,液体泄漏速率可以采用下面的Bernoulli方程计算,第2节：连续液体泄漏,表液体泄漏系数Cd,泄漏系数Cd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。,第2节：气体泄漏,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。,泄漏模型适用范围,1、小孔模型

10、小孔模型认为，由于孔径较小，管内压力不受泄漏影响 而发生变化，气体膨胀过程为等熵过程，因而气体泄漏率恒定，等于最大泄漏率。,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 漏还是非临界流泄漏,由临界压力比CPR确定.,式中：p2c为点2 的临界压力。,当po /p2 CPR时,孔口呈亚临界流泄漏,临界流泄漏,亚临界流泄漏,临界泄漏量计算,M 气体分子量； T气体温度，K； R理想气体普适常数，8.314J/（mol.K） K 为气体的绝热指数,Cd气体泄漏系数，当裂口形状为圆型时取1.0，三角形时取 0.95，长方形时取0.90；,式中： Cd气体泄漏系数，当裂口形状为圆型时

11、取1.0，三角形时取 0.95，长方形时取0.90； M气体分子量； T2气体温度，K； R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Cp与定容比容Cv之比 。,亚临界泄漏量计算,常见气体的绝热指数和临界压力,K,Pc,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3节 ：两相流泄漏计算,1、两相流及其主要特征参数 （1）两相流的概念和分类 相： 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。 从宏观的角度出发，可以把自然界的物质分为三类:气相、液相、固相。 单相物质的流动即为单相流，如气体或液体流

12、。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，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组成的物体的流动。,（2）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，增加了一些新的特征参数。最常用的两相流主要参数是流型和相分率。 流型： 流型定义：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准确测量也往往依赖于对流型的了解。 影响因素：流型影响因素

13、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因素均有关系。,分相含率 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、质量含气率和体积含气率三种表示形式。 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。 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 体积含气率是指气液两相混合流体中气相体积流量与总体积流量之比。,2、两相流泄漏分析 （1）小孔方位的影响 如

14、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，进入破口基本全是气相,破口向下，进入破口基本全是液相,（2）小孔两侧差压的影响,差压较低时进入底部小孔基本全是液体,随着差压增大，底部小孔逐渐有气体逸出,差压进一步增大，气体将形成连续的气体通道，从底部小孔喷出,当差压较大时，液相也会进入 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的多为气相,环状流型下，顶部小孔处的液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是气体，液塞来临时，进入顶部小孔的基本全是液相。,两相流泄漏计算思路

15、 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近似的公式进行计算。,4、两相流泄漏量计算,Cude在1975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: LD12，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：,式中，Cd为泄漏系数，多数情况下，取Cd0.8； A为裂口面积（m2）； P为两相混合物的压力（Pa） PC为临界压力（P

16、a）。,两相流的平均密度：,式中，,两相流密度，kg/m3,气相密度，kg/m3,液相密度，kg/m3,质量分数的确定,式中，FV为蒸发的液体占液体总量的比例； Tc是对应于泄漏点压力Pc的平衡温度（K）； T是对应于泄漏点上流压力P的平衡温度（K）； CP是液体的定压比热J（kgK） Hv是液体的蒸发热（J/kg）。,当X1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。,如果2LD12，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两相流实际泄漏速率， （kgS）； QVL前式计算出的两相流泄漏速率,（k

17、g/S）。 QL纯液体泄漏率， （kg/S）,如果L/D2，一般认为泄漏为纯液体泄漏。,第4节、 海面上油的扩散迁移,一、油的扩散 二、扩散面积经验式 三、油膜,一、油的扩散,海洋中石油扩散过程一般可分为两种类型：点源瞬时扩散和点源连续扩散。 点源瞬时扩散是指一次将油品投放海上而引起的扩散现象。 点源连续扩散是指象船舶触礁，碰撞使所装载的油在一段时间内连续不断地流出所引起的扩散现象。这两类扩散现象具有不同的特征。,二、扩散面积的经验公式,Blokker公式： Dt3 - D03= （24/）K*(dW - d0)（d0/dW）Vot 式中： D0为t=0时，油膜的直径(m); Dt为t(分)时

18、刻油膜的直径(m)； dW为海水的比重(一般取1.025)； D0为油的比重(一般取0.9)； K为Blokker常数(经验系数，如中东油取15000分)； V0为排入海油总量(m3)； t为时间(分)。,三、油膜漂移速度和厚度的计算,油膜运动的影响因素： 洋流速率（ u流 ）、风速（ u风）、油粘度等。 油膜速度的计算：,dx/dt = u流 + 0.035 u风,油膜厚度的计算： ht=(V0/)1/3（SW/3S0(W- 0)KCt）2/3 ht-油膜厚度(m)； W ，0 -分别为水，油密度； V0-油体积(cm3)； KC-常数； t-扩散时间(秒)。,不同色泽油膜的厚度及油量,第5

19、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动量保持不变。,1、气体扩散机理,2、中等密度云扩散与重气扩散,F:浮力,G:重力,中等密度云扩散： 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。,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、硫化氢等。一些液化气体虽然分子量不一定大于空气的表观分子量，由于泄漏后一

20、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。,重气扩散模型,重气扩散,平板模型,盒子模型,中等密度云扩散,中等密度云模型,高斯烟团模型,高斯烟羽模型,（1）风向和风速 风向决定了气体扩散的范围，风速对天然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物输送距离的远近。 （2）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 泄漏源高度增加, 泄漏物质扩散至地面的垂直距离增加, 在同等源强和气象条件下, 地面同等距离的物质浓度会 降低。,3、气体扩散影响因素,（

21、4）地面情况 复杂的地形条件使泄漏物质的扩散更加困难。事故一旦发生,泄漏质就会长时间聚集,增加危险与危害性。高大建筑物的存在,使泄漏物质的扩散流场发生变化。 （5）大气稳定度 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，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的扩散，其气体扩散范围较大，浓度较低，停留时间较短。,时间项,扩散项,对流项,源项,4、扩散基本方程,扩散项：,表示有害物质的扩散,对流项：,表示有害物质随风的迁移,源项：,表示有害物质的衰减.,第6节 ：中等密度云扩散,扩散控制方程的简化模型 有风时瞬时泄漏气

22、体扩散方程 在大气场中，只考虑x方向上的风速，风向与x轴一致，即,，同时忽略地面吸收造成的有害物质的衰减，即k0，则得 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，则得到无风条件下的瞬时泄漏扩散模型：,3.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,，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,先考虑x方向的一维扩散,初始条件：t0时，x

23、0处，,边界条件：,无风条件下的瞬时点源扩散模型为：,最大,解方程可得泄漏的单位源强在任意时刻在一维空间的浓度分布，,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，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布：,令,，,，称为x,y,z方向上的扩散系数,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：,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，气团随风运动。,2.有风条件：,3.连续点源扩散： 在有风条件下连续点源扩散的浓度分布为：,令：,则上式变为：,三、有界点源扩散 前述方程均没有考虑地面的影响，即

24、认为扩散空间是无界的。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型，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。,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，在任意点处，泄漏物质浓度正比于源强，但不随时间变化。,实源,虚源,1.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度气羽状气团中任意一点的浓度。烟羽模型的浓度分布算式为，,式

25、中,C 为扩散质的浓度； Q 为源的泄放速率,m3/s； H 为有效源高,m； x、y、z 是该点坐标,m；,分别是横风向和竖直方向的扩散系数,只有风速小于1m/s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1m/s的情况。低风速扩散时应修正高斯模型或采用其他模型。,可以计算如下典型状态下的扩散状况： 距地面高度为H的连续点源扩散时地面浓度（Z0）,2、距地面高度为H的连续点源扩散时地面X轴向浓度（y=0,z=0）,3、地面上连续点源扩散浓度（即H0时）,4、地面连续点源X轴线的浓度（即y=0,z=0,H=0）,2.高斯烟团模型 烟羽模型只适用于连续源或泄放时间大于或等于扩散时

26、间的扩散,如果要研究瞬时泄放(泄放时间小于扩散时间)，如容器突然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。,式中，C泄露物质的浓度；,t 是泄露发生时间，s；,分别为这三个方向上的扩散系数；,X,Y,Z某点的坐标。,Q是源的泄放速度，m3/s；,U是平均风速，m/s；,H是泄源的有效高度，m；,无风时烟团模型：,式中，C泄露物质的浓度；,t 是泄露发生时间，s；,分别为这三个方向上的扩散系数；,X,Y,Z某点的坐标。,Q是源的泄放速度，m3/s；,U是平均风速，m/s；,H是泄源的有效高度，m；,有风时烟团模型：,有风时地面点源扩散烟团模型,对于地面点源，H0，,无风时地面点源扩散

27、烟团模型：,对地面点源，H=0,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,有效粗糙度Z00.1m地区的扩散参数按下表选取,Z00.1m地区的扩散参数,有效粗糙度Z00.1m的粗糙地形扩散系数为：,式中，y0、z0按上表中的数值取值，而其余参数按取值见下表,表 不同大气稳定度下的系数值,大气稳定度,大气某一高度的气团在垂直方向上稳定的程度，叫做大气稳定度。 假想在大气中割取出一块与外界绝热密闭的气团，当气团受到某种气象因素的扰动时，产生向上或向下运动。 稳定大气：如果它自起点移动一段距离后，又有返回到原来位置的趋势，那么这

28、时候的大气是稳定的； 不稳定大气：如果它继续移动，没有返回原来位置的趋势，则这时候的大气是不稳定的。,大气稳定的判断,大气稳定度可以用大气的垂直温度的变化来判断。 当大气的垂直温度随高度增高而降低时，则这时大气呈不稳定状态； 当大气的垂直温度随高度增高而增加时，则这时大气处于稳定状态； 当大气温度不随高度而变化，则认为大气是中性状态。,大气稳定度分级,常用的大气稳定度分类方法有帕斯奎尔(Pasquill)法和国标原子能机构IAEA推荐的方法。 中国现有法规中推荐的修订帕斯奎尔分类法(简记PS),分为强不稳定,不稳定,弱不稳定,中性,较稳定和稳定六级.它们分别表示为A,B,C,D,E,F. 确定

29、等级时首先计算出太阳高度角按表B1查出太阳辐射等级数,再由太阳辐射等级数与地面风速按表B2查找稳定等级.,注：云量观测规则与现国家气象局编定的地面气象观测规范相同。,B1,注：地面风速（m/s）系指距地面10m高度处10min平均风速，如使用气象台（站）资料，其观测规则与国家气象局编定的地面气象观测规范相同。,太阳高度角ho使用下式计算：,ho-太阳高度角，deg ；,-当地纬度，deg.；,-当地经度；deg ；,t-进行观测时的北京时间；,-太阳倾角，deg,太阳倾角可按下式计算：,o-360dn/365，deg； dn- 一年中日期序数，0、1、2、364。,大气稳定度与大气污染的关系,

30、大气稳定度是影响污染物在大气中扩散的极重要因素。当大气层不稳定，热力湍流发展旺盛，对流强烈，污染物易扩散。 当大气层稳定时，湍流受到抑制，污染物不易扩散稀释，特别当逆温层出现时，通常风力弱或无风，低空象蒙上一个盖子，使烟尘聚集地表，造成严重污染。,五、泄漏源有效高度的计算,泄漏源有效高度是指泄漏气体形成的气云基本上变成水平状时气云中心的离地高度。在大多数问题中，泄漏源有效高度难以与泄漏源实际高度相一致。事实上，它等于泄漏源实际高度加泄漏源抬升高度。,泄漏源抬升高度可以用下面的公式近似计算：,或,H是泄漏源抬升高度（m）；Vs是气云出口速度（ms）； d是出口直径（m）；V是环境风速(m/s)；

31、 pa是环境大气压力（Pa）；Ts是气云出口温度（K）； Ta是环境大气温度（K）。,计算出泄漏源抬升高度以后，将泄漏源抬升高度与泄漏源实际高度相加就得到了泄漏源有效高度。,H=H0+H,第7节：重气扩散模型,常用模型有盒子模型和平板模型两类。 盒子模型：瞬间泄漏形成的重气云团运动； 平板模型：连续泄漏形成的重气云羽运动,1、盒子模型,（III）云团中心移动的速度等于风速。,(1)基本假设,（I）假设重气云团为正立的坍塌圆柱体，圆柱体初始高度为初始半径的一半；,（II）环境空气从云团的边缘或顶部进入云团内部，温度、密度、气体浓度等参数均匀分布；,（2）云团半径计算,根据坍塌圆柱体的径向蔓延速度

32、方程(应用能量守恒和质量守恒方程），可得到任意时刻重气云团的半径计算公式为:,式中, rt 时刻重气云团的半径,m; r0重气云团的初始半径,m; 0 重气云团的初始密度,kg/ m3 ; a 空气的密度,kg/ m3 ; V0 重气云团的初始体积,m3 ; t 泄漏开始后时间,s。,任意时刻重气云团的高度为:,式中，X-下风向距离, X=V.t,（3）云团高度计算,（4）气团内有害气体浓度计算,根据气团内部危险气体质量守恒，在扩散过程中下式成立,（5）重气坍塌过程终止的准则,准则,定义,准则认为，如果小于或等于某个临界值(在0.0010.01之间)，重气坍塌引起的扩散将让位于环境湍流引起的扩

33、散。,2、平板模型,（1）基本假设 平板模型使用了如下假设： I、重气云羽横截面为矩形，横风向半宽为b(m)，垂直方向高度为h(m)。在泄漏源点，云羽半宽为高度的两倍，即：bo2h0。 II、重气云羽横截面内，浓度、温度、密度等参数均匀分布。 III、重气云羽的轴向蔓延速度等于风速。,在扩散过程中,重气云羽横截面半宽随下风向距离x 的变化由下式确定:,式中, b 重气云羽的横风向半宽,m; b0 泄漏源点重气云羽的横风向半宽,m; h0 泄漏源点重气云羽的高度,m; 重气云羽的轴向蔓延速度,m/ s。,（2）云羽截面宽度计算,（3）云羽高度的确定,重气云羽高度与空气卷吸系数，湍流速度等因素有关

34、。,重气云羽中有毒气体的浓度C则由下式计算:,C表示重气云羽内危险物质浓度(kg/m3)，下标0指初始条件。,（4）气体浓度确定,注意： 无论是重气云团还是重气云羽,随着空气的不断进入,重气云的密度将不断减小,一旦满足一定的转变条件,重力驱动扩散将转变为环境湍流驱动扩散,相应的扩散行为需要用非重气云扩散模型(高斯模型)来描述。,气体扩散模型 烟团模型,烟羽模型,第8节：扩散的数值模拟,1、数值求解的基本思想 在原来的时间域和空间域上连续的物理量的场，如速度场、浓度场、压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点场变量之间关系的代数方程组，通过求解

35、代数方程组获得场变量的近似值。,2、数值求解的一般步骤如下 1.建立控制方程 2.确定求解条件 控制方程相应的求解条件组合构成了对一个物理过程的完整描述。求解条件包括初始条件和边界条件。 初始条件是开始时刻各个求解变量的空间分布情况，对于瞬态问题必须给出初始条件，对于稳态问题，最终结果与初始条件无关，可以不需要初始条件。 边界条件是在求解区域的边界上所求变量或其导数随地点和时间的变化规律，对于任何问题都必须给出边界条件。,3.划分计算网格 采用数值方法求解控制方程，都是想办法将控制方程在空间区域上进行离散，然后求解得到离散方程组，要想在空间上求解离散方程必须使用网格。即把整个求解区域用网格连接

36、起来，对于二维问题，常用的网格有三角形网格和四边形网格，对于三维问题，网格单元有四面体，六面体等。,5.求解离散方程 通过迭代方法对离散方程进行求解，通常采用的迭代方法如Gauss-Seidel等迭代方法。 6.显示和输出计算结果 即计算结果的后处理。求解得到各个节点上的解后，需要借助适当的手段将整个计算区域上的结果表示出来。通常采用矢量图、等值线图、云图等对计算结果进行表示。,4.建立离散方程 把计算区域内网格节点（或中心点）上的因变量，当作未知量来处理，从而建立起关于这些未知量的代数方程组，通过求解代数方程组获得这些节点上的值。,3、计算流体力学软件简介 为了完成数值计算，过去多是用户自己

37、编写计算程序，因而程序往往缺乏通用性。而CFD本生又具有鲜明的系统性和规律性，比较适合编制成商用软件。自1981年以来，出现了诸如Phoenics，CFX，Fluent,Star-CD等多个商用软件。 获得数值解通常是很困难的，需要耗费大量的计算时间，而计算结果的正确与否也常常难以正确判断。,例子： 某管线管径660mm，两截断阀之间距离为5km，起始压力4.5MPa，终点压力2MPa，泄漏点位于两截断阀中间。天然气年均输量15108m3，外界环境温度平均17oC，天然气输送温度平均27oC,1、毒性释放的影响 人接触有毒物质可发生急性中毒或慢性中毒，长期接触低剂量有毒物质造成慢性中毒，而有毒

38、气体的泄漏一般是高浓度而持续时间很短，通常引起急性中毒。事故后果分析中一般只考虑急性中毒。,第9节：中毒事故,急性中毒的表现主要有一下4个方面。 刺激 呼吸系统、皮肤、眼睛可以感觉到刺激，一些物质在低浓度时就产生刺激，这样可以提醒人们寻求防护； 麻醉 有毒物质会影响人的反应能力，使人行动迟钝； 窒息 大多数有毒气体由于取代了空气中的氧气而造成窒息。有些物质如一氧化碳可以置换血液中的氧从而阻止氧进入人体组织。 系统损害 能对人的器官造成暂时或持久损害。,H2S中毒机理,理化性质为无色气体。具有臭蛋味。分子式H2S。分子量34.08。相对密度 1.19。熔点-82.9。沸点-61.8。易溶于水,亦

39、溶于醇类、石油溶剂和原油中。可燃上限为45.5 ,下限为4.3。燃点292。,人吸入70150mg/m3/12小时, 出现呼吸道及眼刺激症状, 吸25分钟后嗅觉疲劳,不再闻到臭气。吸入300mg/m3/1小时, 68分钟出现眼急性刺激症状，稍长时间接触引起肺水肿。,吸入760mg/m3/1560分钟, 发生肺水肿、支气管炎及肺炎 ,头痛、头昏、步态不稳、恶心、呕吐。吸入1000mg/m3/数秒钟，很快出现急性中毒 ,呼吸加快后呼吸麻痹而死亡。,硫化氢对粘膜的局部刺激作用系由接触湿润粘膜后分解形成的硫化钠以及本身的酸性所引起。对机体的全身作用为硫化氢与机体的细胞色素氧化酶及这类酶中的二硫键(-S-S-)作用后, 影响细胞色素氧化过程,阻断细胞内呼吸，导致全身性缺氧，由于中枢神经系统对缺氧最敏感，因而首先受到损害。,硫化氢-临床表现,急性硫化氢中毒一般发病迅速，出现以脑和（或）呼吸系统损害为主的临床表现，亦可伴有心脏等器官功能障碍。临床表现可因接触硫化氢的浓度等因素不同而