压力容器与管道安全评价 杨启明 4.3 压力容器的泄漏源及新.pptVIP

第三节 压力容器的泄漏源及扩散模式 研究原因： 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。原因可能是腐蚀、设计缺陷、材质选择不当、机械穿孔、密封不良以及人为操作失误等。 目的：充分准确地判断泄漏量的大小，掌握泄漏后有毒有害、易燃易爆物料的扩散范围，对明确现场救援与实施现场控制处理非常重要。 危害程度：因泄漏而导致事故的危害很大程度上取决于有毒有害、易燃易爆物料的泄漏速度和泄漏量 涉及的基本学科与理论： 传质学、流体力学、大气扩散学的基本原理 作用： 描述可能的泄漏、扩散过程 为评价建设项目、在役装置的危险程度 建立针对性的应急事故救援预案 实施有效的现场控制与处理提供科学依据和参考。 本节主要内容： 一、常见泄漏源 二、经小孔泄漏的模式 三、扩散模式分析 四、扩散模型与分析计算 一、常见泄漏源 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： 一是小孔泄漏 二是大面积泄漏 本书将研究如下泄漏源模型描述物质的泄漏过程： ①工艺单元中液体经小孔泄漏的源模式； ②储罐中液体经小孔泄漏的源模式； ③液体经管道泄漏的源模式； ④气体或蒸气经小孔泄漏的源模式； ⑤闪蒸液体的泄漏源模式； ⑥易挥发液体蒸发的源模式 二、经小孔泄漏的模式 1、液体经小孔泄漏的源模式 系统与外界无热交换，液体流动的不同能量形式遵守如下的机械能守恒方程 公式 (4-1) 式中：p——压力，Pa，习惯上将压强也称为压力，以后不做说明； ρ——流体密度，kg·m-3； α——动能校正因子，无因次； 1.液体经小孔泄漏的源模式 U—流体平均速度，m·s-1，简称流速； g—重力加速度，m·s-2； z—高度，m，以基准面为起始计量标准 F——阻力损失，J·kg-1； Ws——轴功，J； m——质量，kg 公式分析： 动能校正因子α值与速度分布有关本节从工程计算角度出发，α值近似取为1 对于不可压缩流体，密度恒为常数，有 泄漏过程暂不考虑轴功，Ws＝０ 工艺单元中的液体在稳定的压力作用下，经薄壁小孔泄漏，如图所示 容器内的压力为p1，小孔直径为d，面积为A，容器外为大气压力。 在此，容器内液体流速可以忽略，不考虑摩擦损失和液位变化。 Q为单元时间内流体流过任一截面的质量，称为质量流量，其单位为kg·s-1 考虑到因惯性引起的截面收缩以及摩擦引起的速度减低，引入孔流系数C0 孔流系数C0——实际流量与理想流量的比值 经小孔泄漏的实际质量流量为 ： (4-7) 对于修圆小孔(如图4-7)，孔流系数C0值约为1。 对于薄壁小孔(壁厚≤d/2)，当雷诺数Re＞105时，C0值约为0.61 若为厚壁小孔(d/2＜壁厚≤4d)，或者在容器孔处外伸有一段短管(如图4-14)，C0值约为0.81。 可见厚壁小孔和短管泄漏的孔流系数比薄壁小孔的孔流系数要大。 在相同的截面积和压力差条件下，前者的实际泄漏量高于后者1.33倍。 在很多情况下，难以确定泄漏孔口的孔流系数。 为保持足够的安全裕度，确保估算出最大的泄漏量和泄漏速度，C0值可取为1 。 2、储罐中液体经小孔泄漏的源模式 如图4-9所示的液体储罐，距其液位高度z0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外泄漏。泄漏过程可由机械能守恒方程描述，储罐内的液体流速可以忽略。 储罐内的液体压力为pg，外部为大气压力(表压p＝０)。如前定义孔流系数，并由下式表示 公式 将上式代入机械能守恒方程，求出泄漏速度 (4-9) 若小孔截面积为A，则质量流量Q为 (4-10)