泄漏擴(kuò)散模型及其模擬計(jì)算

1、目 錄前言1第一章 泄漏源模型介紹21.11.21.3泄漏源模型概念2源模型作用2泄漏情況分析31.3.11.3.21.3.3泄漏主要設(shè)備3造成泄漏的原因5泄漏后果6第二章常見(jiàn)的泄漏源模型8泄漏情形8基本泄漏源模型82.12.22.2.12.2.22.2.3平行圓板模型8三角溝槽模型8多孔介質(zhì)模型92.3儲(chǔ)罐泄漏模型92.3.1 氣體泄漏92.3.2 液體泄漏11管道泄漏模型122.42.4.12.4.22.4.3氣體或蒸氣沿管道泄漏12液體沿管道泄漏14液體通過(guò)孔洞泄漏142.5泄壓元件泄放模型152.5.12.5.22.5.3安全閥泄放模型15減壓閥泄放模型16安全減壓閥泄放模型16第三章

2、擴(kuò)散模型介紹17擴(kuò)散模型概念17擴(kuò)散模型作用173.13.23.3 擴(kuò)散模型173.3.1 SLAB 模型173.3.2 DEGADIS 模型193.3.3 ALOHA 模型193.3.4 ARCHIE 模型203.3.5 UDM 模型203.3.6 大氣擴(kuò)散模型的對(duì)比21第四章 高斯擴(kuò)散模型234.1連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散234.1.14.1.24.1.3大空間點(diǎn)源擴(kuò)散23高架點(diǎn)源擴(kuò)散24地面點(diǎn)源擴(kuò)散274.24.3第五章連續(xù)線源的擴(kuò)散27連續(xù)面源的擴(kuò)散28影響大氣擴(kuò)散的若干因素30第六章 泄漏模擬計(jì)算316.1 氣體經(jīng)管道孔泄漏316.2 氣體管道斷裂336.2.1 絕熱6.2.2 等溫. 33.

3、 34第七章 擴(kuò)散模擬計(jì)算367.1 大氣穩(wěn)定度確定367.2 Pasquill-Gifford 擴(kuò)散模型377.2.1 Pasquill-Gifford 模型擴(kuò)散方程377.2.2 Pasquill-Gifford 模型擴(kuò)散系數(shù)387.3 模式應(yīng)用及結(jié)果39第八章 毒性作用標(biāo)準(zhǔn)418.1 ERPGs418.2 LDLH418.3 EEGLs428.4 TLVs428.5 PELs428.6 LOC43第九章 應(yīng)急救援預(yù)案449.1應(yīng)急響應(yīng)449.1.19.1.29.1.3預(yù)案啟動(dòng)44應(yīng)急報(bào)告44應(yīng)急行動(dòng)449.29.3處置措施45事故的預(yù)防459.3.1 設(shè)備、設(shè)施的硬件方面469.3.2

4、管理方面46后期處置469.49.4.19.4.29.4.3安置46恢復(fù)46與總結(jié)469.5培訓(xùn)與演練479.5.1 培訓(xùn)479.5.2 應(yīng)急預(yù)案演練48前言在化工、石油化工及相關(guān)行業(yè)中，易燃、易爆及有害物質(zhì)在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生泄漏事故。事故的發(fā)生不僅會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)造成嚴(yán)重的及環(huán)境的毒性和污染。更為嚴(yán)重的是可能會(huì)繼而發(fā)生火災(zāi)或等災(zāi)害，使得災(zāi)害損失與破壞進(jìn)一步加劇。建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則（HJ/T 169-2011）要求對(duì)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行期間發(fā)生的可突發(fā)性或事故引起有害、易燃易爆等物質(zhì)泄漏，或突發(fā)事故產(chǎn)生的新的有害物質(zhì)，所構(gòu)成的對(duì)人身安全與環(huán)境的影響和損害，進(jìn)

5、行評(píng)估，提出防范、應(yīng)急與減緩措施。對(duì)事故泄漏源進(jìn)行分析，主要是根據(jù)項(xiàng)目所涉及的物品的化學(xué)性質(zhì)、事故下設(shè)備情況，采取相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)估算泄漏物的排放量、排放時(shí)間等。在計(jì)算得到事故泄漏源強(qiáng)參數(shù)后即可采用擴(kuò)散模型進(jìn)一步對(duì)事故泄漏對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行分析。同時(shí)為減少化學(xué)事故所造成的危害和損失，必須建立完善的應(yīng)急系統(tǒng)，以迅速、及時(shí)、有效地應(yīng)對(duì)可能的事故，切實(shí)保護(hù)和環(huán)境。事故期間，過(guò)程裝備迅速出大量物質(zhì)，所形成的氣云將遍及整個(gè)工廠和當(dāng)?shù)?。因此在通過(guò)前期泄漏源模型建立后，需要通過(guò)擴(kuò)散模型估算下風(fēng)向物質(zhì)濃度（一旦知道了下風(fēng)向的濃度，就可以使用一些準(zhǔn)則來(lái)估算后果或影響），在計(jì)算得到事故擴(kuò)散參數(shù)后即可做出相應(yīng)的原則性

6、設(shè)計(jì)和預(yù)防監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，這些將為工廠設(shè)置施工提供安全導(dǎo)向性建議。1/48第一章 泄漏源模型介紹1.1 泄漏源模型概念源模型是根據(jù)描述物質(zhì)時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的物理化學(xué)過(guò)程的理論，或經(jīng)驗(yàn)方程而建立的。對(duì)于較復(fù)雜的工廠，需要用多種源模型來(lái)描述。為了適用于特殊情況，通常需要對(duì)最初的模型進(jìn)行改進(jìn)和修正。結(jié)果往往僅是一種，這是因?yàn)槲镔|(zhì)的物理性質(zhì)沒(méi)有得到充分描述，或者是因?yàn)槲锢磉^(guò)程并沒(méi)有得到充分的認(rèn)識(shí)。如果存在不確定性，參數(shù)選擇應(yīng)該使速率和量最大化。這樣就確保了設(shè)計(jì)是安全的。1.2源模型作用源模型用于后果N風(fēng)險(xiǎn)和危害可接受？更改設(shè)計(jì)Y圖 1-1 源模型作用事故通常由導(dǎo)致過(guò)程中的物質(zhì)遇到損失的某一開(kāi)始。這些物質(zhì)可能具有

7、毒性和等特性。典型的可能包括管線的破裂或者斷裂、儲(chǔ)罐或管道上的小孔、反應(yīng)失控或外部火焰作用與容器等。一旦知道了可能會(huì)發(fā)生的，就可以選擇源模型來(lái)描述物質(zhì)是怎么樣從過(guò)程系統(tǒng)中泄放出來(lái)的，源模型給出了流出2/48接受系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)確定事故概率事故后果情形確定辨識(shí)系統(tǒng)描述速率、流出總量和流出狀態(tài)的表達(dá)。隨后，我們可以進(jìn)一步進(jìn)行分析，為安全保障做好理論層面的模擬依據(jù)?？扇己?或圖 1-2 后果模型1.3 泄漏情況分析根據(jù)機(jī)理，可以分為大孔和有限孔，一般大孔中，過(guò)程單元內(nèi)形成大孔，短時(shí)間內(nèi)大量物質(zhì)，造成的損失是瞬時(shí)的。儲(chǔ)罐的超壓就是一個(gè)很好的大孔的例子。對(duì)于有限孔，物質(zhì)以非常慢的速率，上游條件并不因此而立刻受到

8、影響，也是我們?cè)诨S中常見(jiàn)的形式，往往就是小小的跑冒滴漏類型的泄漏導(dǎo)致大型的事故，因此有限孔的的源模型建立是非常重要的。1.3.1 泄漏主要設(shè)備根據(jù)各種設(shè)備泄漏情況分析，可將化工廠中易發(fā)生泄漏的設(shè)備分類，通常歸3/48后果模型緩解因素效果模型的選擇火災(zāi)模型的選擇選擇擴(kuò)散模型選擇源模型描述泄漏泄漏的選擇納為：管道、撓性連接器、過(guò)濾器、閥門、容器或反應(yīng)器、泵、壓縮機(jī)、儲(chǔ)罐、加壓或冷凍氣體容器及火炬燃燒裝置或放散管等 10 類。每一種設(shè)備的典型損壞類型及其典型的損壞不同，具體如下：（1）管道。它包括管道、法蘭和接頭，其典型泄漏情況和裂口管徑的 20%100%、20%和 20%100%。分別取（2）

9、撓性連接器。它包括軟管、波紋管和絞接器，其典型泄漏情況和裂口為：連接器本體破裂泄漏，裂口取管徑的 20%100%；接頭處的泄漏，裂口取管徑的 20%；連接裝置損壞泄漏，裂口取管徑的 100%。（3）過(guò)濾器。它由過(guò)濾器本體、管道、濾網(wǎng)等組成，其典型泄漏情況和裂分別取管徑的 20%100%和 20%?？冢?）閥。其典型泄漏情況和裂口為：閥殼體泄漏，裂口取管徑的 20%100%；閥蓋泄漏，裂口取管徑的 20%；閥桿損壞泄漏，裂口取管徑的 20%。（5）容器、反應(yīng)器。包括化工生產(chǎn)中常用的分離器、氣體洗滌器、反應(yīng)釜、熱交換器、各種罐和容器等。常見(jiàn)的此類泄漏情況和裂口為：容器破裂而泄漏，裂口取容器本身；容

10、器本體泄漏，裂口取與其連接的粗管道管徑的 100%；孔蓋泄漏，裂口取管徑的 20%；噴嘴斷裂而泄漏，裂口取管徑的 100%；儀表管路破裂泄漏，裂口取管徑的 20%100%；容器內(nèi)部，全部破裂。（6）泵。其典型泄漏情況和裂口為：取與其連接管徑的 20%100%；取管徑的 20%。泵體損壞泄漏，裂口密封壓蓋處泄漏，裂口（7）壓縮機(jī)。包括離心式、軸流式和往復(fù)式壓縮機(jī)，其典型泄漏情況和裂為：口4/48壓縮機(jī)機(jī)殼損壞而泄漏，裂口取與其連接管道管徑的 20%100%；壓縮封套泄漏，裂口取管徑的 20%。（8）儲(chǔ)罐。露天儲(chǔ)存物質(zhì)的容器或容器，也包括與其連接的管道和輔助設(shè)備，其典型泄漏情況和裂口為：罐體損壞而

11、泄漏，裂口體；接頭泄漏，裂口為與其連接管道管徑的 20%100%；輔助設(shè)備泄漏，酌情確定裂口。（9）加壓或冷凍氣體容器。包括露天或埋地放置的儲(chǔ)存器、容器或運(yùn)輸槽車等，其典型泄漏情況和裂口為：露天容器內(nèi)部氣體使容器完全破裂，裂口取本體；容器破裂而泄漏，裂口取本體；焊接點(diǎn)（接管）斷裂泄漏，取管徑的 20%100%。（10）火炬燃燒器或放散管。它們包括燃燒裝置、放散管、多痛接頭、氣體洗滌器和分離罐等，泄漏主要發(fā)生在筒體和多通接頭部位。裂口取管徑的20%100%。1.3.2 造成泄漏的原因從人機(jī)系統(tǒng)來(lái)考慮造成泄漏事故的原因主要有 4 類。（1）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，如地基下沉，造成容器底部產(chǎn)生裂縫，或設(shè)備

12、變形、錯(cuò)位等；選材不當(dāng)，如強(qiáng)度不夠，耐腐蝕性差、規(guī)格不符等；布置不合理，如壓縮機(jī)和輸出管沒(méi)有彈性連接，因振動(dòng)而使管道破裂；選用機(jī)械不合適，如轉(zhuǎn)速過(guò)高、耐溫、耐壓性能差等；選用計(jì)測(cè)儀器不合適；儲(chǔ)罐、貯槽未加液位計(jì)，反應(yīng)器（爐）未加溢流管或放散管等。（2）設(shè)備原因加工不符合要求，或檢驗(yàn)擅自采用代用材料；加工質(zhì)量差，特別是不具有操作證的焊工焊接質(zhì)量差；5/48施工或安裝精度不高，如泵和電機(jī)不同軸、機(jī)械設(shè)備不平衡、管道連接不嚴(yán)密等；選用的標(biāo)準(zhǔn)定型質(zhì)量不合格；對(duì)安裝的設(shè)備沒(méi)有按機(jī)械設(shè)備安裝工程及驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)收；設(shè)備長(zhǎng)期使用后未按規(guī)定檢修期進(jìn)行檢修，或檢修質(zhì)量差造成泄漏；計(jì)測(cè)儀表為定期校驗(yàn)，造成計(jì)量；閥

13、門損壞或開(kāi)關(guān)泄漏，又未及時(shí)更換；設(shè)備附件質(zhì)量差，或長(zhǎng)期使用后材料變質(zhì)、腐蝕或破裂等。（3）管理原因沒(méi)有制定完善的安全操作規(guī)程；對(duì)安全漠不關(guān)心，已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題不及時(shí)解決；沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)督檢查制度；指揮錯(cuò)誤，甚至違章指揮；讓培訓(xùn)的工人上崗，知識(shí)不足，不能判斷錯(cuò)誤；檢修制度不嚴(yán)，沒(méi)有及時(shí)檢修已出現(xiàn)故障的設(shè)備，是設(shè)備帶病運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）人為誤操作，操作規(guī)程；判斷錯(cuò)誤，如記錯(cuò)閥門位置而開(kāi)錯(cuò)閥門；擅自脫崗；思想不集中；發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象不知如何處理。1.3.3 泄漏后果泄漏一旦出現(xiàn)，其后果不單與物質(zhì)的數(shù)量、易燃性、毒性有關(guān)，而且與泄漏物質(zhì)的相態(tài)、溫度等狀態(tài)有關(guān)。這些狀態(tài)可有多種不同的結(jié)合，在后果分析中，常見(jiàn)的可能結(jié)合

14、有 4 種：常壓液體；加壓液化氣體；低溫液化氣體；加壓氣體。泄漏物質(zhì)的物性不同，其泄漏后果也不同。（1）可燃?xì)怏w泄漏。可燃?xì)怏w泄漏后與空氣混合達(dá)到燃燒極限時(shí)，遇到引火源就會(huì)發(fā)生燃燒或。泄漏后起火的時(shí)間不同，泄漏后果也不相同。6/48立即起火?？扇?xì)怏w從容器中往外泄出時(shí)即被點(diǎn)燃，發(fā)生擴(kuò)散燃燒，產(chǎn)生噴射性火焰或形成火球，它能迅速地危及泄漏現(xiàn)場(chǎng)，但很少會(huì)影響到廠區(qū)的外部。滯后起火?？扇?xì)怏w泄出后與空氣混合形成可燃蒸汽云團(tuán)，并隨風(fēng)飄移，遇火源發(fā)生或爆轟，能引起較大范圍的破壞。（2）氣體泄漏。氣體泄漏后形成云團(tuán)在空氣中擴(kuò)散，氣體的濃密云團(tuán)將籠罩很大的空間，影響范圍大。（3）液體泄漏。一般情況下，泄漏的液

15、體在空氣中蒸發(fā)而生成氣體，泄漏后果與液體的性質(zhì)和貯存條件（溫度、）有關(guān)。常溫常壓下液體泄漏。這種液體泄漏后在防液堤內(nèi)或地勢(shì)低洼處形成液池，液體由于池表面風(fēng)的對(duì)流而緩慢蒸發(fā)，若遇引火源就會(huì)發(fā)生池火災(zāi)。加壓液化氣體泄漏。一些液體泄漏時(shí)將瞬時(shí)蒸發(fā)，剩下的液體將形成一個(gè)液池，吸收周圍的熱量繼續(xù)蒸發(fā)。液體瞬時(shí)蒸發(fā)的比例決定于物質(zhì)的性質(zhì)及環(huán)境溫度。有些泄漏物可能在泄漏過(guò)程中全部蒸發(fā)。低溫液體泄漏。這種液體泄漏時(shí)將形成液池，吸收周圍熱量蒸發(fā)，蒸發(fā)量低于加壓液化氣體的泄漏量，高于常溫常壓下液體的泄漏量。無(wú)論是氣體泄漏還是液體泄漏，泄漏量的多少都是決定泄漏后果嚴(yán)重程度的主要因素。7/48第二章 常見(jiàn)的泄漏源模型

16、2.1 泄漏情形2.2 基本泄漏源模型2.2.1 平行圓板模型平行圓板模型將流體介質(zhì)通過(guò)密封點(diǎn)處的泄漏簡(jiǎn)化為介質(zhì)通過(guò)間隙高度為h ，由內(nèi)徑 r1 處流至外徑r2 處的定長(zhǎng)、層流，其體積泄漏率為：p ( p)- p h3L =21()（1）vrhIn62r1p2 、 p1 分別為墊片內(nèi)、外側(cè)的式中：h 為介質(zhì)粘度，。2.2.2 三角溝槽模型三角溝槽模型認(rèn)為，在正常的密封情況下，墊片與法蘭面的間隙由許多三角溝槽所組成，設(shè) H 為三角溝槽的深度，L 為三角溝槽的底寬，b 為流道的長(zhǎng)度（通常為墊片的寬度）， r 為介質(zhì)密度，則體積泄漏率為：對(duì)于液體：LH 3Dp ChbLv =（2）對(duì)于氣體：LH 3

17、D ( p)2Lv =（3）2Ch p b1( )2式中： Dp = p- p ，D p= p - p ，C22為常數(shù)。21218/482.2.3 多孔介質(zhì)模型多孔介質(zhì)模型認(rèn)為非金屬墊片可近似看作各向同性的多孔介質(zhì)，其流道由多個(gè)彎彎曲曲、半徑大小不等的毛細(xì)管組成。氣體通過(guò)多孔介質(zhì)可分為層流和流，其氣體的總流率為層流流率與流流率之和。研究表明毛細(xì)管半f (s -n )徑 r 隨墊片殘余應(yīng)力s的增大而減小，存在r =的關(guān)系。這樣就可以得到氣體通過(guò)墊片的泄漏率方程：L= ( A / bh )s -nL p ( p - p ) + ( A / b)(T / M )1 2 s -nM ( p - p )

18、（4）pvLm21M21式中， AL、AM、nL、nM 為常數(shù)，其值可由實(shí)驗(yàn)得到， Lpv 為 PV 泄漏率，= ( p2 + p1 ) / 2 ，M 是氣體相對(duì)pm質(zhì)量，T 為氣體絕對(duì)溫度。2.3 儲(chǔ)罐泄漏模型罐壁上的腐蝕、疲勞裂紋或孔洞以及碰撞、容器超壓都能導(dǎo)致儲(chǔ)罐泄漏。2.3.1 氣體泄漏對(duì)于高壓（低溫）液化氣儲(chǔ)罐，如果處于滿裝狀態(tài)，罐內(nèi)不存在氣相空間，此時(shí)即使少許裂縫出現(xiàn)，由于少量液體的泄漏也會(huì)引起內(nèi)壓的迅速下降而處于過(guò)熱狀態(tài)，液體全部汽化，從而最終導(dǎo)致性破裂（閃蒸）；如果儲(chǔ)罐沒(méi)有滿裝，當(dāng)破裂處位于氣相空間時(shí)，在破裂面積較大的情況下，高壓蒸氣通過(guò)裂縫或孔洞噴出，儲(chǔ)罐內(nèi)壓急劇下降，直到環(huán)

19、境（常溫）。由于內(nèi)壓急劇下降，氣液平衡遭到破壞，儲(chǔ)罐內(nèi)流體處于過(guò)熱狀態(tài)，過(guò)熱狀態(tài)的液體為了再次恢復(fù)平衡，內(nèi)部會(huì)均勻的產(chǎn)生沸騰核，同時(shí)產(chǎn)生大量氣泡，液體體積急劇膨脹，最終也導(dǎo)致蒸氣。對(duì)于以上兩種情況（閃蒸），泄漏量可按介質(zhì)瞬間全部泄漏計(jì)算。若裂口面積不大，即使有蒸氣噴出，但由于儲(chǔ)罐內(nèi)壓下降不急劇，液體達(dá)到過(guò)熱狀態(tài)，因此發(fā)生蒸氣。氣體或蒸氣不同于液體，它屬于可壓縮流體。時(shí)（ > 0.3倍音速）或前后壓差大于 2 時(shí)，其在流當(dāng)氣體或蒸氣以較高速度動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)能變化和物理性質(zhì)的變化（尤其是密度的變化）就必須加以考慮。氣體或蒸氣的泄放可分為節(jié)流泄放（ Throttling Release） 和自由

20、泄放（ Free9/48Expansion Release）。對(duì)于節(jié)流泄放，氣體或蒸氣的壓縮能絕大部分用來(lái)克服摩擦阻力；而對(duì)于自由泄放，則氣體或蒸氣的壓縮能絕大部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。節(jié)流泄放模型需要裂口的詳細(xì)物理特征，在這里就不作討論了，而只考慮較為簡(jiǎn)單的自由泄放模型。據(jù)機(jī)械能守恒原理，得到氣體或蒸氣通過(guò)孔洞泄漏的質(zhì)量流速模型：m00 1 2 (r+1) r()(é)()ù2rQ = C AP 2rM / R T r -1 ´P / P- P / P（5）ëûg 000式中：Qm - 質(zhì)量泄漏率/ (kg / s) ；C0 - 泄漏系數(shù)；A - 裂口

21、面積/m2 ；P0 - 儲(chǔ)罐內(nèi)壓/Pa ；M - 氣體或蒸氣的摩爾質(zhì)量(kg / mol ) ；Rg -理想氣體常數(shù)；T0 - 泄漏源溫度/ K ；P - 泄漏處r - 熱容比。泄漏過(guò)程在臨界狀態(tài)時(shí)，泄漏源流量最大，此時(shí)泄漏處于塞壓狀態(tài)。對(duì)于理/Pa ；想氣體而言，塞壓是熱容比的函數(shù)，見(jiàn)表 2-1。表 2-1 塞壓和熱容比的關(guān)系臨界狀態(tài)下，最大質(zhì)量流量的計(jì)算公式如下：00 ()1 2 () ()r+1r-1(Q )()= C APrM / R Té2 / r +1 ù（6）ëûmg 0choked泄漏系數(shù)的確定直接影響氣體泄漏速度的計(jì)算。一般而言，泄漏系

22、數(shù)的取值范圍在0.6 : 1.0 之間。按泄漏孔的形狀可分為：圓形孔，C0 = 0.90（棱越多，泄10/48氣體單原子1.670.487P兩原子和空氣1.400.528P三原子1.320.542P漏系數(shù)越?。？卓跒閮?nèi)層腐蝕形成的漸縮孔， 0.9 < C0 < 1.0 ；孔口為外力機(jī)械損傷形成的漸擴(kuò)孔， 0.6 < C0 < 0.9 。對(duì)于氣體或蒸氣泄漏，必須考慮動(dòng)力抬升和熱力抬升。其中動(dòng)力抬升是由泄漏方向決定，熱力抬升是由介質(zhì)與環(huán)境的溫差決定的。目前普遍使用國(guó)標(biāo)GB3840-83 推薦的抬升公式，但該公式只適用于泄漏方向豎直向上和泄漏介質(zhì)的溫度大于環(huán)境溫度。不同的泄

23、漏方向和泄漏介質(zhì)與環(huán)境的溫差將產(chǎn)生不同的泄漏擴(kuò)散效果。對(duì)于常壓氣體儲(chǔ)存，由于交通事故或系統(tǒng)超壓導(dǎo)致儲(chǔ)罐大面積開(kāi)裂或超壓爆炸，可認(rèn)為氣體瞬間全部泄放到大氣中，形成云團(tuán)。2.3.2 液體泄漏對(duì)于高壓（低溫）液化儲(chǔ)罐，當(dāng)裂口處位于液相空間時(shí)，盡管液體流出并可能發(fā)生閃蒸，但由于液體的流出阻力大，內(nèi)壓下降速度緩慢，儲(chǔ)罐內(nèi)過(guò)熱液體不會(huì)發(fā)生蒸氣。閃蒸所需能量來(lái)自于過(guò)熱液體中所儲(chǔ)存的能量， 即：Q = mCp (T0 - Tb ) 。m 為過(guò)熱液體的質(zhì)量，Cp 是液體的熱容，T0 是降壓前液體的溫度，Tb 是降壓后液體的沸點(diǎn)。當(dāng)Q 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于液體的蒸發(fā)熱DHv 時(shí)可認(rèn)為泄漏的液體發(fā)生閃蒸，此時(shí)的瞬間泄漏量為：1

24、 2 é2 (P)Q = r AC/ r + ghù（7）û0 ë0mL式中： hL 是泄漏處與液面之間的距離， m 。根據(jù)上式，隨著儲(chǔ)罐漸漸變空，液體高度減少，流速和質(zhì)量流速也隨之減少。泄漏出來(lái)的液體會(huì)在地面上蔓延，遇到防液堤而，形成液池；若泄漏源周圍地面平坦，泄漏液體也無(wú)限蔓延下去，而是趨于某一最大值，即根據(jù)不同的地表情況選用不同的液池最小厚度來(lái)確定液池的最大面積，以便計(jì)算液池的蒸發(fā)或蒸騰速率（泄漏模型的一種）。液池的蒸發(fā)或沸騰所需熱量來(lái)自于地面的熱傳導(dǎo)、空氣的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流以及太陽(yáng)或鄰近熱源的熱輻射等。對(duì)于易揮發(fā)液體，其液池蒸發(fā)的質(zhì)量流量為：Qm

25、= MKAPsat / RgTL （8）式中： K 是質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)， m / s ； Psat 是液體的飽和蒸氣壓， Pa ； TL 是液11/48體的溫度，K。當(dāng)Q 大于DHv 時(shí)，泄漏出來(lái)的液體發(fā)生完全閃蒸，此時(shí)應(yīng)按氣體泄漏處理。當(dāng)Q 小于DHv 時(shí)，按兩相流模型計(jì)算：ù1 2 ()Qm = AC2rPé- P（9）ëû0mmc式中： r 是兩相混合物的平均密度， kg / m3 ； P 是兩相混合物在儲(chǔ)罐內(nèi)mm( Pa) ； PC 是臨界( Pa) ，一般假設(shè) Pc= 0.55Pm 。rm 可由下式求出：的()()ùré/ r+

26、 1 - F/ r（10）= 1 /Fëûmvgvl式中： F 是閃蒸率( F = Q / DH ) ； r是兩相中蒸氣密度， kg / m3 ； r 是兩vlvg相中液體密度， kg / m3 。另外當(dāng)閃蒸率 F > 0.2 時(shí)，可認(rèn)為形成液池。v2.4 管道泄漏模型若腐蝕、疲勞裂紋出現(xiàn)在流體輸送管道上或者由于碰撞等原因?qū)е鹿艿罃嗔?，同樣?huì)引起流體的泄漏，具體可分為以下 4 種情況：（1） 氣體或蒸氣沿管道泄漏；（2） 氣體或蒸氣通過(guò)管道上的孔洞泄漏；（3） 液體沿管道泄漏；（4） 液體通過(guò)官道上的孔洞泄漏。其中第二種情況同上述氣體或蒸氣通過(guò)罐壁上的孔洞泄漏類似，以

27、下是其他3 種情況。2.4.1 氣體或蒸氣沿管道泄漏氣體或蒸氣沿管道可分為絕熱和等溫。絕熱適合于蒸氣流快速流過(guò)絕熱管道，而等溫適合于流經(jīng)保持恒溫的非絕熱管道。真實(shí)的是介于兩者之間的。對(duì)于絕對(duì)，隨著流體的向前，下降并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，流體流速不斷增加，當(dāng)達(dá)到音速時(shí)（達(dá)到所謂的塞流），流體將在余下的管城中以音速，且溫度和不再發(fā)生變化。當(dāng)塞流沒(méi)有發(fā)生時(shí)，其出口速度12/48小于音速。氣體或蒸氣沿管道泄漏的質(zhì)量流率為（壓音速）： 21221/2()(- T ) / é(T)()ù22G = é2rM/ Rr -1 ùT（11）/ P- T / Pëû

28、;ëûg11若泄漏處于塞流范圍內(nèi)（音速），此時(shí)泄漏的質(zhì)量流率可用以下公式計(jì)算：()1 2 G= Ma P rM / R T（12）choked1 1g 1式中：G - 非塞流情況下泄漏的面積上的質(zhì)量流率/ (kg / (m2 × s)；面積上的質(zhì)量流率/ (kg / (m2 × s)；Gchoked - 塞流情況下泄漏的T1, P1, Ma1 - 管道內(nèi)達(dá)到塞流前任一點(diǎn)處的溫度( K ) ，( Pa) 和馬赫數(shù)；T2 , P2 - 泄漏處的溫度( K ) ，( Pa) 。對(duì)于等溫，假設(shè)流體流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于音速，其面積上的質(zhì)量泄漏流率為：()1 2 G = M

29、a P rM / R T（13）1 1g 1式中：( Pa) 和馬赫數(shù)。P1, Ma1 - 管道內(nèi)任一點(diǎn)處的T - 流體溫度/ K 。Levenspiel 研究表明，當(dāng)氣體在管道中等溫根據(jù)馬赫數(shù)，其最大流速是：時(shí)其最大的流速并不是聲速。u = a × Machoked = a / r（14）1 2 泄漏面積上的質(zhì)量流率為：()1 2 G= PM / R T（15）chokedchokedg式中：- 塞壓/Pa 。PchokedP= PMa r12 （16）choked1113/482.4.2 液體沿管道泄漏液體沿管道泄漏的驅(qū)動(dòng)要是梯度，而液體與管壁之間的摩擦阻力則導(dǎo)致液體流速的下降、

30、的降低以及熱能的增加。對(duì)于不可壓縮性液體，其在管中的可由機(jī)械能守恒來(lái)描述，即：Dp / r + Du '2 / 2a + g ´ Dz + F = - (W / m) （17）z式中：P - 液體的壓強(qiáng)/ (N / m2 ) ；r - 液體的密度/ (kg / m3 ) ；u '- 液體的流速/ (m / s) ；a - 無(wú)量綱速度廓線修正系數(shù)，其有以下幾種取值：對(duì)于層流，a 取 0.5；對(duì)于塞流，a 取 1.0；對(duì)于湍流，a 取 1.0；度/ (m / s2 ) ；g - 重力z -基準(zhǔn)面上方的高度/m ；F - 靜摩擦損失項(xiàng)/ (m × N / kg )

31、 ；Ws - 軸功/ N × m ；m - 質(zhì)量/kg 。D 函數(shù)代表終止?fàn)顟B(tài)與初始狀態(tài)之差。液體的泄漏速率必須知道泄漏出口處液體的流速，根據(jù)上述方程，計(jì)算泄漏過(guò)程中液體的摩擦損失成為關(guān)鍵。對(duì)于不同的液體情況以及泄漏所經(jīng)過(guò)的管路的不同，有不同的摩擦損失計(jì)算公式，參見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)Chemical processsafety undamentals with application。2.4.3 液體通過(guò)孔洞泄漏對(duì)于這種有限孔徑的泄漏，可認(rèn)為軸功為零，標(biāo)高的變化也是可忽略的，泄漏中的摩擦損失可被泄漏系數(shù)，常數(shù)C1 ，來(lái)近似代替，定義為：()P / r - F = C-DP / r （18）-D

32、2114/48由方程(17) ，確定從孔洞中泄漏的液體的平均泄漏速率， u ' ，(a × 2DP / r )1 2 （19）u ' = C1C ' = C ×a1 2 （20）01' (2DP / r )1 2 u ' = C（21）0泄漏系數(shù)C0 ' 是從孔洞中泄漏的流體的雷諾數(shù)和孔洞的直徑的復(fù)雜的函數(shù)。通常情況下，對(duì)于尖角型孔洞和雷諾數(shù)大于 30000， C0 ' 取 0.61；對(duì)于較圓的噴嘴，C0 ' 可近似取 1；對(duì)于與容器連接的短的關(guān)節(jié)（即長(zhǎng)度于直徑之比小于 3），C0 '取 0.81；對(duì)于

33、泄漏系數(shù)不知道或不能確定的情況，直接取 1.0 以使所計(jì)算流量最大化。若泄漏時(shí)發(fā)生閃蒸，或泄漏后在地面上形成液池，可按照前面所述方法進(jìn)行計(jì)算。2.5 泄壓元件泄放模型泄壓元件可分為 3 類，即安全閥、減壓閥和安全減壓閥。其中，安全閥主要用于氣體、蒸汽或蒸氣的泄壓系統(tǒng)，減壓閥主要用于液體的泄壓系統(tǒng)，而安全減壓閥則用于液體和蒸氣的泄壓系統(tǒng)。2.5.1 安全閥泄放模型安全閥的作用是當(dāng)容器內(nèi)的超過(guò)其允許值時(shí)，安全閥能自動(dòng)泄放工作介質(zhì)，使容器內(nèi)降低到所需限值，從而保證容器安全運(yùn)行。安全閥泄放量的數(shù)學(xué)模型如下：G = 7.6 ´10-2 ´ C XPA(M / ZT )1 2 （22）

34、0式中：G - 安全閥泄放量/ (kg / h) ；A - 安全閥最小排氣截面積/mm2 ；15/48P - 安全閥泄放（絕壓） /MPa ；C0 - 流量系數(shù)，與安全閥結(jié)構(gòu)有關(guān)；X - 氣體特性系數(shù)；M - 氣體的摩爾質(zhì)量/ (kg / kmol ) ；T - 氣體的溫度/ K ；Z - 氣體在操作溫度和的壓縮系數(shù)，可按有關(guān)手冊(cè)查得。上式表明，在容器操作條件下和不更換安全閥的情況下，安全閥的泄放量隨著容器內(nèi)氣體的增大而增大，但實(shí)際情況并非如此。研究表明，安全閥的泄放量存在一個(gè)最大值，達(dá)到此值后容器內(nèi)再升高也影響其泄放量。這種現(xiàn)象與氣體或蒸氣通過(guò)小孔泄漏相似，即容器內(nèi)的氣體在通過(guò)安全閥泄漏過(guò)程

35、中若形成塞流，此時(shí)即使環(huán)境低于塞壓，其泄漏量也再增加。因此，安全閥的最放量可參考方程（6）來(lái)計(jì)算。2.5.2 減壓閥泄放模型同液體通過(guò)孔洞泄漏類似，可參考式（21）進(jìn)行源強(qiáng)計(jì)算。2.5.3 安全減壓閥泄放模型同兩相流泄放模型類似，可參考式（9）進(jìn)行源強(qiáng)計(jì)算。16/48第三章 擴(kuò)散模型介紹3.1 擴(kuò)散模型概念在石油、化工、天然氣、等行業(yè)中使用的物質(zhì)中，包括各種類型的有害氣體，如果在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中由于人為或其它原因，導(dǎo)致這些物質(zhì)泄漏出來(lái)，就有可能對(duì)周圍環(huán)境、設(shè)備造成巨大的破壞和損失。不同種類的有害氣體物質(zhì)在不同條件下的意外泄漏，會(huì)形成不同的擴(kuò)散源，此后在不同條件下會(huì)有不同的擴(kuò)散形式。擴(kuò)散

36、模型是根據(jù)描述物質(zhì)在不同條件下的擴(kuò)散時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的物理化學(xué)過(guò)程的理論，或經(jīng)驗(yàn)方程而建立的。對(duì)于較復(fù)雜的擴(kuò)散形式，需要中和多種因素分析，來(lái)描述擴(kuò)散。為了適用于各種特殊情況，通常需要對(duì)最初的模型進(jìn)行改進(jìn)和修改。針對(duì)不同條件，通過(guò)理論和實(shí)踐結(jié)合，不斷修正模擬后得到適用于相應(yīng)條件的模型。3.2 擴(kuò)散模型作用擴(kuò)散的過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬和建模研究對(duì)預(yù)防事故和應(yīng)急救援工作有著極為重要的意義。通過(guò)合適的擴(kuò)散模型估算下風(fēng)向物質(zhì)濃度，一旦知道了下風(fēng)向的濃度，就可以使用一些準(zhǔn)則來(lái)估算后果或影響，這樣通過(guò)相應(yīng)的毒性標(biāo)準(zhǔn)可以確定系統(tǒng)的安置距離和合理布置規(guī)劃，為項(xiàng)目或者相關(guān)系統(tǒng)的建立提供依據(jù)。擴(kuò)散模型的建立和分析對(duì)后果分析也

37、有著不可替代的作用，是后果模型分析的一個(gè)充分條件。3.3 擴(kuò)散模型3.3.1 SLAB 模型SLAB（an Atmospheric Dispersion Model for Denser than Air Release，混合層17/48模型： 用于重氣的大氣擴(kuò)散模型）模型由美國(guó)能源部的勞倫斯- 利弗莫爾（Lawrence Livermore）該模型能夠處理 4 中不同的開(kāi)發(fā)，是用于重氣源的大氣擴(kuò)散模型。源：地面池蒸發(fā)、高于地面的水平射流、一組或高于地面的射流以及瞬時(shí)體積源。SLAB 通過(guò)云層分布的空間平均濃度和某些假定分布函數(shù)來(lái)計(jì)算時(shí)間平均擴(kuò)散氣體濃度，計(jì)算流程圖如圖 3-1 所示。模型以空

38、氣卷吸作用為假設(shè)前提，計(jì)算大氣湍流云層混合和源于地面摩擦影響的垂直風(fēng)速變化。SLAB 模型把氣云的濃度看作與距離的函數(shù)，通過(guò)求解動(dòng)量守恒方程、質(zhì)量守恒方程、組分、能量和狀態(tài)方程對(duì)氣體泄漏擴(kuò)散進(jìn)行模擬。當(dāng)需要 SLAB 提組控制方程和定義新變量得到部分方程的分析解。在確結(jié)果時(shí)，可以通過(guò)重濃度隨時(shí)間變化方面，SLAB果。模型在穩(wěn)定、中度穩(wěn)定及不穩(wěn)定的大氣環(huán)境下均能得到比較好的結(jié)源類型的判斷水平噴射蒸發(fā)池瞬時(shí)或短時(shí)間內(nèi)釋放源區(qū)煙羽上升近場(chǎng)區(qū)圖 3-1 SLAB 模型的結(jié)構(gòu)SLAB 包含兩個(gè)大氣擴(kuò)散模型：穩(wěn)態(tài)煙羽模型和瞬變流模型。模擬時(shí)可以根據(jù)源的類型和泄漏持續(xù)時(shí)間來(lái)選擇模型。SLAB 模型的優(yōu)點(diǎn)是使

39、用簡(jiǎn)單、快速；不足之處是模型中未考慮有建筑物存在和地形變化的復(fù)雜情況，亦未考慮高度方向的濃度變化。18/48時(shí)間平均體積濃度瞬時(shí)擴(kuò)散模型水平噴射3.3.2 DEGADIS 模型DEGADIS（Dense GasAtmospheric Dispersion，重氣大氣擴(kuò)散）大氣擴(kuò)散模型由美國(guó)海岸警備隊(duì)和氣體開(kāi)發(fā)，能夠?qū)Χ唐诃h(huán)境濃度以及預(yù)期將在高于特定化學(xué)品限制濃度水平的區(qū)域進(jìn)行精細(xì)模擬評(píng)估。DEGADIS 模型基礎(chǔ)是標(biāo)準(zhǔn)的高斯擴(kuò)散模型。該模型假設(shè)氣云具有均勻地濃度，能夠描述在平坦地形和無(wú)物的無(wú)限空間條件下，密度比空氣大的燃?xì)獍l(fā)生泄漏事故時(shí)在大氣中的擴(kuò)散過(guò)程。DEGADIS 可以用于模擬面源稠密氣體

40、（或懸浮顆粒）在平坦地形下由大氣邊界層的無(wú)動(dòng)力，還可以在溢流事故中氣體擴(kuò)散的距離。該模型主要優(yōu)點(diǎn)是考慮到了如下重要因素：重力作用于高度蒸氣對(duì)擴(kuò)散和混合的影響；風(fēng)導(dǎo)致的燃?xì)獾氖站圩饔?；?duì)區(qū)域而不單是對(duì)點(diǎn)的實(shí)際處理；泄漏狀況隨著時(shí)間改變的情況。對(duì)于作用于擴(kuò)散燃?xì)獾闹亓τ绊懞驮陲L(fēng)的作用下燃?xì)獾摹笆站邸弊饔盟龅奶幚?，是該模型主要的?yōu)勢(shì)所在。DEGADIS 的應(yīng)用，證明它可以精確描述高密度燃?xì)庠浦械闹亓U(kuò)散和紊流混合過(guò)程。DEGADIS 模型的局限：只能限制在由平面泄漏的燃?xì)庑孤┖蠊?，只考慮了燃?xì)庠圃诠饣砻孢M(jìn)行泄漏擴(kuò)散，而沒(méi)有考慮有物的情況，如地形的不同以及建筑物、儲(chǔ)罐等物造成的的變化。DEGADI

41、S 是一個(gè)綜合擴(kuò)散后果模型，應(yīng)用于評(píng)估高性的高密度燃?xì)夂蜌馊苣z的泄漏事故。3.3.3 ALOHA 模型ALOHA（Area Location of Hazardous Atmosphere，有害大氣區(qū)域）模型利用提供的信息和自身的綜合化學(xué)物性參數(shù)庫(kù)，發(fā)生化學(xué)事故后，有害氣云如何在大氣中擴(kuò)散。能處理的問(wèn)題包括：灑在地面的液體蒸發(fā)（不能處理灑在水面的液體）；基面向蒸氣云的傳熱；容器的氣體、液體及氣溶膠質(zhì)量通量；閃蒸；氣溶膠對(duì)未閃蒸液體的夾帶。不能處理的問(wèn)題包括：多組分混合物；氣溶膠蒸發(fā)；燃燒、和化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物；散粒、巖體和物碎片。19/48ALOHA 模型在使用中存在著以下限制：極低風(fēng)速時(shí)，計(jì)算可

42、接受最低風(fēng)速為 10m 高處的平均風(fēng)速 1m/s；非常穩(wěn)定的大氣條件；風(fēng)速變化和地形變化影響；濃度突變區(qū)域，特別是在源附近。3.3.4 ARCHIE 模型ARCHIE（Automated Resource for Chemical Hazard Evaluation，化學(xué)危害品評(píng)估自動(dòng)）模型由哈茲邁特公司（Hazmat America,Inc.）提出。ARCHIE 能夠模擬燃燒、的有害物（非有害物）及大氣擴(kuò)散過(guò)程，并計(jì)算出在多種條件下各種儲(chǔ)罐、管線和容器的逸出率，計(jì)算逸出化學(xué)品的揮發(fā)速率，以表格形式輸出包括泄放源在地面和沿源高度上中心線的濃度、擴(kuò)散化學(xué)物的抵達(dá)和離開(kāi)時(shí)間。ARCHIE 模型集合

43、了高斯煙團(tuán)模型的許多特點(diǎn)，適用于無(wú)物和平坦地面無(wú)限空間模擬，并可以為物到大氣后產(chǎn)生的蒸氣擴(kuò)散、火災(zāi)和影響的評(píng)估提供若干種完整的評(píng)價(jià)方法。ARCHIE 模型本身不包含重氣擴(kuò)散模型。因此它不能處理重氣擴(kuò)散。模型假設(shè)所有氣體都是中性浮力氣體且沿下風(fēng)方向擴(kuò)散，不能用于粗糙地面或相對(duì)潮濕的擴(kuò)散計(jì)算，因此，常被用于模擬揮發(fā)化學(xué)品在泄沿順風(fēng)方向的擴(kuò)散。3.3.5 UDM 模型UDM 模型（Unified Dispersion Model）是 PHAST 軟件用于計(jì)算泄漏擴(kuò)散的模型。PHAST（Process Hazard Analysis Software Tool）軟件是由 DNV 開(kāi)發(fā)的一種專門用于石油

44、和天然氣領(lǐng)域分析和安全計(jì)算的軟件。該軟件通過(guò)對(duì)發(fā)生事故時(shí)的真實(shí)場(chǎng)景輸入，包括設(shè)備類型、物質(zhì)種類、參數(shù)、泄漏方式、周圍環(huán)境（大氣溫度、濕度、穩(wěn)定度、風(fēng)速）等設(shè)置，即可模擬石油化工裝置可能發(fā)生的火災(zāi)和事故的影響范圍及程度。UDM 模型通過(guò)計(jì)算在某一時(shí)刻物質(zhì)泄漏擴(kuò)散的濃度分布，連接等濃度點(diǎn)繪制成等濃度線，通過(guò)等濃度線來(lái)描述云團(tuán)此時(shí)的高度、寬度、下風(fēng)距離，從而得出發(fā)生事故之后的安全區(qū)域、易燃易爆區(qū)域、準(zhǔn)區(qū)域。技術(shù)可以針對(duì)不同的區(qū)域采取不同的應(yīng)急措施，從而減小事故帶來(lái)的影響。UDM 模型主要模擬有限時(shí)間的泄漏。它假定泄漏速度在一個(gè)有限的時(shí)間內(nèi)20/48是一個(gè)常量。UDM 模型包括兩個(gè)子模型：準(zhǔn)瞬時(shí)模型（

45、Quasi-instantaneous model）和有限時(shí)間修正模型（Finite-duration-correction model）。準(zhǔn)瞬時(shí)模型主要模擬續(xù)源的初始階段（忽略下風(fēng)向的垂直和水平擴(kuò)散）。當(dāng)云的寬度相對(duì)于長(zhǎng)度變成“大”的時(shí)候，蒸氣云就取而代之地成為一個(gè)“等效的”圓形云團(tuán)，隨后的階段繼續(xù)被模擬成一個(gè)“瞬時(shí)的”圓形云團(tuán)。有限時(shí)間修正模型是基于從 SLAB 擴(kuò)散模型派生出的 HGSYSTEM 公式。有限時(shí)間修正模型有一個(gè)更好的科學(xué)依據(jù)，它逐步考慮順風(fēng)擴(kuò)散的影響，包括湍流的和垂直的風(fēng)切變。該模型的局限性是：嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)，它只適用于地面的無(wú)，并且沒(méi)有明顯的凝雨散落物。此外，它只能最高濃度（

46、地面中心線）。UDM 模型適用于任何泄漏方式，無(wú)論是連續(xù)泄漏還是瞬時(shí)泄漏，泄漏氣體是重氣還是中性氣體、浮性氣體，都可采用 PHAST 軟件描述氣體泄漏擴(kuò)散的過(guò)程以及造成的影響，由于模擬結(jié)果與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景接近，目前得到了廣泛的關(guān)注。3.3.6大氣擴(kuò)散模型的對(duì)比表 3-1部分大氣擴(kuò)散模型對(duì)比21/48模型名稱適用范圍使用舉例優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)SLAB 模型用于模擬重氣源密度比空氣 大的易燃/有 毒氣體，如汽油蒸汽、LPG、硫化氫等使用簡(jiǎn)單、快速，穩(wěn)定、中度穩(wěn)定及不穩(wěn)定的大氣環(huán)境下均能得到比較好的結(jié)果不考慮有建筑物存在和地形變化的復(fù)雜情況，亦未考慮高度方向的濃度變化DEGADIS 模型用于模擬面源稠密氣體（或懸浮

47、顆粒）在平坦地形下向大氣邊界層的無(wú)動(dòng)力，還可以LNG、LPG 油品儲(chǔ)罐泄漏形成的液池蒸發(fā)擴(kuò)散考慮了擴(kuò)散燃 氣的重力影響， 在風(fēng)的作用下 燃?xì)獾摹笆站邸?作用，泄漏狀況隨著時(shí)間改變只能模擬平面泄漏的燃?xì)庑孤┖蠊豢紤]了在光滑表面的泄漏擴(kuò)散，而沒(méi)有考慮有物的情況22/48在溢流事故中氣體擴(kuò)散的距離的情況ALOHA 模型用于模擬發(fā)生化學(xué)事故后，有害氣云如何在大氣中擴(kuò)散壓縮液化氣 體泄漏，比如LPG 儲(chǔ)罐泄漏蒸汽擴(kuò)散、丙烯儲(chǔ)罐泄 漏擴(kuò)散等考慮了液體蒸 發(fā)（不能處理灑在水面的液體）、傳熱、壓力容器的氣體、液化及氣溶膠 質(zhì)量通量、閃蒸和氣溶膠對(duì)未 閃蒸液體的夾帶現(xiàn)象。只考慮了極低風(fēng)速和非常穩(wěn)定的大氣條件

48、，沒(méi)有考慮風(fēng)速變化和地形變化影響，不能模擬多組分混合物、氣溶膠、副產(chǎn)物和 物碎片ARCHIE 模型用于模擬燃燒、的有害物（非有害物）及大氣擴(kuò)散過(guò)程油氣燃燒后的有害物質(zhì)擴(kuò)散，如一氧化碳、氮氧化物等等適用于無(wú)物和平坦路面無(wú)限空間模擬不能處理重氣擴(kuò)散，不能用于粗糙地面或相對(duì)潮濕的擴(kuò)散計(jì)算UDM 模型可以模擬輕、中、重氣各種連續(xù)或瞬時(shí)源各種易燃/有 毒蒸汽/氣體， 比如 LNG、LPG儲(chǔ)罐泄漏蒸汽擴(kuò)散等等考慮了高度方 向的濃度變化， 可以用于粗糙 地面或相對(duì)潮 濕的擴(kuò)散計(jì)算， 還可以模擬多組分混合物不考慮有建筑物存在和地形變化的復(fù)雜情況第四章 高斯擴(kuò)散模型4.1 連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散連續(xù)電源一般指排放大氣污

49、染物的煙囪、放散管、通風(fēng)口等。排放口安置在地面的稱為地面電源，處于高空位置的稱為高架點(diǎn)源。4.1.1 大空間點(diǎn)源擴(kuò)散高斯擴(kuò)散公式的建立有如下假設(shè)：一、風(fēng)的平均流場(chǎng)穩(wěn)定，風(fēng)速均勻，風(fēng)向平直；二、污染物的濃度在 y、z 軸方向符合正態(tài)分布；三、污染物在輸送擴(kuò)散中質(zhì)量守恒；四、污染源的源強(qiáng)均勻、連續(xù)。圖 4-1 高斯擴(kuò)散模型示意圖圖 4-1 所示為點(diǎn)源的高斯擴(kuò)散模式示意圖。有效源位于坐標(biāo)原點(diǎn) o 處，平均風(fēng)向與 x 軸平行，并與 x 軸正向同向。假設(shè)點(diǎn)源在沒(méi)有任何物的自由空間擴(kuò)散，不考慮下墊面的存在。大氣中的擴(kuò)散是具有 y 與 z 兩個(gè)坐標(biāo)方向的二維正態(tài)分布，當(dāng)兩坐標(biāo)方向的隨量時(shí)，分布密度為每個(gè)坐標(biāo)

50、方向的一維正態(tài)分布密度函數(shù)的乘積。由正態(tài)分布的假設(shè)二，參照正態(tài)分布函數(shù)的基本形式，取u = 0 ，則在點(diǎn)源下風(fēng)向任一點(diǎn)的濃度分布函數(shù)為：é1 æ y2öùúz2()( )êC x, y, z =A x exp -êë+（1）ç÷2 ss22øúûèyz式中：C - 空間點(diǎn)( x, y, z ) 的污染物濃度， mg / m3 ；A( x) - 待定函數(shù)；23/48s y、s z - 分別為水平、垂直方向的標(biāo)準(zhǔn)差，即 y、x 方向的擴(kuò)散參數(shù)，m。有守恒和連續(xù)

51、假設(shè)三和四，在任一垂直于 x 軸的煙流截面上有：+¥ +¥òòq =（2）uCdydz-¥ -¥式中：時(shí)間內(nèi)排放的污染物， mg / s ；q - 源強(qiáng)，即u - 平均風(fēng)速， m / s 。將式（1）代入式（2），由風(fēng)速穩(wěn)定假設(shè)一，A 與 y、z 無(wú)關(guān)，考慮到假設(shè)三()+¥可得待定函數(shù) A( x) ：òexp -/ 2 dt =2p和四及2，t-¥q2p us ys zA( x) =（3）將式（3）代入式（1），得大空間連續(xù)點(diǎn)源的高斯擴(kuò)散模式：é1 æ y2öù&#

52、250;z2q()C x, y, z =exp -+ê（4）ç÷p us s2 ss222y zêëøúûèyz式中，擴(kuò)散系數(shù)s y、s z 與大氣穩(wěn)定度和水平距離 x 有關(guān)，并隨 x 的增大而增加。當(dāng) y=0，z=0 時(shí)， A( x) = C ( x, 0, 0) ，即 A( x) 為 x 軸上的濃度，也是垂直于 x軸截面上污染物的最大濃度點(diǎn)Cmax 。當(dāng) x ®¥ ， s y、s z ®¥，則C ® 0 ，表明污染物以在大氣中得以完全擴(kuò)散。4.1.2 高架點(diǎn)源擴(kuò)散在點(diǎn)源的實(shí)際擴(kuò)散中，污