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第7章 化学品泄露与扩散模型毒物释放模型毒物释放模型确定泄漏事件确定泄漏事件建立源模型建立源模型，描述物质如何释放出来及释放速率描述物质如何释放出来及释放速率毒物扩散模型毒物扩散模型采用扩散模型估算下风向有毒物质的浓度采用扩散模型估算下风向有毒物质的浓度知道了下风向的浓度知道了下风向的浓度，就可以使用一些准则估算后果或影响就可以使用一些准则估算后果或影响后果预估及应急方案：后果预估及应急方案：在毒物释放模型预测基础上作出相应选择：在毒物释放模型预测基础上作出相应选择：进行工程修改以进行工程修改以消除释放源消除释放源；制定制定周围社区周围社区的紧急反应计划；的紧急反应计划；将潜在将潜在释放围起来释放围起来，增加适当的增加适当的排泄洗涤器排泄洗涤器或其他排放设备；或其他排放设备；减少减少有害物质的贮存量有害物质的贮存量以减少释放量；以减少释放量；增加区域增加区域监测仪器监测仪器，以检测初始的释放以检测初始的释放，准备准备隔断阀和工程控制器隔断阀和工程控制器来来消除溢出和释放的危险程度消除溢出和释放的危险程度。7.1 毒物释放模型毒物释放模型确定泄漏事件；建立源模型，描述物质释放速率；确定泄漏事件；建立源模型，描述物质释放速率；释放液性质释放液性质：释放液性质受流体的热力学性质、释放时的P/T条件、释放时间的影响。释放的流体可为气体、液体、或两相混合物;可过冷、过热、常温、高压等。每一个因素可影响释放的流体和空气之间的相互作用，从而影响危险区的大小。其它性质如蒸汽密度、爆炸下限、释放流体的毒性等会影响危险区的大小。3毒物释放模型毒物释放模型液体通过管道上的小孔泄露液体通过储罐上的孔洞泄露液体通过管道泄露气体通过孔洞泄露气体通过管道泄露液体闪蒸液池蒸发或沸腾化工中常见的小孔泄露化工中常见的小孔泄露51-液体通过管道上的小孔泄露对于不可压缩流体，机械能守恒定律:dPr+Du22agc+ggcDz+F=-WsmPF21C P 体系内液体性质体系内液体性质外部环境外部环境0001sgWzuPPuuatmP21裂缝中的摩擦损失可由流出系数常数C1近似代替，定义为：对不可压缩流体对不可压缩流体:由于外部压力是常压由于外部压力是常压:PdPgPP A:泄漏面积泄漏面积 =流体密度流体密度61-液体通过管道上的小孔泄露Qm=mass flow rate in kg/sA=cross-sectional area in m2=density in kg/m3gc=gravitational constant=1 m.kg/(N.s2)Pg=PagcomPg2ACAu Qgc1Pg2C u 1oC C 由以上方程得出平均流出速率由以上方程得出平均流出速率:定义定义新的流出系数定义为新的流出系数定义为:液体通过小孔泄漏的质量流量液体通过小孔泄漏的质量流量Qm:gcoPgCu2平均流出速率平均流出速率:流出系数C0为：对于锋利的小孔和雷诺数大于30000的情况，C0近似取0.61；对于圆滑的喷嘴，流出系数可近似取1；对于与容器连接的短管(即长度与直径之比小于3)，流出系数近似取0.81；当流出系数不知道或不能确定时，取1.0使计算结果最大化。7(1)-液体通过管道上的小孔泄露例例7-1：下午下午1点点,工厂的操作人员发现输送苯的管道中的压力降低了工厂的操作人员发现输送苯的管道中的压力降低了，他没有查明原因便他没有查明原因便立即将压力恢复至立即将压力恢复至7atm(表压表压)。下午。下午2:30,在管道上发现了一个直径为在管道上发现了一个直径为0.635cm的小孔的小孔,并立即进行了修理。试估算由此小孔流出的苯的总质量。苯的密度为并立即进行了修理。试估算由此小孔流出的苯的总质量。苯的密度为878.6kg/m3。解解:假设在下午假设在下午1点至点至2:30之间即之间即90min内，小孔一直存在，孔洞的面积为内，小孔一直存在，孔洞的面积为:A=d2/4=3.14(0.63510-2)2/4=3.16510-5m2苯泄漏的质量流量可由式苯泄漏的质量流量可由式(7-1)计算。对于圆滑的孔洞，计算。对于圆滑的孔洞，C0近似取近似取0.61,gc1,则则Qm=AC0(2pg)0.5=3.16510-50.61(2878.67101325)0.5=0.682kg/s90min共计流出苯的总质量为共计流出苯的总质量为0.682(9060)=3683kg0.00.20.40.60.81.00.00.51.01.52.0Q(kg/s)d(cm)0.00.20.40.60.81.0020004000600080001000012000m(kg)d(cm)02468100.00.51.01.5t(h)Q(kg/s)02468100500010000150002000025000m(kg)t(h)02468100.20.30.40.50.60.70.80.9Q(kg/s)P(atm)024681010001500200025003000350040004500m(kg)P(atm)泄漏时间、小孔半径和系统压力对泄漏时间、小孔半径和系统压力对泄漏量泄漏量的影响的影响泄漏时间、小孔半径和系统压力对泄漏时间、小孔半径和系统压力对泄漏速率泄漏速率的影响的影响(2)-液体通过储罐上的小孔泄露9Pg001sWuhLuuatmP21A:Leak sectional area=Fluid density DPr+ggcDz+F+u22agc=C12DPr+ggcDz+u22agc=0通过小孔的流体机械能守恒通过小孔的流体机械能守恒:流出速率：流出速率：u=C02gcPgr+ghL初始流出量初始流出量-最大的流出量最大的流出量:Qm=ruA=rAC02gcPgr+ghL7.2 扩散模型扩散模型-影响扩散的参数影响扩散的参数扩散模型描述了有毒物质远离事故发生地并遍及整个工厂和社会的空中扩散模型描述了有毒物质远离事故发生地并遍及整个工厂和社会的空中输送过程输送过程。释放发生后释放发生后，空气中的有毒物质被风以空气中的有毒物质被风以烟羽方式烟羽方式（图图7 7-7 7）或或烟团方式烟团方式（图图7 7-8 8）带走带走。有毒物质的最大浓度是在释放发生处有毒物质的最大浓度是在释放发生处（可能不可能不在地面上在地面上）。众多因素影响有毒物质在大气中的扩散：众多因素影响有毒物质在大气中的扩散：风速；大气稳定度；地面条件（建筑物、水、树木）；释放处距离地面的高度；物质释放的初始动量和浮力7.2 影响扩散的参数影响扩散的参数随着随着风速的风速的增加增加，图图7 7-7 7中的烟羽变得又长又窄；中的烟羽变得又长又窄；物质向下风向输送的速度变快了物质向下风向输送的速度变快了，但被大量空气稀但被大量空气稀释的速度也加快了释的速度也加快了。大气的大气的稳定度稳定度与空气的垂直混合有关与空气的垂直混合有关。白天白天，空空气温度随着高度的增加迅速下降气温度随着高度的增加迅速下降，促使了空气的垂促使了空气的垂直运动直运动。夜晚夜晚，空气温度随着高度的增加下降不多空气温度随着高度的增加下降不多，导致较少的垂直运动导致较少的垂直运动。大气稳定度可划分为三种类型：不稳定大气稳定度可划分为三种类型：不稳定（这种浮这种浮力的影响力的影响增强了增强了大气的机械湍流大气的机械湍流）、中性中性（不影响不影响机械湍流机械湍流）和稳定和稳定（浮力的影响浮力的影响抑制了抑制了机械湍流机械湍流）。7.2 影响扩散的参数影响扩散的参数地面条件影响地表的机械混合和随高度而变化的风速地面条件影响地表的机械混合和随高度而变化的风速。释放高度对地面浓度的影响很大释放高度对地面浓度的影响很大。随着释放高度的增加随着释放高度的增加，地面浓度地面浓度降低降低，这是因为烟羽需要垂直扩散更长的距离这是因为烟羽需要垂直扩散更长的距离。释放物质的浮力和动量改变了泄漏的有效高度释放物质的浮力和动量改变了泄漏的有效高度。释放物质与空气密释放物质与空气密度的大小影响释放物质的走向度的大小影响释放物质的走向。7.2 影响扩散的参数影响扩散的参数-泄漏位置高度泄漏位置高度-泄漏物质的初始动量和浮力泄漏物质的初始动量和浮力7.3 中性浮力扩散模型中性浮力扩散模型中性浮力扩散模型用于估算释放发生后气体与空气混合中性浮力扩散模型用于估算释放发生后气体与空气混合，并导致混合并导致混合气云具有中性浮力后气云具有中性浮力后，下风向各处的浓度下风向各处的浓度。适用于低浓度的气体特别适用于低浓度的气体特别是浓度为是浓度为ppm量级的量级的。中性浮力蒸气云扩散模型：中性浮力蒸气云扩散模型：烟羽模型烟羽模型-描述来自连续源释放物质的浓度；描述来自连续源释放物质的浓度；烟团模型烟团模型-描述一定量的单一物质释放后的瞬时浓度描述一定量的单一物质释放后的瞬时浓度。7.4 重气扩散模型重气扩散模型密度大于其扩散所经过的周围空气密度的气体称为重气密度大于其扩散所经过的周围空气密度的气体称为重气。Britter-McQuaid模型模型-适用于瞬时或连续的地面重气释放适用于瞬时或连续的地面重气释放该模型需要给定初始气云体积该模型需要给定初始气云体积、初始烟羽体积流量初始烟羽体积流量、释放持续时间和释放持续时间和初始气体密度初始气体密度。同时还需要同时还需要10m高处的风速高处的风速、下风向距离和周围气体下风向距离和周围气体密度密度。视频播放视频播放