第三章泄漏与扩散VIP免费

第三章泄漏与扩散本章学习目标•1．了解化工企业中的常见泄漏源。•2．熟悉液体、气体和蒸气泄漏的泄漏速率计算方法。•3．掌握液体闪蒸率及两相泄漏速率的计算方法。•4．掌握液体蒸发（沸腾）速率的计算方法。•5．熟悉扩散模式及扩散影响因素。•6．熟悉高斯模型及扩散系数的计算方法。•7．了解重气云扩散的计算方法。•8．了解释放动量和浮力对扩散行为的影响。第一节常见的泄漏源•泄漏机理可分为大面积泄漏和小孔泄漏。•大面积泄漏是指在短时间内有大量的物料泄漏出来，储罐的超压爆炸就属于大面积泄漏。•小孔泄漏是指物料通过小孔以非常慢的速率持续泄漏，上游的条件并不因此而立即受到影响，故通常假设上游压力不变。•如图3-1所示为化工厂中常见的小孔泄漏的情况。对于这些泄漏，物质从储罐和管道上的孔洞和裂纹以及法兰、阀门和泵体的裂缝或严重破坏、断裂的管道中泄漏出来。•如图3～2所示为物料的物理状态是怎样影响泄漏过程的。对于存储于储罐内的气体或蒸气，裂缝导致气体或蒸气泄漏出来，对于液体，储罐内液面以下的裂缝导致液体泄漏出来。•如果液体存储压力大于其大气环境下沸点所对应的压力，那么液面以下的裂缝，将导致泄漏的液体的一部分闪蒸为蒸气，由于液体的闪蒸，可能会形成小液滴或雾滴，并可能随风而扩散开来。液面以上的蒸气空间的裂缝能够导致蒸气流，或气液两相流的泄漏，这主要取决于物质的物理特性。第二节液体泄漏•一、通过孔洞泄漏•对于某过程单元（表压为pg）上的一个小孔，当液体通过其流出时，认为液体高度没有发生变化。若小孔的面积为A，液体的流速为则液体通过小孔泄漏的质量流量（流速）Qm为：gmpACAuQ20u第一节液体经小孔泄露的源模式泄露形式容器内流速忽略，不考虑摩擦损失和液位变化考虑到因惯性引起的截面收缩及摩擦引起的速度减小，引入孔流系数C0。C0=实际流量/理论流量C0约为1薄壁小孔C0约0.61厚壁小孔或孔外伸有一段短管C0约0.81通常情况下C0难以求取，为保持足够的安全余量，可取1.•流出系数Co为：•①对于锋利的小孔和雷诺数大于30000，Co近似取0．61;•②对于圆滑的喷嘴，流出系数可近似取l；③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;•④当流出系数不知道或不能确定时，取1.0以使计算结果最大化。例3-1•下午1点，工厂的操作人员注意到输送苯的管道中的压力降低了。压力被立即回复为690kPa。下午2:30，管道上发现了一个直径为6.35mm的小孔并立即进行了修补。•请估算流出来的苯的总质量。苯的比重为0.8794。•解：下午1点观察到的压力降低是管道上出现小孔的象征。假设小孔在下午1点到2:30之间，即90分钟内，一直存在。小孔的面积为例3-141035.614.34232dA51017.3苯的密度为：4.87910008794.0gmPACQ2055109.614.879261.01017.3s/kg674二、通过储罐上的孔洞泄漏•小孔(面积为A)在液面以下hL处形成，储罐中的表压为pg，外界表压为0，•且储罐中液体流速为0，则瞬时质量流量Qm。为：)(20LgmghpACAuQ忽略阻力项通过孔流系数C0修正第三节气体或蒸气泄漏•一、通过孔洞泄漏•对于流动着的液体来说，其动能的变化经常是可以忽略不计的，物理性质（特别是密度）是不变的。而对流动着的气体和蒸气来说，这些假设仅仅在压力变化不大(p1/p2<2)、流速较低（小于0.3倍声音在气体中的传播速度）的情况下有效。由于压力作用使气体或蒸气含有的能量在其从小孔泄漏或扩散出去时转化为动能，随着气体或蒸气经孔流出，其密度、压力和温度发生变化。•气体和蒸气的泄漏，可分为滞流和自由扩散泄漏。•对滞流泄漏，气体通过孔流出，摩擦损失很大，很少一部分来自气体压力的内能会转化为动能，•对自由扩散泄漏，大多数压力能转化为动能，过程通常假设为等熵。滞流泄漏的源模型，需要有关孔洞物理结构的详细信息，在这里不予考虑，自由扩散泄漏源模型仅仅需要孔洞直径。•对于自由扩散泄漏，假设可以忽略潜能的变化，没有轴功，则质量流量的表达式为：•3-23•p0——容器内介质压力（绝压），Pa；•p——环境压力（下游压力），Pa...