化學(xué)品-泄露與擴(kuò)散模型課件

第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型目錄7.1化工中常見的泄漏源7.2化學(xué)品泄漏模型7.2.1液體泄漏7.2.2氣體或蒸氣泄漏7.2.3液體閃蒸7.2.4液池蒸發(fā)或沸騰7.3擴(kuò)散方式及擴(kuò)散模型7.3.1擴(kuò)散方式及其影響因素7.3.2中性浮力擴(kuò)散模型7.3.3重氣擴(kuò)散模型7.3.4釋放動(dòng)量和浮力的影響思考題第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型目錄7.3擴(kuò)散方式及擴(kuò)散模型1第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型一般指工業(yè)中不應(yīng)該流出或漏出的物質(zhì)或流體，流出或漏出機(jī)械設(shè)備以外，造成損失，稱之為泄漏。三類典型火災(zāi)和爆炸事故，即池火災(zāi)、蒸氣云爆炸、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸，均是由化學(xué)品泄漏和擴(kuò)散引起。池火災(zāi)：指在可燃物（液態(tài)或固態(tài)）的液池表面上發(fā)生的火災(zāi)。液體泄漏,一般會(huì)引起池火災(zāi)。池火災(zāi)的破壞主要是熱輻射,如果熱輻射作用在容器和設(shè)備上,尤其是液化氣體容器,其內(nèi)部壓力會(huì)迅速升高,引起容器和設(shè)備的破裂;如果熱輻射作用于可燃物,會(huì)引燃可燃物;如果熱輻射作用于人員,會(huì)引起人員燒傷甚至死亡。第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型一般指工業(yè)中不應(yīng)該流出或漏出的物2第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型蒸氣云爆炸：發(fā)生泄漏事故時(shí)，可燃?xì)怏w、蒸氣或液霧與空氣混合會(huì)形成可燃蒸氣云，可燃蒸氣云遇到火源即發(fā)生蒸氣云爆炸。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸：處于過熱狀態(tài)的水、有機(jī)液體、液化氣體等，瞬間氣化而產(chǎn)生的爆炸現(xiàn)象，稱為沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸，又稱蒸氣爆炸。蒸氣爆炸不同于一般的爆炸，著火源不是蒸氣爆炸的必備條件，只要?dú)?、液兩相的平衡遭到破壞就能引起蒸氣爆炸。爆炸的破壞作用：直接的破壞作用；沖擊波的破壞作用；造成火災(zāi)；造成中毒和環(huán)境污染。第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型蒸氣云爆炸：發(fā)生泄漏事故時(shí)，可燃37.1化工中常見的泄漏源泄漏機(jī)理分為大面積泄漏和小孔泄漏。大面積泄漏是指在短時(shí)間內(nèi)有大量的物料泄漏出來。儲(chǔ)罐的超壓爆炸就屬于大面積泄漏。小孔泄漏是指物料通過小孔以非常慢的速率持續(xù)泄漏，上游的條件并不因此而立即受到影響，故通常假設(shè)上游壓力不變。圖7-1化工廠常見的小孔泄漏7.1化工中常見的泄漏源泄漏機(jī)理分為大面積泄漏和小孔泄漏。47.1化工中常見的泄漏源圖7-2蒸氣和液體以單相或兩相狀態(tài)從容器中泄漏出來7.1化工中常見的泄漏源圖7-2蒸氣和液體以單相或兩相狀5第一節(jié)模擬式顯示儀表53.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測量橋路圖4-3電位差計(jì)測量橋路原理圖圖4-2電子電位差計(jì)原理圖（1）冷端溫度補(bǔ)償問題

舉例用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，其熱端溫度不變，而冷端溫度從０℃升高到25℃，這時(shí)熱電勢將降低１mV，儀表指針會(huì)指示偏低。第一節(jié)模擬式顯示儀表53.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測量橋路圖4-6第一節(jié)模擬式顯示儀表

如果把R２做成隨溫度變化的電阻，且在溫度從0℃升高到25℃時(shí)，其阻值變化量ΔR2＝0.5Ω，這時(shí)，電阻R2上的電壓降UDB也增大，ΔUDB＝ΔR2·I2＝1mV。為了統(tǒng)一規(guī)格，上支路的電流規(guī)定為4mA（或2mA），下支路電流規(guī)定2mA（或1mA）。因?yàn)闇y量橋路的補(bǔ)償電壓UCD＝UCB－UDB，現(xiàn)在UDB增加了1mV，那么UCD就會(huì)減少1mV，此時(shí)滑動(dòng)觸點(diǎn)C的平衡位置不需變化。由于UCD的變化與熱電勢的變化相等，故能起到溫度補(bǔ)償作用，使儀表的指示值基本不受冷端溫度變化的影響。6第一節(jié)模擬式顯示儀表如果把R２做成隨溫度變化的電阻7第一節(jié)模擬式顯示儀表7（2）量程匹配問題

圖4-4XW系列電位差計(jì)測量橋路原理圖R2—冷端補(bǔ)償銅電阻；RM—量程電阻；RB—工藝電阻；RP—滑線電阻；R4—終端電阻（限流電阻）；R3—限流電阻；RG—始端電阻；E—穩(wěn)壓電源1V；I1—上支路電流4mA；I2—下支路電流2mA①R2銅電阻裝在儀表后接線板上以使其和熱電偶冷端處于同一溫度。②下支路限流電阻R3

它與R2配合，保證了下支路回路的工作電流為2mA。

③上支路限流電阻R4把上支路的工作電流限定在4mA。④滑線電阻RP

儀表的示值誤差、記錄誤差、變差、靈敏度以及儀表運(yùn)行的平滑性等都和滑線電阻的優(yōu)劣有關(guān)。

⑤量程電阻RM決定儀表量程大小的電阻。⑥始端（下限）電阻RG

大小取決于測量下限的高低。第一節(jié)模擬式顯示儀表7（2）量程匹配問題圖4-4XW系8第一節(jié)模擬式顯示儀表84.自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)測量橋路放大器可逆電機(jī)指示機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)

圖4-5

電子電位差計(jì)方框原理圖第一節(jié)模擬式顯示儀表84.自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)測量橋路9第一節(jié)模擬式顯示儀表二、自動(dòng)電子平衡電橋91.平衡電橋測溫原理利用平衡電橋來測量熱電阻變化。圖4-6平衡電橋

當(dāng)被測溫度為下限時(shí)，Rt有最小值Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是（4-3）第一節(jié)模擬式顯示儀表二、自動(dòng)電子平衡電橋91.平衡電橋測溫第一節(jié)模擬式顯示儀表

滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。結(jié)論當(dāng)被測溫度升高后的平衡條件是（4-4）用式（4-4）減式（4-3），則得（4-5）10第一節(jié)模擬式顯示儀表滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻11第一節(jié)模擬式顯示儀表112.自動(dòng)電子平衡電橋圖4-7

自動(dòng)平衡電橋結(jié)構(gòu)原理圖圖4-8自動(dòng)電子平衡電橋方框圖

為了準(zhǔn)確地指示出被測溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。第一節(jié)模擬式顯示儀表112.自動(dòng)電子平衡電橋圖4-7自12第一節(jié)模擬式顯示儀表123.自動(dòng)電子平衡電橋與自動(dòng)電子電位差計(jì)的比較相同處與這兩種儀表配套的測溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結(jié)構(gòu)上十分相似。儀表的外形及其組成：如放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)及指示記錄部分都是完全相同的。第一節(jié)模擬式顯示儀表123.自動(dòng)電子平衡電橋與自動(dòng)電子電位13第一節(jié)模擬式顯示儀表不同處它們的輸入信號(hào)不同。兩者的作用原理不同。當(dāng)用熱電偶配電子電位差計(jì)測溫時(shí)，其測量橋路需要考慮熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償問題；而用熱電阻配電子平衡電橋測溫時(shí)，則不存在這個(gè)問題。測溫元件與測量橋路的連接方式不同。13第一節(jié)模擬式顯示儀表不同處它們的輸入信號(hào)不同。1314第一節(jié)模擬式顯示儀表其他模擬式顯示儀表：動(dòng)圈式顯示儀表

采用靈敏度較高的磁電系測量機(jī)構(gòu)將被測信號(hào)轉(zhuǎn)換為指針的角位移，實(shí)質(zhì)上是一種利用偏差法測量電流的儀表。光柱式顯示儀表

將輸入信號(hào)通過由許多發(fā)光二極管組成的光柱顯示出來，具有顯示醒目、形象直觀、精度穩(wěn)定的特點(diǎn)。14第一節(jié)模擬式顯示儀表其他模擬式顯示儀表：動(dòng)圈式顯示儀表157.2化學(xué)品泄露模型7.2.1液體泄漏（1）通過管道上的孔洞泄漏對(duì)于不可壓縮流體，機(jī)械能守恒定律描述了與流動(dòng)的液體相關(guān)的各種能量形式，如下式：式中P、ρ、α、g……

7.2化學(xué)品泄露模型7.2.1液體泄漏

167.2化學(xué)品泄露模型裂縫中的摩擦損失可由流出系數(shù)常數(shù)C1近似代替，其定義為：將以上式子帶入機(jī)械能守恒式，確定從裂縫中流出的液體的平均流速為：新的流出系數(shù)C0定義為：

7.2化學(xué)品泄露模型裂縫中的摩擦損失可由流出系數(shù)常數(shù)C1近177.2化學(xué)品泄露模型若小孔的面積為A，液體的平均流速為ū，則液體通過小孔泄漏的質(zhì)量流量Qm（7-1）為：流出系數(shù)C0為：①對(duì)于鋒利的小孔和雷諾數(shù)大于30000的情況，C0近似取0.61；②對(duì)于圓滑的噴嘴，流出系數(shù)可近似取1；③對(duì)于與容器連接的短管（即長度與直徑之比小于3），流出系數(shù)近似取0.81；④當(dāng)流出系數(shù)不知道或不能確定時(shí)，取1.0以使計(jì)算結(jié)果最大化。

7.2化學(xué)品泄露模型若小孔的面積為A，液體的平均流速為ū，187.2化學(xué)品泄露模型例7-1下午1點(diǎn)，工廠的操作人員發(fā)現(xiàn)輸送苯的管道中的壓力降低了，他沒有查明原因便立即將壓力恢復(fù)至7atm（表壓）。下午2:30，在管道上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑為0.635cm的小孔，并立即進(jìn)行了修理。試估算由此小孔流出的苯的總質(zhì)量。苯的密度為878.6kg/m3。解：假設(shè)在下午1點(diǎn)至2:30之間即90min內(nèi)，小孔一直存在，孔洞的面積為：

7.2化學(xué)品泄露模型例7-1下午1點(diǎn)，工廠的操作人員發(fā)現(xiàn)197.2化學(xué)品泄露模型苯泄漏的質(zhì)量流量可由式（7-1）計(jì)算，對(duì)于圓滑的孔洞，C0近似取0.61，gc≈1，則：90min共計(jì)流出苯的總質(zhì)量為：

7.2化學(xué)品泄露模型苯泄漏的質(zhì)量流量可由式（7-1）計(jì)算，207.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏假設(shè)液體為不可壓縮流體，儲(chǔ)罐中的液體流速為0，則通過小孔流出的瞬時(shí)質(zhì)量流量Qm（7-2）為：

隨著儲(chǔ)罐逐漸變空，液體高度減小，質(zhì)量流量也隨之減小。7.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏

隨著儲(chǔ)罐逐217.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏對(duì)于恒定截面積為A的儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐中小孔以上的液體總質(zhì)量為（7-3）：儲(chǔ)罐中的質(zhì)量變化率為（7-4），高度變化率為（7-5）：

7.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏

227.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏將上式從初始高度hL0到任意高度hL進(jìn)行積分，得到儲(chǔ)罐中液面高度隨時(shí)間的變化函數(shù)：得到任意時(shí)刻t所泄漏液體的質(zhì)量流量：7.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏237.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏設(shè)hL=0，通過求解可以得到容器液面降至小孔所在高度處所需要的時(shí)間：如果容器內(nèi)壓力是大氣壓力，即pg=0，則上式可簡化為：

7.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏

247.2化學(xué)品泄露模型【例7-2】圓柱形儲(chǔ)罐，高6.1m，直徑2.4m，里面儲(chǔ)存物質(zhì)為苯。為防止爆炸，儲(chǔ)罐內(nèi)充裝有氮?dú)猓迌?nèi)表壓為1atm，且恒定不變。儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高度為5.2m。由于疏忽，鏟車駕駛員將距離底面1.5m的罐壁上撞出一個(gè)直徑為2.5cm的小孔。請(qǐng)估算（1）流出多少苯；（2）苯流至漏孔高度處所需的時(shí)間；（3）苯通過小孔的最大質(zhì)量流量和平均流速。該條件下苯的密度為878.6kg/m2。解：儲(chǔ)罐的面積為：

7.2化學(xué)品泄露模型【例7-2】圓柱形儲(chǔ)罐，高6.1m，直257.2化學(xué)品泄露模型孔洞的面積為：表壓為：（1）孔洞上方苯的體積為：這就是能夠流出的苯的全部的量。

7.2化學(xué)品泄露模型孔洞的面積為：

267.2化學(xué)品泄露模型（2）苯全部流出來所需的時(shí)間，由式（7-8）給出這說明，有充足的時(shí)間來阻止泄漏，或啟用應(yīng)急程序來減少泄漏量，避免其對(duì)環(huán)境造成不利的影響。

7.2化學(xué)品泄露模型（2）苯全部流出來所需的時(shí)間，由式（7277.2化學(xué)品泄露模型（3）最大的流出量發(fā)生在t=0即液面高度為5.2m時(shí)。此時(shí)液面距小孔的距離為：5.2-1.5=3.7m，此時(shí)的質(zhì)量流量最大，可通過式（7-2）計(jì)算：苯通過小孔的平均流速：16.724×878.6/3433=4.28kg/s

7.2化學(xué)品泄露模型（3）最大的流出量發(fā)生在t=0即液面高287.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏流體經(jīng)管道流出Ldρ=常數(shù)7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏流體經(jīng)管道流出Ldρ297.2化學(xué)品泄露模型

7.2化學(xué)品泄露模型

307.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏對(duì)流經(jīng)管道的液體，Kf為f：范寧摩擦系數(shù)，L:管長，d：管徑。范寧摩擦系數(shù)f是雷諾數(shù)Re和管道粗糙度ε的函數(shù)。具體關(guān)系式及取值見表7-2與圖7-3。7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏317.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏對(duì)于層流，范寧摩擦系數(shù)由下式（7-13）給出：對(duì)于湍流，范寧摩擦系數(shù)可由Colebrook方程（7-14）計(jì)算：

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

327.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏另一種形式，對(duì)于由范寧摩擦系數(shù)f來確定雷諾數(shù)是很有用的：對(duì)于粗糙管道中完全發(fā)展的湍流，f與雷諾數(shù)無關(guān)，在圖7-3中可看到，在雷諾數(shù)很高處，f接近于常數(shù)。對(duì)于這種情況，式（7-14）可簡化為式（7-16）：7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏337.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏對(duì)于光滑管道，ε=0，式（7-14）可簡化為式（7-17）：對(duì)于光滑管道，當(dāng)雷諾數(shù)Re小于100000時(shí)，布拉休斯（Blasius）方程（7-18）很有用：

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

347.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏Chen提出了一個(gè)簡單的方程，該方程可在圖7-3所顯示的全部雷諾數(shù)范圍內(nèi)，給出摩擦系數(shù)f，該方程（7-19）為：式中：7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏357.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏2-K方法管道附件，閥門及其他流動(dòng)阻礙物；傳統(tǒng)方法是在式（7-12）中使用當(dāng)量管長。一種改進(jìn)的方法是使用2-K方法，使用實(shí)際的流程長度而不是當(dāng)量長度。2-K方法由兩個(gè)常數(shù)來定義壓差損失系數(shù)，式（7-20）。這兩個(gè)常數(shù)即雷諾數(shù)和管道內(nèi)徑。7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏367.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏表7-3列出了常用的各類管道附件和閥門的K值注意表中數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的設(shè)備尺寸的單位為mm。對(duì)管道的進(jìn)口和出口，要對(duì)式（7-20）進(jìn)行修改以說明動(dòng)能變化式（7-21）說明：管道進(jìn)口，K1=160；一般進(jìn)口，K∞=0.50；邊界類型的進(jìn)口，K∞=1.0；管道出口，K1=0，K∞=1.0。

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

377.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏進(jìn)口和出口效應(yīng)的K系數(shù)，通過管道的變化說明了動(dòng)能的變化，故機(jī)械能中不必考慮額外的動(dòng)能項(xiàng)。兩個(gè)極限對(duì)高Re數(shù)（Re＞100000），式（7-21）中的第一項(xiàng)可以忽略，且Kf=K∞；對(duì)低Re數(shù)（Re＜50），式（7-21）中的第一項(xiàng)占支配地位，且說明：式(7-21)對(duì)孔和管道尺寸的變化也使用；

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

387.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏2-K方法也可以用來描述液體通過孔洞的流出，流出系數(shù)的表達(dá)式為式（7-22）：∑Kf為所有壓差損失相之和，包括：進(jìn)口、出口、管長和附件。

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

397.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏如對(duì)于沒有管道連接或附件的貯罐上的一個(gè)簡單的孔，摩擦僅僅是由孔的進(jìn)口和出口效應(yīng)引起的，對(duì)Re＞100000，進(jìn)口的Kf=0.5，出口的Kf=1.0，∑Kf=1.5。則：說明：物質(zhì)從管道系統(tǒng)流出，具體求解質(zhì)量流率的過程共分8步，見P132頁和例[7-3]7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏407.2化學(xué)品泄露模型【例7-3】含有少量有害廢物的水經(jīng)內(nèi)徑為100mm的型鋼直管道，通過重力從某一大型儲(chǔ)罐排出，管道長100m，在儲(chǔ)罐附近有一個(gè)閘式閥門，整個(gè)管道系統(tǒng)大多是水平的，如果儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高于管道出口5.8m，管道在距離儲(chǔ)罐33m處發(fā)生事故性斷裂，請(qǐng)計(jì)算自管道泄露的速率及15min的泄漏量。解：排泄操作如圖7-4所示，假設(shè)可以忽略動(dòng)能的變化，沒有壓力變化，沒有軸功。應(yīng)用于點(diǎn)1和2之間的機(jī)械能守恒[式（7-10）]可簡化為：圖7-4排水幾何尺寸7.2化學(xué)品泄露模型【例7-3】含有少量有害廢物的水經(jīng)內(nèi)417.2化學(xué)品泄露模型

7.2化學(xué)品泄露模型

427.2化學(xué)品泄露模型對(duì)于管道出口：對(duì)于管長：將K系數(shù)相加得：對(duì)于Re>10000，方程中的第一項(xiàng)很小。因此所以

7.2化學(xué)品泄露模型對(duì)于管道出口：

437.2化學(xué)品泄露模型機(jī)械能守恒方程中的重力項(xiàng)為：因?yàn)闆]有壓力變化和軸功，機(jī)械能守恒方程式[式（7-10）]簡化為：求解出口速率并帶入高度變化得：

7.2化學(xué)品泄露模型機(jī)械能守恒方程中的重力項(xiàng)為：

447.2化學(xué)品泄露模型雷諾數(shù)為：對(duì)于異型鋼管道，由表7-2查得，ε=0.046mm因?yàn)槟Σ料禂?shù)f和摩擦損失項(xiàng)F是雷諾數(shù)和速率的函數(shù)，所以采用試差法求解。試差法求解見表7-4.

7.2化學(xué)品泄露模型雷諾數(shù)為：

457.2化學(xué)品泄露模型表7-4試差法求解結(jié)果因此，從管道中流出的液體速率是3.66m/s。ｕ的估值/m﹒s-1RefF計(jì)算得到的ū值/m﹒s-13.003000000.0045134.096.753.503500000.0044646.004.663.663660000.0044450.183.667.2化學(xué)品泄露模型表7-4試差法求解結(jié)果ｕ的估值/m﹒467.2化學(xué)品泄露模型表7-4也顯示了摩擦系數(shù)f隨雷諾數(shù)變化很小。因此，對(duì)于粗糙管道中完全發(fā)展的湍流，可以使用式（7-16）來近似估算。式（7-16）計(jì)算的摩擦系數(shù)值等于0.0041。因此帶入并求解，得到：

7.2化學(xué)品泄露模型表7-4也顯示了摩擦系數(shù)f隨雷諾數(shù)變化477.2化學(xué)品泄露模型該結(jié)果與較精確的試差法的計(jì)算結(jié)果很接近。管道的橫截面積是：質(zhì)量流量為：

7.2化學(xué)品泄露模型

487.2化學(xué)品泄露模型

7.2化學(xué)品泄露模型

497.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏過程單元內(nèi)的帶壓氣體P0，T0外部環(huán)境在泄漏通道處氣體自由膨脹泄漏氣體通過小孔等熵膨脹，在膨脹過程中氣體的性質(zhì)（P、T）和速度發(fā)生變化7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏過程單507.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏根據(jù)機(jī)械能守恒，氣體是可壓縮的，在經(jīng)孔洞流出時(shí)，氣體密度、壓力、溫度等均發(fā)生變化。假設(shè)沒有軸功，忽略勢能高度差的變化，可以得到描述孔洞可壓縮流動(dòng)的機(jī)械能守恒形式流出系數(shù)C1與7.2節(jié)定義的系數(shù)具有相似的形式7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏517.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏將上兩式聯(lián)立，并在任意兩個(gè)方便的點(diǎn)之間積分。初始點(diǎn)（下標(biāo)為“?！保┻x在速度為零，壓力為P0處，到任意的終點(diǎn)（無下標(biāo)）積分，可得：對(duì)等熵膨脹的理想氣體，γ為熱容比，γ=CP/Cv7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏γ為熱527.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏將上兩式聯(lián)立，定義與式（7-22）相同的新的流出系數(shù)C0，并積分，得到等熵?cái)U(kuò)散中任意點(diǎn)處流體速度的方程7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏537.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏利用連續(xù)性（質(zhì)量守恒方程）方程，對(duì)等熵膨脹，理想氣體定律可寫成7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏547.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏對(duì)等熵膨脹，任意點(diǎn)處的質(zhì)量流率，式（7-23）對(duì)許多安全性研究，都需要確定通過孔洞流出的蒸氣的最大流量：(7-24)7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏(7-557.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏

式（7-25）中，M為泄漏氣體或蒸汽的分子量；T0為泄漏源的溫度，Rg為理想氣體常數(shù)。γ的值可查表7-6。式（7-24）表明塞壓僅僅是γ的函數(shù)(對(duì)于理想氣體)。對(duì)于鋒利的孔，Re>30000（同時(shí)不出現(xiàn)遏阻）情況下，流出系數(shù)C0=0.61，；但對(duì)塞流，流出系數(shù)隨下游壓力的下降而增加，對(duì)這些流動(dòng)和C0不確定的情況，推薦使用保守值C0=1.07.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏567.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏【例7-4】在裝有氮?dú)獾馁A罐上有一個(gè)2.54mm（0.1in）的小孔，貯罐內(nèi)的壓力為1378kPa（200psig），溫度為26.7°C（80°F）。計(jì)算通過該孔的液體質(zhì)量流率。解由表7-6，氮?dú)獾臒崛荼圈?1.41。由式（7-24）：因此

7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏

577.2.2氣體或蒸氣泄露外界壓力低于779kPa（113.1psia）將導(dǎo)致塞流。該例題中，外界壓力為大氣壓，所以認(rèn)為發(fā)生塞流，應(yīng)用式（7-25）?？椎拿娣e是：流出系數(shù)C0假設(shè)為1.0，同時(shí)P0=（1378000+101300）=1479300Pa，T0=26.7+273.156=299.86K

7.2.2氣體或蒸氣泄露外界壓力低于779kPa（113.587.2.2氣體或蒸氣泄露然后，用式（7-25）：

7.2.2氣體或蒸氣泄露

59溫度之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換到華氏溫度攝氏溫度℃=(οF-32)/1.8華氏溫度絕對(duì)溫度K=(οF+459.67)/1.8華氏溫度蘭氏度RankineοR=οF+459.67攝氏溫度華氏溫度οF=℃×1.8+32攝氏溫度絕對(duì)溫度K=℃+273.15攝氏溫度蘭氏度RankineοR=℃×1.8+32+459.67絕對(duì)溫度攝氏溫度℃=K-273.15絕對(duì)溫度華氏溫度οF=K×1.8-459.67絕對(duì)溫度蘭氏度RankineοR=K×1.8蘭氏度攝氏溫度℃=(°R-32-459.67)/1.8蘭氏度華氏溫度οF=οR-459.67蘭氏度絕對(duì)溫度K=οR/1.8溫度之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換到華氏溫度攝氏溫度℃=(οF-3260英制長度單位與國際標(biāo)準(zhǔn)單位的換算英制長度單位以英國和美國為主的少數(shù)歐美國家使用英制單位，因此他們使用的長度單位也就與眾不同，主要有英里、碼、英尺、英寸。英里(mile)1英里=1760碼=5280英尺=1.609344公里碼(yard，yd)1碼=3英尺=0.9144米英尺(foot，ft，復(fù)數(shù)為feet)1英尺=12英寸=30.48厘米英寸(inch，in)1英寸=2.54厘米英制長度單位與國際標(biāo)準(zhǔn)單位的換算英制長度單位617.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏（1）絕熱流動(dòng)氣體通過管道的絕熱非臨界流動(dòng)，氣體溫度可能升高或降低（依賴于膨脹與摩擦的相對(duì)大?。?.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏627.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏流動(dòng)過程描述：進(jìn)口（1處）的壓力P1大于出口處壓力P2，流體在P1-P2壓差驅(qū)動(dòng)下由進(jìn)口（1處）向出口（2處）流動(dòng)；氣體流經(jīng)管道時(shí)，由于P2＜P1，氣體膨脹，膨脹后速度增加，動(dòng)能增加，而溫度降低（熱能損失）；另一方面，流動(dòng)過程中存在摩擦作用，氣體溫度因摩擦生熱而升高。T2取決于膨脹和摩擦的相對(duì)大小。本源模型涉及機(jī)械能守恒7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏637.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏對(duì)氣體而言對(duì)于無閥門或管道附件的直管段，聯(lián)立式(7-11)和(7-12)，7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏647.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏有無機(jī)械連接，無軸功,能量守恒←描述流動(dòng)氣體溫度的變化。對(duì)敞口穩(wěn)定流動(dòng)過程，能量守恒為：7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏657.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏利用有關(guān)的假設(shè)，可聯(lián)立并求積分，最后得到：溫度比，式（7-28）：7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏667.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏壓力比，式（7-29）：密度比，式（7-30）：(7-29)(7-30)7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏(7-677.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏質(zhì)量通量，式（7-31）：動(dòng)能可壓縮性管道摩擦(7-31)(7-32)可算出T2反應(yīng)能量分布7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏動(dòng)能687.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏將溫度比、壓力比及密度比代入(7-31)和(7-32)有對(duì)大多數(shù)實(shí)際問題，管長（L），管徑（d）,上游溫度（T1）與壓力（P1）及下游壓力（P2）是已知的。計(jì)算質(zhì)量通量G的步驟：(7-34)(7-33)7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏(7-697.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏由表7-2確定管道粗糙度ε，計(jì)算ε/d；由式（7-16）確定范寧摩擦系數(shù)f。假設(shè)充分發(fā)展的高雷諾數(shù)湍流，隨后驗(yàn)證這一假設(shè)（通常情況下該假設(shè)是正確的）由式（7-33）確定T2；由式（7-34）計(jì)算總的質(zhì)量通量G；根據(jù)管道大小算出質(zhì)量流量ms=G·A。特例：對(duì)于長管或沿管長有較大壓差，氣體在出口處流速可能接近聲速。氣體流速到達(dá)聲速時(shí)的氣體流動(dòng)稱作阻塞流（chockedflow），處理如圖7-12所示和式(7-28)~(7-32)及2-K方法7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏707.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏（2）等溫流動(dòng)圖氣體通過管道的等溫非塞流7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏圖717.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏流動(dòng)過程描述：氣體在有摩擦的管道中的等溫流動(dòng)。假設(shè)氣體流速遠(yuǎn)低于聲音在該氣體中的速度。沿管程的壓力梯度驅(qū)動(dòng)氣體流動(dòng)；隨著氣體通過壓力梯度的擴(kuò)散，其流速必須增加到保持相同質(zhì)量通量的大小；出口端的壓力與周圍環(huán)境壓力相等；整個(gè)管程上溫度不變。本源模型涉及機(jī)械能守恒：7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏727.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏對(duì)氣體而言對(duì)于無閥門或管道附件的直管段，聯(lián)立式(7-11)和(7-12)，7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏737.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏有對(duì)上圖結(jié)構(gòu)而言，無軸功,由于過程等溫，故不需要能量守恒方程利用有關(guān)的假設(shè)，通過計(jì)算后得到：溫度比、壓力比、密度比、質(zhì)量通量等7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏747.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏溫度比：溫度比：密度比：質(zhì)量通量：(7-45)(7-42)(7-43)(7-44)7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏(7-757.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏將壓力代替馬赫數(shù)，有動(dòng)能可壓縮性管道摩擦(7-46)(7-47)7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏動(dòng)能767.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏對(duì)大多數(shù)實(shí)際問題，管長（L），管徑（d）,上游壓力（P1）及下游壓力（P2）是已知的。計(jì)算質(zhì)量通量G的步驟：由式（7-16）取定范寧摩擦因子f。同樣假定充分發(fā)展高雷諾數(shù)湍流，隨后再驗(yàn)證這一假設(shè)。由式（7-47）計(jì)算質(zhì)量通量G。等溫塞流（最大流速），見教材的處理。7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏777.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏說明：氣體通過管道的流動(dòng)，流動(dòng)是絕熱的還是等溫的很重要。絕熱或等溫情形，壓力下降導(dǎo)致氣體膨脹，進(jìn)而促使氣體流速增加。對(duì)絕熱流動(dòng)，氣體溫度可能升高，也可能降低，取決于摩擦項(xiàng)和動(dòng)能項(xiàng)的相對(duì)大小。塞流下，絕熱塞壓比等溫塞壓小。對(duì)于源處的溫度和壓力為常數(shù)的實(shí)際管道流動(dòng)，實(shí)際流率比絕熱流率小，但比等溫流率大。7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏78第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型目錄7.1化工中常見的泄漏源7.2化學(xué)品泄漏模型7.2.1液體泄漏7.2.2氣體或蒸氣泄漏7.2.3液體閃蒸7.2.4液池蒸發(fā)或沸騰7.3擴(kuò)散方式及擴(kuò)散模型7.3.1擴(kuò)散方式及其影響因素7.3.2中性浮力擴(kuò)散模型7.3.3重氣擴(kuò)散模型7.3.4釋放動(dòng)量和浮力的影響思考題第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型目錄7.3擴(kuò)散方式及擴(kuò)散模型79第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型一般指工業(yè)中不應(yīng)該流出或漏出的物質(zhì)或流體，流出或漏出機(jī)械設(shè)備以外，造成損失，稱之為泄漏。三類典型火災(zāi)和爆炸事故，即池火災(zāi)、蒸氣云爆炸、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸，均是由化學(xué)品泄漏和擴(kuò)散引起。池火災(zāi)：指在可燃物（液態(tài)或固態(tài)）的液池表面上發(fā)生的火災(zāi)。液體泄漏,一般會(huì)引起池火災(zāi)。池火災(zāi)的破壞主要是熱輻射,如果熱輻射作用在容器和設(shè)備上,尤其是液化氣體容器,其內(nèi)部壓力會(huì)迅速升高,引起容器和設(shè)備的破裂;如果熱輻射作用于可燃物,會(huì)引燃可燃物;如果熱輻射作用于人員,會(huì)引起人員燒傷甚至死亡。第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型一般指工業(yè)中不應(yīng)該流出或漏出的物80第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型蒸氣云爆炸：發(fā)生泄漏事故時(shí)，可燃?xì)怏w、蒸氣或液霧與空氣混合會(huì)形成可燃蒸氣云，可燃蒸氣云遇到火源即發(fā)生蒸氣云爆炸。沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸：處于過熱狀態(tài)的水、有機(jī)液體、液化氣體等，瞬間氣化而產(chǎn)生的爆炸現(xiàn)象，稱為沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸，又稱蒸氣爆炸。蒸氣爆炸不同于一般的爆炸，著火源不是蒸氣爆炸的必備條件，只要?dú)狻⒁簝上嗟钠胶庠獾狡茐木湍芤鹫魵獗?。爆炸的破壞作用：直接的破壞作用；沖擊波的破壞作用；造成火災(zāi)；造成中毒和環(huán)境污染。第7章化學(xué)品泄露與擴(kuò)散模型蒸氣云爆炸：發(fā)生泄漏事故時(shí)，可燃817.1化工中常見的泄漏源泄漏機(jī)理分為大面積泄漏和小孔泄漏。大面積泄漏是指在短時(shí)間內(nèi)有大量的物料泄漏出來。儲(chǔ)罐的超壓爆炸就屬于大面積泄漏。小孔泄漏是指物料通過小孔以非常慢的速率持續(xù)泄漏，上游的條件并不因此而立即受到影響，故通常假設(shè)上游壓力不變。圖7-1化工廠常見的小孔泄漏7.1化工中常見的泄漏源泄漏機(jī)理分為大面積泄漏和小孔泄漏。827.1化工中常見的泄漏源圖7-2蒸氣和液體以單相或兩相狀態(tài)從容器中泄漏出來7.1化工中常見的泄漏源圖7-2蒸氣和液體以單相或兩相狀83第一節(jié)模擬式顯示儀表53.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測量橋路圖4-3電位差計(jì)測量橋路原理圖圖4-2電子電位差計(jì)原理圖（1）冷端溫度補(bǔ)償問題

舉例用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，其熱端溫度不變，而冷端溫度從０℃升高到25℃，這時(shí)熱電勢將降低１mV，儀表指針會(huì)指示偏低。第一節(jié)模擬式顯示儀表53.自動(dòng)電子電位差計(jì)的測量橋路圖4-84第一節(jié)模擬式顯示儀表

如果把R２做成隨溫度變化的電阻，且在溫度從0℃升高到25℃時(shí)，其阻值變化量ΔR2＝0.5Ω，這時(shí)，電阻R2上的電壓降UDB也增大，ΔUDB＝ΔR2·I2＝1mV。為了統(tǒng)一規(guī)格，上支路的電流規(guī)定為4mA（或2mA），下支路電流規(guī)定2mA（或1mA）。因?yàn)闇y量橋路的補(bǔ)償電壓UCD＝UCB－UDB，現(xiàn)在UDB增加了1mV，那么UCD就會(huì)減少1mV，此時(shí)滑動(dòng)觸點(diǎn)C的平衡位置不需變化。由于UCD的變化與熱電勢的變化相等，故能起到溫度補(bǔ)償作用，使儀表的指示值基本不受冷端溫度變化的影響。6第一節(jié)模擬式顯示儀表如果把R２做成隨溫度變化的電阻85第一節(jié)模擬式顯示儀表7（2）量程匹配問題

圖4-4XW系列電位差計(jì)測量橋路原理圖R2—冷端補(bǔ)償銅電阻；RM—量程電阻；RB—工藝電阻；RP—滑線電阻；R4—終端電阻（限流電阻）；R3—限流電阻；RG—始端電阻；E—穩(wěn)壓電源1V；I1—上支路電流4mA；I2—下支路電流2mA①R2銅電阻裝在儀表后接線板上以使其和熱電偶冷端處于同一溫度。②下支路限流電阻R3

它與R2配合，保證了下支路回路的工作電流為2mA。

③上支路限流電阻R4把上支路的工作電流限定在4mA。④滑線電阻RP

儀表的示值誤差、記錄誤差、變差、靈敏度以及儀表運(yùn)行的平滑性等都和滑線電阻的優(yōu)劣有關(guān)。

⑤量程電阻RM決定儀表量程大小的電阻。⑥始端（下限）電阻RG

大小取決于測量下限的高低。第一節(jié)模擬式顯示儀表7（2）量程匹配問題圖4-4XW系86第一節(jié)模擬式顯示儀表84.自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)測量橋路放大器可逆電機(jī)指示機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)

圖4-5

電子電位差計(jì)方框原理圖第一節(jié)模擬式顯示儀表84.自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)測量橋路87第一節(jié)模擬式顯示儀表二、自動(dòng)電子平衡電橋91.平衡電橋測溫原理利用平衡電橋來測量熱電阻變化。圖4-6平衡電橋

當(dāng)被測溫度為下限時(shí)，Rt有最小值Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是（4-3）第一節(jié)模擬式顯示儀表二、自動(dòng)電子平衡電橋91.平衡電橋測溫第一節(jié)模擬式顯示儀表

滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。結(jié)論當(dāng)被測溫度升高后的平衡條件是（4-4）用式（4-4）減式（4-3），則得（4-5）10第一節(jié)模擬式顯示儀表滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻89第一節(jié)模擬式顯示儀表112.自動(dòng)電子平衡電橋圖4-7

自動(dòng)平衡電橋結(jié)構(gòu)原理圖圖4-8自動(dòng)電子平衡電橋方框圖

為了準(zhǔn)確地指示出被測溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。第一節(jié)模擬式顯示儀表112.自動(dòng)電子平衡電橋圖4-7自90第一節(jié)模擬式顯示儀表123.自動(dòng)電子平衡電橋與自動(dòng)電子電位差計(jì)的比較相同處與這兩種儀表配套的測溫元件（熱電偶、熱電阻）在外形結(jié)構(gòu)上十分相似。儀表的外形及其組成：如放大器、可逆電機(jī)、同步電機(jī)及指示記錄部分都是完全相同的。第一節(jié)模擬式顯示儀表123.自動(dòng)電子平衡電橋與自動(dòng)電子電位91第一節(jié)模擬式顯示儀表不同處它們的輸入信號(hào)不同。兩者的作用原理不同。當(dāng)用熱電偶配電子電位差計(jì)測溫時(shí)，其測量橋路需要考慮熱電偶冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償問題；而用熱電阻配電子平衡電橋測溫時(shí)，則不存在這個(gè)問題。測溫元件與測量橋路的連接方式不同。13第一節(jié)模擬式顯示儀表不同處它們的輸入信號(hào)不同。1392第一節(jié)模擬式顯示儀表其他模擬式顯示儀表：動(dòng)圈式顯示儀表

采用靈敏度較高的磁電系測量機(jī)構(gòu)將被測信號(hào)轉(zhuǎn)換為指針的角位移，實(shí)質(zhì)上是一種利用偏差法測量電流的儀表。光柱式顯示儀表

將輸入信號(hào)通過由許多發(fā)光二極管組成的光柱顯示出來，具有顯示醒目、形象直觀、精度穩(wěn)定的特點(diǎn)。14第一節(jié)模擬式顯示儀表其他模擬式顯示儀表：動(dòng)圈式顯示儀表937.2化學(xué)品泄露模型7.2.1液體泄漏（1）通過管道上的孔洞泄漏對(duì)于不可壓縮流體，機(jī)械能守恒定律描述了與流動(dòng)的液體相關(guān)的各種能量形式，如下式：式中P、ρ、α、g……

7.2化學(xué)品泄露模型7.2.1液體泄漏

947.2化學(xué)品泄露模型裂縫中的摩擦損失可由流出系數(shù)常數(shù)C1近似代替，其定義為：將以上式子帶入機(jī)械能守恒式，確定從裂縫中流出的液體的平均流速為：新的流出系數(shù)C0定義為：

7.2化學(xué)品泄露模型裂縫中的摩擦損失可由流出系數(shù)常數(shù)C1近957.2化學(xué)品泄露模型若小孔的面積為A，液體的平均流速為ū，則液體通過小孔泄漏的質(zhì)量流量Qm（7-1）為：流出系數(shù)C0為：①對(duì)于鋒利的小孔和雷諾數(shù)大于30000的情況，C0近似取0.61；②對(duì)于圓滑的噴嘴，流出系數(shù)可近似取1；③對(duì)于與容器連接的短管（即長度與直徑之比小于3），流出系數(shù)近似取0.81；④當(dāng)流出系數(shù)不知道或不能確定時(shí)，取1.0以使計(jì)算結(jié)果最大化。

7.2化學(xué)品泄露模型若小孔的面積為A，液體的平均流速為ū，967.2化學(xué)品泄露模型例7-1下午1點(diǎn)，工廠的操作人員發(fā)現(xiàn)輸送苯的管道中的壓力降低了，他沒有查明原因便立即將壓力恢復(fù)至7atm（表壓）。下午2:30，在管道上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑為0.635cm的小孔，并立即進(jìn)行了修理。試估算由此小孔流出的苯的總質(zhì)量。苯的密度為878.6kg/m3。解：假設(shè)在下午1點(diǎn)至2:30之間即90min內(nèi)，小孔一直存在，孔洞的面積為：

7.2化學(xué)品泄露模型例7-1下午1點(diǎn)，工廠的操作人員發(fā)現(xiàn)977.2化學(xué)品泄露模型苯泄漏的質(zhì)量流量可由式（7-1）計(jì)算，對(duì)于圓滑的孔洞，C0近似取0.61，gc≈1，則：90min共計(jì)流出苯的總質(zhì)量為：

7.2化學(xué)品泄露模型苯泄漏的質(zhì)量流量可由式（7-1）計(jì)算，987.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏假設(shè)液體為不可壓縮流體，儲(chǔ)罐中的液體流速為0，則通過小孔流出的瞬時(shí)質(zhì)量流量Qm（7-2）為：

隨著儲(chǔ)罐逐漸變空，液體高度減小，質(zhì)量流量也隨之減小。7.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏

隨著儲(chǔ)罐逐997.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏對(duì)于恒定截面積為A的儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐中小孔以上的液體總質(zhì)量為（7-3）：儲(chǔ)罐中的質(zhì)量變化率為（7-4），高度變化率為（7-5）：

7.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏

1007.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏將上式從初始高度hL0到任意高度hL進(jìn)行積分，得到儲(chǔ)罐中液面高度隨時(shí)間的變化函數(shù)：得到任意時(shí)刻t所泄漏液體的質(zhì)量流量：7.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏1017.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏設(shè)hL=0，通過求解可以得到容器液面降至小孔所在高度處所需要的時(shí)間：如果容器內(nèi)壓力是大氣壓力，即pg=0，則上式可簡化為：

7.2化學(xué)品泄露模型（2）通過儲(chǔ)罐上的孔洞泄漏

1027.2化學(xué)品泄露模型【例7-2】圓柱形儲(chǔ)罐，高6.1m，直徑2.4m，里面儲(chǔ)存物質(zhì)為苯。為防止爆炸，儲(chǔ)罐內(nèi)充裝有氮?dú)?，罐?nèi)表壓為1atm，且恒定不變。儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高度為5.2m。由于疏忽，鏟車駕駛員將距離底面1.5m的罐壁上撞出一個(gè)直徑為2.5cm的小孔。請(qǐng)估算（1）流出多少苯；（2）苯流至漏孔高度處所需的時(shí)間；（3）苯通過小孔的最大質(zhì)量流量和平均流速。該條件下苯的密度為878.6kg/m2。解：儲(chǔ)罐的面積為：

7.2化學(xué)品泄露模型【例7-2】圓柱形儲(chǔ)罐，高6.1m，直1037.2化學(xué)品泄露模型孔洞的面積為：表壓為：（1）孔洞上方苯的體積為：這就是能夠流出的苯的全部的量。

7.2化學(xué)品泄露模型孔洞的面積為：

1047.2化學(xué)品泄露模型（2）苯全部流出來所需的時(shí)間，由式（7-8）給出這說明，有充足的時(shí)間來阻止泄漏，或啟用應(yīng)急程序來減少泄漏量，避免其對(duì)環(huán)境造成不利的影響。

7.2化學(xué)品泄露模型（2）苯全部流出來所需的時(shí)間，由式（71057.2化學(xué)品泄露模型（3）最大的流出量發(fā)生在t=0即液面高度為5.2m時(shí)。此時(shí)液面距小孔的距離為：5.2-1.5=3.7m，此時(shí)的質(zhì)量流量最大，可通過式（7-2）計(jì)算：苯通過小孔的平均流速：16.724×878.6/3433=4.28kg/s

7.2化學(xué)品泄露模型（3）最大的流出量發(fā)生在t=0即液面高1067.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏流體經(jīng)管道流出Ldρ=常數(shù)7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏流體經(jīng)管道流出Ldρ1077.2化學(xué)品泄露模型

7.2化學(xué)品泄露模型

1087.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏對(duì)流經(jīng)管道的液體，Kf為f：范寧摩擦系數(shù)，L:管長，d：管徑。范寧摩擦系數(shù)f是雷諾數(shù)Re和管道粗糙度ε的函數(shù)。具體關(guān)系式及取值見表7-2與圖7-3。7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏1097.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏對(duì)于層流，范寧摩擦系數(shù)由下式（7-13）給出：對(duì)于湍流，范寧摩擦系數(shù)可由Colebrook方程（7-14）計(jì)算：

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

1107.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏另一種形式，對(duì)于由范寧摩擦系數(shù)f來確定雷諾數(shù)是很有用的：對(duì)于粗糙管道中完全發(fā)展的湍流，f與雷諾數(shù)無關(guān)，在圖7-3中可看到，在雷諾數(shù)很高處，f接近于常數(shù)。對(duì)于這種情況，式（7-14）可簡化為式（7-16）：7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏1117.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏對(duì)于光滑管道，ε=0，式（7-14）可簡化為式（7-17）：對(duì)于光滑管道，當(dāng)雷諾數(shù)Re小于100000時(shí)，布拉休斯（Blasius）方程（7-18）很有用：

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

1127.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏Chen提出了一個(gè)簡單的方程，該方程可在圖7-3所顯示的全部雷諾數(shù)范圍內(nèi)，給出摩擦系數(shù)f，該方程（7-19）為：式中：7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏1137.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏2-K方法管道附件，閥門及其他流動(dòng)阻礙物；傳統(tǒng)方法是在式（7-12）中使用當(dāng)量管長。一種改進(jìn)的方法是使用2-K方法，使用實(shí)際的流程長度而不是當(dāng)量長度。2-K方法由兩個(gè)常數(shù)來定義壓差損失系數(shù)，式（7-20）。這兩個(gè)常數(shù)即雷諾數(shù)和管道內(nèi)徑。7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏1147.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏表7-3列出了常用的各類管道附件和閥門的K值注意表中數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的設(shè)備尺寸的單位為mm。對(duì)管道的進(jìn)口和出口，要對(duì)式（7-20）進(jìn)行修改以說明動(dòng)能變化式（7-21）說明：管道進(jìn)口，K1=160；一般進(jìn)口，K∞=0.50；邊界類型的進(jìn)口，K∞=1.0；管道出口，K1=0，K∞=1.0。

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

1157.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏進(jìn)口和出口效應(yīng)的K系數(shù)，通過管道的變化說明了動(dòng)能的變化，故機(jī)械能中不必考慮額外的動(dòng)能項(xiàng)。兩個(gè)極限對(duì)高Re數(shù)（Re＞100000），式（7-21）中的第一項(xiàng)可以忽略，且Kf=K∞；對(duì)低Re數(shù)（Re＜50），式（7-21）中的第一項(xiàng)占支配地位，且說明：式(7-21)對(duì)孔和管道尺寸的變化也使用；

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

1167.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏2-K方法也可以用來描述液體通過孔洞的流出，流出系數(shù)的表達(dá)式為式（7-22）：∑Kf為所有壓差損失相之和，包括：進(jìn)口、出口、管長和附件。

7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏

1177.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏如對(duì)于沒有管道連接或附件的貯罐上的一個(gè)簡單的孔，摩擦僅僅是由孔的進(jìn)口和出口效應(yīng)引起的，對(duì)Re＞100000，進(jìn)口的Kf=0.5，出口的Kf=1.0，∑Kf=1.5。則：說明：物質(zhì)從管道系統(tǒng)流出，具體求解質(zhì)量流率的過程共分8步，見P132頁和例[7-3]7.2化學(xué)品泄露模型（3）通過管道泄漏1187.2化學(xué)品泄露模型【例7-3】含有少量有害廢物的水經(jīng)內(nèi)徑為100mm的型鋼直管道，通過重力從某一大型儲(chǔ)罐排出，管道長100m，在儲(chǔ)罐附近有一個(gè)閘式閥門，整個(gè)管道系統(tǒng)大多是水平的，如果儲(chǔ)罐內(nèi)的液面高于管道出口5.8m，管道在距離儲(chǔ)罐33m處發(fā)生事故性斷裂，請(qǐng)計(jì)算自管道泄露的速率及15min的泄漏量。解：排泄操作如圖7-4所示，假設(shè)可以忽略動(dòng)能的變化，沒有壓力變化，沒有軸功。應(yīng)用于點(diǎn)1和2之間的機(jī)械能守恒[式（7-10）]可簡化為：圖7-4排水幾何尺寸7.2化學(xué)品泄露模型【例7-3】含有少量有害廢物的水經(jīng)內(nèi)1197.2化學(xué)品泄露模型

7.2化學(xué)品泄露模型

1207.2化學(xué)品泄露模型對(duì)于管道出口：對(duì)于管長：將K系數(shù)相加得：對(duì)于Re>10000，方程中的第一項(xiàng)很小。因此所以

7.2化學(xué)品泄露模型對(duì)于管道出口：

1217.2化學(xué)品泄露模型機(jī)械能守恒方程中的重力項(xiàng)為：因?yàn)闆]有壓力變化和軸功，機(jī)械能守恒方程式[式（7-10）]簡化為：求解出口速率并帶入高度變化得：

7.2化學(xué)品泄露模型機(jī)械能守恒方程中的重力項(xiàng)為：

1227.2化學(xué)品泄露模型雷諾數(shù)為：對(duì)于異型鋼管道，由表7-2查得，ε=0.046mm因?yàn)槟Σ料禂?shù)f和摩擦損失項(xiàng)F是雷諾數(shù)和速率的函數(shù)，所以采用試差法求解。試差法求解見表7-4.

7.2化學(xué)品泄露模型雷諾數(shù)為：

1237.2化學(xué)品泄露模型表7-4試差法求解結(jié)果因此，從管道中流出的液體速率是3.66m/s。ｕ的估值/m﹒s-1RefF計(jì)算得到的ū值/m﹒s-13.003000000.0045134.096.753.503500000.0044646.004.663.663660000.0044450.183.667.2化學(xué)品泄露模型表7-4試差法求解結(jié)果ｕ的估值/m﹒1247.2化學(xué)品泄露模型表7-4也顯示了摩擦系數(shù)f隨雷諾數(shù)變化很小。因此，對(duì)于粗糙管道中完全發(fā)展的湍流，可以使用式（7-16）來近似估算。式（7-16）計(jì)算的摩擦系數(shù)值等于0.0041。因此帶入并求解，得到：

7.2化學(xué)品泄露模型表7-4也顯示了摩擦系數(shù)f隨雷諾數(shù)變化1257.2化學(xué)品泄露模型該結(jié)果與較精確的試差法的計(jì)算結(jié)果很接近。管道的橫截面積是：質(zhì)量流量為：

7.2化學(xué)品泄露模型

1267.2化學(xué)品泄露模型

7.2化學(xué)品泄露模型

1277.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏過程單元內(nèi)的帶壓氣體P0，T0外部環(huán)境在泄漏通道處氣體自由膨脹泄漏氣體通過小孔等熵膨脹，在膨脹過程中氣體的性質(zhì)（P、T）和速度發(fā)生變化7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏過程單1287.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏根據(jù)機(jī)械能守恒，氣體是可壓縮的，在經(jīng)孔洞流出時(shí)，氣體密度、壓力、溫度等均發(fā)生變化。假設(shè)沒有軸功，忽略勢能高度差的變化，可以得到描述孔洞可壓縮流動(dòng)的機(jī)械能守恒形式流出系數(shù)C1與7.2節(jié)定義的系數(shù)具有相似的形式7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏1297.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏將上兩式聯(lián)立，并在任意兩個(gè)方便的點(diǎn)之間積分。初始點(diǎn)（下標(biāo)為“?！保┻x在速度為零，壓力為P0處，到任意的終點(diǎn)（無下標(biāo)）積分，可得：對(duì)等熵膨脹的理想氣體，γ為熱容比，γ=CP/Cv7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏γ為熱1307.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏將上兩式聯(lián)立，定義與式（7-22）相同的新的流出系數(shù)C0，并積分，得到等熵?cái)U(kuò)散中任意點(diǎn)處流體速度的方程7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏1317.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏利用連續(xù)性（質(zhì)量守恒方程）方程，對(duì)等熵膨脹，理想氣體定律可寫成7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏1327.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏對(duì)等熵膨脹，任意點(diǎn)處的質(zhì)量流率，式（7-23）對(duì)許多安全性研究，都需要確定通過孔洞流出的蒸氣的最大流量：(7-24)7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏(7-1337.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏

式（7-25）中，M為泄漏氣體或蒸汽的分子量；T0為泄漏源的溫度，Rg為理想氣體常數(shù)。γ的值可查表7-6。式（7-24）表明塞壓僅僅是γ的函數(shù)(對(duì)于理想氣體)。對(duì)于鋒利的孔，Re>30000（同時(shí)不出現(xiàn)遏阻）情況下，流出系數(shù)C0=0.61，；但對(duì)塞流，流出系數(shù)隨下游壓力的下降而增加，對(duì)這些流動(dòng)和C0不確定的情況，推薦使用保守值C0=1.07.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏1347.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏【例7-4】在裝有氮?dú)獾馁A罐上有一個(gè)2.54mm（0.1in）的小孔，貯罐內(nèi)的壓力為1378kPa（200psig），溫度為26.7°C（80°F）。計(jì)算通過該孔的液體質(zhì)量流率。解由表7-6，氮?dú)獾臒崛荼圈?1.41。由式（7-24）：因此

7.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.1通過孔洞泄漏

1357.2.2氣體或蒸氣泄露外界壓力低于779kPa（113.1psia）將導(dǎo)致塞流。該例題中，外界壓力為大氣壓，所以認(rèn)為發(fā)生塞流，應(yīng)用式（7-25）?？椎拿娣e是：流出系數(shù)C0假設(shè)為1.0，同時(shí)P0=（1378000+101300）=1479300Pa，T0=26.7+273.156=299.86K

7.2.2氣體或蒸氣泄露外界壓力低于779kPa（113.1367.2.2氣體或蒸氣泄露然后，用式（7-25）：

7.2.2氣體或蒸氣泄露

137溫度之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換到華氏溫度攝氏溫度℃=(οF-32)/1.8華氏溫度絕對(duì)溫度K=(οF+459.67)/1.8華氏溫度蘭氏度RankineοR=οF+459.67攝氏溫度華氏溫度οF=℃×1.8+32攝氏溫度絕對(duì)溫度K=℃+273.15攝氏溫度蘭氏度RankineοR=℃×1.8+32+459.67絕對(duì)溫度攝氏溫度℃=K-273.15絕對(duì)溫度華氏溫度οF=K×1.8-459.67絕對(duì)溫度蘭氏度RankineοR=K×1.8蘭氏度攝氏溫度℃=(°R-32-459.67)/1.8蘭氏度華氏溫度οF=οR-459.67蘭氏度絕對(duì)溫度K=οR/1.8溫度之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換到華氏溫度攝氏溫度℃=(οF-32138英制長度單位與國際標(biāo)準(zhǔn)單位的換算英制長度單位以英國和美國為主的少數(shù)歐美國家使用英制單位，因此他們使用的長度單位也就與眾不同，主要有英里、碼、英尺、英寸。英里(mile)1英里=1760碼=5280英尺=1.609344公里碼(yard，yd)1碼=3英尺=0.9144米英尺(foot，ft，復(fù)數(shù)為feet)1英尺=12英寸=30.48厘米英寸(inch，in)1英寸=2.54厘米英制長度單位與國際標(biāo)準(zhǔn)單位的換算英制長度單位1397.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏（1）絕熱流動(dòng)氣體通過管道的絕熱非臨界流動(dòng)，氣體溫度可能升高或降低（依賴于膨脹與摩擦的相對(duì)大?。?.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.2.2通過管道泄漏1407.2.2氣體或蒸氣泄露7.2.