泄露计算方法

几种典型设备损坏类型及损坏尺寸 序号 设备名称 设备类型 典型泄漏 损坏尺寸 1 管道 管道、法兰、接管头、弯头 （1）法兰泄漏（2）管道泄漏（3）接头损坏 20%管径20%或100%管径20%或100%管径 2 绕性连接器 软管、波纹管、铰接臂 （1）破裂泄漏（2）接头泄漏（3）连接机构损坏 20%或100%管径20%管径100%管径 3 过滤器 滤器、滤网 （1）滤体泄漏（2）管道泄漏 20%或100%管径20%管径 4 阀 球、阀门、栓、阻气门、保险等 （1）壳泄漏（2）盖子泄漏（3）杆损坏 20%或100%管径20%管径20%管径 5 压力容器、反应槽 分离器、气体洗涤器、反应器、热交换器、火焰加热器等 （1）容器破裂容器泄漏 （2）进入孔盖泄漏 （3）喷嘴断裂 （4）仪表管路破裂 （5）内部爆炸 全部破裂100%管径20%管径100%管径20%或100%管径全部破裂 6 泵 离心泵、往复泵 （1）机壳损坏（2）密封压盖泄漏 20%或100%管径20%管径 7 压缩机 离心式、轴流式、往复式 （1）机壳损坏（2）密封套泄漏 20%或100%管径20%管径 8 贮罐 露天贮罐 （1）容器损坏（2）接头泄漏 全部破裂20%或100%管径 9 贮存容器(用于加压或冷冻) 压力、运输、冷冻、填埋、露天等容器 （1）气爆（不埋设情况下）（2）破裂（3）焊点断裂 全部破裂（点燃）全部破裂20%或100%管径 10 放空燃烧装置/放空管 放空燃烧装置或放空管 （1）多歧接头/圆筒泄漏（2）超标排气 20%或100%管径           ⒈确定池半径 将液池假定为半径为r的圆形池子。 当池火灾发生在油罐或油罐区时，可根据防护堤所围池面积计算池直径： 式中：D—池直径，m； S—防护堤所围池面积，m2； 当池火灾发生在输油管道区，且无防火堤时，假定泄漏的液体无蒸发，并已充分蔓延、地面无渗透，则根据泄漏的液体量和地面性质计算最大池面积： 式中：S—最大池面积，m2； W—泄漏的液体量，kg； Hmin—最小油厚度，与地面性质和状态油罐，如表4-2所示。 —油的密度，kg/ m3。 表4-2  不同地面的最小油厚度 地面性质 最小油膜厚度Hmin（m） 地面性质 最小油膜厚度Hmin（m） 草地 0.020 混凝土地面 0.005 粗糙地面 0.025 平静的水面 0.0018 平整地面 0.010             第一节泄漏模型 第 1 页：19．1．1泄漏情况分析 第 2 页：19．1．2泄漏量的计算     火灾、爆炸、中毒是常见的重大事故，经常造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失，影响社会安定。这里重点介绍有关火灾、爆炸和中毒事故(热辐射、爆炸波、中毒)后果分析，在分析过程中运用了数学模型。通常一个复杂的问题或现象用数学模型来描述，往往是在一个系列的假设前提下按理想的情况建立的，有些模型经过小型试验的验证，有的则可能与实际情况有较大出入，但对辨识危险性来说是可参考的。 由于设备损坏或操作失误引起泄漏，大量易燃、易爆、有毒有害物质的释放，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生。因此，事故后果分析由泄漏分析开始。 19．1．1泄漏情况分析 1)泄漏的主要设备 根据各种设备泄漏情况分析，可将工厂(特别是化工厂)中易发生泄漏的设备归纳为以下10类：管道、挠性连接器、过滤器、阀门、压力容器或反应器、泵、压缩机、储罐、加压或冷冻气体容器及火炬燃烧装置或放散管等。 (1)管道。它包括管道、法兰和接头，其典型泄漏情况和裂口尺寸分别取管径的20％～100％、20％和20％～100％。 (2)挠性连接器。它包括软管、波纹管和铰接器，其典型泄漏情况和裂口尺寸为： ①连接器本体破裂泄漏，裂口尺寸取管径的20％～100％； ②接头处的泄漏，裂口尺寸取管径的20％； ③连接装置损坏泄漏，裂口尺寸取管径的100％。 (3)过滤器。它由过滤器本体、管道、滤网等组成，其典型泄漏情况和裂口尺寸分别取管径的20％～100％和20％。 (4)阀。其典型泄漏情况和裂口尺寸为： ①阀壳体泄漏，裂口尺寸取管径的20％～100％； ②阀盖泄漏，裂口尺寸取管径的20％； ③阀杆损坏泄漏，裂口尺寸取管径的20％。 (5)压力容器、反应器。包括化工生产中常用的分离器、气体洗涤器、反应釜、热交换器、各种罐和容器等。常见的此类泄漏情况和裂口尺寸为： ①容器破裂而泄漏，裂口尺寸取容器本身尺寸； ②容器本体泄漏，裂口尺寸取与其连接的粗管道管径的100％； ③孔盖泄漏，裂口尺寸取管径的20％； ④喷嘴断裂而泄漏，裂口尺寸取管径的100％； ⑤仪表管路破裂泄漏，裂口尺寸取管径的20％～100％； ⑥容器内部爆炸，全部破裂。 (6)泵。其典型泄漏情况和裂口尺寸为： ①泵体损坏泄漏，裂口尺寸取与其连接管径的20％～100％； ②密封压盖处泄漏，裂口尺寸取管径的20％。 (7)压缩机。包括离心式、轴流式和往复式压缩机，其典型泄漏情况和裂口尺寸为： ①压缩机机壳损坏而泄漏，裂口尺寸取与其连接管道管径的20％～100％； ②压缩机密封套泄漏，裂口尺寸取管径的20％。 (8)储罐。露天储存危险物质的容器或压力容器，也包括与其连接的管道和辅助设备，其典型泄漏情况和裂口尺寸为： ①罐体损坏而泄漏，裂口尺寸为本体尺寸； ②接头泄漏，裂口尺寸为与其连接管道管径的20％～100％； ③辅助设备泄漏，酌情确定裂口尺寸。 (9)加压或冷冻气体容器。包括露天或埋地放置的储存器、压力容器或运输槽车等，其典型泄漏情况和裂口尺寸为： ①露天容器内部气体爆炸使容器完全破裂，裂口尺寸取本体尺寸； ②容器破裂而泄漏，裂口尺寸取本体尺寸； ③焊接点(接管)断裂泄漏，取管径的20％一100％。 (10)火炬燃烧器或放散管。它们包括燃烧装置、放散管、多通接头、气体洗涤器和分离罐等，泄漏主要发生在筒体和多通接头部位。裂口尺寸取管径的20％～100％。 2)造成泄漏的原因 从人一机系统来考虑造成各种泄漏事故的原因主要有4类。 (1)设计失误。 ①基础设计错误，如地基下沉，造成容器底部产生裂缝，或设备变形、错位等； ②选材不当，如强度不够，耐腐蚀性差、规格不符等； ③布置不合理，如压缩机和输出管没有弹性连接，因振动而使管道破裂； ④选用机械不合适，如转速过高、耐温、耐压性能差等； ⑤选用计测仪器不合适； ⑥储罐、贮槽未加液位计，反应器(炉)未加溢流管或放散管等。 (2)设备原因。 ①加工不符合要求，或未经检验擅自采用代用材料； ②加工质量差，特别是不具有操作证的焊工焊接质量差； ③施工和安装精度不高，如泵和电机不同轴、机械设备不平衡、管道连接不严密等； ④选用的标准定型产品质量不合格； ⑤对安装的设备没有按《机械设备安装工程及验收规范》进行验收； ⑥设备长期使用后未按规定检修期进行检修，或检修质量差造成泄漏； ⑦计测仪表未定期校验，造成计量不准； ⑧阀门损坏或开关泄漏，又未及时更换； ⑨设备附件质量差，或长期使用后材料变质、腐蚀或破裂等。 (3)管理原因。 ①没有制定完善的安全操作规程； ②对安全漠不关心，已发现的问题不及时解决； ③没有严格执行监督检查制度； ④指挥错误，甚至违章指挥； ⑤让未经培训的工人上岗，知识不足，不能判断错误； ⑥检修制度不严，没有及时检修已出现故障的设备，使设备带病运转。 (4)人为失误。 ①误操作，违反操作规程； ②判断错误，如记错阀门位置而开错阀门； ③擅自脱岗； ④思想不集中； ⑤发现异常现象不知如何处理。 3)泄漏后果 泄漏一旦出现，其后果不单与物质的数量、易燃性、毒性有关，而且与泄漏物质的相态、压力、温度等状态有关。这些状态可有多种不同的结合，在后果分析中，常见的可能结合有4种： ·常压液体； ·加压液化气体； ·低温液化气体； ·加压气体。 泄漏物质的物性不同，其泄漏后果也不同。 (1)可燃气体泄漏。可燃气体泄漏后与空气混合达到燃烧极限时，遇到引火源就会发生燃烧或爆炸。泄漏后起火的时间不同，泄漏后果也不相同。 ①立即起火。可燃气体从容器中往外泄出时即被点燃，发生扩散燃烧，产生喷射性火焰或形成火球，它能迅速地危及泄漏现场，但很少会影响到厂区的外部。 ②滞后起火。可燃气体泄出后与空气混合形成可燃蒸气云团，并随风飘移，遇火源发生爆炸或爆轰，能引起较大范围的破坏。 (2)有毒气体泄漏。有毒气体泄漏后形成云团在空气中扩散，有毒气体的浓密云团将笼罩很大的空间，影响范围大。 (3)液体泄漏。一般情况下，泄漏的液体在空气中蒸发而生成气体，泄漏后果与液体的性质和贮存条件(温度、压力)有关。 ①常温常压下液体泄漏。这种液体泄漏后聚集在防液堤内或地势低洼处形成液池，液体由于池表面风的对流而缓慢蒸发，若遇引火源就会发生池火灾。 ②加压液化气体泄漏。一些液体泄漏时将瞬时蒸发，剩下的液体将形成一个液池，吸收周围的热量继续蒸发。液体瞬时蒸发的比例决定于物质的性质及环境温度。有些泄漏物可能在泄漏过程中全部蒸发。 ③低温液体泄漏。这种液体泄漏时将形成液池，吸收周围热量蒸发，蒸发量低于加压液化气体的泄漏量，高于常温常压下液体的泄漏量。 无论是气体泄漏还是液体泄漏，泄漏量的多少都是决定泄漏后果严重程度的主要因。 19．1．2泄漏量的计算 当发生泄漏的设备的裂口是规则的，而且裂口尺寸及泄漏物质的有关热力学、物理化学性质及参数已知时，可根据流体力学中的有关方程式计算泄漏量。当裂口不规则时，可采取等效尺寸代替；当遇到泄漏过程中压力变化等情况时，往往采用经验公式计算。 1)液体泄漏量 液体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算，其泄漏速度为： 对于常压下的液体泄漏速度，取决于裂口之上液位的高低；对于非常压下的液体泄漏速度，主要取决于窗口内介质压力与环境压力之差和液位高低。 当容器内液体是过热液体，即液体的沸点低于周围环境温度，液体流过裂口时由于压力减小而突然蒸发。蒸发所需热量取自于液体本身，而容器内剩下的液体温度将降至常压沸点。在这种情况下，泄漏时直接蒸发的液体所占百分比F可按下式计算： 按式(28—2)计算的结果，几乎总是在0～l之间。事实上，泄漏时直接蒸发的液体将以细小烟雾的形式形成云团，与空气相混合而吸收热蒸发。如果空气传给液体烟雾的热量不足以使其蒸发，由一些液体烟雾将凝结成液滴降落到地面，形成液池。根据经验，当F>0．2时，一般不会形成液池；当F1时，表明液体将全部蒸发成气体，这时应按气体泄漏公式计算；如果Fv很小，则可近似按液体泄漏公式计算。 28．1．3泄漏后的扩散 如前所述，泄漏物质的特性多种多样，而且还受原有条件的强烈影响，但大多数物质从容器中泄漏出来后，都可发展成弥散的气团向周围空间扩散。对可燃气体若遇到引火源会着火。这里仅讨论气团原形释放的开始形式，即液体泄漏后扩散、喷射扩散和绝热扩散。关于气团在大气中的扩散属环境保护范畴，在此不予考虑。 1)液体的扩散 液体泄漏后立即扩散到地面，一直流到低洼处或人工边界，如防火堤、岸墙等，形成液池。液体泄漏出来不断蒸发，当液体蒸发速度等于泄漏速度时，液池中的液体量将维持不变。 如果泄漏的液体是低挥发度的，则从液池中蒸发量较少，不易形成气团，对厂外人员没有危险；如果着火则形成池火灾；如果渗透进土壤，有可能对环境造成影响，如果泄漏的是挥发性液体或低温液体，泄漏后液体蒸发量大，大量蒸发在液池上面后会形成蒸气云，并扩散到厂外，对厂外人员有影响。 (1)液池面积。如果泄漏的液体已达到人工边界，则液池面积即为人工边界围成的面积。如果泄漏的液体未达到人工边界，则从假设液体的泄漏点为中心呈扁圆柱形在光滑平面上扩散，这时液池半径r用下式计算： 瞬时泄漏(泄漏时间不超过30s)时， (2)蒸发量。液池内液体蒸发按其机理可分为闪蒸、热量蒸发和质量蒸发3种，下面分别介绍。 ①闪蒸。过热液体泄漏后，由于液体的自身热量而直接蒸发称为闪蒸。发生闪蒸时液体蒸发速度Qt可由下式计算： ②热量蒸发。当Fv<1或Qt