液氨泄漏数学模型.docx

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液氨泄漏数学模型

（二）液氨储存过程中出现的泄漏

1、储罐内的蒸气压力大大超过储罐的正常工作压力时，紧急排空系统就地排放；

2、外部爆炸冲击波的冲击或外部爆炸飞行物的撞击，使罐体破坏而发生泄漏；

3、外部火焰烘烤或强烈的热辐射作用，使得储罐耐火能力下降，而造成破损发生泄漏；

4、由于储罐部件如出口管或阀件破损、连接储罐的管道破损造成泄漏；

5、由于设计失误或运行中的严重腐蚀，使储罐壁过薄；制造过程中误用材料；或由于储罐存在较严重的材料缺陷或制造缺陷，如白点、焊接裂纹、焊缝咬边或未焊透等，且材料在工作温度下韧性较差，使储罐在工作压力下破坏而发生泄漏；

6、由于储罐基础发生不均匀沉降或由于地震原因，造成储罐破损发生泄漏；

7、人为破坏使储罐破损发生泄漏。

（一）液氨储罐泄漏毒性扩散模拟

1、假设1（假设罐筒体水平半径处裂口）

⑴输入参数

泄漏模型：

液体泄漏；

扩散模型选择：

连续排放；

泄漏物质特性；有毒且可燃；

扩散时间：

18000s；

物质名称：

氨；

物质总量：

15000Kg；

裂口面积：

0.001m2；

裂口形状：

长方形；

储存压力：

1500000Pa；

气体喷射倾角：

30度；

裂口上液高：

1m；

泄漏时间：

600s；

泄漏源高度：

1.5m；

致死浓度：

0.5v%；

中毒浓度：

1750mg/m3（接触半小时可危及生命）；

爆炸下限：

15.7v%；

爆炸上限：

27.4v%；

大气稳定度：

A（白天太阳强辐射）；

平均风速：

1.2m/s；

大气压力：

90020Pa；

地形粗糙度：

城市分散建筑；

介质温度：

313K；

环境温度：

305.9K（年平均最高温度）；

液体密度：

579.5Kg/m3；

气体密度：

12.005Kg/m3；

液体汽化热：

1370000J/Kg；

常压沸点：

239.5K；

分子量：

17.03；

临界温度：

405.5K；

定压比热：

501J/Kg·K；

气体绝热指数：

1.4。

⑵泄漏模拟计算结果

泄漏速度=22.28kg/s；

气化情况分析：

一般不会形成液池。

⑶扩散模拟计算结果

下风向中毒危害距离=151.米；

下风向可燃爆距离=16.4米；

横风向中毒危害距离=21.6米；

横风向可燃爆距离=2.3米。

⑷模拟图见下图

注：

①图中黄色区域为下风向中毒范围

②图中红色区域为下风向燃爆范围

2、假设2（假设罐筒体水平半径处裂口）

⑴输入参数

泄漏模型：

液体泄漏；

扩散模型选择：

连续排放；

泄漏物质特性；有毒且可燃；

扩散时间：

18000s；

物质名称：

氨；

物质总量：

15000Kg；

裂口面积：

0.001m2；

裂口形状：

长方形；

储存压力：

1500000Pa；

气体喷射倾角：

30度；

裂口上液高：

1m；

泄漏时间：

600s；

泄漏源高度：

1.5m；

致死浓度：

0.5v%；

中毒浓度：

1750mg/m3（接触半小时可危及生命）；

爆炸下限：

15.7v%；

爆炸上限：

27.4v%；

大气稳定度：

B（白天太阳辐射弱）；

平均风速：

1.2m/s；

大气压力：

90020Pa；

地形粗糙度：

城市分散建筑；

介质温度：

313K；

环境温度：

305.9K（年平均最高温度）；

液体密度：

579.5Kg/m3；

气体密度：

12.005Kg/m3；

液体汽化热：

1370000J/Kg；

常压沸点：

239.5K；

分子量：

17.03；

临界温度：

405.5K；

定压比热：

501J/Kg·K；

气体绝热指数：

1.4。

⑵泄漏模拟计算结果

泄漏速度=22.28kg/s；

气化情况分析：

一般不会形成液池。

⑶扩散模拟计算结果

下风向中毒危害距离=216.6米；

下风向可燃爆距离=25.7米；

横风向中毒危害距离=30.9米；

横风向可燃爆距离=3.7米。

⑷模拟图见下图

注：

①图中黄色区域为下风向中毒范围

②图中红色区域为下风向燃爆范围

3、假设3（假设罐筒体水平半径处裂口）

⑴输入参数

泄漏模型：

液体泄漏；

扩散模型选择：

连续排放；

泄漏物质特性；有毒且可燃；

扩散时间：

18000s；

物质名称：

氨；

物质总量：

15000Kg；

裂口面积：

0.001m2；

裂口形状：

长方形；

储存压力：

1500000Pa；

气体喷射倾角：

30度；

裂口上液高：

1m；

泄漏时间：

600s；

泄漏源高度：

1.5m；

致死浓度：

0.5v%；

中毒浓度：

1750mg/m3（接触半小时可危及生命）；

爆炸下限：

15.7v%；

爆炸上限：

27.4v%；

大气稳定度：

D（阴天的白天或夜晚）；

平均风速：

1.2m/s；

大气压力：

90020Pa；

地形粗糙度：

城市分散建筑；

介质温度：

313K；

环境温度：

305.9K（年平均最高温度）；

液体密度：

579.5Kg/m3；

气体密度：

12.005Kg/m3；

液体汽化热：

1370000J/Kg；

常压沸点：

239.5K；

分子量：

17.03；

临界温度：

405.5K；

定压比热：

501J/Kg·K；

气体绝热指数：

1.4。

⑵泄漏模拟计算结果

泄漏速度=22.28kg/s。

气化情况分析：

一般不会形成液池；

⑶扩散模拟计算结果

下风向中毒危害距离=285.1米；

下风向可燃爆距离=28米；

横风向中毒危害距离=40.7米；

横风向可燃爆距离=4米。

⑷模拟图见下图

注：

①图中黄色区域为下风向中毒范围

②图中红色区域为下风向燃爆范围

4、假设4（假设排空安全阀起跳后不能复位，紧急处理1小时）

1.输入参数

泄漏模型：

气体泄漏；

扩散模型选择：

连续排放；

泄漏物质特性；有毒且可燃；

扩散时间：

s；

物质名称：

氨气；

物质总量：

14508Kg；

裂口面积：

0.002m2；

裂口形状：

圆形；

储存压力：

1500000Pa；

气体喷射倾角：

0度；

裂口上液高：

m；

泄漏时间：

600s；

泄漏源高度：

4.5m；

致死浓度：

0.5v%；

中毒浓度：

1750mg/m3（接触半小时可危及生命）；

爆炸下限：

15.7v%；

爆炸上限：

27.4v%；

大气稳定度：

A（白天太阳强辐射）；

平均风速：

1.2m/s；

大气压力：

90020Pa；

地形粗糙度：

城市分散建筑；

介质温度：

313K；

环境温度：

305.9K（年平均最高温度）；

液体密度：

579.5Kg/m3；

气体密度：

12.005Kg/m3；

液体汽化热：

1370000J/Kg；

常压沸点：

239.5K；

分子量：

17.03；

临界温度：

405.5K；

定压比热：

501J/Kg·K；

气体绝热指数：

1.4。

2.泄漏模拟计算结果

泄漏速度=2.63kg/s；

气体流动情况分析：

音速流动。

3.扩散模拟计算结果

下风向中毒危害距离=83.7米；

下风向可燃爆距离=8.8米；

横风向中毒危害距离=12米；

横风向可燃爆距离=1.3米。

4.模拟图见下图

注：

①图中黄色区域为下风向中毒范围

②图中红色区域为下风向燃爆范围

5、假设5（假设排空安全阀起跳后不能复位，紧急处理1小时）

1.输入参数

泄漏模型：

气体泄漏；

扩散模型选择：

连续排放；

泄漏物质特性；有毒且可燃；

扩散时间：

s；

物质名称：

氨气；

物质总量：

14508Kg；

裂口面积：

0.002m2；

裂口形状：

圆形；

储存压力：

1500000Pa；

气体喷射倾角：

0度；

裂口上液高：

m；

泄漏时间：

600s；

泄漏源高度：

4.5m；

致死浓度：

0.5v%；

中毒浓度：

1750mg/m3（接触半小时可危及生命）；

爆炸下限：

15.7v%；

爆炸上限：

27.4v%；

大气稳定度：

B（白天太阳辐射弱）；

平均风速：

1.2m/s；

大气压力：

90020Pa；

地形粗糙度：

城市分散建筑；

介质温度：

313K；

环境温度：

305.9K（年平均最高温度）；

液体密度：

579.5Kg/m3；

气体密度：

12.005Kg/m3；

液体汽化热：

1370000J/Kg；

常压沸点：

239.5K；

分子量：

17.03；

临界温度：

405.5K；

定压比热：

501J/Kg·K；

气体绝热指数：

1.4。

2.泄漏模拟计算结果

泄漏速度=2.63kg/s；

气体流动情况分析：

音速流动。

3.扩散模拟计算结果

下风向中毒危害距离=71.7米；

下风向可燃爆距离=8.6米；

横风向中毒危害距离=10.2米；

横风向可燃爆距离=1.2米。

4.模拟图见下图

注：

①图中黄色区域为下风向中毒范围

②图中红色区域为下风向燃爆范围

6、假设6（假设排空安全阀起跳后不能复位，紧急处理1小时）

1.输入参数

泄漏模型：

气体泄漏；

扩散模型选择：

连续排放；

泄漏物质特性；有毒且可燃；

扩散时间：

s；

物质名称：

氨气；

物质总量：

14508Kg；

裂口面积：

0.002m2；

裂口形状：

圆形；

储存压力：

1500000Pa；

气体喷射倾角：

0度；

裂口上液高：

m；

泄漏时间：

600s；

泄漏源高度：

4.5m；

致死浓度：

0.5v%；

中毒浓度：

1750mg/m3（接触半小时可危及生命）；

爆炸下限：

15.7v%；

爆炸上限：

27.4v%；

大气稳定度：

D（阴天的白天或夜晚）；

平均风速：

1.2m/s；

大气压力：

90020Pa；

地形粗糙度：

城市分散建筑；

介质温度：

313K；

环境温度：

305.9K（年平均最高温度）；

液体密度：

579.5Kg/m3；

气体密度：

12.005Kg/m3；

液体汽化热：

1370000J/Kg；

常压沸点：

239.5K；

分子量：

17.03；

临界温度：

405.5K；

定压比热：

501J/Kg·K；

气体绝热指数：

1.4。

2.泄漏模拟计算结果

泄漏速度=2.63kg/s；

气体流动情况分析：

音速流动。

3.扩散模拟计算结果

下风向中毒危害距离=83.7米；

下风向可燃爆距离=8.8米；

横风向中毒危害距离=12米；

横风向可燃爆距离=1.3米。

4.模拟图见下图

注：

①图中黄色区域为下风向中毒范围

②图中红色区域为下风向燃爆范围

㈡蒸气云爆炸的冲击波伤害、破坏半径

液氨储罐如果发生泄漏，泄漏后的氨气将会与一定比例的空气混合，并达到爆炸极限，当遇到火源，将有可能发生蒸气云爆炸。

蒸气云爆炸时所形成的超压，将对周边一定范围内的人员、财产造成程度不一的损失和伤害。

1、蒸气云爆炸计算

根据荷兰应用科研院的建议，可按下式预测蒸气云爆炸的冲击波的损害半径：

R=CS（NE）1/3

R—损害半径

E—爆炸能量

V—参与反应的可燃气体的体积

HC—可燃气体的高热燃烧值

N－效率因子，一般取10％

CS-经验常数

2、损害等级表

表5.损害等级表

损害等级

CS（MJ－1/3）

设备损害

人员伤害

1

0．03

重创建筑物及加工设备

1％死于肺部伤害；>50％死于耳部破裂；>50％被裂片击伤

2

0．06

损坏建筑外表可修复性破坏

1％耳膜破裂

>1％被裂片击伤

3

0．15

玻璃击坏

被玻璃击伤

4

0．4

10％玻璃破坏

下面通过计算机模拟出液氨储罐液氨泄漏后发生蒸气云爆炸的后果。

3、输入模型参数:

[1]燃料物质质量：

15000kg;

[2]物质燃烧热：

17.25Mj/kg;

[3]气云当量系数:

0.04;

[4]目标离爆源距离:

650米;

[5]大气压力:

90020pa;

[6]室内人员密度:

0.002个/平方米;

[7]室外人员密度:

0.0002个/平方米;

[8]财产密度:

0.1万元/平方米;

[9]建筑物占地百分比:

0.03;

4、模拟评价结果：

[1]死亡半径：

31.5米;

[2]死亡人数：

2人;

[3]重伤半径：

51.8米;

[4]重伤人数：

2人;

[5]轻伤半径：

99.76米;

[6]轻伤人数：

7人;

[7]财产损失半径：

142.4米;

[8]人员安全半径：

149.4米;

[9]直接财产损失：

637.2万元;

[10]间接财产损失：

62万元;

[11]总财产损失：

699.2万元;

[12]爆炸火球半径：

20.9米;

[13]火球持续时间：

5.4秒;

[14]冲击波最大超压：

1.6kpa;

[15]目标热辐射通量：

2.7kw/m2;

[16]爆炸总能量：

18630MJ;

[17]爆炸破坏半径：

177.2米;

[18]伤亡事故等级：

重大伤亡事故。

5、蒸气云爆炸半径模拟图（见下图）

图例：

死亡区域

重伤区域

轻伤区域

财产损失区域

建筑破坏半径

人员安全半径