WikiDer > Условия источника случайного выпуска - Википедия

Accidental release source terms - Wikipedia

Условия источника случайного выброса представляют собой математические уравнения, которые количественно определяют скорость потока, при которой случайные выбросы жидких или газообразных загрязняющие вещества в окружающую среду среда может произойти на промышленных объектах, таких как нефтеперерабатывающие заводы, нефтехимический растения натуральный газ перерабатывающие предприятия, транспортировка нефти и газа трубопроводы, химические заводы и многие другие виды промышленной деятельности. Правительственные постановления многих стран требуют, чтобы была проанализирована вероятность таких аварийных выбросов и определено их количественное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, чтобы можно было спланировать и осуществить меры по смягчению последствий.

Существует ряд математических методов расчета для определения скорости потока, при которой газообразные и жидкие загрязнители могут выделяться при различных типах аварий. Такие методы расчета называются исходные условия, а в этой статье, посвященной условиям источника случайного выпуска, объясняются некоторые методы расчета, используемые для определения массовый расход при котором газообразные загрязнители могут быть случайно выброшены.

Случайный выброс сжатого газа

Когда газ хранится под давление в закрытом судне выгружается в атмосфера через отверстие или другое отверстие газ скорость через это отверстие может быть закупорено (т. е. достигнуто максимальное значение) или оно может быть заблокировано.

Скорость дросселирования, также называемая скоростью звука, возникает, когда отношение абсолютного давления источника к абсолютному давлению ниже по потоку равно или превышает [(k + 1) / 2]k / (k − 1), куда k это коэффициент удельной теплоемкости сброшенного газа (иногда называемый коэффициент изоэнтропического расширения и иногда обозначается как ).

Для многих газов k колеблется от примерно 1,09 до примерно 1,41, и, следовательно, [(k + 1) / 2]k / (k − 1 ) находится в диапазоне от 1,7 до примерно 1,9, что означает, что скорость дросселирования обычно возникает, когда абсолютное давление в сосуде источника по крайней мере в 1,7–1,9 раза выше абсолютного атмосферного давления ниже по потоку.

Когда скорость газа ограничена, уравнение для массовый расход в метрических единицах СИ составляет:[1][2][3][4]

или эта эквивалентная форма:

Для приведенных выше уравнений Важно отметить, что, хотя скорость газа достигает максимума и блокируется, массовый расход не ограничивается.. Массовый расход может быть увеличен, если давление источника увеличивается.

Если отношение абсолютного давления источника к абсолютному давлению окружающей среды ниже по потоку меньше, чем [ (k + 1) / 2]k / (k − 1), тогда скорость газа не ограничивается (т.е. дозвуковая), и уравнение для массового расхода имеет следующий вид:

или эта эквивалентная форма:

куда: 
Q= массовый расход, кг / с
C= коэффициент расхода, безразмерный (обычно около 0,72)
А= площадь сливного отверстия, м2
k= cп/ cv газа
cп= удельная теплоемкость газа при постоянном давлении
cv= удельная теплоемкость газа при постоянном объеме
= настоящий газ плотность в п и Т, кг / м3
п= абсолютное давление на входе, Па
пА= абсолютное давление окружающей среды или давление на выходе, Па
M= газ молекулярная масса, кг / кмоль (также известный как молекулярный вес)
р= the Постоянная универсального закона газа = 8314,5 Па · м3/ (кмоль · К)
Т= абсолютная температура газа на входе, K
Z= газ коэффициент сжимаемости в п и Т, безразмерный

Приведенные выше уравнения рассчитывают начальный мгновенный массовый расход для давления и температуры, существующих в резервуаре источника, когда выброс происходит впервые. Начальный мгновенный расход от утечки в системе или сосуде сжатого газа намного выше, чем средний расход в течение всего периода выпуска, потому что давление и расход уменьшаются со временем по мере опустошения системы или сосуда. Расчет скорости потока в зависимости от времени с момента возникновения утечки намного сложнее, но более точен. Два эквивалентных метода выполнения таких расчетов представлены и сравниваются на www.air-dispersion.com/feature2.html.

Техническая литература может быть очень запутанной, поскольку многие авторы не могут объяснить, используют ли они постоянную универсального закона газа. р что относится к любому идеальный газ или используют ли они постоянную закона газа рs что относится только к конкретному газу. Связь между двумя константами рs = р/M.

Примечания:

  • Приведенные выше уравнения относятся к реальному газу.
  • Для идеального газа Z = 1 и ρ - идеальная плотность газа.
  • 1 киломоль (кмоль) = 1000 родинки = 1000 грамм-моль = килограмм-моль.

Уравнение Рамскилла для массового расхода без дросселирования

П.К. Уравнение Рамскилла [5][6] для потока идеального газа без дросселирования показано ниже как уравнение (1):

(1)      

Плотность газа, А, в уравнении Рамскилла - это плотность идеального газа при следующих условиях температуры и давления, и она определяется в уравнении (2) с использованием закон идеального газа:

(2)      

Поскольку температура на выходе ТА неизвестно, уравнение изоэнтропического расширения ниже [7] используется для определения ТА с точки зрения известной температуры на входе Т:

(3)      

Объединение уравнений (2) и (3) приводит к уравнению (4), которое определяет А с точки зрения известной температуры на входе Т:

(4)      

Использование уравнения (4) с уравнением (1) Рамскилла для определения массового расхода без дросселирования для идеальных газов дает результаты, идентичные результатам, полученным с использованием уравнения потока без дросселирования, представленного в предыдущем разделе выше.

Испарение некипящей жидкости в бассейне

В этом разделе представлены три различных метода расчета скорости испарения из ванны с некипящей жидкостью. Результаты, полученные тремя методами, несколько различаются.

Методика ВВС США

Следующие уравнения предназначены для прогнозирования скорости испарения жидкости с поверхности резервуара жидкости, имеющей температуру окружающей среды или близкую к ней. Уравнения были получены в результате полевых испытаний, проведенных ВВС США с лужами жидкого гидразина.[2]

куда: 
E= поток испарения, кг / м2· Мин. Поверхности бассейна
ты= скорость ветра над поверхностью жидкости, м / с
ТА= абсолютная температура окружающей среды, К
ТF= поправочный коэффициент температуры жидкости в бассейне, безразмерный
Тп= температура жидкости в бассейне, ° C
M= молекулярная масса жидкости в бассейне, безразмерная
пS= давление паров жидкости в бассейне при температуре окружающей среды, мм рт. ст.
пЧАС= давление паров гидразина при температуре окружающей среды, мм рт. ст. (см. уравнение ниже)

Если Тп = 0 ° C или меньше, тогда ТF = 1.0

Если Тп > 0 ° C, то ТF = 1.0 + 0.0043 Тп2

куда: 
= 2,7183, основание системы натурального логарифма
= натуральный логарифм

Метод Агентства по охране окружающей среды США

Следующие уравнения предназначены для прогнозирования скорости испарения жидкости с поверхности резервуара жидкости, имеющей температуру окружающей среды или близкую к ней. Уравнения были разработаны в США. Агентство по охране окружающей среды с использованием единиц, которые представляют собой смесь метрического использования и использования Соединенных Штатов.[3] Неметрические единицы были преобразованы в метрические единицы для этой презентации.

NB, используемая здесь константа составляет 0,284 из формулы смешанных единиц / 2,205 фунт / кг. 82,05 становятся 1,0 = (фут / м) ² × мм рт. Ст. / КПа.

куда: 
E= скорость испарения, кг / мин
ты= скорость ветра над жидкой поверхностью бассейна, м / с
M= молекулярная масса жидкости в бассейне, безразмерная
А= площадь поверхности жидкости бассейна, м2
п= давление паров жидкости бассейна при температуре бассейна, кПа
Т= абсолютная температура жидкости в бассейне, К

Агентство по охране окружающей среды США также определило глубину бассейна как 0,01. м (т.е. 1 см), чтобы площадь поверхности жидкости в бассейне можно было рассчитать как:

А = (объем бассейна, м3)/(0.01)

Примечания:

  • 1 кПа = 0,0102 кгс/см2 = 0.01 бар
  • моль = крот
  • atm = атмосфера

Метод Стивера и Маккея

Следующие уравнения предназначены для прогнозирования скорости испарения жидкости с поверхности резервуара жидкости, имеющей температуру окружающей среды или близкую к ней. Уравнения были разработаны Уорреном Стивером и Деннисом Маккеем из факультета химической инженерии Университета Торонто.[8]

куда: 
E= поток испарения, кг / м2· S поверхности бассейна
k= коэффициент массопередачи, м / с = 0,002 ты
ТА= абсолютная температура окружающей среды, К
M= молекулярная масса жидкости в бассейне, безразмерная
п= давление паров жидкости бассейна при температуре окружающей среды, Па
р= постоянная универсального закона газа = 8314,5 Па · м3/ (кмоль · К)
ты= скорость ветра над поверхностью жидкости, м / с

Испарение лужи кипящей холодной жидкости

Следующее уравнение предназначено для прогнозирования скорости, с которой жидкость испаряется с поверхности резервуара с холодной жидкостью (т. Е. При температуре жидкости около 0 ° C или меньше).[2]

куда: 
E= поток испарения, (кг / мин) / м2 поверхности бассейна
B= жидкость в бассейне температура кипения при атмосферном давлении, ° С
M= молекулярная масса жидкости в бассейне, безразмерная
е= основание системы натурального логарифма = 2,7183

Адиабатическая вспышка выделения сжиженного газа

Сжиженные газы, такие как аммиак или хлор, часто хранятся в баллонах или сосудах при температуре окружающей среды и давлении значительно выше атмосферного. Когда такой сжиженный газ выпускается в окружающую атмосферу, результирующее снижение давления вызывает немедленное испарение части сжиженного газа. Это известно как «адиабатическое мигание» и следующее уравнение, полученное из простого теплового баланса, используется для прогнозирования того, сколько сжиженного газа испаряется.

куда: 
Икс= весовой процент испарения
ЧАСsL= исходная жидкость энтальпия при исходной температуре и давлении, Дж / кг
ЧАСаV= энтальпия мгновенного пара при атмосферной температуре кипения и давлении, Дж / кг
ЧАСаL= остаточная энтальпия жидкости при атмосферной температуре кипения и давлении, Дж / кг

Если данные энтальпии, требуемые для приведенного выше уравнения, недоступны, то можно использовать следующее уравнение.

куда: 
Икс= весовой процент испарения
cп= исходная жидкость удельная теплоемкость, Дж / (кг ° C)
Тs= абсолютная температура исходной жидкости, К
Тб= абсолютная температура кипения исходной жидкости при атмосферном давлении, К
ЧАС= исходная жидкость теплота испарения при температуре кипения при атмосферном давлении, Дж / кг

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Справочник инженеров-химиков Перри, Шестое издание, McGraw-Hill Co., 1984.
  2. ^ а б c Справочник по процедурам анализа химической опасности, Приложение B, Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям, Министерство транспорта США и Агентство по охране окружающей среды США, 1989. Также приведены ссылки ниже:
    - Кливелл, Х.Дж., Простой метод оценки силы источника разлива токсичных жидкостей, Лаборатория энергетических систем, ESL-TR-83-03, 1983.
    - Илле, Г. и Спрингер, К., Испарение и рассеяние гидразиновых пропеллентов от наземных разливов, Отдел развития инженерной экологии, CEEDO 712-78-30, 1978.
    - Калер Дж. П., Карри Р. К. и Кандлер, Р.А.,Расчет токсичных коридоров Служба погоды ВВС, AWS TR-80/003, 1980.
    Справочник по анализу химической опасности, Приложение B Прокрутите вниз до страницы 391 из 520 страниц PDF.
  3. ^ а б «Руководство по программе управления рисками для внеплощадочного анализа последствий» Публикация Агентства по охране окружающей среды США EPA-550-B-99-009, апрель 1999 г. (см. Вывод уравнений D-1 и D-7 в Приложении D).
  4. ^ «Методы расчета физических эффектов от выбросов опасных веществ (жидкостей и газов)», PGS2 CPR 14E, глава 2, Нидерландская организация прикладных научных исследований, Гаага, 2005 г. PGS2 CPR 14E В архиве 2007-08-09 на Wayback Machine
  5. ^ Информационный бюллетень CACHE № 48, весна 1999 г. Гирер К. и Хаятт Н.,Использование программного обеспечения для анализа исходных терминов для расчета скорости выброса потока жидкости Dyadem International Ltd.
  6. ^ Рамскилл, П. (1986), Методы расчета нормы сброса для использования при оценке безопасности завода, Директория по безопасности и надежности, Управление по атомной энергии Соединенного Королевства
  7. ^ Изэнтропическое сжатие или расширение
  8. ^ Стивер У. и Маккей Д., Система ранжирования опасности разливов химических веществ, Первый семинар по вопросам технических разливов Министерства окружающей среды Канады, Торонто, Канада, 1993.

внешняя ссылка