摘要：論述了城市燃?xì)庑孤┠Ｐ?span>(小孔泄漏模型、管道泄漏模型、其他泄漏模型)和擴(kuò)散模型(高斯模型和重氣擴(kuò)散模型)的主要內(nèi)容及適用條件。

關(guān)鍵詞：燃?xì)庑孤?；泄漏模型；擴(kuò)散模型

PENG Shi-ni，ZHOU Ting-he

Abstract：The main content and applicable conditions of city gas leakage models(pore leakage model，pipeline leakage model and other leakage model)and diffusion models(Gaussian model and heavy gas diffusion model)are discussed.

Key words：gas leakage；leakage model；diffusion model

? ??燃?xì)庑孤┦侨細(xì)夤?yīng)系統(tǒng)中最典型的事故^[1]。在燃?xì)獾膬?chǔ)存、輸配及使用過程中，由于人為或自然原因?qū)е滦孤?，燃?xì)庑孤┖笤诳諝獾冉橘|(zhì)中擴(kuò)散并積聚，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)遇到火源會(huì)產(chǎn)生爆炸并引起火災(zāi)。燃?xì)庑孤┖蠊膰?yán)重程度主要取決于泄漏量和擴(kuò)散范圍，而泄漏量又與泄漏源強(qiáng)度及泄漏時(shí)間有關(guān)。因此，燃?xì)獾男孤?qiáng)度和擴(kuò)散范圍是分析泄漏與擴(kuò)散以及預(yù)測評(píng)價(jià)事故后果的基礎(chǔ)和參考依據(jù)。本文針對(duì)城市燃?xì)庑孤┠Ｐ秃蛿U(kuò)散模型進(jìn)行探討。

??? 小孔泄漏模型適用于穿孔泄漏的情形，穿孔泄漏是指管道或設(shè)備由于腐蝕等原因形成小孔，燃?xì)鈴男】仔孤?。常見的穿孔直徑?span>10mm以下，對(duì)于穿孔直徑在20mm以下的泄漏可以使用該模型。小孔泄漏一般是長時(shí)間持續(xù)穩(wěn)定泄漏且具有泄漏點(diǎn)多、不易察覺、潛在危險(xiǎn)大的特點(diǎn)。

? ??對(duì)于小孔泄漏模型，按照其泄漏燃?xì)庀鄳B(tài)的不同，可分為氣體流泄漏、液體流泄漏和氣液兩相流泄漏3種形式^[2]。

??? ①氣體流泄漏強(qiáng)度^[1～6]

??? 較普遍的氣態(tài)燃?xì)庑孤?qiáng)度的計(jì)算是按照伯努利方程推導(dǎo)所得，氣體從孔口泄漏的強(qiáng)度與其流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。因此，要確定泄漏時(shí)氣體流動(dòng)屬于聲速流動(dòng)(臨界流)還是亞聲速流動(dòng)(次臨界流)，可以用臨界壓力比來判斷：

???

式中β——臨界壓力比

??? p₀——環(huán)境絕對(duì)壓力，Pa

??? p_c——泄漏口燃?xì)獾呐R界壓力，Pa

??? κ——燃?xì)獾褥刂笖?shù)

??? 燃?xì)獾褥刂笖?shù)，κ是溫度的函數(shù)，理想氣體的，κ可近似當(dāng)作定值，對(duì)于雙原子氣體取1.4，多原子氣體取1.29，單原子氣體取1.66。對(duì)于天然氣等由多原子分子組成的氣體，κ可近似取1.29。

???

式中q_m——泄漏強(qiáng)度，kg/s

??? C_g——?dú)怏w泄漏系數(shù)

??? A——泄漏口面積，m²

??? p₁——容器內(nèi)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，Pa

??? M——燃?xì)獾哪栙|(zhì)量，kg/mol

??? Z——壓縮因子

??? R——摩爾氣體常數(shù)，取8.314J/(mol·K)

??? T₁——容器內(nèi)的燃?xì)鉁囟龋?span>K

??? 氣體泄漏系數(shù)與泄漏口的形狀有關(guān)，泄漏口為圓形時(shí)取1.00，三角形時(shí)取0.95，長方形時(shí)取0.90，由內(nèi)腐蝕形成的漸縮小孔取0.90～1.00，由外腐蝕或外力沖擊形成的漸擴(kuò)孔取0.60～0.90。壓縮因子可以根據(jù)燃?xì)獾膶?duì)比壓力和對(duì)比溫度查燃?xì)鈮嚎s系數(shù)圖得到，當(dāng)壓力小于1.6MPa時(shí)，常溫燃?xì)饪山普J(rèn)為是理想氣體，取Z=1。

??? 一般情況下，管道或壓力容器中的燃?xì)庖詺鈶B(tài)儲(chǔ)存，發(fā)生泄漏后的泄漏量可以按照氣體流泄漏強(qiáng)度模型進(jìn)行計(jì)算。

??? ② 液體流泄漏強(qiáng)度^{[1、7、8]}

燃?xì)庖约訅阂夯虻蜏匾夯男问絻?chǔ)存在壓力容器內(nèi)，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)可認(rèn)為燃?xì)庖砸合嗔鞒?，在通過孔口的同時(shí)可能急劇氣化流出到大氣中。假設(shè)在液面以下某一高度處發(fā)生泄漏，分別選取液面和泄漏孔口出流斷面收縮處為截面列出伯努利能量方程，并整理可得液體流泄漏強(qiáng)度的計(jì)算公式：

?

式中C₁——液體泄漏系數(shù)

??? ρ₁——液體的密度，kg/m³

??? p₂——容器內(nèi)液體的絕對(duì)壓力，Pa

??? g——重力加速度，取9.8m/s²

??? h——泄漏口之上的液體高度，m

??? 液體泄漏系數(shù)與液體的雷諾數(shù)及泄漏口的形狀有關(guān)。當(dāng)雷諾數(shù)Re＞100時(shí)，泄漏口為圓形孔取0.65，三角孔取0.60，長形孔取0.55；當(dāng)雷諾數(shù)Re≤100時(shí)，對(duì)應(yīng)上述形狀泄漏口的泄漏系數(shù)分別取0.50、0.45和0.40；不明流態(tài)時(shí)泄漏系數(shù)取1。

??? 由式(4)可以看出，壓力容器中液態(tài)燃?xì)獾男孤?qiáng)度取決于壓力容器內(nèi)外的壓力差和泄漏口之上的液體高度。

??? 當(dāng)液化石油氣、液化天然氣等從壓力容器液相空間中泄漏時(shí)，其泄漏量可使用液體流泄漏模型進(jìn)行計(jì)算。

??? ③ 氣液兩相流泄漏強(qiáng)度^{[1、2、8]}

??? 對(duì)于過熱液體的泄漏，在流過泄漏孔時(shí)會(huì)出現(xiàn)氣、液兩相流動(dòng)，這種流動(dòng)兼有氣體泄漏和液體泄漏雙重特點(diǎn)。均勻兩相流泄漏的泄漏強(qiáng)度可以按照下式計(jì)算：

???

式中C_d——兩相流泄漏系數(shù)

ρ_m——兩相混合物的平均密度，kg/m³

??? p_m——兩相混合物在容器內(nèi)的絕對(duì)壓力，Pa

??? p_m,c——兩相}昆合物的臨界壓力，Pa，一般取0.55p_m

??? F_v——閃蒸率，即液體蒸發(fā)的質(zhì)量占液體總質(zhì)量的比例

??? ρ_g——液體蒸氣的密度，kg/m³

??? c_p——兩相混合物的比定壓熱容，J/(mol·K)

??? T₂——液體的儲(chǔ)存溫度，K

??? T_b——液體在常壓下的沸點(diǎn)，K

??? Q_L——液體的蒸發(fā)熱，J/kg

??? 當(dāng)F_v＜＜1時(shí)，可認(rèn)為泄漏的液體不會(huì)發(fā)生閃蒸，此時(shí)按照液體流泄漏強(qiáng)度公式計(jì)算，泄漏出來的液體會(huì)在地面上蔓延，遇到防液堤而積聚成液池。當(dāng)F_v＞0.2時(shí)，可以認(rèn)為不會(huì)形成液池。當(dāng)F_v＜1時(shí)，泄漏量按兩相流泄漏強(qiáng)度公式計(jì)算。當(dāng)F_v=1時(shí)，泄漏出來的液體發(fā)生完全閃蒸，此時(shí)按氣體泄漏強(qiáng)度公式計(jì)算。

??? 對(duì)于液化石油氣、液化天然氣等液體從壓力容器氣相空間中泄漏時(shí)，其泄漏量可使用氣液兩相流泄漏模型進(jìn)行計(jì)算。