Газовое истечение через отверстие или короткую трубу

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 19Следующая ⇒

ALOHA прогнозирует выброс газа в двух условиях: цистерна содержит газ под давлением или небольшая утечка в головном помещении, содержащем хлор или аммиак, сжиженный под давлением. ALOHA использует одну модель, которая производит идентичные оценки прочности для отверстий и труб, независимо от того, какой тип разрыва выбирается пользователем. ALOHA считает, что скорость высвобождения из разрыва в заголовке резервуаров, содержащих жидкости, хранящиеся ниже температуры кипения, является незначительной.

ALOHA использует алгоритмы, включенные в утечку, компьютерную модель, разработанную для окружающей среды Канады (ЛОР и Буист 1986), для прогнозирования скорости высвобождения газов из отверстий и коротких труб. От соотношения между танком и атмосферным давлением, соотношением ширины отверстия к длине резервуара и коэффициента критического давления для звукового потока (величина порогового значения коэффициента давления), ALOHA сначала определяет, будет ли поток газа сверхзвуковой (задыхается) или подзарядка (не задыхается). Если разность давления достаточно велика, то модели ALOHA протекают как сверхзвуковой, пока давление не упадет до точки, в которой поток является дозвуковым. С этого момента ALOHA вычисляет дозвуковую скорость высвобождения до тех пор, пока не предскажет, что давление в резервуаре упало до атмосферного давления. Расчетная скорость выпуска газа снижается с течением времени, так как ожидается, что давление в резервуаре упадет по мере того, как газ выйдет из бака, и поскольку ожидается, что расширение адиабатически охладит содержимое резервуара, что еще более снизит давление. В случаях с выбросом газов ALOHA не учитывает влияние теплового потока поперек стенки резервуара или разницы трения между отверстиями резервуара и короткими трубами / клапанами.

ALOHA прогнозирует, будет ли отток газа дозвуковым или сверхзвуковым, вычисляя три отношения. Первым является отношение атмосферного давления к давлению в баке:

Вторым важным соотношением является отношение диаметра отверстия к диаметру резервуара,

Где

- это диаметр сферических или цилиндрических резервуаров, а

- либо диаметр круглого отверстия, либо квадратный корень области прямоугольного отверстия.

Третье важное соотношение — это коэффициент критического давления,

где -это соотношение мощности газового теплоемкости при постоянном давлении и емкости газового отопления в постоянном объеме.

3.4.6.1 Поток

Если меньше или равна , массовые потоки из цистерны со скоростью звука и обычно забивается, поэтому уменьшение давления в ниже по потоку не может существенно изменить скорость потока. Расход по массе задается

3.4.6.2 Неочищенный поток

Когда больше, чем , поток является дозвуковым, и поток масс задается

Вне резервуара, газ расширяется, пока его давление не уравновешивается с атмосферой. Этот процесс моделируется как адиабатическое расширение с соответствующим понижением температуры. Температура газа после полного расширения газа определяется выражением

Подробное обсуждение взаимосвязи между забитым и нерегулируемым потоком дано Шапиро (Shapiro, 1953) и Blevins (Blevins 1984). Как эта связь может быть применена к анализу рисков, обсуждает Ханна и Стримайтис (Американский институт инженеров-химиков, Центр безопасности химических процессов, 1989).

Газопровод

Общие замечания

ALOHA рассматривает только выбросы чистого газа из разрывов труб. Алгоритм газопровода ALOHA основан на модификациях, сделанных Wilson (Wilson, Alberta, Division of Pollution Control., University of Alberta, 1981, Wilson и др., 1979) на модель, разработанную Белл (Bell, 1978). Измерения показывают, что передача тепла движущемуся газому через стенки трубы поддерживает почти изотермическое состояние по всей длине трубы, за исключением последних 200 диаметров отверстий. В пределах 200 диаметров отверстия поток считается адиабатическим из-за большого ускорения вблизи конца трубы.

Теория

Уилсон показал, что экспоненциал является решением для изотермического потока квазистационарного течения и что выпуск газов из конечной длины трубы может быть аппроксимирован двойной экспонентой вида

где

Q - скорость массового расхода на единицу времени (к·с^-1),

- начальный массовый расход во время разрыва (к·с^-1),

-немерный коэффициент сохранения массы,

-постоянная скорость времени выпуска (с).

Давление в большинстве трубопроводов намного превышает давление окружающей среды. Таким образом, Q₀ вычисляется при условии, что в случае, когда для трубы используется коэффициент слива, при этом определяется внутреннее давление и температура в момент разрыва, с использованием

где

- начальное давление трубы (Па),

- площадь отверстия (m²),

MW - молекулярный вес газа (кг/моль),

- это соотношение тепловой мощности при постоянном давлении на тепловую мощность в постоянном объеме,

Константа времени, , вычисляется уравнением (Уилсон 1989),

где -длина трубы,

c - скорость звука в трубе,

- диаметр трубы,

- это коэффициент трения Darcy-Weisbach,

- площадь поперечного сечения трубы

Скорость звука для изотермической трубы

Коэффициент трения вычисляется согласно Блевинс (Блевинс 1984) как

где коэффициент шероховатости, , равен 0,0001 м в нормальных условиях и увеличивается до 0,002 м для необработанных труб. Для типичных труб, 0,01 < <0,02.

Постоянная времени может быть упрощена для малых и больших отверстий. Когда ( / Г) мало, трубу можно рассматривать как длинный изотермических резервуара:

Отверстие считается большим, если ( / Г)>30 и

Общая масса в газопроводе основана на законе идеального газа,

и коэффициент сохранения массы

Для каждого временного шага температура выхода должна быть повторно оценена с помощью описанных ниже методов. Предполагается адиабатическая декомпрессия газа в пределах 200 диаметров отверстия. За пределами 200 диаметров отверстия поток является приблизительно изотермическим с фрикционным нагревом и адиабатическим охлаждением в равновесии. Температура на выходе на текущем временном шаге определяется выражением

где

- температура выхода на предыдущем шаге,

- давление окружающего воздуха,

– давление на изотермическом адиабатическом интерфейсе,

На изотермически-адиабатической границе для стационарных условий модель предполагает наличие бесконечного резервуара, присоединенного к конечной длине трубы с отверстием такого же размера, что и труба. Для этого случая расход рассчитывается как

где - скорость газа в интерфейсе исосермал-адиабатик, а - плотность в интерфейсе. Предполагается, что поток задыхается и ведет к связям

где индекс r относится к резервуару. Нелинейное уравнение скорости потока газа из резервуара должно быть решено, чтобы найти значение для , которое будет использовано в приведенном выше уравнении. Если Ma — число Mach (отношение скорости разгрузки к скорости звука), уравнение для изометрического потока трубопровода (Блевинс 1984)

где было сделано приближение к тому, что длина трубы, где преобладает изотермический поток, намного больше, чем участок, где происходит адиабатический поток, так что верхний предел левого интеграла задается равным всей длине трубы. Интегрирование этого выражения приводит к выражению параметра трения трубы,

где является скорость газа в интерфейсе водохранилище трубы.

Давление в трубе на адиабатическом изотермическом интерфейсе, , оценивается от отношения

Расчетные заметки

В разное время в алгоритме выпуска газового трубопровода вычисляется массив показателей выбросов газа. Как и в других процедурах источника, длина интервала времени варьируется таким образом, что равные количества масс освобождаются каждый раз. Если n — общее количество временных шагов, то каждый новый временной шаг будет найден из предыдущего, используя схему итерации Ньютона-Рафсон для поиска корней уравнения,

где в предыдущий раз, а - это новое время. Минимальный интервал времени равен 60 секундам, и релиз прекращается, если он выходит за пределы одного часа [8].

Модели рассеивания воздуха

Введение

Случайное высвобождение летучего химического вещества может представлять угрозу для жизни и здоровья вдали от точки выброса. Некоторые химические вещества токсичны при вдыхании, другие могут представлять опасность пожара. Модели рассеивания воздуха играют центральную роль в прогнозировании опасных зон, связанных с облаками токсичных или легковоспламеняющихся газов. Эти модели используются для прогнозирования того, как концентрация загрязняющего вещества, попавшего в воздух, изменяется со временем и положением. ALOHA предоставляет информацию о концентрации и продолжительности воздействия, но не устраняет вероятность того, что облученный человек будет ранен.

Облака пара, содержащие легковоспламеняющиеся химические вещества, смешанные с воздухом, могут гореть при наличии источника зажигания. Когда большое количество легковоспламеняющегося химиката выбрасывается в воздух и рассеивается до точки, где образуется огнеопасная смесь топлива/воздуха до зажигания, огонь может переходить от источника зажигания к краям горючего облака. Скорость, с которой горение распространяется через облако, определяет, генерируется ли разрушающая ударная волна (взрыв облака паров). Опасности, связанные с взрывами паровых облаков, описаны в главе 5. Опасности, связанные с внезапными пожарами, которые не приводят к повреждающим ударным волнам, описаны в главе 6. Дисперсионные модели, описанные в этой главе, используются для оценки горючей области облака. Движение окружающего воздуха отвечает за адвекцию и диффузию нейтрализующего загрязняющего вещества во всем, кроме самого ближнего поля. Движение загрязняющих веществ с плотностями, существенно отличающимися от окружающего воздуха, также зависит от силы тяжести и может подниматься или опускаться на землю. Но даже для плотных газов и плотных аэрозолей, движение окружающего воздуха обычно доминирует над их дисперсией.

Химическое паровое облако состоит из химиката-загрязнителя и воздуха в соотношении, которое изменяется со временем и местоположением. Облака, содержащие химикаты с высокой молекулярной массой или аэрозолями, могут быть достаточно плотными, чтобы сила тяжести существенно влияла на их движение. Эти плотные газовые облака моделируются по-другому в ALOHA, чем облака, на которые непосредственно не влияет гравитация. ALOHA включает в себя две полуэмпирические модели рассеивания воздуха: модель Гаусса подходит для облаков загрязнителей, на которые непосредственно не влияет гравитация; модель Тяжелый газ подходит для облаков загрязняющих веществ с плотностью, большей, чем окружающий воздух, и на которые значительно влияет гравитация. Эти модели рассеивания воздуха, используемые для нейтральных и плотных шлейфов загрязнителей в ALOHA, могут учитывать вертикальные градиенты в скорости ветра и атмосферной турбулентности, но не учитывают топографическое регулирование или ветра, которые изменяются со временем.

Обычно окружающий ветер доминирует над процессами адвекции и диффузии как для плотных, так и для нейтральных плавучих газовых облаков. Движение воздуха характеризуется его полем скорости и турбулентностью. Элементы шероховатости грунта оказывают сопротивление движущемуся воздуху, создавая градиент скорости, когда скорость на самой поверхности равна нулю и логарифмически увеличивается с высотой. Элементы шероховатости поверхности воздействуют не только на вертикальный профиль ветра, но также создают турбулентность в поле ветра. Топография и большие структуры также влияют на поле скоростей и турбулентность, поскольку ветер перемещается и по этим особенностя. Турбулентность также генерируется тепловыми эффектами; Солнце нагревает землю, которая, в свою очередь, нагревает поверхностный воздух, вызывая его подъем.

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 178; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!