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一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q制造技术

技术编号:24328474 阅读:46 留言:0更新日期:2020-05-29 18:49
本发明专利技术公开一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q

A pure liquid leakage mass flow rate Q based on liquid ammonia horizontal tank

【技术实现步骤摘要】
一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm计算模型
本专利技术属于储罐泄漏安全
,具体涉及一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm计算模型。
技术介绍
储罐发生泄漏后,其液体泄漏质量流率Qm是分析储罐泄漏后造成的事故后果及波及范围的有力依据,泄漏质量流率Qm的精确计算为预防和制定事故预防措施提供了科学有效的依据。氨气,Ammonia,NH3,无色气体,有强烈的刺激气味,相对密度0.5971(空气=1.00),易被液化成无色的液体,在常温下加压即可使其液化。在高温时会分解成氮气和氢气,有还原作用。有催化剂存在时可被氧化成一氧化氮。氨气能灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官的粘膜,人吸入过多,能引起肺肿胀,甚至死亡。氨广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域:氨用于制造氨水、氮肥(尿素、碳铵等)、复合肥料、硝酸、铵盐、纯碱等,含氮无机盐及有机物中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料;此外,液氨常用作制冷剂,氨还可以作为生物燃料提供能源。为便于运输及储存,通常将气态的氨通过加压或冷却(或两者兼有)得到液态氨储存在带压的储罐或钢瓶中。一旦泄漏将会造成严重的后果:液氨泄漏后闪蒸形成蒸气与空气的爆炸性混合气体,一旦达到爆炸极限,遇明火、高热就极有可能引起燃烧爆炸;且形成的氨蒸气,在风力作用下向环境中扩散,一旦人体接触或吸入,会影响人的正常生理功能,甚至会造成中毒死亡。为液体经储罐孔洞或裂缝泄漏质量流率的经典计算模型,主要适用于常压立式储罐。对于卧式储罐,并未考虑泄漏时液氨闪蒸导致罐压的变化以及卧罐特殊的结构特征。然而立式储罐与卧式储罐在结构设计上存在较大差别,比如:立式容器要考虑风载,而卧式储罐却不需要;卧式储罐需要考虑储罐自重产生的弯矩,而立式储罐不需要;卧式储罐大部分液位高度较低,筒体设计压力稍微大些就可以按GB150.3-2011的规定计算压力,可以忽略液柱静压力,而立式储罐大部分液位高度较高,大多数情况下不能忽略液柱静压力。因此,需要针对立式储罐和卧式储罐各自的结构特点以及罐内气液两相压力平衡的差异,考虑压力储罐泄漏时压力实时变化以及卧罐特殊的结构特征,分别建立液氨卧罐液体泄漏质量流率的计算模型,才能准确地进行后续的泄漏范围及事故后果的评估分析。目前对于立式储罐的液体泄漏质量流率的计算已经比较成熟和精准,而卧式储罐的液体泄漏质量流率常常是参照立式储罐的算法,得出的计算结果往往存在较大偏差,相应地风险评估结果偏差也较大,难以准确地进行事故防范,容易导致事故危害的扩大。因此,有必要针对液氨泄漏闪蒸导致罐内压力的改变及卧罐特殊的结构特征,探索一种卧式储罐低沸点液体泄漏质量流率的计算模型,为液氨卧罐纯液态连续泄漏事故定量风险评估提供有效的理论计算参考数据,同时也可为事故应急处置提供有效的借鉴。
技术实现思路
针对以上问题,本专利技术提供一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm计算模型,本专利技术针对液氨泄漏闪蒸导致罐压的改变,对泄漏时罐内实时压力P进行修正,并考虑卧罐的结构特征,得到的液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm模型能够对卧式储罐的液体泄漏质量流率进行精准计算,为液氨卧罐纯液态连续泄漏事故定量风险评估提供有效的理论计算参考数据。本专利技术通过以下技术方案实现:一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm计算模型,当储罐本体发生泄漏时,可通过罐内液面高度h,快速计算出液氨卧罐纯液体泄漏任意时刻质量流率Qm,所述的液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm模型为:其中,Qm为液体泄漏质量流率,kg/s;ρ为液体密度,kg/m3;A为泄漏口面积,m2;C0为液体泄漏系数;Pn为初始罐压,即储存压力,Pa;V0为罐内初始气体体积,m3;L为卧罐罐长,m;r为储罐垂直截面半径,m;h为罐内液面高度,m;h0为罐内初始液面高度,m;P0为环境压力,Pa;g为重力加速度,9.8m/s2;h1为泄漏口距储罐底部高度,m。本专利技术液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm模型的建立,具体包括以下步骤:步骤一:建立液氨卧罐纯液体泄漏罐内实时压力P模型液氨卧罐纯液体泄漏质量流率主要随罐内外压差而改变,罐内物质状态变化服从理想气体状态方程:PnV0=n0RT(1);P[V0+A1(h0-h)]=(n0+Δn)RT(2);罐内物质主要因罐内持续性的气液相区压差平衡导致相态变化,不存在化学反应,联立式(1)和式(2),得液氨卧罐纯液体泄漏罐内实时压力P模型:其中,Pn为初始罐压,即储存压力,Pa;V0为罐内初始气体体积,m3;n0为罐内初始气体物质的量,mol;R为理想气体常数,8.314J/(mol·K);T为罐内介质温度,K;P为罐内实时压力,Pa;A1为液面面积,m2;h0为罐内初始液面高度,m;h为罐内液面高度,m;Δn为罐内增加的气体物质的量,mol;步骤二:建立液氨卧罐泄漏任意时刻液面面积A1模型液氨卧罐看作中间是以截面半径为r、长为L1的圆柱体,两端是半径为r的半球,则罐内任意时刻液面面积A1为:联立式(4)和(5),得液氨卧罐泄漏任意时刻液面面积A1模型:其中,L1为卧罐中间圆柱体长度,m;r为储罐垂直截面半径,m;h为罐内液面高度,m;L为卧罐罐长,m;步骤三:建立液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm模型液体经储罐孔洞或裂缝流出时,其瞬时质量流率经典模型为:设泄漏口距储罐底部高度为h1,则泄漏口上方液面高度hL为:hL=h-h1(8);联立式(3)、(6)、(7)和(8),得液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm模型:其中,Qm为液体泄漏质量流率,kg/s;ρ为液体密度,kg/m3;A为泄漏口面积,m2;C0为液体泄漏系数;P为罐内实时压力,Pa;P0为环境压力,Pa;g为重力加速度,9.8m/s2;hL为泄漏口上方液面高度,m;h为罐内液面高度,m;h1为泄漏口距储罐底部高度,m;Pn为初始罐压,即储存压力,Pa;V0为罐内初始气体体积,m3;L为卧罐罐长,m;r为储罐垂直截面半径,m;h0为罐内初始液面高度,m。作为技术方案的优选,当储罐本体发生泄漏时,纯液体泄漏质量流率Qm随罐内液面高度h的下降而减小,且下降幅度逐渐减缓,在泄漏初始时刻Qm值最大;当储罐本体泄漏即将结束时,即储罐内水平液面下降到泄漏口位置,此时Qm∞0kg/s,直至罐内液面高度低于泄漏口所在高度,此时Qm=0kg/s,泄漏停止。以上所述液体泄漏系数C0是无量纲常数,按照如下情况取对应值:(1)当雷诺数>10本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q

【技术特征摘要】
1.一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm计算模型,其特征在于,当储罐本体发生泄漏时,可通过罐内液面高度h,快速计算出液氨卧罐纯液体泄漏任意时刻质量流率Qm,所述的液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm模型为:



其中,
Qm为液体泄漏质量流率,kg/s;
ρ为液体密度,kg/m3;
A为泄漏口面积,m2;
C0为液体泄漏系数;
Pn为初始罐压,即储存压力,Pa;
V0为罐内初始气体体积,m3;
L为卧罐罐长,m;
r为储罐垂直截面半径,m;
h为罐内液面高度,m;
h0为罐内初始液面高度,m;
P0为环境压力,Pa;
g为重力加速度,9.8m/s2;
h1为泄漏口距储罐底部高度,m。


2.根据权利要求1所述的基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm计算模型,其特征在于,所述液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm模型的建立,具体包括以下步骤:
步骤一:建立液氨卧罐纯液体泄漏罐内实时压力P模型
液氨卧罐纯液体泄漏质量流率主要随罐内外压差而改变,罐内物质状态变化服从理想气体状态方程:
PnV0=n0RT(1);
P[V0+A1(h0-h)]=(n0+Δn)RT(2);
罐内物质主要因罐内持续性的气液相区压差平衡导致相态变化,不存在化学反应,联立式(1)和式(2),得液氨卧罐纯液体泄漏罐内实时压力P模型:



其中,
Pn为初始罐压,即储存压力,Pa;
V0为罐内初始气体体积,m3;
n0为罐内初始气体物质的量,mol;
R为理想气体常数,8.314J/(mol·K);
T为罐内介质温度,K;
P为罐内实时压力,Pa;
A1为液面面积,m2;
h0为罐内初始液面高度,m;
h为罐内液面高度,m;
Δn为罐内增加的气体物质的量,mol;
步骤二...

【专利技术属性】
技术研发人员:何娟霞周冬梅马野
申请(专利权)人:广西大学
类型:发明
国别省市:广西;45

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