Условия источника случайного выпуска - Википедия - Accidental release source terms

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 ${ displaystyle gamma}$).

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]

${ Displaystyle Q ; = ; C ; A ; { sqrt {; k ; rho ; P ; left ({ frac {2} {k + 1}} right) ^ { frac {k + 1} {k-1}}}}}$

или эта эквивалентная форма:

${ Displaystyle Q ; = ; C ; A ; P ; { sqrt { left ({ frac {; , k ; M} {Z ; R ; T}} right ) left ({ frac {2} {k + 1}} right) ^ { frac {k + 1} {k-1}}}}}$

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:

${ Displaystyle Q ; = ; C ; A ; { sqrt {; 2 ; rho ; P ; left [{ frac {k} {k-1}} right] left [ left ({ frac {P_ {A}} {P}} right) ^ { frac {2} {k}} - ; , left ({ frac {; P_ {A} } {P}} right) ^ { frac {k + 1} {k}} ; right]}}}$

или эта эквивалентная форма:

${ Displaystyle Q ; = ; C ; A ; P ; { sqrt { left [{ frac {2 ; M} {Z ; R ; T}} right] left [ { frac {k} {k-1}} right] left [, left ({ frac {P_ {A}} {P}} right) ^ { frac {2} {k}} - ; , left ({ frac {P_ {A}} {P}} right) ^ { frac {k + 1} {k}} ; right]}}}$

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
${ displaystyle rho}$	= 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 р_s что относится только к конкретному газу. Связь между двумя константами р_s = 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)       ${ Displaystyle Q = C ; rho _ {A} ; A ; { sqrt {{ frac {; , 2 ; P} { rho}} cdot { frac {k} { k-1}} cdot left [; 1 - { left ({ frac {P_ {A}} {P}} right) ^ { frac {k-1} {k}}} right ]}}}$

Плотность газа, ${ displaystyle rho}$_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)       ${ Displaystyle rho _ {A} = { frac {M ; P_ {A}} {R ; T_ {A}}}}$

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

(3)       ${ displaystyle { frac {T_ {A}} {T}} = left ({ frac {P_ {A}} {P}} right) ^ { frac {k-1} {k}}}$

Объединение уравнений (2) и (3) приводит к уравнению (4), которое определяет ${ displaystyle rho}$_А с точки зрения известной температуры на входе Т:

(4)       ${ displaystyle rho _ {A} = { frac {M ; P ^ { frac {k-1} {k}}} {R ; T ; P_ {A} ^ {- { frac { 1} {k}}}}}}$

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]

${ displaystyle E = left (4,161 times 10 ^ {- 5} right) cdot u ^ {0,75} cdot T_ {F} cdot M cdot { frac {P_ {S}} {P_ { ЧАС}}}}$

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 Т_п = 0 ° C или меньше, тогда Т_F = 1.0

Если Т_п > 0 ° C, то Т_F = 1.0 + 0.0043 Т_п²

${ displaystyle P_ {H} = 760 cdot e ^ {65.3319 - { frac {7245.2} {T_ {A}}} - 8,22 ; ln left (T_ {a} right) +0,0061557 ; T_ {A}}}$

куда:
${ displaystyle e}$	= 2,7183, основание системы натурального логарифма
${ displaystyle ln}$	= 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.

${ Displaystyle E = { frac {0,128 cdot A cdot P cdot M ^ {0,667} cdot u ^ {0,78}} {T}}}$

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]

${ Displaystyle Е = { гидроразрыва {к cdot P cdot M} {R cdot T_ {A}}}}$

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]

${ Displaystyle E = 0,0001 ; M (7,7026-0,0288 ; B) ; e ^ {- (0,0077 ; B) -0,1376}}$

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.

${ displaystyle X = 100 ; { frac {H_ {s} ^ {L} -H_ {a} ^ {L}} {H_ {a} ^ {V} -H_ {a} ^ {L}}} }$

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.

${ displaystyle X = 100 cdot c_ {p} cdot { frac {T_ {s} -T_ {b}} {H}}}$

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

• Забитый поток
• Диафрагма
• Мгновенное испарение

Рекомендации

внешняя ссылка

• Уравнения Рамскилла представлены и цитируются в этом pdf-файле (используйте функцию поиска, чтобы найти "Ramskill").
• Забит поток газов
• Разработка исходных моделей выбросов