泄漏量的计算

当发生泄漏的设备的裂口是规则的,而且裂口尺寸及泄漏物质的有关热力学、物理化学性质及参数已知时,可根据流体力学中的有关方程式计算泄漏量。当裂口不规则时,可采取等效尺寸代替;当遇到泄漏过程中压力变化等情况时,往往采用经验公式计算。

1.液体泄漏量

液体泄漏速度可用流体力学的柏努利方程计算,其泄漏速度为:

伯努利 方程式

 

 

式中  Qo——液体泄漏速度,kg/s;
Cd——液体泄漏系数,按表6—1选取;
A——裂口面积,m2;
ρ——泄漏液体密度,kg/m3;
P——容器内介质压力,Pa;
Po——环境压力,Pa;
g——重力加速度,
g=9.8m/s2;
h——裂口之上液位高度,m。

液体泄漏系数Cd

 

对于常压下的液体泄漏速度,取决于裂口之上液位的高低;对于非常压下的液体泄漏速度,主要取决于窗口内介质压力与环境压力之差和液位高低。
当容器内液体是过热液体,即液体的沸点低于周围环境温度,液体流过裂口时由于压力减小而突然蒸发。蒸发所需热量取自于液体本身,而容器内剩下的液体温度将降至常压沸点。在这种情况下,泄漏时直接蒸发的液体所占百分比F可按下式计算:

6-2泄漏时直接蒸发的液体所占百分比

式中  Cp——液体的定压比热,J/(kg·K);     T——泄漏前液体的温度,K;     To——液体在常压下的沸点,K;     H——液体的气化热,J/kg。
按式6—2计算的结果,几乎总是在0~1之间。事实上,泄漏时直接蒸发的液体将以细小烟雾的形式形成云团,与空气相混合而吸收热蒸发。如果空气传给液体烟雾的热量不足以使其蒸发,由一些液体烟雾将凝结成液滴降落到地面,形成液池。根据经验,当F>0.2时,一般不会形成液池;当F<0.2时,F与带走液体之比有线性关系,即当F=0时,没有液体带走(蒸发);当F=0.1时,有50%的液体被带走。

2  气体泄漏量

气体从裂口泄漏的速度与其流动状态有关。因此,计算泄漏量时首先要判断泄漏时气体流动属于音速还是亚音速流动。前者称为临界流,后者称为次临界流。   当下式成立时,气体流动属音速流动:

6-3气体流动属音速流动

 

当下式成立时,气体流动属亚音速流动:

 

6-4气体流动属亚音速流动

 

 

式中  Po、P——符号意义同前;
k——气体的绝热指数,即定压热容~与定容热容Cv之比。   气体呈音速流动时,其泄漏量为:

6-5气体音速流动时泄漏量

 

 

 

气体呈亚音速流动时,其泄漏量为:

6-6气体亚音速流动时泄漏量

 

 

 

式中  Cd——气体泄漏系数,当裂口形状为圆形时取1.00,三角形时取0.95,长方形时取0.90;
M——相对分子质量;
R——气体常数,J/(mol·K);     T——气体温度,K;
Y——气体膨胀因子,由下式计算:

气体膨胀因子

当容器内物质随泄漏而减少或压力降低而影响泄漏速度时,泄漏速度的计算比较复杂。如果流速小或时间短,在后果计算中可采用最初排放速度,否则应计算其等效泄漏速度。

3  两相流泄漏量

在过热液体发生泄漏时,有时会出现气、液两相流动。均匀两相流的泄漏速度可按下式计算:

6-8均匀两相流的泄漏速度

 

 

 

式中  Qo——两相流泄漏速度,kg/s;     Cd——两相流泄漏系数,可取0.8;     A——裂口面积,m2;     p——两相混合物的压力,Pa;
pc——临界压力,Pa,可取pc=0.55 Pa;
ρ——两相混合物的平均密度,kg/m3,由下式计算:

6-9两相混合物的平均密度

 

 

 

式中  ρ1——液体蒸发的蒸气密度,kg/m3;     ρ2——液体密度,kg/m3

Fv——蒸发的液体占液体总量的比例,由下式计算:

6-10蒸发的液体占总液体的比率

 

 

 

式中  Cp——两相混合物的定压比热,J/(kg·K);     T——两相混合物的温度,K;     Tc——临界温度,K;     H——液体的气化热,J/kg。
当Fv>1时,表明液体将全部蒸发成气体,这时应按气体泄漏公式计算;如果Fv很小,则可近似地按液体泄漏公式计算。

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