低温乙烯罐泄漏扩散危险性分析

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1、低温乙烯罐泄漏扩散危险性分析摘要：发生泄漏扩散是低温乙烯罐事故危害的重要原因之一，因此建立低温乙烯罐泄漏扩散的动态模型是正确评估低温乙烯区周围危险性的主要内容。本文在分析Pasquill-Gifford模型和DEGADIS模型等各种气体泄漏扩散数学模型的基础上，结合低温乙烯泄漏扩散动态过程的特点，以及重力作用和水平风速对乙烯扩散的影响，采用包含几种扩散模型的ALOHA模拟软件，对天津某乙烯罐和油罐共建区由于乙烯扩散泄漏造成的危险性进行了模拟分析。结果表明，对乙烯罐泄漏实施监测并与可能出现明火区域实现防火预警联动可有效地降低低温乙烯罐泄漏扩散所引起爆炸的危险性。   1、前言   众

2、所周知，乙烯是一种重要的石油化工原料，乙烯相对分子质量是28.053在常压下为无色可燃性气体,具有烃类特有的臭味。标准状况下气体的密度1.2604kg/m3,液体的比重:0.5699(-103.9℃)熔点:-169.4℃，沸点:-103.9℃临界温度9.9℃,临界压力:5.137Mpa,爆炸极限:2.7％～36%(体积)。根据乙烯的特性，其贮存除需要有良好的绝热保温性能以外，更需要考虑储存中的其它安全问题。例如，在考虑低温乙烯储罐的建设规划时，就应充分考虑到贮存过程中如果发生意外情况，乙烯有可能发生泄漏扩散，这样会对附近人员设施和重要设备造成潜在的爆炸危险。一旦出现乙烯的大量泄漏，

3、泄漏的乙烯一般先被收集在防液堤或蓄液坑内，乙烯与防液堤或蓄液坑的表面直接接触，两者之间存在很大的温差，乙烯会产生强烈的汽化。同时乙烯表面同时会与空气直接接触，也会产生大量的蒸气，这些蒸气与空气混合形成蒸气云团随风扩散。当乙烯与空气混合的比值，这到爆炸极限值时，蒸气云团所覆盖的范围就有爆炸的危险，其引发的危害后果是非常严重的。   因此，为了避免和减小低温乙烯罐由于泄漏扩散引发的燃烧爆炸危害，本文对低温乙烯罐的泄漏过程和扩散模型进行了研究，希望可以从理论上模拟泄漏事故发展的动态过程，预测过程中的浓度变化以及影响范围，这对于低温乙烯罐周围地区的安全设计与评价具有指导意义。   2、低温

4、乙烯罐泄漏扩散模型及其动态模拟   10乙烯罐泄漏有两种方式，即连续性泄漏和瞬时性泄漏，它们都是实际泄漏源的理想化。所谓连续性泄漏是指泄漏源是连续源或泄放时间大于或等于扩散时间，而瞬时性泄漏是指泄放时间相对于扩散时间比较短的泄漏。1987年，Britter和Mcquaid通过对实验数据的分析,提出了瞬时泄漏和连续泄漏的如下判断准则：   如果VT0/x≥2.5泄漏为连续泄漏如果:VT0/x≤O.6,泄漏为瞬时泄漏，式中V为环境风速(m／s)T0为泄漏持续时间(S)，x为观察者离开泄漏源的距离(m)。根据前面的准则，如果某一泄漏既不能视为瞬时泄漏，又不能视为连续泄漏，那么，为保险起见

5、，应该同时进行瞬时泄漏扩散分析和连续泄漏扩散分析，并以危险性大的泄漏粪型为最终选择的泄漏类型。 泄漏公式一般可以采用以下三种：10   其中：A为外泄裂口面积：C0为泄漏系数：Pg为储罐内表压，p为液体密度；hL为液面高；△Z为管线高差；f为摩擦系数；u为流速；Ws为流动功；M为气体的摩尔质量,Rg为理想气体常数T0为泄漏源温度,r为比热容。   乙烯一旦发生泄漏,很容易在空气中形成蒸气云团并运移扩散，当其浓度处于爆炸极限范围内，且在引燃源的作用下就会引起严重的火灾爆炸事故。火灾对人员的伤害主要来自燃烧爆炸的高温辐射和燃烧产物的烟气毒性；爆炸主要以冲击波的形式对人员，设备及环境造威

6、伤害与破坏。因此，要研究低温乙烯罐由于泄漏扩散引起的危险性，就应当以泄漏扩散产生的蒸气云团的浓度作为危险性指标，分析其蒸气云扩散的运动规律以及由于扩散运动所波及的范围。   根据扩散云团物理性质的不同，蒸气云团一般可分为重气云团和非重气云团两种。   然而，乙烯的密度是随温度的变化而变化的。在泄漏之初，由于温度较低密度较周围空气大，所以其扩散行为属于重气云团扩散；但是，随着蒸汽从周围的空气和地面不断吸热，其密度会变得越来越与空气接近，其扩散行为会从重气云团扩散变为非重气云团扩散，而且由于泄漏和扩散速度的不同也可能导致云团扩散模拟的不同。因此，严格地说，乙烯的泄漏扩散模拟是一个非常复

7、杂随时间和空间变化的动态过程，目前还没有哪种模型能够很好的进行模拟预测。   10关于危险性物质泄漏扩散模型主要有高斯烟羽模型，DEGADIS模型高斯烟团模型、BM模型、Sutton模型及FEM3模型等。BM模型是由一系列重气体连续泄放和瞬时泄放的实验数据绘制成的计算图表组成，属于经验模型，外延性较差：Sutton模型是用湍流扩散统计理论来处理湍流扩散问题，但在模拟可燃气体泄放扩散时误差较大；FEM3模型适用于处理连续源泄放及有限时间的泄放，但其计算量很大，用计算机模