우발적 릴리스 소스 용어

Accidental release source terms

우발적 방출원 용어석유 정제소, 석유화학 공장, 천연가스 처리 공장, 석유 및 가스 운송 파이프라인, 화학 플와 같은 산업 시설에서 액체 또는 기체 오염물질이 주변 환경으로 우발적으로 방출될 수 있는 유량을 정량화하는 수학 방정식이다.개미와 많은 다른 산업 활동들 많은 국가의 정부 규제는 그러한 우발적인 방출의 가능성을 분석하고 환경 및 인간 건강에 대한 양적 영향을 결정하여 완화 조치를 계획하고 실행할 수 있도록 요구한다.

다양한 유형의 사고에서 기체 및 액체 오염물질이 방출될 수 있는 유량을 결정하기 위한 수학적 계산 방법이 많이 있다. 이러한 석회화 방법을 선원 용어라고 하며, 본 논문에서는 기체 오염물질이 우발적으로 방출될 수 있는 질량 흐름률을 결정하는 데 사용되는 계산 방법의 일부를 설명한다.

가압 가스의 우발적 방출

폐쇄된 용기에 저장된 가스가 구멍이나 기타 개구부를 통해 대기로 방출될 때, 그 개구부를 통과하는 가스 속도가 질식되거나(즉, 최대치에 도달했을 때) 원인 불명이 될 수 있다.

절대 근원 압력의 절대 하류 압력에 비례해서 또는 제대 가스(, 때로는 γ{\displaystyl으로를 설명하는 등 엔트로피 팽창 계수라고 불리는 곳, k는 비열비[(k+1)/2]k/(k1−)보다 더 평등하다 Choked 속도 역시 소닉 속도로 불리는, 발생한다.e\gamma}).

많은 가스의 경우 k의 범위는 약 1.09 ~ 약 1.41이며, 따라서 [(k + 1) / 2]k / (k − 1 )의 범위는 1.7 ~ 약 1.9이며, 이는 보통 절대 선원 용기 압력이 절대 하류 주변 대기압의 최소 1.7 ~ 1.9배일 때 질식 속도가 발생함을 의미한다.

가스 속도가 질식되었을 때 SI 미터법 단위의 질량 유량에 대한 방정식은 다음과 같다.[1][2][3][4]

또는 이와 동등한 형태:

위의 방정식의 경우 가스 속도가 최대치에 도달하여 질식되지만 질량 유량은 질식되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 공급원 압력이 증가하면 질량 유량은 여전히 증가할 수 있다.

절대 다운스트림 주변 압력에 대한 절대 선원 압력의 비율이 [ (k + 1) / 2]k / (k − 1) 미만일 때마다 기체 속도는 원인이 되지 않으며(즉, 아음속) 질량 유량에 대한 방정식은 다음과 같다.

또는 이와 동등한 형태:

여기서:
Q = 질량 유량, kg/s
C = 방전 계수, 치수 없음(일반적으로 약 0.72)
A = 배출구 면적2, m
k = 가스의 cp/cv
cp = 일정한 압력에서 가스의 특정
cv = 일정한 부피에서 가스의 특정 열
= PT에서의 실제 가스 밀도, kg/m3
P = 절대 업스트림 압력, Pa
PA = 절대 주변 또는 다운스트림 압력, Pa
M = 가스 분자 질량, kg/kmol(분자량이라고도 함)
R = 범용 가스법 상수 = 8314.5 Pa·m3/(kmol·K)
T = 절대 업스트림 가스 온도, K
Z = P T의 가스 압축성 계수, 치수 없음

위의 방정식은 방출이 처음 발생할 때 소스 용기에 존재하는 압력과 온도에 대한 초기 순간 질량 유량을 계산한다. 가압 가스계통이나 용기의 누수로 인한 초기 순간 유량은 전체 방출 기간 동안의 평균 유량보다 훨씬 높은데, 이는 시스템이나 용기의 비울수록 압력과 유량이 감소하기 때문이다. 유출 개시 이후 유속 대 시간 계산은 훨씬 복잡하지만 정확하다. 그러한 계산을 수행하기 위한 두 가지 동등한 방법이 제시되고 비교된다.[5]

기술 문헌은 많은 저자들이 이상적인 가스에 적용되는 보편적 가스 법칙 상수 R을 사용하고 있는지 또는 특정 개별 가스에만 적용되는 가스 법칙 상수 Rs 사용하고 있는지 여부를 설명하지 못하기 때문에 매우 혼란스러울 수 있다. s 상수의 관계는 R = R/M이다.

주의:

  • 위의 방정식은 실제 가스를 위한 것이다.
  • 이상적인 기체의 경우, Z = 1과 ρ은 이상적인 기체 밀도다.
  • 1킬로몰(kmol) = 1000 몰(mole) = 1000 그램 몰(gm-mole) = kg-mol(kg-mol)

Ramskill의 이유 없는 질량 흐름 방정식

이상적인 기체의 이유 없는 흐름에 대한 P.K. Ramskill의 방정식은 (1)로 다음과 같다.

(1) Q= 2 k - 1 [ - ( P ) - 1 {\ Q\;\A}\;;;;

람스킬 방정식의 가스 밀도 A는 온도와 압력의 다운스트림 조건에서의 이상적인 가스 밀도로, 이상적인 가스 법칙을 사용하여 (2)로 정의된다.

(2) ρ = M R

다운스트림 온도 TA 알 수 없으므로 아래의 등방성 팽창식을 사용해 알려진A 업스트림 온도 T:

(3) T =( ) - }}{{A

등식 (2)와 (3)을 결합하면 업스트림 TA

(4) ρ = P - 1 A- k R\;;;;;;;}

램스킬 방정식(1)과 방정식(4)을 사용하여 이상 기체에 대한 원인 없는 질량 유량을 결정하면 위의 섹션에 제시된 원인 없는 흐름 방정식을 사용하여 얻은 결과와 동일한 결과를 얻을 수 있다.

비끓지 않는 액체풀의 증발

비 끓는 액체 풀에서 증발 속도를 계산하는 세 가지 다른 방법이 이 절에 제시되어 있다. 세 가지 방법으로 얻은 결과는 다소 다르다.

미 공군 방식

다음 방정식은 주변 온도 또는 그 근처에 있는 액체 풀의 표면에서 액체가 증발하는 속도를 예측하기 위한 것이다. 이 방정식은 미국 공군이 액체 하이드라진 웅덩이로 수행한 현장 실험에서 도출한 것이다.[2]

여기서:
E = 수영장 표면의 증발 유동, kg/m2·min
u = 액체 표면 바로 위의 풍속, m/s
TA = 절대 주변 온도, K
TF = 풀 액체 온도 보정 계수, 무차원
TP = 풀 액체 온도, °C
M = 풀 액체 분자량, 무차원
PS = 주변 온도에서 풀 액체 증기 압력, mmHg
PH = 주변 온도에서 히드라진 증기 압력, mmHg(아래 방정식 참조)

TP = 0°C 이하인 경우F T = 1.0

TP 0°C를 초과할 경우 TF = 1.0 + 0.0043P2 T

여기서:
= 2.7183, 자연 로그 시스템의 베이스
= 자연 로그

미국 EPA 방법

다음 방정식은 주변 온도 또는 그 근처에 있는 액체 풀의 표면에서 액체가 증발하는 속도를 예측하기 위한 것이다. 이 방정식은 미국 환경보호국에 의해 미터법 사용과 미국 사용의 혼합물인 단위를 사용하여 개발되었다.[3] 비금속 단위는 이 프레젠테이션을 위해 미터법으로 변환되었다.

NB, 여기서 사용되는 상수는 혼합 단위 공식/2.205 lb/kg에서 0.284이다. 82.05는 1.0 = (ft/m)² × mmHg/kPa가 된다.

여기서:
E = 증발 속도, kg/min
u = 풀 액체 표면 바로 위의 풍속, m/s
M = 풀 액체 분자량, 무차원
A = 수영장 액체의 표면적2, m
P = 풀 온도에서 풀 액체의 증기 압력, kPa
T = 풀 액체 절대 온도, K

또한 미국 EPA는 풀 깊이를 0.01m(즉, 1cm)로 정의하여 풀 액체의 표면적을 다음과 같이 계산할 수 있었다.

A = (풀3 볼륨, m)/(0.01)

주의:

Stiver and Mackay의 방법

다음 방정식은 주변 온도 또는 그 근처에 있는 액체 풀의 표면에서 액체가 증발하는 속도를 예측하기 위한 것이다. 이 방정식은 토론토 대학 화학공학과 워렌 스티버와 데니스 맥케이에 의해 개발되었다.[9]

여기서:
E = 수영장 표면의 증발 유량, kg/m2/s
k = 질량 전달 계수, m/s = 0.002 u
TA = 절대 주변 온도, K
M = 풀 액체 분자량, 무차원
P = 주변 온도에서 풀 액체 증기 압력, Pa
R = 보편적 가스법 상수 = 8314.5 Pa·m3/(kmol·K)
u = 액체 표면 바로 위의 풍속, m/s

끓는 차가운 액체풀의 증발

다음 방정식은 차가운 액체 풀의 표면에서 액체가 증발하는 속도(즉, 약 0 °C 이하의 액체 온도)를 예측하기 위한 것이다.[2]

여기서:
E = 증발 플럭스, (kg/min)/m2 풀 표면
B = 수영장 액체 대기 비등점, °C
M = 풀 액체 분자량, 무차원
e = 자연 로그 시스템의 베이스 = 2.7183

액화 가스 방출 단열 섬광

암모니아나 염소와 같은 액화 가스는 대기압보다 훨씬 높은 주변 온도와 압력에서 실린더나 용기에 저장되는 경우가 많다. 그러한 액화 가스가 대기 중으로 방출되면 결과적으로 압력이 감소하여 액화 가스의 일부가 즉시 증발하게 된다. 이를 "아디아바틱 섬광"이라고 하며 간단한 열 균형에서 도출한 다음과 같은 방정식을 사용하여 액화 가스가 어느 정도 기화되는지 예측한다.

여기서:
X = 기화 중량 비율
HsL = 선원 온도와 압력에서의 소스 액체 엔탈피, J/kg
HaV = 대기 비등점 및 압력, J/kg에서 플래시 증기 엔탈피
HaL = 대기 비등점 및 압력, J/kg에서의 잔류 액체 엔탈피

위 방정식에 필요한 엔탈피 데이터를 사용할 수 없는 경우 다음 방정식을 사용할 수 있다.

여기서:
X = 기화 중량 비율
cp = 선원 액체 고유 열, J/(kg °C)
Ts = 소스 액체 절대 온도, K
Tb = 소스 액체 절대 대기 비등점, K
H = 대기 비등점에서의 기화 발생원 액체열, J/kg

참고 항목

참조

  1. ^ 페리의 화학 엔지니어 핸드북, 제6판, 맥그로힐, 1984.
  2. ^ a b c 화학물질 위험 분석 절차 핸드북, 부록 B, 연방 비상 관리청, 미국 교통국 및 미국 환경 보호청, 1989. 또한 아래 참조를 제공한다.
    – Clewell, H.J., 에너지 시스템 연구소, ESL-TR-83-03, 1983의 유독성 액체의 유출원 강도의 추정 방법
    – Ille, G. and Springer, C., 환경 공학 개발 사무소, CEEDO 712-78-30, 1978년 지상 유출로부터의 히드라진 추진제 증발확산.
    – Kahler, J.P., Curry, R.C. 및 Kandler, R.A., AWS TR-80/003, 1980년 독성 회랑 공군 기상대 계산
    화학물질 위험 분석 핸드북, 부록 B PDF 520페이지 중 391페이지까지 스크롤.
  3. ^ a b "외부 결과 분석을 위한 위험 관리 프로그램 지침" 미국 EPA 간행물 EPA-550-B-99-009, 1999년 4월(부록 D의 등식 D-1 및 D-7 파생 참조)
  4. ^ PGS2 심폐소생술 14E, 2장 네덜란드 응용과학연구기구 헤이그 2005. PGS2 CPR 14E 웨이백 머신에 2007-08-09 보관
  5. ^ Milton R. Beychok. "Calculating Accidental Release Flow Rates From Pressurized Gas Systems". Archived from the original on 8 February 2006. Retrieved 11 August 2021.{{cite web}}: CS1 maint : 부적합한 URL(링크)
  6. ^ CASE 뉴스레터 No.48, Spring 1999 Gierer, C. 및 N. Hayatty, Source Term Analysis Software를 사용하여 유체 흐름 방출 속도 계산 Dyadem International Ltd.
  7. ^ 영국 원자력청 안전 및 신뢰성 디렉토리(Directory, Safety and Reliability Directory, P.K.(1986)의 Ramskill.
  8. ^ 등방성 압축 또는 확장
  9. ^ Stiver, W. 및 Mackay, D., 화학 물질에 대한 유출 위험 순위 시스템, 환경 캐나다 토론토, 1993년 캐나다 최초의 기술 유출 세미나.

외부 링크