一种基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算模型的制作方法

本发明涉及储罐泄漏分析计算领域，具体涉及一种基于泄漏时间表征的常压立式储罐本体任意薄弱部位连续实时泄漏量精确计算模型。

背景技术

常压立式储罐发生泄漏后，其液体泄漏量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，泄漏量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。

计算常压立式储罐本体连续实时泄漏量目前采用的方法有粗略等于瞬时质量流率与泄漏时间的乘积，该方法的基本原理，是按照常压立式储罐初始泄漏瞬间瞬时质量流率与连续泄漏时间值相乘计算而得。因瞬时质量流率随泄漏时间不断发生变化，即瞬时质量流率计算模型仅用于计算常压立式储罐本体任意时刻、任意点泄漏后某一时刻物料瞬时质量流率，不能用于精确计算常压立式储罐某一连续时间段内泄漏液体量。这一问题导致目前在计算常压立式储罐本体连续泄漏量精确度方面很难满足为分析储罐泄漏后造成的事故后果及波及范围提供准确数值依据，难以为预防和制定事故预防措施提供了科学有效的准确依据。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算模型，其用泄漏时间精确表征了常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的精确计算模型，其泄漏量计算如下：

式中：

m——液体泄漏量，kg；

ρ——液体密度，单位为kg/m³；

t——泄漏时间，单位为s；

a——泄漏孔面积，单位为m²；

a1——储罐的底面积，单位为m²；

c0——液体泄漏系数；

g——重力加速度，9.8m/s²；

h——储罐未发生泄漏前，储罐内原有的液体高度，单位为m；

h1——泄漏孔距离储罐底部高度，单位为m。

本发明的基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的精确计算模型，其模型具体构建过程包括以下步骤：

一.构建泄漏孔上方液面高度表征的泄漏后储罐内物料下降流速模型

第一步，基于《化工企业定量风险评价导则》(aq/t3046—2013)中瞬时质量流率数学模型，同时结合体积流率公式，构建泄漏孔上方液面高度表征的泄漏孔处物料流速计算模型；

《化工企业定量风险评价导则》(aq/t3046—2013)附录e(e1.2液体经储罐上的孔流出)中：

计算瞬时质量流率公式为：

式中：

qm——质量流率，单位为kg/s；

p——储罐内液体压力，单位为pa；

p0——环境压力，单位为pa；

c0——液体泄漏系数；

g——重力加速度，9.8m/s²；

a——泄漏孔面积，单位为m²；

ρ——液体密度，单位为kg/m³；

hl——泄漏孔上方液体高度，单位为m。

依据流体力学相关公式有如下推导公式：

式中：

qv——体积流量，单位为m³/s；

依据流体力学总流的连续性方程有，对于不可压缩液体：

qv＝av……(1-3)

式中：

v——泄漏孔处物料的流速，单位为m/s。

由式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)有：

由此可得：

第二步，结合质量守恒定律及上述第一步得到的泄漏孔处物料流速计算模型，构建泄漏孔上方液面高度表征的储罐内物料下降流速计算模型；

由质量守恒定律有：

av＝a1v1……(1-6)

式中：

a1——储罐的底面积，单位为m²；

v1——储罐内物料下降的速度，单位为m/s；

由式(1-5)、式(1-6)有：

二.通过储罐内液面下降高度对储罐内液面下降流速求导，引入储罐内液面下降速度变化率

第三步，引入储罐内液面下降的高度、泄漏孔距离储罐底部高度构建适用于储罐任意薄弱部位泄漏的储罐内物料下降流速计算模型；

若泄漏孔的位置不定，设h1为泄漏孔距离储罐底部高度，则：

hl＝h-h1-δh……(1-8)

式中：

h——储罐未发生泄漏前，储罐内原有的液体高度，单位为m；

h1——泄漏孔距离储罐底部高度，单位为m；

δh——储罐发生泄漏后，液面下降的高度，单位为m。

对式(1-7)平方，代入式(1-8)，则：

第四步，通过储罐内液面下降的高度对储罐内液面下降流速求导，引入储罐内液面下降速度变化率；

则由式(1-9)可得：

令t为泄漏时间，由求导公式有：

式中：

t——泄漏时间，单位为s。

令：a1为储罐内液面下降速度变化率，则：

式中：

a1——储罐内液面下降速度变化率，单位为m/s²。

由式(1-10)、式(1-11)、式(1-12)有：

由式(1-13)得：

三.对连续泄漏一段时间内储罐内液面下降速度变化率、储罐内液面下降流速进行积分，构建一种基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算模型。

第五步，对连续泄漏一段时间内储罐内液面下降速度变化率进行积分，得到用泄漏时间表征的储罐内液面下降流速计算模型；

因此：

式中：

c1——函数常数。

当t＝0时，v1最大，此时δh＝0,因此：

因此：

第六步，对连续泄漏一段时间内储罐内液面下降流速进行积分，得到用泄漏时间表征的储罐内液面下降高度计算模型；

式中：

c2——函数常数。

当t＝0时，δh＝0，因此c2＝0，因此有：

第七步，基于用泄漏时间表征的储罐内液面下降高度得到用泄漏时间表征的泄漏孔上方液体高度；

由:hl＝h-h1-δh，得：

第八步，引入质量计算公式，结合用泄漏时间表征的储罐内液面下降高度，得到一种基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算模型。

m＝ρ×a1×δh……(其中δh≤h-h1)(1-23)

式中：

m——液体泄漏量，kg；

则由式(1-21)、式(1-23)有：

将式(1-24)进一步简化有：

式中：

m——液体泄漏量，kg；

ρ——液体密度，单位为kg/m³；

t——泄漏时间，单位为s；

a——泄漏孔面积，单位为m²；

a1——储罐的底面积，单位为m²；

c0——液体泄漏系数；

g——重力加速度，9.8m/s²；

h——储罐未发生泄漏前，储罐内原有的液体高度，单位为m；

h1——泄漏孔距离储罐底部高度，单位为m。

本发明的有益效果：本发明通过建立常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算模型，确定泄漏量与连续泄漏时间段的关系，能提高连续实时泄漏量计算的精确度。而且任意泄漏时间段内连续泄漏量的计算具有不受常压立式储罐本体泄漏位置影响的优点，在一定程度上能够防控风险的发生。本发明的方法在储存液体的常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算方面具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的建模步骤流程图。

图2是本发明的实例分析计算建模流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例：

一种基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的精确计算模型，其具体过程包括以下步骤：

一.构建泄漏孔上方液面高度表征的泄漏后储罐内物料下降流速模型

第一步，基于《化工企业定量风险评价导则》(aq/t3046—2013)中瞬时质量流率数学模型，同时结合体积流率公式，构建泄漏孔上方液面高度表征的泄漏孔处物料流速计算模型；

《化工企业定量风险评价导则》(aq/t3046—2013)附录e(e1.2液体经储罐上的孔流出)中：

计算瞬时质量流率公式为：

式中：

qm——质量流率，单位为kg/s；

p——储罐内液体压力，单位为pa；

p0——环境压力，单位为pa；

c0——液体泄漏系数；

g——重力加速度，9.8m/s²；

a——泄漏孔面积，单位为m²；

ρ——液体密度，单位为kg/m³；

hl——泄漏孔上方液体高度，单位为m。

依据流体力学相关公式有如下推导公式：

式中：

qv——体积流量，单位为m³/s；

依据流体力学总流的连续性方程有，对于不可压缩液体：

qv＝av……(1-3)

式中：

v——泄漏孔处物料的流速，单位为m/s。

由式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)有：

由此可得：

第二步，结合质量守恒定律及上述第一步得到的泄漏孔处物料流速计算模型，构建泄漏孔上方液面高度表征的储罐内物料下降流速计算模型；

由质量守恒定律有：

av＝a1v1……(1-6)

式中：

a1——储罐的底面积，单位为m²；

v1——储罐内物料下降的速度，单位为m/s；

由式(1-5)、式(1-6)有：

二.通过储罐内液面下降高度对储罐内液面下降流速求导，引入储罐内液面下降速度变化率。

第四步，引入储罐内液面下降的高度、泄漏孔距离储罐底部高度构建适用于储罐任意薄弱部位泄漏的储罐内物料下降流速计算模型；

若泄漏孔的位置不定，设h1为泄漏孔距离储罐底部高度，则：

hl＝h-h1-δh……(1-8)

式中：

h——储罐未发生泄漏前，储罐内原有的液体高度，单位为m；

h1——泄漏孔距离储罐底部高度，单位为m；

δh——储罐发生泄漏后，液面下降的高度，单位为m。

对式(1-7)平方，代入式(1-8)，则：

第五步，通过储罐内液面下降的高度对储罐内液面下降流速求导，引入储罐内液面下降速度变化率；

则由式(1-9)可得：

令t为泄漏时间，由求导公式有：

式中：

t——泄漏时间，单位为s。

令：a1为储罐内液面下降速度变化率，则：

式中：

a1——储罐内液面下降速度变化率，单位为m/s²。

由式(1-10)、式(1-11)、式(1-12)有：

由式(1-13)得：

三.对连续泄漏一段时间内储罐内液面下降速度变化率、储罐内液面下降流速进行积分，构建一种基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算模型。

第六步，对连续泄漏一段时间内储罐内液面下降速度变化率进行积分，得到用泄漏时间表征的储罐内液面下降流速计算模型；

因此：

式中：

c1——函数常数。

当t＝0时，v1最大，此时δh＝0,因此：

因此：

第七步，对连续泄漏一段时间内储罐内液面下降流速进行积分，得到用泄漏时间表征的储罐内液面下降高度计算模型；

式中：

c2——函数常数。

当t＝0时，δh＝0，因此c2＝0，因此有：

第八步，基于用泄漏时间表征的储罐内液面下降高度得到用泄漏时间表征的泄漏孔上方液体高度；

由:hl＝h-h1-δh，得：

第九步，引入质量计算公式，结合用泄漏时间表征的储罐内液面下降高度，得到一种基于常压立式储罐本体连续实时泄漏量的计算模型。

m＝ρ×a1×δh……(其中δh≤h-h1)(1-23)

式中：

m——液体泄漏量，kg；

则由式(1-21)、式(1-23)有：

将式(1-24)进一步简化有：

式中：

m——液体泄漏量，kg；

ρ——液体密度，单位为kg/m³；

t——泄漏时间，单位为s；

a——泄漏孔面积，单位为m²；

a1——储罐的底面积，单位为m²；

c0——液体泄漏系数；

g——重力加速度，9.8m/s²；

h——储罐未发生泄漏前，储罐内原有的液体高度，单位为m；

h1——泄漏孔距离储罐底部高度，单位为m。

根据本发明推导出来的计算模型计算表5对应的不同泄漏场景的液体泄漏量。

以汽油储罐为例，汽油储罐相关参数来源于中石化某油库储罐信息，具体相关参数见表1，汽油储罐参数如下：储罐体积v＝10000m³；内径d＝30m；高度为h＝19.341m；储罐内原有液体高度按h＝12m(储罐充装系数按0.84计算)计算；其罐区探测系统等级为a，隔离系统等级为c。

表1常压立式汽油储罐相关参数一览表

依据《化工企业定量风险评价导则》(aq/t3046-2013》8.1.1泄漏场景根据泄漏孔径大小可分为完全破裂以及孔泄漏两大类，有代表性的泄漏场景见表2泄漏场景，则依据表2泄漏场景有：小孔泄漏，泄漏孔孔径取其代表值5mm；中孔泄漏，泄漏孔孔径取其代表值25mm；大孔泄漏，泄漏孔孔径取其代表值100mm。

表2泄漏场景

依据《化工企业定量风险评价导则》(aq/t3046-2013》附录f得：评价连续性泄漏时探测和隔离系统分级指南，见表3，通过对探测和隔离系统的分级，结合人因分析的结果，各孔径下的泄漏时间见表4。

表3为探测和隔离系统分级指南，该表中给出的信息只在评价连续性泄漏时使用。

表3探测和隔离系统的分级指南

通过对探测和隔离系统的分级，结合人因分析的结果，各孔径下的泄漏时间见表4。

表4基于探测及隔离系统等级的泄漏时间

依据上述表2、表3、表4内容确定实例分析中常压立式汽油储罐泄漏场景，具体见表5。

表5泄漏场景参数一览表

依据《事故调查与分析技术第二版》6.2.1.2泄漏量的计算得：若常压立式储罐发生泄漏的裂口是规则的，则裂口形状有圆形、多边形、三角形、长方形。液体泄漏系数c0见表6。

表6液体泄漏系数c0

由本发明的计算模型计算表5不同泄漏场景下的汽油泄漏量，其实例计算结果见表7。

表7实例计算结果

以上示例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本示例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。