AN TOÀN QUÁ TRÌNH

PHẦN 4: Mô hình nguồn(Source Models)

Mô hình nguồn

• Mô tả phương thức vật chất thoát ra và phát tán

• Cần để xác định những hậu quả tiềm tàng của một tai nạn

Rủi ro = Hàm số (Xác xuất, Hậu quả )

Mô hình nguồn cho phép tính toán?

• Tốc độ phát tán vật chất• Tổng lượng vật chất phát tán• Trạng thái vật lý của vật chất: khí, lỏng, rắn hay

kết hợp

Mô hình nguồn cần thiết vì sao?

Mô hình hậu quảPhát tán vật chất

Chọn mô hình phát tán

Chọn mô hình khuyếch tán

Cháy/Độc?

Mô hình hậu quả

• Nếu CHÁY: lựa chọn mô hình cháy nổ• Nếu ĐỘC: lựa chọn mô hình ảnh hưởng, xác

định các yếu tố suy yếu, lựa chọn mô hình hậu quả

Mô hình hậu quả phát tán chất từ bồn chứa

Mô hình hậu quả phát tán chất từ bồn chứa – Cơ chế 1

Mô hình hậu quả phát tán chất từ bồn chứa – Cơ chế 2

Mô hình hậu quả phát tán chất từ bồn chứa – Cơ chế 3

Mô hình hậu quả phát tán chất từ bồn chứa – Cơ chế 4

Các thông số của cơ chế phát tán

• Nhiệt độ và áp suất chất phát tán• Thành phần chất phát tán• Nhiệt độ và áp suất môi trường• Độ ẩm và tốc độ gió môi trường• Hình dạng hình học của phát tán ( lỗ, vết gãy, vỡ…)• Cân bằng: Hơi-Lỏng của chất phát tán• Tốc độ phát tán• Các yếu tố khác?!?!?!?!?!?

Mô hình nguồn: chất lỏng thoát qua lỗ

Bảo toàn cơ năng dòng không nén được

Các giả thiết cho lỗ

• Theo phương ngang: không chênh lệch độ cao• Không có bơm/turbine• Tính toán vận tốc từ phương trình bảo toàn cơ

năng

Phương trình thoát qua khe hẹp

Hệ số thoát qua khe hẹp

Ví dụ

Thế vào phương trình khe hẹp

Lỗ trong bồn chứa

Lỗ trong bồn chứa

Lỏng chảy qua ống

• Áp suất là động lực chảy• Tốc độ là hằng số nếu đường kính ống không

đổi• Tổn thất áp suất do ma sát

Bảo toàn cơ năng dòng chảy qua ống

Tổn thất ma sát dòng chảy qua ống -1

Hệ số ma sát Fanning

Tổn thất ma sát dòng chảy qua ống -2

Ví dụ: Ống nằm ngang

Ví dụ: Ống nằm ngang

Ví dụ: 1. Chuyển đổi đơn vị

Ví dụ: 2. Chọn phương trình

Ví dụ: 3. Tính Re và xác định hệ số ma sát

Ví dụ: 3. Tính Re và xác định hệ số ma sát

Ví dụ: 4. Tính toán kết quả

Dòng khí qua lỗ

1. Động lực là áp suất2. Có tổn thất áp suất

3. Khí dãn nở khi thoát ra do giảm áp4. Là quá trình đẳng nhiệt – pt 4.48

Dòng khí chảy rít qua lỗ

Lưu lượng là hàm số của áp suất nguồn hoặc áp suất đầu vào, và không phụ

thuộc vào áp suất đầu ra

Vận tốc âm thanh trong lỗ

Vận tốc âm thanh

- Với không khí ở 20oC, vận tốc âm thanh là 344m/s

- Giá trị này biểu diễn tốc độ tối đa mà thông tin có thể được truyền trong khí

Đối với khí lý tưởng

Dòng chảy rít

Đối với khí lý tưởng

Điều kiện có dòng chảy rít

- Tỷ số áp suất lớn hơn 1.67 đến 2 sẽ xuất hiện dòng chảy rít- Do vậy, dòng chảy rít rất thông dụng

Dòng chảy khí qua ống

- Động lực dòng chảy là áp suất-Khi áp suất giảm, khí giãn nở và vận tốc tăng- Nhiệt độ có thể tăng hoặc giảm tuỳ thuộc vào tác động qua lại giữa giãn nở khí và ma sát

Dòng chảy khí qua ống – điều kiện âm thanh

- Động lực dòng chảy là áp suất-Khi áp suất giảm, khí giãn nở và vận tốc tăng- Nhiệt độ có thể tăng hoặc giảm tuỳ thuộc vào tác động qua lại giữa giãn nở khí và ma sát

Một số mô hình tiếp cận

• Dòng chảy rít đoạn nhiệt• Dòng chảy rít đẳng nhiệt• Lưu lượng khối lượng: dòng chảy rít đoạn

nhiệt > dòng chảy rít đẳng nhiệt

Dòng chảy rít đoạn nhiệt qua ống đơn giản hoá

Yg: hệ số giãn nởP1 –P2 : tổn thất áp suất âm thanhVới phương pháp này có thể giải trực tiếp mà không tính lặp

Tiếp cận đơn giản hoá:Dòng chảy rít đoạn nhiệt qua ống

• Xác định hệ số ma sát giả sử khuấy rối hoàn toàn

• Xác định tổng hệ số ma sát cục bộ• Xác định giảm áp do âm thanh từ đồ thị 4.13• Xác định hệ số giãn nở từ hình 4.14• Thay thế vào phương trình 4.68 để tính thông

lượng khối lượng G• Tính lưu lượng khối lượng = G.A

Giảm áp âm thanh đoạn nhiệt

Hệ số giãn nở đoạn nhiệt – đồ thị 4.14

Đơn giản hoá dòng chảy đẳng nhiệt qua ống

Tỷ số giảm áp đẳng nhiệt

Tỷ số giãn nở đẳng nhiệt

Bài toán kết hợp: đoạn nhiệt và đẳng nhiệt

Ví dụ 4.5

• Hệ số ma sát f=0.00564 (giả sử dòng chảy rối)• Kf=4fL/D=8.56 do chiều dài ống mà thôi• Từ hình 4.13

• Do áp suất thực tế nhỏ hơn áp suất này nên dòng chảy là dòng âm thanh

• Từ hình 4.14 Yg = 0.69• Từ phương trình 4.68 m = 1.78 lb/s

Bài toán kết hợp

Hoá hơi chất lỏng

Các mô hình hoá hơi chất lỏng

Năng lượng hoá hơi lấy từ năng lượng chuyển pha trong chất lỏng

Một số mô hình nguồn khác

Hoá hơi dòng chảy lỏng qua lỗ: giả sử quá trình hoá hơi xảy ra ngoài lỗHoá hơi dòng chảy lỏng qua ống: có hai trường hợp – áp suất ống lớn hơn áp suất hơi bão hoà, và áp suất ống bằng áp suất hơi bão hò

Một số mô hình nguồn khácHồ sôi: phương trình 4.105-4.106Ban đầu, khi chất lỏng rớt trên sàn, quá trình sôi rất hạn chế do quá trình truyền nhiệt từ sàn đến chất lỏng. Sau đó, truyền nhiệt từ không khí do dẫn nhiệt và đối lưu và nhiệt bức xạ sẽ góp phần vào quá trình sôi

Sự cố thất thoát thực tế

-Ống công nghệ: + Ống có d<2inch, giả sử gãy toàn bộ ống + Ống d=2-4inch, giả sử gãy 2in +Ống d>4in, giả sử gãy 20% ống-Bồn chứa: Giả sử gãy bằng đường kính ống lớn nhất sau đó sử dụng tiêu chuẩn cho ống ở trên-Thiết bị xả an toàn: Tính toán trên áp suất cài đặt. Giả sử mọi thông số là không khí

Sự cố thất thoát xấu nhất- Giả sử thất thoát lượng lớn nhất - Giả sử toàn bộ lượng thất thoát trong 10 phút- Giả sử thất thoát trên mặt đất- Giả sử vận tốc gió = 1.5m/s- Giả sử nhiệt độ môi trường tối đa trong ngày và độ ẩm trung bình trong ngày

Sự cố thất thoát xấu nhất

Sự cố thất thoát xấu nhất

Sử dụng Mô hình nguồn

• Từ mô hình tính toán lượng thất thoát lớn nhất để đánh giá hậu quả lớn nhất

• Khi gãy ống:- Ống d < 2in: giả sử gãy toàn bộ ống- Ống d = 2-4in: giả sử gãy bằng ống 2in- Ống d > 4in: giả sử diện tích gãy = 20% tiết diện

ống• Bồn chứa: Giả sử gãy ở ống lớn nhất gắn vào bồn• Thiết bị thoát an toàn: Tính toán tại áp suất

thoát, giả sử mọi yếu tố xảy ra trên không

Sử dụng Mô hình nguồn

• Cho mọi chế độ chảy

• Thoát ra từ bồn chứa