[发明专利]一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Qm

权利要求书

1.一种基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q_m计算模型，其特征在于，当储罐本体发生泄漏时，可通过罐内液面高度h，快速计算出液氨卧罐纯液体泄漏任意时刻质量流率Q_m，所述的液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q_m模型为：

其中，

Q_m为液体泄漏质量流率，kg/s；

ρ为液体密度，kg/m³；

A为泄漏口面积，m²；

C₀为液体泄漏系数；

P_n为初始罐压，即储存压力，Pa；

V₀为罐内初始气体体积，m³；

L为卧罐罐长，m；

r为储罐垂直截面半径，m；

h为罐内液面高度，m；

h₀为罐内初始液面高度，m；

P₀为环境压力，Pa；

g为重力加速度，9.8m/s²；

h₁为泄漏口距储罐底部高度，m。

2.根据权利要求1所述的基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q_m计算模型，其特征在于，所述液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q_m模型的建立，具体包括以下步骤：

步骤一：建立液氨卧罐纯液体泄漏罐内实时压力P模型

液氨卧罐纯液体泄漏质量流率主要随罐内外压差而改变，罐内物质状态变化服从理想气体状态方程：

P_nV₀＝n₀RT (1)；

P[V₀+A₁(h₀-h)]＝(n₀+Δn)RT (2)；

罐内物质主要因罐内持续性的气液相区压差平衡导致相态变化，不存在化学反应，联立式(1)和式(2)，得液氨卧罐纯液体泄漏罐内实时压力P模型：

其中，

P_n为初始罐压，即储存压力，Pa；

V₀为罐内初始气体体积，m³；

n₀为罐内初始气体物质的量，mol；

R为理想气体常数，8.314J/(mol·K)；

T为罐内介质温度，K；

P为罐内实时压力，Pa；

A₁为液面面积，m²；

h₀为罐内初始液面高度，m；

h为罐内液面高度，m；

Δn为罐内增加的气体物质的量，mol；

步骤二：建立液氨卧罐泄漏任意时刻液面面积A₁模型

液氨卧罐看作中间是以截面半径为r、长为L₁的圆柱体，两端是半径为r的半球，则罐内任意时刻液面面积A₁为：

联立式(4)和(5)，得液氨卧罐泄漏任意时刻液面面积A₁模型：

其中，

L₁为卧罐中间圆柱体长度，m；

r为储罐垂直截面半径，m；

h为罐内液面高度，m；

L为卧罐罐长，m；

步骤三：建立液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q_m模型

液体经储罐孔洞或裂缝流出时，其瞬时质量流率经典模型为：

设泄漏口距储罐底部高度为h₁，则泄漏口上方液面高度h_L为：

h_L＝h-h₁ (8)；

联立式(3)、(6)、(7)和(8)，得液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q_m模型：

其中，

Q_m为液体泄漏质量流率，kg/s；

ρ为液体密度，kg/m³；

A为泄漏口面积，m²；

C₀为液体泄漏系数；

P为罐内实时压力，Pa；

P₀为环境压力，Pa；

g为重力加速度，9.8m/s²；

h_L为泄漏口上方液面高度，m；

h为罐内液面高度，m；

h₁为泄漏口距储罐底部高度，m；

P_n为初始罐压，即储存压力，Pa；

V₀为罐内初始气体体积，m³；

L为卧罐罐长，m；

r为储罐垂直截面半径，m；

h₀为罐内初始液面高度，m。

3.根据权利要求1所述的基于液氨卧罐纯液体泄漏质量流率Q_m计算模型，其特征在于，当储罐本体发生泄漏时，纯液体泄漏质量流率Q_m随罐内液面高度h的下降而减小，且下降幅度逐渐减缓，在泄漏初始时刻Q_m值最大；当储罐本体泄漏即将结束时，即储罐内水平液面下降到泄漏口位置，此时Q_m∞0kg/s，直至罐内液面高度低于泄漏口所在高度，此时Q_m＝0kg/s，泄漏停止。