Výpočetní odhady velikosti havarijních úniků plynů a kapalin
Příspěvek stručně specifikuje možnosti výpočetních odhadů velikosti havarijních úniků plynů a kapalin z nádrží, potrubí a zařízení pod tlakem, rychlosti vypařování nevroucí kapaliny z kaluže vzniklé výronem a adiabatického mžikového výparu zkapalněného plynu při jeho výronu do okolí.
Text uvádí tři příklady těchto výpočtů pomocí programu Microsoft Excel. Závažnost problematiky dokládá výběrem statistiky požárů a výbuchů v ČR za období 2017–2018 a obrázkem panelového domu v Prešově po výbuch plynu v prosinci 2019, který vzbudil velkou pozornost široké veřejnosti. S ohledem na trendy růstu výroby a spotřeby nebezpečných chemických látek a přípravků ve světě, EU a ČR, v závěru článku je zdůrazněna potřeba dalšího rozvoje preventivních opatření k zabránění nehod a havárií včetně metod analýzy jejich rizik.
Úvod
Hořlavé látky a materiály každoročně způsobují požáry a výbuchy v důsledku technických závad a chyb lidského činitele. Havarijní únik hořlavého plynu nebo hořlavé kapaliny může vést ke vzniku požáru (po bezprostředním zapálení), výbuchu vzniklého výbušného oblaka (po opožděném zapálení) a v neposlední řadě k zamoření ovzduší, půdy a vody. Vzniklé havárie mohou být:
- lokalizované na lokalizovanou plochu/prostor (např. z malého otvoru, čerpadla, malé kaluže z uniklé kapaliny,…),
- velké zasahující středně velkou plochu/prostor (nepřesahující hranice pozemku, středně velká kaluž uniklé kapaliny),
- katastrofální zasahující velkorozměrnou plochu/prostor (např. velký výbuch či požár zasahující sousední objekty, kaluž rozlévající se do okolí).
Typickými příčinami nežádoucích úniků plynů bývají:
- otvor vzniklý na potrubí, nádrži, nádobě obsahující plyn/kapalinu pod tlakem,
- netěsnost fitinků, pojistného či odvzdušňovacího ventilu včetně těch, které jsou v horní části tlakové skladovací nádrže, cisterny, tanku, na potrubí,
- procesy sušení spjaté s odparem hořlavých par.
Tak, jak každoročně roste chemická výroba ve světě, EU a též v ČR, roste s tím též přeprava (silniční, železniční, vodní, letecká), další zpracování, praktické užívání jejich výrobků, a tím i riziko havárií včetně těch, které byly způsobené úniky plynů nebo hořlavých či toxických kapalin. Toto nebezpečí lze doložit následujícími statistikami v tab. č. 1 a 2 a obr. č. 1.
Požáry v ČR od výbuchů | Hořlavé kapaliny | Hořlavé plyny | Hořlavé prachy | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Počet | U | Z | PŠ‧103 Kč | Počet | U | Z | PŠ‧103 Kč | Počet | U | Z | PŠ‧103 Kč | |
Rok 2012 | 0 | 4 | 5 110 | 5 | 0 | 14 | 1 555 | |||||
2013 | 3 | 0 | 2 | 20 | 7 | 0 | 49 | 100 658 | 3 | 0 | 2 | 2100 |
2014 | 2 | 0 | 1 | 725 | 9 | 2 | 19 | 7 513 | ||||
2015 | 3 | 0 | 4 | 2 420 | 8 | 1 | 36 | 643 260 | 4 | 13 051 | ||
2016 | 6 | 0 | 9 | 900 | 6 | 2 | 5 | 1 312 | 1 | 6 000 | ||
2017 | 6 | 0 | 3 | 5 458 | 3 | 0 | 2 | 550 | ||||
2018 | 1 | 0 | 0 | 122 | 2 | 0 | 2 | 1 300 | 1 | 0 | 0 | 0 |
2. část tabulky | Tlak. nádoby, kotle, potrubí | Výbušniny | Σ Počet | Σ U | Σ Z | Σ PŠ‧103 Kč | ||||||
Počet | U | Z | PŠ‧103 Kč | Počet | U | Z | PŠ‧103 Kč | |||||
Rok 2012 | 4 | 0 | 3 | 1270 | 5 | 1 | 0 | 2026 | 18 | 1 | 21 | 9 961 |
2013 | 1 | 0 | 2 | 0 | 14 | 0 | 55 | 102 778 | ||||
2014 | 1 | 1 360 | 12 | 2 | 20 | 9 598 | ||||||
2015 | 1 | 1 | 1 | 0 | 17 | 1 | 40 | 658 732 | ||||
2016 | 1 | 0 | 14 | 2 | 15 | 8 212 | ||||||
2017 | 1 | 100 | 1 | 46 | 48 699 | 11 | 0 | 51 | 54 807 | |||
2018 | 4 | 0 | 2 | 1 422 | ||||||||
Vysvětlivky: U = usmrceno osob, Z = zraněno osob, PŠ = přímé škody v Kč, Σ = suma |
Ze souhrnných čísel tab. č. 1 je vypracován sloupcový graf, viz obr. č. 1, názorněji ukazující trendy počtu usmrcených a zraněných osob za sledované období.
Druh události | Počet událostí | Podíl v % | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | ||
požáry | 16 851 | 19 685 | 15 730 | 16 249 | 20 277 | 16,3 |
dopravní nehody | 19 219 | 21 330 | 21 521 | 22 329 | 22 265 | 17,9 |
úniky NChL celkem | 6 161 | 6 693 | 6 698 | 7 304 | 7 687 | 6,2 |
– z toho ropné produkty | 4 793 | 4 675 | 4 923 | 5 190 | 5 487 | 4,4 |
techn. havárie celkem | 50 965 | 55 928 | 53 714 | 70 647 | 64 936 | 52,2 |
z toho techn. havárie | 9 | 7 | 6 | 7 | 7 | 0 |
– technické pomoci | 44 967 | 49 525 | 47 845 | 63 550 | 57 401 | 46,1 |
– technolog. pomoci | 617 | 747 | 427 | 515 | 466 | 0,4 |
– ostatní pomoci | 5 372 | 5 649 | 5 436 | 6 575 | 7 062 | 5,7 |
radiační nehody a havárie | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
– ostatní mim. události | 52 | 75 | 75 | 1 | 91 | 0,1 |
plané poplachy | 7 527 | 8 273 | 7 735 | 8 310 | 9 131 | 7,3 |
Celkem | 100 776 | 111 984 | 105 490 | 125 974 | 124 388 | 100,0 |
Vysvětlivka: NChL …nebezpečné chemické látky |
Velkou pozornost vzbudil např. výbuch a následný požár panelového domu v Prešově, viz následující obrázek č. 2.
Místo | Mukačevská ulice, Prešov, Slovensko |
Druh události | požár výškové budovy |
Datum | 6. 12. 2019 |
Zemřelých | 7 |
Zraněných | 40 |
ČR a EU statistiky nehod/havárií nebezpečných chemických látek pravidelně vyhodnocují a následně upřesňují preventivní opatření formou legislativních opatření a technických norem. Např. zákon č. 224/2015 Sb. [3] obsahuje povinnost vypracovat Posouzení rizik závažné havárie, které obsahuje identifikaci zdrojů rizik (nebezpečí), analýzu a hodnocení rizik a ukládá povinnost v § 9 provést Posouzení rizik závažné havárie, které obsahuje 3 části: – identifikaci zdrojů rizik (nebezpečí), – analýzu rizik, – a hodnocení rizik. Rozsah tohoto Posouzení je stanoven přílohou č. 1 k vyhlášce č. 227/2015 Sb. [4]. Na uvedený zákon navazuje řada dalších dotčených vyhlášek [5]–[8].
Znalost odhadu velikostí potenciálně rizikových havarijních úniků hořlavých či toxických plynů a kapalin je důležitým podkladem pro analýzu a hodnocení možných rizik a plánování preventivních opatření.
1. Výpočty využitelné pro odhad následků havárií spojených s únikem hořlavých či toxických plynů nebo kapalin
Další text obsahuje vybrané výpočetní metody odhadu úniku plynů a kapalin otvorem tlakového zařízení (z nádrže, nádoby, potrubí, …), potrubního systému, a na vypařování uniklé kapaliny z kaluže na povrchu okolního terénu/podkladu. Ke zpracování byly využity literární prameny [9], [11]–[14], zejména však [12]: jsou v nich uvedeny matematické rovnice pro výpočetní odhad havarijních průtoků plynů/par/kapalin do okolního prostředí ve výrobních a zpracovatelských závodech, při přepravě (silniční, železniční, vodní, letecké). Nebezpečí hrozí též v budovách pro bydlení a ubytování s rozvody zemního plynu a u městských rozvodů plynů.
1.1 Výpočet velikosti havarijního průtoku plynu otvorem v zařízení pod tlakem
Vstupními parametry pro výpočet velikosti průtoku plynů jsou důležité mj. velikost únikového tvoru, vnitřní a vnější tlak a teplota, doba úniku, rychlost průtoku a vybrané fyzikálně-chemické vlastnosti plynů.
Hmotnostní průtok lze odhadnout např. podle rovnice (1) za předpokladu ideálního chování plynu bez přenosu tepla a s výronem do otevřeného prostranství.
kde je
- ṁ
- hmotnostní průtok otvorem [kg/s],
- CD
- výtokový koeficient [bezr.],
- A
- plocha otvoru [m2],
- P1
- tlak plynu na vnitřní straně výtokového otvoru [bar],
- G
- gravitační konstanta [N.m2/kg2],
- R
- univerzální plynová konstanta [J/(K.mol)],
- M
- molární hmotnost plynu [kg/kmol],
- T1
- počáteční teplota plynu na vnitřní straně otvoru [K],
- k
- poměr tepelných kapacit Cp / Cv [bezr.],
- P2
- tlak plynu na vnější straně otvoru [bar].
Hmotnostní průtok dosáhne maxima, když kritická výtoková rychlost dosáhne rychlosti zvuku podle rovnice (1). V tom případě ṁ závisí pouze na tlaku P1 uvnitř otvoru/zařízení (nezávisí na tlaku P2) podle rovnice (2), viz obr. č. 3.
Kritický tlak Pk na vnější části únikového otvoru lze odhadnout z rovnice (3)
Rychlost výtoku plynu dosáhne rychlosti zvuku, když je poměr absolutních tlaků roven , viz též následující tab. č. 3 a obr. 4.
Z obrázku je patrno, že i když rychlost plynu přes otvor je limitována rychlostí zvuku při hodnotě k a určitém tlaku Pk, hmotnostní průtok může narůstat s růstem absolutního tlaku P1.
Z rovnice vyplývá, že kritické podmínky jsou snadno dosaženy: pro ideálně se chovající plyn při tlaku P1 větším než 90,321 kPa a pro reálné plyny při tlacích 137,895 kPa. Hodnoty koeficientu k pro vybrané plyny jsou uvedeny v následující tabulce č. 3.
Plyn | Molekulová hmotnost [M] | k | |
---|---|---|---|
C2H2 | 26,0 | 1,30 | 0,5458 |
NH3 | 17,0 | 1,40 | 0,5421 |
C4H10 | 58,1 | 1,11 | 0,5822 |
CO2 | 44,0 | 1,30 | 0,5457 |
CO | 28,0 | 1,40 | 0.5282 |
Cl2 | 70,9 | 1,33 | 0,5404 |
C2H6 | 30,0 | 1,22 | 0,5606 |
C2H4 | 28,0 | 1,22 | 0,5606 |
HCl | 36,5 | 1,41 | 0,5264 |
H2 | 2,0 | 1,41 | 0,5266 |
H2S | 34,1 | 1,30 | 0,5457 |
CH4 | 16,0 | 1,32 | 0,5421 |
ZP | 19,5 | 1,27 | 0,5512 |
NO | 30,0 | 1,40 | 0,5282 |
N2O | 44,0 | 1,31 | 0,5439 |
C3H8 | 44,1 | 1,15 | 0,5742 |
C3H6 | 42,1 | 1,14 | 0,5764 |
SO2 | 64,1 | 1,26 | 0,5529 |
Vzduch | 29,0 | 1,40 | 0,5282 |
Hmotnostní průtok pro ideálně se chovající plyn lze vyjádřit jak pro podzvukové tak pro nadzvukové podmínky Darcyho rovnicí (4)
kde je
- Y
- tzv. expanzní faktor [bezr.], viz rovnice (5)
- Σ Kf
- součet součinitelů tlakových ztrát zahrnující vstupy a výstupy, délku potrubí, armatury a těsnění [bezr.].
kde je
- Ma
- Machovo číslo na vnitřní straně otvoru stanovitelné podle rovnice (6)
Podrobnosti výpočtu jsou specifikovány v prameni [12].
Realizace výpočtu podle rovnic (2) a (3) je snadná dosazením vstupních dat a vzorců do SW Excel. Autor článku ověřil výpočet na příkladu úniku propanu 10mm otvorem v potrubí při teplotě 25 °C a tlaku 5,01 bar (abs.) a s dalšími vstupními daty a vypočtenými veličinami, jak je patrno z Excelovské tabulky v Příloze č. 1.
Nutno věnovat pozornost převodům jednotek do SI soustavy, aby v rovnicích byly vzájemně slučitelné: 1 bar = 100 kPa, 1 J = 1 N.m, 1 N = 1 kg.m/s2. Výsledek podle rovnice (2): ṁs ≐ 0,09 kg/s.
Hmotnostní průtok můžeme vyjádřit v objemových jednotkách. Vypočteme hustotu podle vzorce (7): dosazením za P1 = 501 000 Pa, M = 44 kg/kmol, R = 8314 Pa.m3/(kmol.K), T1 = 298 K.
Potom V̇s = 0,09/8,89 = 0,01012 m3/s = 10,12 l/s. Dosazením ρ do rovnice (4) vychází téměř shodný výsledek ṁ = 0,086 kg/s.
1.2 Výpočet velikosti průtoku plynu z potrubí
Pro výpočet jsou publikovány dvě metody [12]:
- průtok otvorem
- průtok za adiabatických podmínek
ad a) metoda aplikuje výše uvedenou rovnici (2) podle které se vypočte odhad hmotnostní rychlosti průtoku ṁk
ad b)
Lze aplikovat výše uvedenou rovnici (4) po předchozích výpočtech:
- součinitele tření f podle vzorce (8) platného za předpokladu plně rozvinutého turbulentního proudění a znalosti průměru únikového otvoru D a součinitele drsnosti uvnitř potrubí ε [mm], viz následující tabulka č. 4.
(8)
Tab. č. 4 Součinitel drsnosti ε pro čistá potrubí [12] Materiál potrubí ε [mm] Beton 0,3–3 Litina 0,26 Pozinkované Fe 0,15 Obyčejná ocel 0,046 Tažená trubka 0,0015 Sklo 0 Plast 0 - součinitele tlakových ztrát Kfp při toku v potrubí o délce L [m] a průměru D [m] podle rovnice (9) a sumy Σ Kf = Kfp + Ki
(Ki jako součinitel ztrát třením na kolenu = 0,4 a na ventilu = 0,1) a z něho vyplývajícího expanzního faktoru Y vypočteného podle rovnice (4) výše,
Kfp = 4 f . L/D (9)
kde je
- f
- tzv. Fanningův součinitel tření [bezr.]
- plochy příčného řezu otvorem A = π . D2/4 [m2]
1.3 Výtok kapaliny z nádrže
V tomto případě jsou hnací silou výtoku kapaliny z nádrže tlak nad hladinou kapaliny a výška kapaliny nad otvorem.
Rychlost výtoku lze odhadnout ze zjednodušené Bernoulliho rovnice (10)
kde je
- G
- gravitační konstanta [N.m2/kg2],
- P1 a P2
- tlaky nad kapalinou v nádrži a v prostředí za otvorem [Pa],
- h1 a h2
- výšky hladin v nádrži na úrovní výtokového otvoru a nad otvorem [m],
- v
- rychlost kapaliny [m/s],
- g
- tíhové zrychlení [m/s2],
- ef
- ztráty způsobené třením při výtoku média [m2/s2].
Celková ztráta mechanické energie třením při průtoku kapaliny (potrubím, těsněními, ventily, koleny a otvorem) lze odhadnout podle rovnice (11)
kde je
- Kf
- součinitel tlakové ztráty [bezr.], Kf = 1,5
Se znalostí rychlosti kapaliny při výtoku lze odhadnout hmotnostní průtok z rovnice (12) nebo (13)
kde je
- ρ
- hustota kapaliny [kg/m3],
- A
- plocha otvoru [m2]
kde je
- CD
- výtokový koeficient [bezr.]. Ten je pro dokonale kruhový otvor = 1 a pro ostře hranaté otvory 0,61, když je Reynoldsovo číslo (Re) větší než 30000.
Se znalostí teploty okolního prostředí T2 [K] a tlaku P2 [Pa], do kterého došlo k havarijnímu úniku plynu nebo kapaliny, lze vypočíst odhad jejich hustoty ρ2 podle rovnice (14) a následně objemový průtok V̇ = ṁs / ρ2 [m3/s].
kde je
- M
- jejich molární hmotnost [kg/kmol],
- R
- univerzální plynová konstanta ve výši 8314,5 Pa.m3/(kmol.K).
Je zřejmé, že do rovnic/vzorců je nutno doplňovat jednotky dotčených veličin v SI soustavě jednotně (lze doporučit ověřit si dosazením jednotlivých jednotek a následným krácením v čitateli oproti jmenovateli správnost jednotky výsledné veličiny).
Výpočet je snadný a rychlý v SW Excel, jak autor článku ověřil výpočtem hmotnostního průtoku kapaliny o hustotě 490 kg/m3 unikající z 10mm otvoru v nádrži za podmínek specifikovaných vstupními daty v Excelovské tabulce, v příloze č. 2.
1.4 Výpočet rychlosti vypařování kapaliny z hladiny kaluže na terénu
Z povrchu „kaluže“ vzniklé únikem kapaliny při teplotách blízkých teplotě okolí lze aplikovat rovnici (15):
kde je
- ṁ
- hmotnostní rychlost vypařování [kg/s],
- M
- molekulová váha kapaliny [g/mol],
- A
- plocha hladiny kaluže [m2),
- P
- tenze nasyc. par kapaliny z „kaluže“ [Pa] při teplotě T [K] této kapaliny,
- R
- univerzální plynová konstanta 8,314 [Pa.m3/(mol.K)],
- k
- koeficient přenosu hmoty [m/s].
Výpočet ověřil autor článku na příkladu odhadu hmotnostní rychlosti vypařování hexanu po jeho výronu z hladiny vzniklé kaluže o ploše 100 m2 při teplotě okolí 298 K, se specifikací dalších vstupních a vypočtených veličin jak je patrno z Excelovské tabulky v příl. č. 3. Koeficient přenosu hmoty vypařováním byl odhadnut z rovnice (15.1)
kde je
- k0
- koeficient přenosu referenční hmoty [m/s],
- M0
- molekulová váha referenční hmoty [g/mol].
V příkladu byla jako referenční látka užita voda s k0 = 0,83 cm/s a M0 = 18 g/mol. Výsledek výpočetního odhadu: ṁ = 0,344 kg/s.
1.5 Výpočet adiabatického náhlého výparu (fleše) při výronu zkapalněného plynu
Pokud zkapalněný plyn (např. amoniak či chlor) unikne z tlakové nádoby za teploty a tlaku okolní atmosféry, prudký pokles tlaků způsobí okamžité vypařování zkapalněného plynu. Jak velké množství zkap. plynu se takto vypaří lze odhadnout z následující rovnice (16) [12].
kde je
- X
- množství vypařené kapaliny [hm. %],
- HsL
- entalpie kapaliny při teplotě a tlaku ve zdroji úniku [J/kg],
- HaV
- entalpie vzniklých par za atmosférického bodu varu a tlaku [J/kg],
- HaL
- zbytková entalpie kapaliny za atmosférického bodu varu a tlaku [J/kg].
Pokud jsou entalpie do rovnice (16) neznámé, lze aplikovat následující rovnici (17).
kde je
- cp
- měrná tepelná kapacita kapaliny ve zdrojové nádobě [J/(kg.°C)],
- Ts
- absolutní teplota kapaliny v tlakové nádobě [K],
- Tb
- absolutní teplota atmosférického bodu varu uniklé kapaliny [K],
- H
- výparné teplo kapaliny za atmosférického bodu varu [J/kg].
2. Fyzikálně chemické vlastnosti chemických látek
Fyzikálně chemické vlastnosti plynů, par a kapalin, které jsou vstupními daty výše popsaných matematických modelů lze nalézt např.:
- v bezpečnostních listech dotčené látky (formou např. hledání na webu klíčovými slovy),
- v databázích, např.
- epa.gov/chemical-research/chemical-and-products-database-cpdat
- chemportal.org/echemportal/propertysearch/page.action?pageID=9
- en.wikipedia.org/wiki
- webbook.nist.gov/chemistry
- medistyl.info/index.php/cz/databaze-nebezpecnych-latek
Závěr
Z literární rešerše je patrno, že je k dispozici určitý počet výpočetních metod od různých autorů pro odhad průtoků, kterými jsou/mohou být nebezpečné plyny a kapaliny při nehodách/haváriích uvolňovány z nádrží, potrubí, tlakových nádob a zařízení, ať již chybou lidského činitele nebo technickou závadou. Tyto výrony mohou být různé velikosti a podle typu unikajícího plynu/kapaliny, odlišných podmínek a tudíž i různě velkého rizika s následným možným požárem, výbuchem a zamoření ovzduší, vody, půdy v okolí.
Popsané výpočetní metody byly autory rovnic verifikovány porovnáním výpočtů s experimenty. Jejich realizace je uživatelsky nenáročná např. v SW Excel s předem vypracovanými excelovskými tabulkami pro určité scénáře havarijních úniků. Vložením/přepsáním nových vstupních dat je následný výpočet okamžitý. Nicméně uživatel/aplikátor si musí být vědom, že se např. výtokový koeficient může v průběhu úniku měnit, tak jak se mění turbulentní průtok, stejně jako zdrojový tlak, výška hladiny v nádrži, teploty uvnitř zařízení i vně rezultující ve změnu rychlosti hmotnostního/objemového průtoku v čase. Na popsané metody výpočtů mohou úspěšně navazovat aplikace speciálních SWs typu ALOHA, TerEx, Rozex Alarm, Effects atd.
Tak jako trend ve světě, EU a ČR prokazuje rostoucí objem výroby a spotřeby nebezpečných chemických látek, tak lze očekávat nezanedbatelnou četnost havarijních úniků dnes i v blízké budoucnosti. Proto je nutno věnovat patřičnou pozornost dalšímu rozvoji preventivních opatření včetně metod analýz rizik na bázi výzkumu a vývoje, upřesňování legislativních a normativních předpisů pro projektování, výstavbu a bezpečnost provozu a v neposlední řadě též doplňování znalostí dotčených odborných pracovníků.
Použitá literatura
- Nedělníková, H., Požáry od výbuchů s únikem NCHL v ČR (výtah ze statistiky požárů), MV – GŘ HZS ČR, 2019.
- Statistika nehod a havárií se zásahem HZS v ČR, Statistická ročenka HZS ČR, 2018.
- Zákon č. 224/2015 Sb. o prevenci závažných havárií.
- Vyhláška č. 227/2015 Sb., o náležitostech bezpečnostní dokumentace a rozsahu informací poskytovaných zadavatelem zpracovateli posudku.
- Vyhláška č. 225/2015 Sb., o stanovení rozsahu bezpečnostních opatření fyzické ochrany objektu zařazeného do skupiny A nebo skupiny B.
- Vyhláška č. 226/2015 Sb., o zásadách pro vymezení zóny havarijního plánování a postupu při jejím vymezení a o náležitostech obsahu vnějšího havarijního plánu a jeho struktuře.
- Vyhláška č. 228/2015 Sb., o rozsahu zpracování informace určené veřejnosti, hlášení o vzniku závažné havárie a konečné zprávy o vzniku a dopadech závažné havárie.
- Vyhláška č. 229/2015 Sb., o způsobu zpracování návrhu ročního plánu kontrol a náležitostech obsahu informace o výsledku kontroly a zprávy o kontrole.
- Handbook of Chemical Hazard Analysis Procedures, US Government Printing Office, 1990.
- cs.wikipedia.org/wiki/Výbuch plynu v panelovém domě v Prešově
- Risk Management Program Guidance for Offsite Consequence Analysis. Chemical Emergency Preparedness and Prevention Office, 1999.
- Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis, CPS – American Institute of Chemical Engineering, 2000.
- Mazzarotta, B., Bubbico R., Predicting Evaporation Rates form Pools. Chemical Engineering Transactions, Vo. 48, 2016.
- TPG 90301:2016, Výpočet množství uniklého plynu z poškozených plynovodů a plynovodních přípojek, ČPS.
Příl. č. 1
Vstupní údaje | ||||||
Poměr tep. kapac. plynu | 1,15 | |||||
Průměr otvoru | 0,01 | m | ||||
Absol. tlak před otvorem | 501000 | Pa | ||||
Abs. tlak vně otvoru | 101000 | Pa | ||||
Teplota | 298 | K | ||||
Molekulová hmotnost plynu | 44 | kg/kmol | ||||
Faktory tlakových ztrát | ||||||
na vstupu | 0,5 | |||||
na výstupu | 1 | |||||
ostatní | 0 | |||||
Celkem | 1,5 | |||||
Výsledky výpočtů | ||||||
Plocha otvoru | 7,85398E−5 | m2 | ||||
Hustota plynu před otvorem uvnitř | 8,90 | kg/m3 | ||||
Expanzní faktor Y | 0,614 | |||||
Skutečný poměr tlaků | 0,80 | <-- Musí být větší než zvukový poměr | ||||
Poměr tep. kapacity plynu k | 1,2 | 1,4 | 1,67 | |||
Tlak. poměry zvukové | 0,536 | 0,575 | 0,618 | |||
Seškrcený/kritický tlak | 232559,60 | 213070,64 | 191475,12 | Pa | ||
Hmotnostní průtok | 0,0861 | 0,0892 | 0,0925 | kg/s | ||
Extrapolační tabulka | 1,2 | 0,0861 | ||||
1,4 | 0,0892 | |||||
Extrapolovaný hmotnostní průtok | 0,0853 | kg/s |
Příl. č. 2
Vstupní data | ||||
Přetlak nad hladinou v nádrži | 10000 | Pa | ||
Přetlak vně otvoru | 0 | Pa | ||
Hustota kapaliny | 490 | kg/m3 | ||
Výška hladiny nad otvorem | 2 | m | ||
Průměr otvoru | 0,01 | m | ||
Faktory tlakových ztrát | ||||
na vstupu | 0,5 | |||
na výstupu | 1 | |||
ostatní | 0 | |||
Celkem | 1,5 | |||
Výsledky výpočtů | ||||
Plocha otvoru | 7,85E−05 | m2 | ||
Veličiny v rovnici č. 10 | ||||
Tlakový člen | −20,4082 | m2/s2 | ||
Výškový člen | −19,6 | m2/s2 | ||
Rychlostní koeficient | 1,25 | = (0,5 + 1,5/2) | ||
Výtoková rychlost | 5,7 | m/s | = (−(−20,4082−19,6)/1,25)1/2 | |
Hmotnostní průtok | 0,22 | kg/s |
Příl. č. 3
Vstupní data | ||
Plocha kaluže | 100 | m2 |
Teplota okolí | 298 | K |
Molekulová váha kapaliny | 86 | |
Tlak nasycených par | 151 | mm Hg |
Vypočtené výsledky | ||
Koeficient přenosu hmoty | 0,004928 | m/s |
Rychlost vypařování | 0,344349 | kg/s |
The paper briefly specifies the possibilities of computational estimates of the magnitude of accidental leakage of gases and liquids from tanks, pipelines and equipment under pressure, the rate of evaporation of not boling liquid from a pool created by the discharge and adiabatic flashing vapor of liquefied gas during its discharge into the environment. It presents three examples of these calculations using SW Excel. The seriousness of the issue is demonstrated by the selection of statistics on fires and explosions in the Czech Republic for the period 2017–2018 and by a picture of a prefab house in Prešov after the gas explosion in December 2019, which attracted a lot of attention from the general public. With regard to the growth trends of production and consumption of dangerous chemicals and preparations in the world, EU and the Czech Republic, the conclusion of the article emphasizes the need for further development of preventive measures to prevent accidents, including methods of risk analysis.