ارزیابی و مدل سازی رهایش گازهای سمی

ارزیابی و مدل سازی رهایش گازهای سمی

فرمت: PDF   تعداد صفحات: 33

فهرست:

• مقدمه
• تخلیه گازها
• تخلیه مایعات
• مدل سازی تخلیه مواد
  • عوامل موثر بر شدت تخلیه مواد
• مدل سازی انتشار مواد
  • عوامل موثر بر انتشار مواد
• مدل های انتشار مواد
  • مدل سازی انتشار گازهای سبک و خنثی
  • مدل سازی انتشار گازهای متراکم
• محاسبه ی غلظت گاز در پایین دست باد
  • شکل ستون گاز در پایین دست باد
  • اصول محاسبه انتشار گاز
  • غلظت در پایین دست باد در اثر رهایش مداوم گازهای با شناوری خنثی
  • مثال 1
• محاسبه ریسک مرگ و میر و آسیب ناشی از مواجهه با گازهای سمی
  • معیارهای ارزیابی پیامد اثرات سمی
  • روش های بررسی اثرات سمیت و تعیین درصد مرگ و میر ناشی از مواد سمی
• مثال 2 و 3
• منابع

1- مقدمه

در ارزیابی ریسک کمی علاوه بر ارزیابی پیامدهای مربوط به حریق و انفجار اثرات ناشی از مواجهه افراد با مواد سمی نیز می بایست مورد ارزیابی قرار گیرد. در صنعت گازهای سمی مختلفی تولید، فرآوری، ذخیره و حمل و نقل می شوند که از جمله آنها می توان به کلر برای گندزدایی آب و ساخت لوازم پلاستیکی و حلال ها، سولفید هیدروژن در عملیات پالایش، آمونیاک در سرد کردن و تولید کودهای شیمیایی و کلرید هیدروژن در تولید انواع مواد شیمیایی و محصولات دارویی اشاره کرد.

اثرات فیزیولوژیکی مواجهه با یک گاز سمی به غلظت و زمان مواجهه با آن بستگی دارد. غلظت گاز سمی در یک محل مشخص دورتر از منبع رهایش به عوامل مهمی از قبیل شرایط آب و هوایی، جهت وزش باد، سرعت باد و درجه پایداری جوی بستگی دارد.

برای مدل سازی پیامدهای ناشی از مواجهه با مواد سمی ابتدا می بایست میزان و نحوه تخلیه و انتشار گازها و بخارات سمی از منبع را تعیین و سپس با توجه به عوامل موثر بر انتشار، نظیر سرعت باد و شرایط آب و هوایی غلظت آنها در فاصله مورد نظر را برآورد کرد. در مرحله بعد اثرات فیزیولوژیک و احتمال مرگ افراد با غلظت برآورد شده مواد سمی و مدت زمان مواجهه تعیین می شود. در نهایت نیز با ترکیب این نتایج با داده های تکرارپذیری نشتی مواد، ریسک مرگ و میر به طور کمی برآورد می شود.

2- تخلیه گازها

امکان تخلیه گازها از بسیاری از تجهیزات فرآیندی نظیر شیرهای ایمنی و یا مجرای تغذیه مخازن وجود دارد. در زمان تخلیه، فشار گاز به میزان قابل ملاحظه ای افت نموده و گاز منبسط می گردد. بسته به وضعیت سرعت تخلیه گاز در مقایسه با سرعت صوت، روابط تعیین شدت جریان گاز متفاوت است. حداکثر شدت جریان گاز در زمان تخلیه، زمانی است که سرعت در خروجی با سرعت صوت برابر باشد. در این حالت سرعت سیال مستقل از فشار پایین دست بوده و تنها به فشار بالادست آن بستگی دارد.

در حالتی که سرعت گاز در زمان تخلیه کمتر از سرعت صوت باشد، از رابطه 1 و در غیر این صورت از رابطه 2 برای محاسبه شدت جریان گازی استفاده می شود. رابطه 1 و 2 :

k: نسبت بدون بعد ظرفیت حرارتی (C_p/C_v)
Rgثابت عمومی گازها (مول. درجه سانتی گراد فشار. حجم)
T₁: دمای گاز در جریان بالا دست (درجه سانتی گراد)
A: سطح مقطع عبور سیال (مربع طول)
g_c: شتاب گرانشی زمین (جرم شتاب / نیرو)
C_D: ضریب تخلیه
P₁: فشار گاز در جریان بالا دست (سطح نیرو)
P₂: فشار گاز در جریان پایین دست (سطح / نیرو)
M: جرم مولکولی گاز (مولا جرم)

 لازم به ذکر است، چنانچه مایعات تحت فشاری که در دمای بالاتر از نقطه جوش خود نگهداری می شوند، به محیط جو تخلیه و سریع تبخیر شده و جریان دوفازی تشکیل می دهند. چنین جریان هایی از فضای بالایی مایعات فرار به ویژه مایعات با گرانروی بالا ایجاد می شوند. جریانهای دوفازی به دو دسته فعال و غیر فعال تقسیم بندی می شوند. جریانهای دوفازی فعال در سامانه های تخلیه فوری در واکنش های گرمازا به محیط بیرون تخلیه می شوند. جریان های دوفازی غیر فعال جریان هایی هستند که در زمان تخلیه مایعات از مخازن و خطوط انتقال به وجود آمده و در طی آن جریان سیال به سرعت دوفازی می شود که در این حالت محاسبه شدت جریان گاز و پیش بینی رفتار سیال پیچیده تر خواهد بود.

3- تخلیه مایعات

نیروی محرکه برای تخلیه مایعات، عموما نیروی فشاری است که در زمان تخلیه به انرژی جنبشی تبدیل می شود. با استفاده از رابطه زیر می توان نرخ تخلیه مایعات را محاسبه کرد:

m=A.C_D √2ρ.g_c(P₁-P₂)

m: دبی جرمی مایع در زمان تخلیه (زمان/ جرم)
A: سطح مقطع منفذ تخلیه (مربع طول)
C_D: ضریب تخلیه (بدون بعد)

• برای روزنه (اوریفیس) های لبه گرد و تیز و عدد رینولدز بزرگتر از ۳۰۰۰۰۰، C_D را 0.61 در نظر بگیرید. در این شرایط سرعت به اندازه ی شکاف بستگی ندارد.
• برای شکاف های گرد و صاف C_D برابر یک است.
• برای لوله های کوتاه متصل به مخزن، اگر نسبت طول به قطر لوله بزرگتر از ۳ باشد، CD را 0.81 در نظر بگیرید.
• در مواردی که امکان محاسبه C_D وجود نداشته باشد، مقدار آن برابر یک در نظر گرفته می شود که به معنای خروج حداکثری مواد است.

ρ: چگالی (جرم حجم)
g_c: شتاب گرانشی زمین (جرم در شتاب / نیرو)
P₁: فشار در بالا دست منافذ (سطح / نیرو)
P₂: فشار در پایین دست منافذ (سطح / نیرو)

4- مدل سازی تخلیه مواد

همانطور که گفته شد، اولین گام جهت بررسی اثرات ناشی از مواجهه با مواد سمی، مدل سازی مراحل تخلیه و انتشار مواد است. به عبارت دیگر به منظور درک رفتار سیال پس از رهایش و پیش بینی چگونگی انتشار آن (روند انتشار، غلظت مواد و رفتار ترمودینامیکی سیال)، ضروری است تا فرآیند تخلیه مواد مدل سازی شود.

جهت مدل سازی تخلیه مواد به یک مدل تخلیه جرمی مناسب نیاز است تا همراه با موازنه جرم بتواند جرم باقیمانده مواد در ظروف و یا مخزن حادثه دیده را تعیین نماید. مدل های تخلیه مواد توانایی پیش بینی شدت و سرعت تخلیه مواد، مقدار کل ماده پخش شده و حالت فیزیکی ماده در هنگام تخلیه را دارند. شدت تخلیه مواد تابعی از زمان می باشد به نحوی که در اکثر مواقع با گذشت زمان شدت تخلیه کاهش می یابد. از طرفی دما و فشار فرآیندی نیز با گذشت زمان دائما تغییر می کند، بنابراین برای در نظر گرفتن تأثیر این پارامترها در نحوه رهایش مواد به مدل های بسیار پیچیده ای نیاز است.

4-1- عوامل مؤثر بر شدت تخلیه مواد

شدت تخلیه مواد به عواملی مانند مدت زمان تخلیه نشتی، ابعاد منفذ (اندازه نشتی)، حالت ماده (فاز تخلیه)، مسیر ترمودینامیکی، نقطه پایانی، فشار فرآیندی، فشار جوی، مشخصات فیزیکی سیال تخلیه شونده و دمای سیال بستگی دارد. در نظر گرفتن تأثیر کلیه این تغییرات در مدل سازی تخلیه مواد مستلزم استفاده و به کارگیری معادلات موازنه جرم و حالت بوده که این عمل کار را بسیار دشوار می سازد.در ادامه به برخی از مهمترین عوامل تأثیرگذار بر شدت تخلیه مواد شرح داده می شود.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ ارزیابی و مدل سازی پیامدهای انفجار

⇐ ارزیابی و مدل سازی پیامدهای ناشی از حریق