[發(fā)明專利]用于研究蒸汽爆炸的裝置及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410231011.0
• 申請(qǐng)日: 2014-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN103983664A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張超;賈永忠;景燕;馬軍;孫進(jìn)賀;姚穎;謝紹雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院青海鹽湖研究所
• 主分類號(hào): G01N25/54
• 分類號(hào): G01N25/54
• 代理公司: 深圳市銘粵知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;楊林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，尤其是一種用于研究蒸汽爆炸的裝置。

背景技術(shù)

沸騰液體擴(kuò)展蒸汽爆炸(BLEVE，Boiling?Liquid?Expanding?Vapor?Explosion)，是指大量過熱液體瞬時(shí)泄放到大氣環(huán)境中而形成的蒸汽爆炸。蒸汽爆炸是以過熱液體蒸發(fā)為基礎(chǔ)的物理爆炸現(xiàn)象，是液化氣體快速膨脹和儲(chǔ)罐約束相互耦合的結(jié)果，后果可能有火焰噴射、破片拋射、火球及熱輻射，有毒物質(zhì)外泄，沖擊波等。大多數(shù)BLEVE的發(fā)生是由于外來熱輻射作用使得容器內(nèi)易燃易爆液體處于過熱狀態(tài)，容器內(nèi)壓力超過對(duì)應(yīng)溫度下材料的承壓極限，導(dǎo)致容器發(fā)生失效，容器內(nèi)易燃易爆液體發(fā)生爆炸性汽化，快速泄放。導(dǎo)致BLEVE的因素很多，包括罐體材料缺陷、材料疲勞、腐蝕、熱應(yīng)力、池火焰包圍或噴射火焰環(huán)境下罐體材料強(qiáng)度下降、容器過載、操作不當(dāng)?shù)龋ǔLEVE的發(fā)生是由于上述幾個(gè)因素的聯(lián)合作用的結(jié)果。

許多壓力容器，特別是大型儲(chǔ)罐，充裝著各種生產(chǎn)生活中使用的可汽化易燃易爆液體，通常它們的使用率高、儲(chǔ)存量大。這些容器在生產(chǎn)或使用中，由于各種原因當(dāng)容器內(nèi)外的環(huán)境急劇變化，突然換熱行為等，可能使得可汽化液體急速沸騰就會(huì)造成BLEVE的發(fā)生。對(duì)BLEVE的研究包括火焰侵襲實(shí)驗(yàn)研究、火焰中熱力模型、熱力響應(yīng)研究；蒸汽爆炸理論、蒸汽爆炸過程的泄壓過程、蒸汽爆炸引起儲(chǔ)罐投射的模擬、爆炸效應(yīng)對(duì)容器結(jié)構(gòu)的影響。

針對(duì)上面這些問題，Abbasi[S.M.Tauseef,T.Abbasi,S.A.Abbasi.Risks?of?Fire?and?Explosion?Associated?With?the?Increasing?Use?of?Liquefied?Petroleum?Gas.Journal?of?Failure?Analysis?and?Prevention,2010,10:322-333.]重點(diǎn)研究了大型裝置中液化石油氣(LPG)發(fā)生BLEVE時(shí)過熱液體導(dǎo)致容器失效的機(jī)理和控制BLEVEs發(fā)生的手段。Landucci[G.Landucci.Experimental?and?analytical?investigation?of?thermal?coatingeffectiveness?for?3m3LPG?tanks?engulfed?by?fire.Journal?of?Hazardous,2009,161:1182-1192.]對(duì)大尺度火焰侵襲的熱力響應(yīng)進(jìn)行了研究，測(cè)量熱響應(yīng)過程中儲(chǔ)罐的壓力和溫度，儲(chǔ)罐內(nèi)部氣相和液相的溫度，提出了涂層法預(yù)防BLEVE的方案。Birk[A.M.Birk.Review?of?expanded?aluminum?products?for?explosion?suppression?in?containers?holding?flammable?liquids?and?gases.Journal?of?Loss?Prevention?in?the?Process?Industries,2008,21:493-505.]等對(duì)中等尺寸液化氣儲(chǔ)罐的壓力容器失效進(jìn)行了分析。俞昌銘等分析了在圓柱形和球形儲(chǔ)罐中受熱彎曲表面上自然對(duì)流邊界層的發(fā)展及分層區(qū)的形成。淮秀蘭等計(jì)算了高溫環(huán)境下儲(chǔ)罐內(nèi)液化氣的熱響應(yīng)，預(yù)測(cè)了壓力閥的啟動(dòng)時(shí)間。北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的錢新明、劉振翼等[錢新明,徐亞博,劉振翼.球罐BLEVE碎片拋射的危害性研究.高壓物理學(xué)報(bào),2009,23(5):389-394.]，采用蒙特卡羅方法進(jìn)行模擬，利用相關(guān)數(shù)據(jù)確定了爆炸碎片產(chǎn)生和飛行中的不確定性參數(shù)，計(jì)算出碎片的拋射范圍。得到了不同充裝水平下的球罐爆炸后產(chǎn)生碎片碰撞目標(biāo)容器的概率。弓燕舞[弓燕舞,林文盛.熱分層對(duì)蒸汽爆炸過程影響的實(shí)驗(yàn)研究.工程熱物理學(xué)報(bào),2004,25(6):925-928.]等對(duì)液化石油氣受熱侵襲時(shí)出現(xiàn)的熱分層現(xiàn)象和模擬蒸汽爆炸的泄壓進(jìn)行了研究，分析了液化石油氣的熱響應(yīng)曲線。俞昌銘等對(duì)火焰包圍下容器內(nèi)液化氣的傳熱傳質(zhì)機(jī)理進(jìn)行分析研究，提出了模擬受熱條件下LPG儲(chǔ)罐熱力響應(yīng)的PLGS模型。孫金華[S.N.Chen,J.H.Sun,W.Wan.Boiling?liquid?expanding?vapor?explosion:Experimental?research?in?the?evolution?of?the?two-phase?flow?and?over-pressure.Journal?of?Hazardous?Materials,2008,156:530-537.]等采用高速攝像儀記錄BLEVE的微觀動(dòng)力過程以及氣液兩相流的運(yùn)動(dòng)特性，使用高頻響的壓力傳感器等測(cè)試手段記錄了BLEVE過程中超壓的形成及變化規(guī)律。