[發明專利]儲罐內爆多場耦合實驗測試裝置

有效

• 申請號: 201610967212.6
• 申請日: 2016-11-05
• 公開（公告）號: CN106290020B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 丁宇奇;劉巨保;邱楓;李治淼;王泉;姚利明
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313;G01N3/02;G01D21/02
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所23118
• 代理人: 曹愛華

技術領域

本發明涉及對儲罐研究的實驗裝置，具體涉及儲罐內爆多場耦合實驗測試裝置。

背景技術

立式儲罐作為一種重要的儲存設備，在各行業中應用非常廣泛，特別是在石油石化行業介質儲存中，各反應介質、成品油與原油均為該種結構的儲存容器。由于其內部儲存介質極易揮發出可燃氣體，若有意外因素充當“點火源”，就會導致儲罐發生爆炸。該類事故的發生，主要是由于其內部儲存介質發生燃燒爆炸，導致儲罐在瞬時超壓和升溫作用下發生內爆破壞。這類儲罐結構的內爆破壞，是一種典型的氣液內爆與結構相互作用的多場耦合動力學響應問題。當前我國石油對外依存度逐年增加，2014年已逼近60%，遠超國際警戒線，特別自2014年7月以來，油價經歷“十三連跌”之后，我國更增加了原油的進口與儲存，這都使儲罐的安全生產日益受到重視。罐內油氣燃爆，不僅會導致儲罐結構破壞，還有可能在整個罐區引發多米諾效應，造成人員傷亡和重大財產損失。

浙江大學鄧貴德等人采用單層厚壁圓柱形容器，對其內部安放當量TNT爆炸后，圓柱形容器的軸向壓力進行了測試。通過該實驗裝置可測量圓柱容器單一方向的壓力變化情況。但該實驗裝置由于采用了厚壁圓柱形容器，與真實儲罐薄壁結構差異較大。由于爆炸壓力為空氣壓縮波，其爆炸壓力的大小與結構形狀密切相關，當結構為薄壁容器時，爆炸壓力會使結構變形，而結構變形反過來會影響壓縮波的形狀進而影響爆炸壓力的大小，即氣體壓力與結構的流固耦合作用。但該實驗裝置明顯采用了厚壁結構，與儲罐內爆的真實情況不符。

哈爾濱工業大學路勝卓等人通過乙炔和空氣的混合氣體，對拱頂儲罐模型在外爆下的動力響應情況進行了測試，測試中可實現不同液位高度下儲罐應變、壓力的測試。但該實驗裝置主要是模擬儲罐外爆載荷下的響應情況，且外爆載荷對儲罐沖擊位置無法調整。

從上述各實驗測試裝置來看，其共同的目的均是為了測量爆炸載荷作用下儲罐結構的響應問題，但與儲罐結構真實發生爆炸的情況相比具有以下幾方面缺陷：一是對起爆點的模擬單一，二是測量參數單一，三是無法考慮氣—液—固三相耦合問題，而這三個方面正是實驗裝置能否真實模擬儲罐爆炸的關鍵問題。

發明內容

本發明的一個目的是提供儲罐內爆多場耦合實驗測試裝置，這種儲罐內爆多場耦合實驗測試裝置用于解決現有儲罐實驗測試裝置存在起爆點模擬單一、測量參數單一、無法考慮氣—液—固三相耦合的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種儲罐內爆多場耦合實驗測試裝置包括實驗儲罐、點火器、儲水槽、氧氣瓶、可燃氣瓶，實驗儲罐上設置有點火器套筒、溫度傳感器套筒，點火器套筒與溫度傳感器套筒結構相同且尺寸相等，溫度傳感器套筒有多個，溫度傳感器套筒分別布設在實驗儲罐的罐頂、罐壁上部、罐壁下部，罐壁上部、罐壁下部的溫度傳感器套筒位于一條豎直線上，距該豎直線的最遠的罐壁對稱設置兩個溫度傳感器套筒，點火器的點火咀與點火器套筒可拆卸連接，各溫度傳感器與相應的溫度傳感器套筒可拆卸連接；點火咀位于實驗儲罐內，儲水槽通過水管連接至實驗儲罐，氧氣瓶、可燃氣瓶分別通過管線與實驗儲罐連接；每個溫度傳感器安裝處對應安裝一個壓力傳感器，實驗儲罐罐壁對稱布置兩個位移傳感器，自實驗儲罐的罐頂至罐壁下部同一直線上均勻設置多個應變傳感器，與該直線相垂直的一條直線上也同樣均勻設置多個應變傳感器；上述各溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、應變傳感器均與信號采集系統連接。

上述方案中實驗儲罐固定在支座上，支座具有中心孔，中心孔的四周布置安裝孔，實驗儲罐的罐底具有水管套筒，水管套筒從中心孔穿出，水管連接水管套筒，支座與實驗儲罐通過各安裝孔固定連接；實驗儲罐還設置有進氣套筒。

上述方案中位移傳感器分別安裝在支架，位移傳感器頂在實驗儲罐的罐壁上，支架為工字型的，支架的底板與支座固定連接，位移傳感器坐在支架的頂板上。

上述方案中溫度傳感器套筒有五個，實驗儲罐的罐頂一個，罐壁上部一個、罐壁下部一個以及所述對稱設置的兩個。

上述方案中自實驗儲罐的罐頂至罐壁下部同一直線上均勻設置六個應變傳感器，與該直線相垂直的一條直線上也均勻設置六個應變傳感器。

上述方案中實驗儲罐及所述的位移傳感器均設置有防護罩內，防護罩的底部與支座固定連接。

本發明具有以下有益效果：

1、本發明克服了以往實驗裝置點火位置單一，無法實現儲罐內氣—液—固三相耦合的測試弊端，可實現儲罐內不同起爆點位置、不同液體儲存液位、不同氣體濃度、不同混合氣體成分，儲罐結構內爆多場耦合測試過程，具有真實模擬儲罐爆炸的先進性。