[发明专利]用于研究蒸汽爆炸的装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验设备，尤其是一种用于研究蒸汽爆炸的装置。

背景技术

沸腾液体扩展蒸汽爆炸(BLEVE，Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion)，是指大量过热液体瞬时泄放到大气环境中而形成的蒸汽爆炸。蒸汽爆炸是以过热液体蒸发为基础的物理爆炸现象，是液化气体快速膨胀和储罐约束相互耦合的结果，后果可能有火焰喷射、破片抛射、火球及热辐射，有毒物质外泄，冲击波等。大多数BLEVE的发生是由于外来热辐射作用使得容器内易燃易爆液体处于过热状态，容器内压力超过对应温度下材料的承压极限，导致容器发生失效，容器内易燃易爆液体发生爆炸性汽化，快速泄放。导致BLEVE的因素很多，包括罐体材料缺陷、材料疲劳、腐蚀、热应力、池火焰包围或喷射火焰环境下罐体材料强度下降、容器过载、操作不当等，通常BLEVE的发生是由于上述几个因素的联合作用的结果。

许多压力容器，特别是大型储罐，充装着各种生产生活中使用的可汽化易燃易爆液体，通常它们的使用率高、储存量大。这些容器在生产或使用中，由于各种原因当容器内外的环境急剧变化，突然换热行为等，可能使得可汽化液体急速沸腾就会造成BLEVE的发生。对BLEVE的研究包括火焰侵袭实验研究、火焰中热力模型、热力响应研究；蒸汽爆炸理论、蒸汽爆炸过程的泄压过程、蒸汽爆炸引起储罐投射的模拟、爆炸效应对容器结构的影响。

针对上面这些问题，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.]重点研究了大型装置中液化石油气(LPG)发生BLEVE时过热液体导致容器失效的机理和控制BLEVEs发生的手段。Landucci[G.Landucci.Experimental and analytical investigation of thermal coatingeffectiveness for 3m3LPG tanks engulfed by fire.Journal of Hazardous,2009,161:1182-1192.]对大尺度火焰侵袭的热力响应进行了研究，测量热响应过程中储罐的压力和温度，储罐内部气相和液相的温度，提出了涂层法预防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.]等对中等尺寸液化气储罐的压力容器失效进行了分析。俞昌铭等分析了在圆柱形和球形储罐中受热弯曲表面上自然对流边界层的发展及分层区的形成。淮秀兰等计算了高温环境下储罐内液化气的热响应，预测了压力阀的启动时间。北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室的钱新明、刘振翼等[钱新明,徐亚博,刘振翼.球罐BLEVE碎片抛射的危害性研究.高压物理学报,2009,23(5):389-394.]，采用蒙特卡罗方法进行模拟，利用相关数据确定了爆炸碎片产生和飞行中的不确定性参数，计算出碎片的抛射范围。得到了不同充装水平下的球罐爆炸后产生碎片碰撞目标容器的概率。弓燕舞[弓燕舞,林文盛.热分层对蒸汽爆炸过程影响的实验研究.工程热物理学报,2004,25(6):925-928.]等对液化石油气受热侵袭时出现的热分层现象和模拟蒸汽爆炸的泄压进行了研究，分析了液化石油气的热响应曲线。俞昌铭等对火焰包围下容器内液化气的传热传质机理进行分析研究，提出了模拟受热条件下LPG储罐热力响应的PLGS模型。孙金华[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.]等采用高速摄像仪记录BLEVE的微观动力过程以及气液两相流的运动特性，使用高频响的压力传感器等测试手段记录了BLEVE过程中超压的形成及变化规律。