液化气体储罐热响应过程的实验研究

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液化气体储罐在生产使用过程中,当储罐受到外部火灾侵袭时,介质温度压力升高,壁面材料强度下降,引起储罐破裂介质泄漏,就可能造成严重的事故后果,沸腾液体膨胀蒸气爆炸(简称BLEVE)是其中最为严重的事故形式。国内外学者对储罐热响应的过程进行了大量实验研究和数值研究,但是目前尚未得出较为完整的解释。本文通过实验探讨了液化气体储罐的热响应机理。主要工作和结论如下:(1)建立了小型实验装置,包括热分层实验装置和爆沸泄放实验装置。采用外部电加热的方式模拟火灾侵袭,这种方式的安全性和可控性高,易于操作。爆沸泄放实验在热响应实验的基础上增加一个快速泄压装置,可以很好的模拟储罐破裂的瞬间。温度测量和采集系统采用铠装热电阻、热电偶和安捷伦34970A采集卡,压力采集根据不同实验的要求分别采用压阻式高精度压力传感器和高频压力传感器。(2)分别以水和制冷剂R22作为介质,进行了液化气储罐介质受热产生温度分层的实验。结果表明,储罐仅有液相壁面受热的时候,内部介质温度均匀,不会产生热分层;气、液相壁面同时受热时,介质会出现热分层。气相壁面受热的范围越大,液相热分层越明显;液体充装率越低,分层度越大,压力上升速度越快;随着加热功率的提高,液相热分层也逐渐增大。并通过实验研究分析了小型立式储罐热分层的传热方式,其中液面部分受热强度高是产生热分层的必要条件。(3)爆沸泄放实验以水作为介质。储罐内的介质突然泄放时,会出现明显的压力突降和剧烈的压力反弹,压力反弹值最大接近于泄放前的初始压力,但不会高于初始压力。爆沸泄放的强度受液体充装率、泄放初始压力及开口面积的影响:充装率在60%-90%的范围内压力反弹较大:泄放压力较高时,压力反弹速率增大;开口面积增大会提高泄放时液体的过热度,导致爆沸过程更剧烈。另外,液相热分层的存在也会影响泄放的强度,液相存在热分层时泄放引起爆沸的剧烈程度及升压速度远低于同压力下液体温度均匀时的程度。
摘要第1-5页
Abstract第5-10页
引言第10-12页
1 文献综述第12-23页
   ·研究背景第12-15页
     ·BLEVE机理及事故形式第12-13页
     ·BLEVE的危害第13-14页
     ·典型BLEVE事故第14-15页
   ·研究现状第15-21页
     ·试验研究第15-19页
     ·模拟研究第19-21页
     ·理论研究第21页
   ·本文研究内容第21-23页
2 液化气储罐热响应的理论分析第23-30页
   ·过热度与过热极限第23-24页
   ·亚稳态与非稳态第24-25页
   ·液体热分层的形成第25-27页
     ·热分层区的形成及发展第26页
     ·分层度第26-27页
   ·沸腾传热及气泡的形成第27-28页
   ·液体核化理论第28-29页
     ·均相核化第28-29页
     ·异相核化第29页
   ·本章小结第29-30页
3 液化气体储罐内部介质热分层的实验研究第30-60页
   ·实验装置第30-33页
     ·实验装置组成第30-32页
     ·实验可控因素第32-33页
     ·实验步骤第33页
   ·典型实验结果分析第33-38页
     ·储罐内部介质温度与外壁温度变化第34-36页
     ·储罐内压力变化第36-37页
     ·径向温度变化第37-38页
   ·液化气储罐内部介质热分层的影响因素分析第38-51页
     ·加热位置对热分层的影响第39-44页
     ·液体充装率对热分层的影响第44-49页
     ·加热功率对热分层的影响第49-51页
   ·不同介质实验对比第51-55页
     ·制冷剂R22的性质第51-52页
     ·R22的实验结果第52-55页
     ·水与R22实验结果对比第55页
   ·立式储罐热分层的传热方式第55-58页
     ·立式储罐热分层传热方式的提出第56-57页
     ·温度分层的产生第57-58页
     ·温度分层的维持第58页
     ·温度分层的消除第58页
   ·本章小结第58-60页
4 液化气体储罐爆沸泄放的实验研究第60-81页
   ·实验装置第60-62页
     ·实验装置组成第60-61页
     ·实验条件及步骤第61-62页
   ·典型实验结果分析与爆沸泄压的运动过程第62-68页
     ·泄放实验现象第62-63页
     ·压力曲线趋势第63-64页
     ·爆沸泄压的运动过程第64-66页
     ·评价爆沸泄压的参量第66-68页
   ·爆沸泄压正交实验分析第68-72页
   ·变工况对液化气体储罐爆沸泄放产生超压的影响第72-80页
     ·充装率对超压的影响第72-74页
     ·泄放初始压力对超压的影响第74-77页
     ·开口面积对超压的影响第77-78页
     ·热分层对超压的影响第78-80页
   ·本章小结第80-81页
结论第81-82页
参考文献第82-87页
附录A 符号说明第87-89页
攻读硕士学位期间发表学术论文情况第89-90页
致谢第90-91页
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