过热液体爆沸过程的实验研究

摘要

液化气体通常有常温加压与低温液化两种储存方式，然而在两种储存方式中，容器内部液态介质的状态相对于外界环境都处于过热状态。当容器本身遭受机械损伤或是火灾辐射导致超压时，可能导致过热液体迅速爆沸，甚至引发沸腾液体扩展蒸气爆炸事故。而由于此类事故的发生频率与所带来的严重灾害，分析其过程的演化机理具有重要的现实意义。而沸腾液体扩展蒸气爆炸事故的过程本质上是在过热液体在快速泄压情况下，介质经历剧烈的爆炸性沸腾所引发的，所以分析过热液体在不同初始环境下的爆沸规律在该类事故分析与防治具有深远的研究价值。因此，本文开展了如下的研究工作：
　　（1）设计并搭建了可更换主体装置的小型实验平台，主体装置采用内部加热的方式模拟介质的过热状态，并通过泄压装置实现快速泄放过程。在实验平台中，可以更换主体装置模拟不同长径比的储存容器，并且装置可以改变泄放口径、泄放压力等初始条件，实现温度、压力、介质流动情况的监测。
　　（2）在实验平台的基础上，以水为实验介质，进行了爆沸过程的模拟实验。通过分析泄放过程中的温度、压力响应与介质的运动情况等基本规律，对不同压力反弹模式下的两相流发展特征进行了分析。提出了三种典型的压力反弹模式，并从介质沸腾引发的升压速率与介质泄放引发的降压速率的角度分析压力响应的成因与其中介质的运动过程。
　　（3）此外，通过改变初始条件，对不同容器、初始压力、泄放口径、介质充装率下过热液体的爆沸过程进行实验探究，并对爆沸过程中压力响应强度的衡量参量进行了计算分析。结果表明：随着容器泄放口径的增大，容器内的压力响应强度在泄放口径为56mm时出现峰值，且两相介质的泄放速率逐渐增大；当爆沸过程的初始泄放压力上升时，增压倍数与相对升压量上升明显，介质沸腾过程也更为剧烈，若引发蒸气爆炸事故将造成更为严重的危害；在改变容器内介质的充装体积时，随着充装介质的减少，介质爆沸强度有着显著的下降，压力响应强度也呈现出明显的颓势；对于不同长径比容器的爆沸过程模拟实验，实验中同等工况下，560mm筒长的实验容器出现了更为剧烈的爆沸过程。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 蒸气爆炸事故

1.3 过热液体爆沸过程的研究进展

1.4 本文研究内容

2 实验系统

2.1 实验装置的设计方案

2.2 BLEVE实验系统

2.3 本章小结

3 爆沸过程的实验研究

3.1 实验方案

3.2 爆沸过程基本规律

3.3 压力反弹模式

3.4 本章小结

4 爆沸过程的影响因素研究

4.1 爆沸压力响应的衡量参数

4.2 泄放口径对泄放过程的影响

4.3 初始压力对泄放过程的影响

4.4 介质充装率对泄放过程的影响

4.5 容器长径比对泄放过程的影响

4.6 本章小结

结论

参考文献

附录A 符号说明

致谢