CN108180945A - 液化气体储罐热响应模拟实验装置 - Google Patents

液化气体储罐热响应模拟实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，涉及一种实验装置，具体为液化气体储罐热响应模拟实验装置。实验装置包括：真空泵、容器装置、电加热系统、数据采集系统；所述的真空泵通过管路与容器装置相连通；容器装置的外部设置有电加热系统和数据采集系统；本发明具有结构新颖、加工简便、使用方便、具有良好的可观测性、安全性和可控性等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型液化气体储罐热响应模拟实验装置。

Description

液化气体储罐热响应模拟实验装置
技术领域
本发明所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，涉及一种实验装置，具体为液化气体储罐热响应模拟实验装置。
背景技术
液化气体储罐是液化气体储运过程中的核心设备，同时也是重要的危险源。火灾热侵袭导致液化气体储罐失效是一种常见的恶性事故，常导致大量的人员伤亡和较大的经济损失。因此，全面揭示液化气体储罐的火灾失效机理，从本质上防控液化气体储罐火灾爆炸危害，既有科学研究价值又是现实应用需求。
液化气体储罐火灾失效事故的受热失效过程涉及储罐与其内部介质的耦合传热及气液两相非平衡热力学传质问题，其复杂的机理给事故的预防控制带来了很大困难。研究者发现，气相壁的高温蠕变、液相区的温度分层、气相区的升压速率都对事故的后果有重要的影响。
由于液化气体储罐的直接火灾实验涉及到危险物质的燃烧、爆炸，危险性大、投资高、可观测性差。而通过小型装置进行模拟实验可以实现较好的观测性和可控性，更好地演示事故过程及研究事故机理。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的液化气体储罐热响应模拟实验装置，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的液化气体储罐热响应模拟实验装置。用以解决现有技术中存在的：液化气体储罐火灾事故实验研究中存在的危险性大、可控性差、可观测性差的问题。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
本发明所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，其特征在于所述的实验装置包括：真空泵、容器装置、电加热系统、数据采集系统；所述的真空泵通过管路与容器装置相连通；容器装置的外部设置有电加热系统和数据采集系统；
本发明所述的容器装置包括：玻璃视窗、三通阀、压力表、容器、安全阀、进液阀和排液阀；所述的容器为卧式容器，一侧采用玻璃视窗做为封头；所述的容器的顶部通过三通阀分别与真空泵和压力表相连接；所述的容器的顶部还装有安全阀；所述的容器上还设置有进液阀和排液阀；
本发明所述的电加热系统包括：保温层、电加热片、单相自耦调压器；所述的电加热片的数量为三片，每片电加热片单独连接一台单相自耦调压器；电加热片包覆在容器的外壁上；加热片的外部包覆有保温层；
本发明所述的数据采集系统包括：压力传感器、温度传感器、壁面热电偶、数据采集模块、电脑；所述的压力传感器装于容器顶部；所述的温度传感器装于容器顶部，多个测点过容器横截面纵向中轴线并从上至下均布设置；所述的壁面热电偶的测点沿容器外壁面环向从上至下均布设置；压力传感器、温度传感器和壁面热电偶均通过数据线与数据采集模块相连接，数据采集模块与电脑相连接。
本发明所述的压力表选用耐高温式压力表。
本发明所述的压力表与三通阀之间设置存液弯管。
本发明所述的电加热片的形状为圆柱面，圆柱面的内径与容器的外径一致，长度与容器的直筒段长度相同。
本发明所述的电加热片的圆柱面横截面圆弧角度为110度，三片电加热片共包覆容器外壁面330度的范围，容器正上方30度范围内的壁面不被电加热片包覆。
本发明所述的压力传感器选用耐高温式压力传感器。
本发明所述的温度传感器为多测点式温度传感器。
本发明所述的玻璃视窗的外侧还可以设置有电光源。
本发明模拟实验的方法为：
(1)、通过进液阀向容器内充注水：
水源可为自来水管路或盛水容器，若使用盛水容器，可采用水泵将水泵入容器；液位高度根据该次实验需要模拟的事故场景确定；观察容器玻璃视窗，当液位达到实验所需高度时，停止注水；
(2)打开数据采集系统：
确认数据采集系统处于良好状态；
(3)用真空泵给容器抽真空：
观察压力表和压力变送器的输出数值，直到将容器内的压力抽至水在当前温度下的饱和蒸气压，使容器内的水保持于气、液两相平衡；
(4)根据实验所模拟的事故场景：
加热形式分为底部加热、全包围加热、上部加热等几种模式；根据此次实验的加热模式，选择电加热片其中的一片或几片通电，调节单相自耦调压器使加热片提供实验所需的加热热流；加热系统设定完毕后，通电加热，加热的同时数据采集系统开始记录并保存数据；
(5)观察并记录介质状态：
在实验过程通过玻璃视窗观察介质的沸腾、冷凝及对流等现象，并进行记录；如果在自然光线弱的房间进行实验，打开玻璃视窗一侧的辅助电光源，以保证清楚观测容器内部现象；
(6)数据采集及分析：
当容器内部的温度、压力达到本次实验的设定值，停止加热；停止采集数据，存储数据；将采集到的温度、压力数据导出，得到压力及各测点的温度随时间的变化曲线并进行数据分析；
(7)设备中其他部件的测试分析：
本实验装置除了观测实验容器及其内部介质的热响应过程，还可用来测试研究安全阀的泄放性能及其对实验容器内介质能量分布的影响；随着加热的进行，当容器内部压力达到安全阀的泄放压力时，安全阀开启并泄压，然后停止加热片的加热，停止采集数据；将采集到的温度、压力数据导出，得到压力泄放过程中容器内部的压力、温度的变化曲线并进行数据分析。
本发明的优点是显而易见的，主要表现在：
1、由于直接对液化气体储罐加热有较大危险性，本发明中采用抽去容器中气相空间的空气的方法，保证了容器中的水处于气、液两相平衡，从而用安全性高的水来模拟液化气体的相变与升温升压及泄放过程。同时用加热区域和加热功率可调的电加热片模拟容器外部不同的加热环境。以上特点使得该实验台具有良好的安全性及可控性。
2、容器采用玻璃视窗作为容器封头，从而实现对容器内部的可视化观测。采用了多种传感器实现了对容器内外部温度分布及内部压力的测量。以上特点使得该实验台具有良好的可观测性。
本发明具有结构新颖、加工简便、使用方便、具有良好的可观测性、安全性和可控性等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
附图说明
本发明共有3幅附图,其中：
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明温度传感器测点的位置示意图；
附图3为本发明中的电加热片示意图。
在图中：1、真空泵2、电光源3、玻璃视窗4、保温层5、三通阀6、压力表7、电加热片8、容器9、压力传感器10、温度传感器11、壁面热电偶12、安全阀13、数据采集模块14、进液阀15、排液阀16、电脑17、单相自耦调压器。
具体实施方式
本发明的具体实施例如附图所示，液化气体储罐热响应模拟实验装置包括：真空泵1、容器装置、电加热系统、数据采集系统；所述的真空泵1通过管路与容器装置相连通；容器装置的外部设置有电加热系统和数据采集系统；
容器装置包括：玻璃视窗3、三通阀5、压力表6、容器8、安全阀12、进液阀14和排液阀15；所述的容器8为卧式容器，一侧采用玻璃视窗3做为封头；容器8内用水为介质来模拟液化气体；所述的容器8的顶部通过三通阀5分别与真空泵1和压力表6相连接；所述的容器8的顶部还装有安全阀12；所述的容器8上还设置有进液阀14和排液阀15；
电加热系统包括：保温层4、电加热片7、单相自耦调压器17；所述的电加热片7的数量为三片，每片电加热片7单独连接一台单相自耦调压器17；电加热片7包覆在容器8的外壁上；加热片7的外部包覆有保温层4；三片电加热片7可各自独立加热，也可组合加热，用于给实验容器8的外壁提供加热区域可变的热源。单相自耦调压器17通过调节电加热片7的电压来调节加热热流。通过加热片7的组合选择和单相自耦调压器17的电压调节，电加热系统可为实验容器8的外壁提供加热区域、加热热流可变的热源，从而模拟不同场景下的火灾热侵袭。
数据采集系统包括：压力传感器9、温度传感器10、壁面热电偶11、数据采集模块13、电脑16；所述的压力传感器9装于容器8顶部；所述的温度传感器10装于容器顶部，多个测点过容器8横截面纵向中轴线并从上至下均布设置；所述的壁面热电偶11的测点沿容器8外壁面环向从上至下均布设置；压力传感器9、温度传感器10和壁面热电偶11均通过数据线与数据采集模块13相连接，数据采集模块13与电脑16相连接；可对容器热响应过程中的温度与压力参数变化进行记录并保存。
由于实验过程中容器壁面及介质温度较高，压力表6选用耐高温式压力表。
压力表6与三通阀5之间设置存液弯管。在加热实验开始前，用真空泵1抽去容器中的空气以保证容器中的水处于气、液两相平衡态。
电加热片7的形状为圆柱面，圆柱面的内径与容器8的外径一致，长度与容器8的直筒段长度相同。
电加热片7的圆柱面横截面圆弧角度为110度，三片电加热片7共包覆容器8外壁面330度的范围，容器8正上方30度范围内的壁面不被电加热片7包覆。
由于实验过程中容器壁面温度可能较高，压力传感器9选用耐高温式压力传感器。
温度传感器10为多测点式温度传感器。
玻璃视窗3的外侧还可以设置有电光源2，以使观察者能观察到容器内部现象。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液化气体储罐热响应模拟实验装置，其特征在于所述的实验装置包括：真空泵(1)、容器装置、电加热系统、数据采集系统；所述的真空泵(1)通过管路与容器装置相连通；容器装置的外部设置有电加热系统和数据采集系统；
所述的容器装置包括：玻璃视窗(3)、三通阀(5)、压力表(6)、容器(8)、安全阀(12)、进液阀(14)和排液阀(15)；所述的容器(8)为卧式容器，一侧采用玻璃视窗(3)做为封头；所述的容器(8)的顶部通过三通阀(5)分别与真空泵(1)和压力表(6)相连接；所述的容器(8)的顶部还装有安全阀(12)；所述的容器(8)上还设置有进液阀(14)和排液阀(15)；
所述的电加热系统包括：保温层(4)、电加热片(7)、单相自耦调压器(17)；所述的电加热片(7)的数量为三片，每片电加热片(7)单独连接一台单相自耦调压器(17)；电加热片(7)包覆在容器(8)的外壁上；加热片(7)的外部包覆有保温层(4)；
所述的数据采集系统包括：压力传感器(9)、温度传感器(10)、壁面热电偶(11)、数据采集模块(13)、电脑(16)；所述的压力传感器(9)装于容器(8)顶部；所述的温度传感器(10)装于容器(8)顶部，多个测点均过容器(8)横截面纵向中轴线并从上至下均布设置；所述的壁面热电偶(11)的测点沿容器(8)外壁面环向从上至下均布设置；压力传感器(9)、温度传感器(10)和壁面热电偶(11)均通过数据线与数据采集模块(13)相连接，数据采集模块(13)与电脑(16)相连接。
2.根据权利要求1所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，其特征在于所述的压力表(6)选用耐高温式压力表。
3.根据权利要求2所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，其特征在于所述的压力表(6)与三通阀(5)之间设置存液弯管。
4.根据权利要求1所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，其特征在于所述的电加热片(7)的形状为圆柱面，圆柱面的内径与容器(8)的外径一致，长度与容器(8)的直筒段长度相同。
5.根据权利要求4所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，其特征在于所述的电加热片(7)的圆柱面横截面圆弧角度为110度，三片电加热片(7)共包覆容器(8)外壁面330度的范围，容器(8)正上方30度范围内的壁面不被电加热片(7)包覆。
6.根据权利要求1所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，其特征在于所述的压力传感器(9)选用耐高温式压力传感器。
7.根据权利要求1所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，其特征在于所述的温度传感器(10)为多测点式温度传感器。
8.根据权利要求1所述的液化气体储罐热响应模拟实验装置，其特征在于所述的玻璃视窗(3)的外侧还可以设置有电光源(2)。
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