CN111781057A - 一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,所述模拟系统包括:支架,放置于地面上;液化石油气气瓶,位于所述支架上;三硝基甲苯TNT炸药,位于所述液化石油气气瓶的两侧;热辐射计,位于地面上,且距离爆心第一设定距离,用于测量液化石油气气瓶燃爆后的热辐射;冲击波传感器,位于离地面第二设定距离处,且距离爆心第三设定距离,用于采集液化石油气气瓶燃爆后空气冲击波;浓度计,位于地面上,且距离爆心第四设定距离,用于采集液化石油气气瓶燃爆后的气体浓度;摄影设备,位于地面上并远离爆心,用于对燃爆现场进行拍摄。本发明中的上述系统安全可靠并具有可操作性。

Description

一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统
技术领域
本发明涉及燃爆特性模拟领域,特别是涉及一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统。
背景技术
随着全球能源紧缺和环保理念的普及,我国对清洁能源的需求越来越高。液化石油气作为一种资源丰富、价格低、污染小的化工基本原料,被广泛应用到工业生产以及人们的日常生活之中。由于液化石油气的易燃性,使得液化石油气气瓶泄漏后容易发生燃爆事故,而一旦发生事故,波及面广,后果严重,不仅对周围建筑造成影响,而且会严重威胁到附近人员的生命安全。据燃气爆炸微信公众平台收录信息显示,2019年统计的燃气爆炸新闻有373起,其中室内燃气爆炸新闻243起,室外燃气泄漏及爆炸新闻130起30人死亡、301人受伤。2019年上半年平均每月有62起燃气安全事故发生,5月份为燃气安全事故数量最高的一个月份,当月共发生76起燃气爆炸事故,当月平均每天超过2起事故发生。
国内外学者对于可燃气体的泄漏扩散过程及燃爆特性开展了大量研究工作,但大多数停留在理论研究上,有限的试验主要聚焦于室内(如厂房内)半封闭空间液化石油气气瓶短时或长时泄漏后的燃爆和液化石油气储罐在高温加热情况下(如火灾)的燃爆,而针对家用液化石油气气瓶或大型储罐瞬态破裂致泄漏并遭遇点火源发生燃爆下的情况研究极少,且试验研究难度大。本发明旨在提供一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,来模拟气瓶瞬态破裂而燃爆的过程,掌握燃爆过程的毁伤效应,为液化石油气气瓶安全设计和后果评估提供技术依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,为明确液化石油气气瓶瞬态破裂燃爆毁伤效应提供试验研究手段,为液化石油气气瓶安全设计和后果评估提供技术依据。
为了解决上述技术问题,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,所述模拟系统包括:
支架,放置于地面上;
液化石油气气瓶,位于所述支架上;
炸药,位于所述液化石油气气瓶的两侧;
热辐射计,位于地面上,且距离爆心第一设定距离,用于测量液化石油气气瓶燃爆后的热辐射;
冲击波传感器,位于离地面第二设定距离处,且距离爆心第三设定距离,用于采集液化石油气气瓶燃爆后空气冲击波;
浓度计,位于地面上,且距离爆心第四设定距离,用于采集液化石油气气瓶燃爆后的气体浓度;
摄影设备,位于地面上,并远离爆心,用于对燃爆现场进行拍摄。
进一步地,所述模拟系统还包括:钢丝绳,所述钢丝绳用于将所述液化石油气气瓶固定在所述支架上。
进一步地,所述模拟系统还包括:聚能罩,所述聚能罩安装在所述液化石油气气瓶的上方。
进一步地,所述第一设定具体为4m。
进一步地,所述第二设定距离为1m,所述冲击波传感器为3个,所述第三设定距离为2m、3m和4m,3个所述冲击波传感器均匀排布在距离爆心2m、3m和4m处。
进一步地,所述第四设定距离为5.4m。
进一步地,所述冲击波传感器为触发式,采用137系列ICP自由场铅笔式爆炸压力传感器。
进一步地,所述浓度计为扩散式丙烷浓度计。
进一步地,所述摄影设备包括高速摄影设备和远场相机,所述高速摄影设备为触发式,所述远场相机为非触发式。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:本发明提供的一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,支架放置于地面上,液化石油气气瓶位于支架上,炸药位于液化石油气气瓶的两侧;利用位于地面上,且距离爆心第一设定距离的热辐射计测量液化石油气气瓶燃爆后的热辐射;利用位于离地面第二设定距离处,且距离爆心第三设定距离的冲击波传感器采集液化石油气气瓶燃爆后空气冲击波;利用位于地面上,且距离爆心第四设定距离的浓度计采集液化石油气气瓶燃爆后的气体浓度;利用位于地面上,并远离爆心的摄影设备对燃爆现场进行拍摄。本发明采用炸药,通过引爆炸药形成高速射流来代替一般情况下的高速物体,并利用炸药自身爆炸产生的火焰点燃瞬时泄漏后的液化石油气气体,保证了试验的可操作性、安全性和可靠性。本发明的模拟系统模拟气瓶瞬态破裂而燃爆的过程,便于掌握燃爆过程的毁伤效应,为明确液化石油气气瓶瞬态破裂燃爆毁伤效应提供试验研究手段,为液化石油气气瓶安全设计和后果评估提供技术依据。
进一步地,本发明利用钢丝绳将液化石油气气瓶固定在支架上,能够防止液化石油气气瓶爆炸后飞散伤人或带来其他损伤。
进一步地,在液化石油气气瓶的上方安装聚能罩,有利于防止爆炸产生的能量损失。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例液化石油气气瓶布置示意图;
图2为本发明实施例仪器布置示意图。
图中:1-支架;2-液化石油气气瓶;3-炸药;4-热辐射计;5-冲击波传感器;6-浓度计;7-摄影设备;8-钢丝绳。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,通过引爆炸药形成高速射流,来模拟液化石油气气瓶瞬态破裂而引起燃爆,提高模拟系统的可靠性和安全性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示,本发明提供一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,所述模拟系统包括:支架1、液化石油气气瓶2、炸药3、热辐射计4、冲击波传感器5、浓度计6以及摄影设备7。
其中,支架1放置于地面上,为了防止液化石油气气瓶2爆炸后飞散伤人,将液化石油气气瓶2通过钢丝绳8固定在所述支架1上。所述液化石油气气瓶上还安装有聚能罩。本发明中本试验采用钢瓶型号YSP35.5的液化石油气钢瓶,主要参数有:钢瓶内直径314mm,高度680mm,公称容积35.5L,最大充装量14.9kg,使用温度范围为-40℃~60℃,公称工作压力为2.1MPa,水压试验压力为3.2MPa,瓶体设计壁厚2.5mm。钢瓶内充装商品丙烷,丙烷含量不低于95%,充装量为最大充装量的90%。丙烷爆炸极限为2.1%~9.5%。
液化石油气为无色气体或黄棕色油状液体,有特殊臭味,主要由丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等组分混合构成。其中,丙烷是液化石油气的主要组分。丙烷的沸点为-42.1℃,闪点为-104℃,临界温度为96.8℃,其-55.6℃时的饱和蒸气压为53.32kPa,临界压力为4.25MPa,引燃温度为450℃,点火能量约为0.2~0.3MJ。
液化石油气的沸点低,泄漏后可急剧汽化,体积骤然膨胀为液相体积的250倍左右;其热膨胀系数大,并且随着温度的升高逐渐增大。气态时密度是空气的1.5~2.5倍,泄漏后易在各种建筑物空间的低部以及地沟、管网缝隙处积聚,并沿地面迅速扩散至远处。
液化石油气的爆炸下限约为2.25%,爆炸上限为9.65%,根据常用危险化学品分类及标志,液化石油气为第2.1类易燃气体,具有甲类火灾危险性;其爆炸下限低,泄漏在空气中后能很快与空气混合形成爆炸性混合物,遇热源和明火会发生爆炸,造成严重事故。
本实施例中,炸药3选用三硝基甲苯TNT炸药,炸药3位于所述液化石油气气瓶2的两侧,三硝基甲苯(TNT)是一种无色或淡黄色晶体,无臭,有吸湿性,熔点为354K(80.9℃),有爆炸性,是常用炸药成份之一。该品为比较安全的炸药,能受撞击和摩擦,但任何量的突然受热都能引起爆炸。其爆速一般可达到5000m/s,1千克TNT炸药爆炸时释放的能量约为4.19MJ。通过引爆所述三硝基甲苯TNT炸药3,形成高速射流。
如图2所示,所述热辐射计4位于地面上,对准爆心方向,且距离爆心4m,用于测量液化石油气气瓶燃爆后的热辐射。
根据采集的试验过程中的热辐射数据,建立热辐射示数和时间的关系图。
根据热辐射随时间的变化曲线,得到热辐射曲线变化的斜率、峰值数值和峰值的持续时间,对比表1热辐射的不同入射通量对人员的伤害作用数据表,得出试验所产生的热辐射对人员的伤害作用。
表1热辐射的不同入射通量对人员的伤害作用
Figure BDA0002574003820000061
所述冲击波传感器5有三个,位于离地面1m处,对准爆心方向,且距离爆心2m、3m、4m设定距离,用于采集液化石油气气瓶燃爆后空气冲击波。所述冲击波传感器为触发式,采用137系列ICP自由场铅笔式爆炸压力传感器。
根据采集的不同位置处的冲击波数据,建立各处冲击波示数和时间的关系图;根据各处冲击波数据随时间的变化曲线,得到冲击波峰值的数值和出现时间,以及峰值后的变化情况;
计算各处冲击波超压:
根据试验用TNT炸药当量WTNT,计算距离爆炸中心x处在1000kg爆炸实验中的相当距离x0为:
Figure BDA0002574003820000062
其中W0为基准TNT炸药量1000kg。
根据不同传感器位置处计算得到的相当距离,对比表2得出各相当距离在1000千克TNT炸药在空气中爆炸所产生的冲击波超压,并据此由表3得出各处冲击波超压的破坏毁伤作用。
表2 1000千克TNT炸药在空气中爆炸所产生的冲击波超压
距离/m 超压/MPa 距离/m 超压/MPa
5 2.94 25 0.079
6 2.06 30 0.057
7 1.67 35 0.043
8 1.27 40 0.033
9 0.95 45 0.027
10 0.76 50 0.0235
11 0.50 55 0.0205
12 0.33 60 0.018
13 0.235 65 0.016
14 0.17 70 0.0143
15 0.126 75 0.013
表3冲击波超压对建筑物的破坏和对人员的伤害作用
Figure BDA0002574003820000071
Figure BDA0002574003820000081
所述浓度计6位于地面上,且距离爆心5.4m,用于采集液化石油气气瓶燃爆后的气体浓度。所述浓度计为扩散式丙烷浓度计。
根据采集的试验过程中的浓度计数据,建立浓度计示数和时间的关系图。根据浓度计随时间的变化曲线,得到浓度计曲线的变化情况。
所述摄影设备7,位于地面上并远离爆心,对准爆心方向,用于对燃爆现场进行拍摄。所述摄影设备7包括高速摄影设备和远场相机,所述高速摄影设备为触发式,所述远场相机为非触发式。
根据拍摄到的高速摄影图像,选取燃爆瞬间的图像若干,并进行前后对比。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,其特征在于,所述模拟系统包括:
支架(1),放置于地面上;
液化石油气气瓶(2),位于所述支架(1)上;
炸药(3),位于所述液化石油气气瓶(2)的两侧;
热辐射计(4),位于地面上,且距离爆心第一设定距离,用于测量液化石油气气瓶(2)燃爆后的热辐射;
冲击波传感器(5),位于离地面第二设定距离处,且距离爆心第三设定距离,用于采集液化石油气气瓶(2)燃爆后空气冲击波;
浓度计(6),位于地面上,且距离爆心第四设定距离,用于采集液化石油气气瓶(2)燃爆后的气体浓度;
摄影设备(7),位于地面上,并远离爆心,用于对燃爆现场进行拍摄。
2.根据权利要求1所述的液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,其特征在于,所述模拟系统还包括:钢丝绳(8),所述钢丝绳(8)用于将所述液化石油气气瓶(2)固定在所述支架(1)上。
3.根据权利要求1所述的液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,其特征在于,所述模拟系统还包括:聚能罩,所述聚能罩安装在所述液化石油气气瓶(2)的上方。
4.根据权利要求1所述的液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,其特征在于,所述第一设定具体为4m。
5.根据权利要求1所述的液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,其特征在于,所述第二设定距离为1m,所述冲击波传感器(5)为3个,所述第三设定距离为2m、3m和4m,3个所述冲击波传感器(5)均匀排布在距离爆心2m、3m和4m处。
6.根据权利要求1所述的液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,其特征在于,所述第四设定距离为5.4m。
7.根据权利要求1所述的液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,其特征在于,所述冲击波传感器(5)为触发式,采用137系列ICP自由场铅笔式爆炸压力传感器。
8.根据权利要求1所述的液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,其特征在于,所述浓度计(6)为扩散式丙烷浓度计。
9.根据权利要求1所述的液化石油气气瓶瞬态破裂的燃爆模拟系统,其特征在于,所述摄影设备(7)包括高速摄影设备和远场相机,所述高速摄影设备为触发式,所述远场相机为非触发式。
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