CN114199938B - 一种模拟储罐泄漏的实验系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及危化品火灾爆炸实验测试技术领域，具体涉及一种模拟储罐泄漏的实验系统及测试方法。具体技术方案为：一种模拟储罐泄漏的实验系统，包括带有加热装置的储罐，所述储罐的开口端密封设置有位于泄爆控制容弹内的爆破膜夹持装置，所述泄爆控制容弹内设置有与爆破膜夹持装置对应的破膜装置，所述泄爆控制容弹的周侧为可视化窗，旁侧设置有视频采集装置，所述视频采集装置包括设置在泄爆控制容弹一侧的纹影仪，所述纹影仪的光源平行穿过泄爆控制容弹的可视化窗并将形成的图像反射到摄像机内。本发明所公开的实验系统和测试方法有助于防治地下空间、隧道等相对密闭场所内BLEVE事故灾害及阻断BLEVE多米诺效应的传播。

Description

一种模拟储罐泄漏的实验系统及测试方法

技术领域

本发明涉及危化品火灾爆炸实验测试技术领域，具体涉及一种模拟储罐泄漏的实验系统及测试方法。

背景技术

随着国家经济转型及绿色发展，以液化石油气(LPG)、液氢等为代表的加压液化储存的清洁能源被认为广泛关注。然而，加压液化储罐在遇到火灾、过度充装、腐蚀、碎片打击等作用时，极易发生储罐失效破坏、内部液体泄漏；罐内压力急剧下降导致内部介质过热沸腾、气化，压力急剧上升进而诱发储罐爆炸，该过程称为沸腾液体膨胀蒸气爆炸(BoilingLiquid Expanding Vapor Explosion，简称BLEVE)事故。BLEVE是物理爆炸的一种，爆炸产生的热辐射、高速碎片等极易导致周围储罐发生爆炸，造成多米诺效应，扩大事故损失；且若介质可燃或有毒有害，则往往还伴随着燃烧、有毒介质扩散等次生灾害。因此，对BLEVE近场超压以及两相流演变过程的研究有助于阐明该类事故发生、发展及防治的规律和机理，为储罐本质安全设计、科学救灾等问题提供参考。

目前，国内外学者对火灾条件导致储罐发生BLEVE的实验研究主要集中在初始条件(液位、加热功率、加热面积等)、储罐破坏边界条件(泄漏孔径、泄漏位置、减压动作等)对BLEVE的影响规律，罐内两相流运动对事故演化过程的影响和开放空间近场超压等方面。但储罐BLEVE过程的诱发会在受限空间，且将伴随相比开放空间更大的能量密度，尚未发现有研究探究密闭、半密闭空间下储罐BLEVE的发生。当前，关于对储罐在热作用条件下发生BLEVE的实验装置，大多以探究不同初始条件BLEVE过程中罐内时温度、压力响应。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种模拟储罐泄漏的实验系统及测试方法，揭示了密闭、半密闭空间内BLEVE泄爆机理、阐明两相流与近场超压之间的耦合关系，有助于防治地下空间、隧道等相对密闭场所内BLEVE事故灾害及阻断BLEVE多米诺效应的传播。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种模拟储罐泄漏的实验系统，包括带有加热装置的储罐，所述储罐的开口端密封设置有位于泄爆控制容弹内的爆破膜夹持装置，所述泄爆控制容弹内设置有与爆破膜夹持装置对应的破膜装置，所述泄爆控制容弹的周侧为可视化窗，旁侧设置有视频采集装置，所述视频采集装置包括设置在泄爆控制容弹一侧的纹影仪，所述纹影仪的光源平行穿过泄爆控制容弹的可视化窗并将形成的图像反射到摄像机内。

优选的，所述爆破膜夹持装置从所述泄爆控制容弹的底部伸进泄爆控制容弹内，所述破膜装置从泄爆控制容弹的顶部伸进泄爆控制容弹内。

优选的，所述泄爆控制容弹相对应的两侧对称设置有聚光镜，所述纹影仪的光源发出的光经过第一分光器和第一反射镜反射到其中一个所述聚光镜上，并经由所述聚光镜穿过泄爆控制容弹反射到另一个所述聚光镜上，然后经由第二反光镜和第二分光器反射到所述摄像机内。

优选的，所述摄像机分别电性连接有存储设备和同步触发器，所述同步触发器与破膜装置上的信号接收器电性连接，所述同步触发器电性连接控制器。

优选的，所述泄爆控制容弹和储罐上分别设置有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别电性连接数据采集器，所述数据采集器与所述控制器电性连接。

优选的，所述储罐上的加热装置与所述控制器电性连接，所述储罐的底部设置有抽真空补水装置。

优选的，所述抽真空补水装置包括真空泵，所述真空泵通过抽真空管路连接有三通阀，所述三通阀的另外两个接口分别连接有补水管路和干路管道，所述抽真空管路、补水管路和干路管路上分别设置有阀门，所述干路管路的另一端通过连接件与储罐的底部连接并相通，所述补水管路的另一端连通有水槽。

优选的，所述爆破膜夹持装置包括带颈法兰，所述带颈法兰颈部开口端的内壁上设置有环形槽，所述环形槽内依次设置有爆破膜、密封圈、压环和轴承，所述带颈法兰的颈部一端套设有开孔螺母，所述轴承与开孔螺母的内顶部相抵，所述带颈法兰的法兰盘与储罐顶部固定连接。

优选的，所述加热装置包括嵌入设置在储罐内壁中的加热棒，所述加热棒的一端从储罐的底部伸出并分别与所述控制器电性连接，所述储罐的侧壁上插入设置有热电偶，所述热电偶与控制器电性连接。

相应的，一种模拟储罐泄漏的测试方法，采用上述所述的模拟储罐泄漏的实验系统，具体测试方法包括以下步骤：

(1)开启所述真空泵，对所述储罐进行抽真空和加水；

(2)开启数据采集器、同步触发器、存储设备和控制器，并设定摄像机的拍摄帧率、报警压力和温度；

(3)开启加热装置的加热电源，通过第一压力传感器和第二压力传感器检测泄爆控制容弹内的压力和储罐内部压力，并通过摄像机记录泄爆过程中两相流演化过程，再通过收集的压力数据和摄像机收集的视频数据，绘制压力-时间变化曲线。

本发明具备以下有益效果：

(1)本发明可模拟实际生产中储罐受热、罐内压力升高导致薄弱环节破裂诱发的BLEVE事故。通过采用爆破膜与破膜装置协同作用的方法，定量研究不同初始条件对BLEVE的影响；也可用爆破片代替爆破膜，使实验更接近真实事故场景。

(2)本发明涉及的泄爆控制容弹是装配式容弹，可根据实验需要对泄爆控制容弹部分壁面进行拆除，模拟密闭空间、隧道、涵洞等不同环境及边界下储罐诱发BLEVE事故场景。

(3)本发明公开的控制器对温度参数具有调节功能，可精确控制实验介质过热度，有助于定量研究介质过热度对BLEVE的影响。

(4)本发明结构合理，操作方便，通过不同液位、温度、压力及泄漏面积下的泄爆实验来探究BLEVE两相流演化过程、研判不同条件下其BLEVE的剧烈程度；通过装配式容弹实现储罐在密闭、半密闭空间泄爆实验来研判泄爆事故时的近场超压情况。

(5)本发明揭示了密闭、半密闭空间内BLEVE泄爆机理、阐明两相流与近场超压之间的耦合关系，有助于防治地下空间、隧道等相对密闭场所内BLEVE事故灾害及阻断BLEVE多米诺效应的传播。

(6)本发明提供了一种探究在密闭、半密闭空间内储罐发生BLEVE时，罐内、外气液两相流演化过程及温度、压力响应的实验装置和方法，可探究密闭、半密闭空间下储罐发生BLEVE时近场两相流演化过程，记录两相流形态与压力的变化，分析两相流与罐内、外压力响应的联系。

附图说明

图1为本发明结构示意图(容弹主体的一侧去掉了玻璃窗)；

图2为视频采集装置和泄爆控制容弹的结构示意图；

图3为抽真空补水装置结构示意图；

图4为爆破膜夹持装置结构示意图；

图5为破膜装置结构示意图；

图6为储罐结构示意图；

图7为图6中A-A向视图；

图8为图7中B-B向视图；

图中：储罐1、纹影仪2、摄像机3、聚光镜4、第一分光器5、第一反射镜6、第二反光镜7、第二分光器8、存储设备9、同步触发器10、信号接收器11、控制器12、数据采集器13、真空泵14、抽真空管路15、三通阀16、补水管路17、干路管道18、连接件19、水槽20、带颈法兰21、爆破膜22、密封圈23、压环24、轴承25、开孔螺母26、凹台法兰27、加热棒28、热电偶29、容弹主体30、玻璃窗31、法兰32、第一压力传感器33、第二压力传感器34、金属散热器35、插接件36、电磁铁37、破膜针38、自紧夹头39、限位孔40、连接孔41、插入孔42、底板43、玻璃44、盖板45、通孔46、连接法兰47。

具体实施方式

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。

若未特别指明，实施举例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

参考图1-图8所示，1.本发明公开了一种模拟储罐泄漏的实验系统，包括带有加热装置的储罐1，储罐1的开口端密封设置有位于泄爆控制容弹内的爆破膜夹持装置，泄爆控制容弹内设置有与爆破膜夹持装置对应的破膜装置，泄爆控制容弹的周侧为可视化窗，旁侧设置有视频采集装置，视频采集装置包括设置在泄爆控制容弹一侧的纹影仪2，纹影仪2的光源发出的光平行穿过泄爆控制容弹的可视化窗并将形成的图像反射到摄像机3内。其中，爆破膜夹持装置从泄爆控制容弹的底部伸进泄爆控制容弹内，破膜装置从泄爆控制容弹的顶部伸进泄爆控制容弹内。

对于视频采集装置的具体设置情况为：泄爆控制容弹相对应的两侧对称设置有聚光镜4，纹影仪2的光源发出的光经过第一分光器5和第一反射镜6反射到其中一个聚光镜4上，并经由聚光镜4穿过泄爆控制容弹反射到另一个聚光镜4上，然后经由第二反光镜7和第二分光器8反射到摄像机3内。摄像机3分别电性连接有存储设备9(如电脑等)和同步触发器10，同步触发器10与破膜装置上的信号接收器11电性连接，同步触发器10电性连接控制器12。

具体的：泄爆控制容弹包括容弹主体30，在容弹主体30的周侧上设置可视化窗，即在容弹主体30的周侧上设置玻璃窗31，并通过法兰32和螺栓将其固定在容弹主体30的侧壁上，配合视频采集装置完成对两相流形态演变过程的追踪。在固定时，需要注意容弹主体30的气密性，避免容弹主体漏气，本发明所公开的泄爆控制容弹可承受不低于5MPa的压力，为整个实验过程提供密闭、半密闭的环境。对于聚光镜4的设置位置，参考图1所示，对称设置在容弹主体30的两侧，且与玻璃窗31对应，以实现光传播。而对于纹影仪2、第一分光器5、第一反射镜6、第二反光镜7、第二分光器8和摄像机3相对于容弹主体30的设置位置根据实际情况进行设置即可，且最终实现的光传播路径为：纹影仪2光源发出的光经过第一分光器5调节后通过第一反射镜6反射到容弹主体30的玻璃窗上，并平行穿过容弹主体30，由另一个聚光镜接收容弹主体内的纹影图像并反射到第二反射镜7上，同时，经由第二分光器8调节后传递给摄像机3，摄像机3则将接收到的图像信息传递给存储设备9，并进行保存。其中，纹影仪采用WKWY-300型纹影仪系统，摄像机为高速摄像机，采用FASTCAM Nova S12type200KS-M-32GB型高速摄像机。

本发明中，纹影仪2可将泄爆控制容弹内部视频数据聚焦在摄像机3的镜头内，同步触发器10在接收到控制器12发出的报警信号后，将信号发送至摄像机3和信号接收器11，摄像机3在接收到信号后开始记录泄爆控制容弹内部流场演化过程，并将其传输给存储设备9，而破膜装置上的信号接收器11在接收到信号后，开启破膜装置电源，触发破膜动作。

进一步的，泄爆控制容弹上插入设置有第一压力传感器33，即容弹主体30上插入设置有第一压力传感器33，可对容弹主体的内部压力进行监测，储罐1上插入设置有第二压力传感器34，第一压力传感器33和第二压力传感器34的测量接头上分别套设有金属散热器35。第一压力传感器33和第二压力传感器34分别电性连接数据采集器13，数据采集器13与控制器12电性连接。通过数据采集器13以及压力传感器可完成对容弹本体30以及储罐1内的压力信号进行采集工作。其中，第一压力传感器和第二压力传感器均采用HM90型压力变送器(测量范围：-0.1～2MPa)。

进一步的，储罐1上的加热装置与控制器12电性连接，储罐1的底部设置有抽真空补水装置。其中，加热装置包括嵌入设置在储罐1内壁中的加热棒28，加热棒28的一端从储罐1的底部伸出并分别与控制器12电性连接，储罐1的侧壁上插入设置有热电偶29，热电偶29与控制器12电性连接，从而对储罐内介质的温度进行监测。加热棒28可对储罐1内的介质进行加热，使储罐内部压力升高，当压力升高至控制器12设定的报警阈值时，控制器发出报警信号，并将报警信号传输给同步触发器10，同步触发器10在得到控制器发出的报警信号后，将信号传输给摄像机3和破膜装置上的信号接收器11，进而控制破膜装置刺破爆破膜22，此时，摄像机3则开始拍摄容弹主体30内纹影变化的过程，进而记录泄爆两相流瞬态过程。本实施例中使用的热电偶为铠装K型热电偶，加热棒为60mm×6mm的24V干烧型加热棒，加热功率可根据实验自主选择，加热电源为与加热棒配套的AC/DC电源。另外，可在加热装置与控制器12之间设置电磁继电器，从而控制加热装置的启闭，同时，控制器12具有调节功能，能够精确调节储罐内介质加热的程度。而数据采集器与控制器的连接能够追踪泄爆控制容弹、储罐内压力和温度的变化。

其中，参考图3所示，抽真空补水装置包括真空泵14，真空泵14通过抽真空管路15连接有三通阀16，三通阀16的另外两个接口分别连接有补水管路17和干路管道18，抽真空管路15、补水管路17和干路管路18上分别设置有阀门，干路管路18的另一端通过连接件19与储罐1的底部连接并相通，补水管路17的另一端连通有水槽20。本实施例中，真空泵采用水环式真空泵，可对储罐进行抽真空处理，其最大抽真空度为-1bar，三通阀16、抽真空管路15、补水管路17和干路管路18采用塑料软管，水槽20为带有刻度的高位水槽，可读取注入储罐内的介质的容积。而各个管路上使用的阀门则采用气密性好的阀门。

进一步的，参考图4所示，爆破膜夹持装置包括带颈法兰21，带颈法兰21颈部开口端的内壁上设置有环形槽，环形槽内从其底部朝上依次设置有爆破膜22、密封圈23、压环24和轴承25，密封圈采用耐高温密封圈，如石墨密封垫片，压环采用金属压环，轴承采用平面滚珠轴承，爆破膜采用PET膜。带颈法兰21的颈部一端套设有开孔螺母26，轴承25与开孔螺母26的内顶部相抵，带颈法兰21的法兰盘与设置在储罐1顶部的凹台法兰27固定连接。其中，开孔螺母26与带颈法兰21的颈部固定连接，如可采用螺纹、粘结或焊接等方式固定，开孔螺母26的顶部开孔的孔径小于开孔螺母与带颈法兰21连接端的内径。轴承25和开孔螺母26用于压紧爆破膜22，同时，可通过改变压环24的孔径从而改变泄爆面积。

进一步的，参考图5所示，破膜装置包括与容弹主体30顶部固定的气密性插接件36，插接件36与信号接收器11电性连接，插接件36的另一端连接有电磁铁37，电磁铁37的另一端连接有自紧夹头39，而破膜针38贯穿自紧夹头39的轴心设置且一端伸出自紧夹头39外。破膜装置安装在容弹主体30的内顶部，即插接件36固定在容弹主体30的外顶部，电磁铁37、自紧夹头39和破膜针38则设置在容弹主体30内，具体的：破膜针38与推拉式电磁铁37运动铁芯通过自紧夹头39连接，电磁铁37固定在容弹主体30内顶部上，电磁铁37的一端连接电源，另一端连接信号接收器11。当信号接收器11收到来自控制器12的报警信号后，电磁铁37启动并推动破膜针38向下运动，从而完成刺穿爆破膜工作。

进一步的，参考图6～8所示，储罐1为内部呈圆柱形的不锈钢耐压容器，在储罐1的顶部固定有凹台法兰27，凹台法兰27与带颈法兰21通过螺栓固定连接，从而实现储罐与爆破膜夹持装置的固定。在储罐1的底部设置有限位孔40，而连接件19与该限位孔40连通，从而对储罐抽真空和补水。同时，在储罐1的侧壁上分别设置有连接第二压力传感器34的连接孔41和连接热电偶的插入孔42。另外，在储罐1的侧壁上、避开连接孔41和插入孔42的位置上对称设置有可视化窗。具体设置方式为：在储罐1相对应的侧壁上嵌入设置有底板43，底板43的侧壁上开设有与储罐1内部相通的阶梯孔，在阶梯孔的大径段内嵌入设置有玻璃44，优选为钢化玻璃。位于阶梯孔的开口端、底板43的外侧壁上通过螺栓固定有对玻璃44进行固定的盖板45。同时，在盖板45上设置有通孔46，以便通过玻璃44观察储罐1内的情况。在储罐上安装可视化窗的过程中，要保证储罐内部的气密性。其中，玻璃44要求可承受不低于3MPa的压力。储罐1与容弹主体30通过连接法兰47固定，参考图1所示，连接法兰47套设在储罐1上，然后与容弹主体30的底部固定，而爆破膜夹持装置则位于容弹主体30内，并与破膜针38对应。

2.采用上述实验系统进行密闭空间内储罐受热泄露时的两相流演化和近场超压测试。上述实验系统安装完成后，检查各个装置的气密性，直至符合实验要求。调节摄像机3的位置，其纹影仪的光源发出的光能够聚焦到摄像机的镜头内，并使成像清晰、准确。

具体测试方法包括以下步骤：

(1)开启真空泵14，对储罐1进行抽真空并打开阀门加水。

(2)开启数据采集器13、同步触发器10、存储设备和控制器12，并设定摄像机3的拍摄帧率、报警压力和温度至实验要求值。

(3)开启加热装置的加热电源，通过数据采集器13记录第一压力传感器33和第二压力传感器34传输的容弹主体30内和储罐1的内部压力，并通过摄像机3记录泄爆过程中两相流演化过程，再通过收集的压力数据和摄像机3收集的视频数据，绘制压力-时间变化曲线，最后结合视频数据，进行试验分析。

(4)在泄爆结束后，关闭加热装置、数据采集器，待装置冷却后卸下储罐，取出爆破膜。

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例1

研究不同初始条件下(初始压力、初始温度、泄漏面积)储罐在密闭空间发生BLEVE时近场气液两相流形态变化及其压力响应过程操作方法，其具体步骤如下：

1.安装爆破膜。连接储罐和爆破膜及其夹持装置。根据实验要求，采用不同内径的金属压环以达到不同泄漏面积条件，通过计算爆破膜厚度、层数与压力之间的对应关系确定具体爆破膜搭配方式。将爆破膜和金属压环由平面滚珠轴承和石墨密封圈夹持后置于带颈法兰顶部，后用开孔螺母与带颈法兰螺纹连接方式拧紧。再采用法兰连接方式将爆破膜夹持装置与储罐连接。

2.检查耐压储罐气密性。储罐与抽真空补水装置、第二压力传感器上的金属散热器和热电偶连接。通过抽真空管路对储罐抽真空，待装置真空度达到一定值后，关闭抽真空管路，静置3分钟看装置内压力是否升高，若压力上升不明显则证明气密性良好，可继续进行。

3.连接破膜装置。将破膜装置固定到泄爆控制容弹内顶部，并用接插件将电磁铁与破膜装置的信号接收器连接。

4.连接储罐与泄爆控制容弹。耐压储罐通过连接法兰与泄爆控制容弹连接，之后将第一压力传感器上的金属散热器、第一压力传感器安装于泄爆控制容弹上。

5.检查泄爆控制容弹气密性。向泄爆控制容弹内充装一定量气体后关闭进气阀门，静置3分钟看装置内是否有压力下降，若压力下降不明显则证明气密性良好，可进行下一步操作。

6.抽真空、补水。开启干路管路上的阀门、抽真空管路上的阀门，关闭补水管路上的阀门，开启真空泵；待耐压储罐内压力降低至0.2bar或内部压力不变时，依次关闭抽真空管路上的阀门和真空泵；开启补水管路上的阀门，待注入液体量达到实验要求时先关闭干路管路上的阀门，再关闭补水管路上的阀门。

7.调节视频采集装置。将纹影仪光路对准泄爆控制容弹侧面的可视化窗，使光源光线可平行穿过泄爆控制容弹可视化窗，之后通过对刀口(分光器)、反射镜和聚光镜进行调节，将纹影仪形成的像投影到高速摄像机镜头内，再调节纹影仪光源和高速摄像机焦距、分辨率、感光度、快门等参数使其成像清晰。

8.连接数据采集系统和同步触发器。连接第一压力传感器、第二压力传感器至数据采集器。开启数据采集器，确认数据传输正常并对数据以1Hz频率开始实时储存。将控制器上储罐加热及控制系统报警压力输出线接入同步触发器，同步触发器输出信号线分别于高速摄像机和破膜装置连接。

9.设定报警值。开启储罐加热装置及控制系统，根据实验要求设置报警压力值。

10.开始加热。将加热棒插入到储罐内，确保加热棒连接并固定，开启加热电源，开始加热。

11.切换数据采集频率。当实验压力接近报警值时，切换数据采集器频率至1000Hz并保持实时记录。

12.泄爆结束后先关闭高速摄像机、数据采集器和加热装置。待装置冷却到60℃以下后对装置进行清理，实验结束。

对实验过程中耐压储罐和泄爆控制容弹内的压力数据进行制图，对比不同初始条件下泄爆控制容弹和耐压储罐内部压力相应变化趋势，分析初始条件对密闭空间内储罐BLEVE的影响；对比同一实验下泄爆过程中的耐压储罐和泄爆控制容弹内压力响应，分析密闭环境下泄爆过程中的压力响应过程，探求泄爆动作对两个压力响应的影响规律；通过纹影仪视频可分析两相流在泄爆瞬间的演化过程，结合泄爆控制容弹内压力响应过程，可对近场超压的产生与演化规律进行分析。

实施例2

研究不同初始条件下(初始压力、初始温度、泄漏面积)储罐在密闭空间发生BLEVE时罐内两相流演化过程操作方法，其具体步骤如下：

1.安装爆破膜。连接耐压储罐与爆破膜及其夹持装置。根据实验要求，采用不同内径的金属压环以达到不同泄漏面积条件，通过计算爆破膜厚度、层数与压力之间地对应关系确定具体爆破膜搭配方式。将爆破膜和金属压环用平面滚珠轴承和石墨密封垫片夹持后置于带颈法兰顶端，之后用开孔螺母与带颈法兰螺纹连接方式拧紧。再采用法兰连接方式将爆破膜夹持装置与耐压储罐连接。

2.检查耐压储罐气密性。耐压储罐与抽真空补水装置、第二压力传感器上的第二金属散热器和热电偶连接。通过抽真空管路对耐压储罐抽真空，待装置真空度达到一定值后，关闭抽真空管路，静置3分钟看装置内压力是否升高，若压力不变则证明气密性良好，可以开展实验，否在对装置进行气密性检测，直至装置达到气密性要求。

3.连接破膜装置。用接插件将破膜装置固定到泄爆控制容弹内顶部，并与破膜装置的信号接收器连接。

4.连接耐压储罐与泄爆控制容弹。耐压储罐通过连接法兰与泄爆控制容弹连接，之后将第一压力传感器上的金属散热器、第一压力传感器安装于泄爆控制容弹上。

5.检查泄爆控制容弹气密性。向泄爆控制容弹内充装一定量气体后关闭进气阀门，静置3分钟看装置内是否有压力下降，若压力下降不明显则证明气密性良好，可进行下一步操作。

6.抽真空、补水。开启干路管路上的阀门、抽真空管路上的阀门，关闭补水管路上的阀门，开启真空泵；待耐压储罐内压力降低至0.2bar或内部压力不变时，依次关闭抽真空管路上的阀门和真空泵；开启补水管路上的阀门，待注入液体量达到实验要求时先关闭干路管路上的阀门，再关闭补水管路上的阀门。

7.调节高速摄像机。将光源设置在高速摄像机镜头外，为高速摄像机拍摄补充光照强度，通过调节纹影仪光源和高速摄像机焦距、分辨率、感光度等参数使其成像清晰。

8.连接数据采集系统和同步触发器。将第一压力传感器、第二压力传感器与数据采集器链接。开启数据采集器，确认数据传输正常并对数据以1Hz频率开始实时储存。将控制器上的储罐加热及控制系统报警压力输出线接入同步触发器，同步触发器输出信号线分别于高速摄像机和破膜装置连接。

9.设置报警值。开启储罐加热装置及控制系统，根据实验要求设置报警压力值。

10.开启加热，将加热棒插入储罐内并固定，开启加热装置电源开始加热。

11.切换数据采集频率，当实验压力接近报警值时，切换数据采集器频率至1000Hz并保持实时记录。

12.泄爆结束后先关闭高速摄像机、数据采集器和加热装置。待装置冷却到60℃以下后对装置进行清理，实验结束。

对实验过程中耐压储罐、泄爆控制容弹内的压力数据进行制图，对比不同初始条件下泄爆控制容弹和耐压储罐内部压力相应变化趋势，分析初始条件对密闭空间内储罐BLEVE的影响；对比同一实验下泄爆过程中的耐压储罐和泄爆控制容弹内压力响应，分析密闭环境下泄爆过程中的压力响应过程，探求泄爆动作对两个压力相应的影响规律；通过分析高速摄像机拍摄视频，结合耐压储罐内部压力响应过程可分析密闭环境对储罐泄漏的影响，也可分析两相流演化过程对耐压储罐内部压力响应的影响。

本系统可在以下几种工况下进行实验：

本系统可以根据实验要求，改变容弹的结构，用于模拟储罐在如地下室等密闭环境、隧道等半密闭环境的特殊环境下储罐受热诱发BLEVE行为，可展开密闭、半密闭和开放空间等多种环境下储罐发生BLEVE时两相流的演化过程和储罐内、外压力响应的研究。

本系统也可以通过改变可更换金属压环的形状和内直径，用于模拟储罐受到不同形状、不同大小碎片打击产生的裂纹或缺口，研究不同环境、不同泄漏条件对BLEVE的影响。

本系统还可以通过改变加注液体的类型、加注液体的充装量、报警压力值等模拟不同介质在储罐发生BLEVE时初始压力、液位对泄漏过程的影响。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种模拟储罐泄漏的实验系统，包括带有加热装置的储罐（1），其特征在于：所述储罐（1）的开口端密封设置有位于泄爆控制容弹内的爆破膜夹持装置，所述泄爆控制容弹内设置有与爆破膜夹持装置对应的破膜装置，所述泄爆控制容弹的周侧为可视化窗，旁侧设置有视频采集装置，所述视频采集装置包括设置在泄爆控制容弹一侧的纹影仪（2），所述纹影仪（2）的光源平行穿过泄爆控制容弹的可视化窗并将形成的图像反射到摄像机（3）内；

所述爆破膜夹持装置包括带颈法兰（21），所述带颈法兰（21）颈部开口端的内壁上设置有环形槽，所述环形槽内依次设置有爆破膜（22）、密封圈（23）、压环（24）和轴承（25），所述带颈法兰（21）的颈部一端套设有开孔螺母（26），所述轴承（25）与开孔螺母（26）的内顶部相抵，所述带颈法兰（21）的法兰盘与储罐（1）顶部固定连接；

所述破膜装置包括与容弹主体（30）顶部固定的气密性插接件（36），插接件（36）与信号接收器（11）电性连接，插接件（36）的另一端连接有电磁铁（37），电磁铁（37）的另一端连接有自紧夹头（39），而破膜针（38）贯穿自紧夹头（39）的轴心设置且一端伸出自紧夹头（39）外。

2.根据权利要求1所述的一种模拟储罐泄漏的实验系统，其特征在于：所述爆破膜夹持装置从所述泄爆控制容弹的底部伸进泄爆控制容弹内，所述破膜装置从泄爆控制容弹的顶部伸进泄爆控制容弹内。

3.根据权利要求1所述的一种模拟储罐泄漏的实验系统，其特征在于：所述泄爆控制容弹相对应的两侧对称设置有聚光镜（4），所述纹影仪（2）的光源发出的光经过第一分光器（5）和第一反射镜（6）反射到其中一个所述聚光镜（4）上，并经由所述聚光镜（4）穿过泄爆控制容弹反射到另一个所述聚光镜（4）上，然后经由第二反光镜（7）和第二分光器（8）反射到所述摄像机（3）内。

4.根据权利要求3所述的一种模拟储罐泄漏的实验系统，其特征在于：所述摄像机（3）分别电性连接有存储设备（9）和同步触发器（10），所述同步触发器（10）与破膜装置上的信号接收器（11）电性连接，所述同步触发器（10）电性连接控制器（12）。

5.根据权利要求4所述的一种模拟储罐泄漏的实验系统，其特征在于：所述泄爆控制容弹和储罐（1）上分别设置有第一压力传感器（33）和第二压力传感器（34），所述第一压力传感器（33）和第二压力传感器（34）分别电性连接数据采集器（13），所述数据采集器（13）与所述控制器（12）电性连接。

6.根据权利要求4所述的一种模拟储罐泄漏的实验系统，其特征在于：所述储罐（1）上的加热装置与所述控制器（12）电性连接，所述储罐（1）的底部设置有抽真空补水装置。

7.根据权利要求6所述的一种模拟储罐泄漏的实验系统，其特征在于：所述抽真空补水装置包括真空泵（14），所述真空泵（14）通过抽真空管路（15）连接有三通阀（16），所述三通阀（16）的另外两个接口分别连接有补水管路（17）和干路管道（18），所述抽真空管路（15）、补水管路（17）和干路管路（18）上分别设置有阀门，所述干路管路（18）的另一端通过连接件（19）与储罐（1）的底部连接并相通，所述补水管路（17）的另一端连通有水槽（20）。

8.根据权利要求6所述的一种模拟储罐泄漏的实验系统，其特征在于：所述加热装置包括嵌入设置在储罐（1）内壁中的加热棒（28），所述加热棒（28）的一端从储罐（1）的底部伸出并分别与所述控制器（12）电性连接，所述储罐（1）的侧壁上插入设置有热电偶（29），所述热电偶（29）与控制器（12）电性连接。

9.一种模拟储罐泄漏的测试方法，其特征在于：采用权利要求7～8任一项所述的模拟储罐泄漏的实验系统，具体测试方法包括以下步骤：

（1）开启所述真空泵（14），对所述储罐（1）进行抽真空和加水；

（2）开启数据采集器（13）、同步触发器（10）、存储设备和控制器（12），并设定摄像机（3）的拍摄帧率、报警压力和温度；

（3）开启加热装置的加热电源，通过第一压力传感器（33）和第二压力传感器（34）检测泄爆控制容弹内的压力和储罐（1）内部压力，并通过摄像机（3）记录泄爆过程中两相流演化过程，再通过收集的压力数据和摄像机（3）收集的视频数据，绘制压力-时间变化曲线。