压力容器蒸汽爆炸临界条件分析及后果仿真

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液化气体通常采用压力容器储存,很多种类液化气体属于易燃、易爆、或有毒物质。这些物质一旦发生泄漏,迅速气化并扩散,短时间内即可形成大范围的危险区域,遇点火源,将导致重、特大火灾和爆炸事故。盛装液化气体或超过常温沸点的高温液体的压力容器发生泄漏后,内部物质由于失压、过热,发生蒸汽爆炸(也叫BLEVE),从而引起内部超压。较大的超压可使裂口扩展,造成局部大范围甚至整体失效,继而引发更大的事故。但目前还缺少一种模型或经验公式能够比较准确地说明发生BLEVE现象的临界条件。本文采用热力学原理、爆炸力学原理研究压力容器发生BLEVE现象的临界条件;应用断裂力学原理、有限元方法分析在发生BLEVE临界条件下裂口尖端的应力情况,对临界条件下泄漏后果进行仿真。应用热力学理论,对发生BLEVE的压力容器,在泄漏过程中内部的压强变化情况进行了理论分析。利用气相空间的饱和蒸汽比体积与质量关系公式及压缩气体泄漏速度公式,根据理想气体状态方程体积与密度变化关系,建立了比体积与泄漏时间关系的数学模型;建立了液化气体或超过常温沸点的高温液体发生BLEVE滞止时间模型。运用建立的比体积与泄漏时间关系的数学模型、滞止时间模型、BLEVE超压公式,建立了发生BLEVE的临界面积计算模型。由热力学理论,得出了发生BLEVE现象临界面积与压力容器内部气相体积、压强、泄漏速度、液面高度、液体密度之间的关系计算模型。可依据发生BLEVE临界面积与压力容器内部气相体积、压强、泄漏速度、液面高度、液体密度之间的关系计算模型,判定在给定压强条件下存在的裂口是否发生BLEVE现象。通过高温、高压热水泄漏实验以及采用参考文献中的实验结果,验证了所建模型得出的计算结果与实际结果基本吻合。在以上研究的基础上,分析了2000m3液氨球型压力容器在正常工作压力下,以及最高工作压力下发生BLEVE现象的临界温度、临界压强以及临界面积。采用环境风险评价系统软件(Risk System),仿真了2000m3液氨球型压力容器在BLEVE临界条件下发生泄漏后果的危害性。
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