能源介质储存容器内部爆炸场景下爆破片动态响应特性

天然气、氢气等储存容器在容器壁面上设置有爆破片安全装置,但国内外研究多关注爆破片静态超压爆破响应,而对储存容器内部爆炸风险场景下爆破片动态响应的关注较少。采用甲烷空气混合物爆炸实验方法,开展了爆破片在动态爆炸超压下的爆破实验,研究了升压速率对爆破片爆破压力的影响。结果表明:动态爆炸超压下爆破片爆破压力高于静态爆破压力。随升压速率的增加,爆破压力增加。定义超压倍数为动态爆破压力与静态爆破压力之比。对正拱开缝型爆破片,当升压速率由2.26 MPa/s增至65.64 MPa/s时,超压倍数由1.18增至2.21;对反拱带槽型爆破片,当升压速率由2.73 MPa/s增至62.05 MPa/s时,超压倍数由1.09增至1.45。反拱带槽爆破片抵抗动态超压的能力强于正拱开缝型爆破片。拟合得到了超压倍数与升压速率的关系式。分析认为,爆破片膜片在承载时的结构变形以及膜片材料的应力应变关系差异,是静态与动态超压下爆破片具有不同响应特性的原因。

泄爆条件下高速响应抑爆装置抑制淀粉爆炸研究

为探究能有效抑爆大型连通容器内粉尘爆炸的安全技术,以ABC干粉为抑爆介质,利用自主研制的抑爆装置,基于爆炸泄放条件下的5 m^(3)工业级容器内开展玉米淀粉-空气混合物爆炸抑制试验,探究该工况下粉尘爆炸超压峰值和火焰传播速度变化规律,并对自主研发的抑爆装置能否有效抑爆进行试验测试。结果表明:泄放条件下容器内最大爆炸压力为19.59 kPa,自容器至连通管道末端压力峰值逐渐减小,火焰传播速度呈现随距离增加而增大的趋势;化学抑爆是爆炸压力波-火焰与高压氮气-抑爆剂雾段相互反应,包含气流对冲、惰化与吸放热的复杂过程,因此抑爆装置的使用需要保留足够的抑爆距离。

粉尘爆炸隔离装置及其应用

在涉粉尘工业生产中,二次爆炸威力远大于一次爆炸威力,通过管道互相连接的存在粉尘爆炸危险的设备设施,管道上宜设置隔爆装置。粉尘爆炸隔离装置是一种用于含有可燃性粉尘的管道上,允许管道内粉尘和气体通过并可靠防止粉尘二次爆炸逆向传播的技术。在管道的合适位置上安装爆炸隔离装置能有效阻止爆炸传播,保障工业生产安全性和高效性。文章分析了几种粉尘爆炸隔离装置的原理和应用参数,结合现场实践提出使用爆炸隔离装置的建议,为相关技术和相关行业提供理论及实践指导。

升压速率对反拱带槽型爆破片爆破压力影响的试验研究

爆破片作为防止设备超压的安全保护装置,已广泛用于各种承压设备上,特别适合升压速率高的爆炸工况。构件受力破坏时,加载速度对构件的破坏效果有较大影响。通常爆破片的爆破压力均在静态缓慢升压下获得的,而对爆炸工况的高升压速率下的爆破压力与静态爆破压力的差别,及高速升压下爆破片的动态响应性如何,目前未见相关研究报道。试验研究了反拱带槽型爆破片在不同升压速率下的爆破压力变化规律,获得了升压速率与爆破压力增加率之间关系,为急速升压设备的安全设计提供参考。

压缩天然气长管拖车气瓶用爆破片安全泄放装置的结构探讨

长管拖车是指将几个或十几个高压大容积无缝气瓶固定在半挂车或集装框架内,用汽车来运输高压气体的运输设备。按相关标准要求,长管拖车气瓶必须安装爆破泄放装置,目前已使用过多种结构泄放装置。这些泄压装置结构不同,其性能特点和安全性也各不同。探讨了几种在长管拖车气瓶上曾使用过的爆破片泄放装置的结构特点及存在问题,为长管拖车气瓶合理选用爆破片装置提供参考。

受损反拱形爆破片失稳压力变化有限元分析

采用有限元分析方法,通过对受到损伤而带有缺陷的反拱形爆破片壳体进行稳定性分析,得到了不同尺寸的缺陷对反拱形爆破片失稳压力的影响结果以及影响失稳压力的最主要几何因素,其结果可为工程应用提供参考。

爆破片失效模式及使用寿命探讨

科学、合理地确定爆破片更换周期是爆破片设计、制造及使用单位的迫切需求。归纳了爆破 片提前失效模式、延迟失效模式及开度失效模式这3种失效模式,定义了爆破片使用寿命,即从爆 破片安装后的初始承压开始至爆破片出现提前失效不能再使用为止的时间周期。探讨了影响爆破 片使用寿命的疲劳、高温蠕变、常温静载及腐蚀等因素。提出从各影响因素对不同类型爆破片使用 寿命影响规律的量化,以及基于使用寿命确定更换周期安全裕量的方法这2方面进行后续研究,以 期为爆破片设计、制造、使用、寿命预测以及更换周期确定提供参考。

夹持条件对反拱形爆破片失稳压力影响研究

采用有限元分析方法,对不同夹持条件下的反拱形爆破片壳体进行稳定性分析,得出了不同边界约束下反拱形爆破片失稳压力的变化,确定了夹持条件对反拱形爆破片失稳压力具有重大影响,其结果可为反拱形爆破片的安装使用提供指导。

从安定性分析上讨论两种正拱形爆破片的最大允许操作比

采用球壳薄膜理论详细分析了两种类型的正拱形爆破片膜片中的总体膜应力,并利用压力容器分析设计中的安定性分析,初步确定了两种类型的正拱形爆破片的最大允许操作比,为爆破片设计、制造及长久使用提供理论指导。

DN200蒸汽管道平盖封头破坏原因分析

采用平板理论对DN200蒸汽管道的平板封头进行了塑性变形与强度破坏分析,分析得出空泡溃灭水锤是引起该封头超压破坏的根本原因,保守计算出空泡溃灭水锤的破坏压力,并对原结构提出了改进措施。

贫燃条件下氢气比例对甲烷/氢气预混气火焰传播的影响

为探究贫燃条件下氢气对甲烷/氢气混合气体火焰传播和传爆能力的影响,测定了甲烷/氢气混合气体的最大试验安全间隙(MESG),在安装波纹板阻火器的DN80管道试验装置上开展火焰传播试验。结果表明:在贫燃条件下,火焰速度受Ф和当量比的控制,当Ф增大时,当量比为主导因素,火焰速度降低;随Ф增加,混合气体的整体活性增大且在Ф小于25%时,火焰传播速度曲线变化相似,在Ф大于30%时,火焰传播速度曲线稳定性较弱,MESG快速下降,临界阻火速度降低,火焰无法在阻火器内淬熄,IIA类爆燃阻火器无法满足阻火需求。

可在线校验与监测的弹簧式安全阀结构设计与试验研究

提出了一种新的安全阀在线校验和监测方法,根据该方法设计了安全阀的结构,并进行了试验研究。

不同粒径PMMA粉尘爆炸特性研究

采用20L球形爆炸测试装置,对比研究了30μm、800 nm、100 nm的微纳米PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)粉尘的爆炸特性,得出纳米粉尘相比微米粉尘具有爆炸升压速率大、爆炸持续时间短的特性;在密闭容器内,100 nm和800 nm粉尘颗粒的最佳爆炸浓度为250 g/m^3,最大爆炸压力P_(max)分别0.821 MPa和0.865 MPa,爆炸指数K_(st)分别为27.3 MPa·m/s和25.8 MPa·m/s;30μm粉尘颗粒最佳爆炸浓度为750 g/m^3,最大爆炸压力0.708 MPa,爆炸指数K_(st)为10 MPa·m/s^1,总体上纳米粉尘的爆炸危害远大于微米粉尘,但由于粒径减小团聚效果增大,100 nm粉尘只在低浓度下(<250 g/m^3)的爆炸威力高于800 nm粒径,当浓度增大,团聚严重,其爆炸威力却低于800 nm粒径,所以对有机纳米粉尘并非粒径越小,爆炸威力越大,而更应关注纳米粉尘在低浓度下的爆炸危害,研究结论可为加工、储存有机纳米材料的安全防护与安全设计提供指导。

无隔热气瓶火灾工况下安全泄放量计算方法比较与讨论

对于无隔热气瓶,如果不考虑外界介质注入及内部化学反应引起的超压,此类容器超压基本是外界温升或火灾引起的气体、液体膨胀所致。对美国CGA S-1. 1无隔热压缩气体气瓶泄放量计算公式进行了推导,确定了压缩气体及液化气体泄放量与泄放面积计算公式,并与GB/T 33215-2016中泄放量计算公式进行了比较,提出了采用GB/T 33215-2016标准计算公式存在的问题,为标准修订提供参考。

残余应力对有缺陷球壳耐疲劳性能影响试验研究

采用试验方法对比研究了壳体内存在残余压缩应力和没有残余压缩应力2种钛材壳体的耐疲劳性。介绍了疲劳试验所需缺陷准球冠形薄壁壳体样件的预制方法及预制样件的合格性爆破测试方法,讨论了样件准备方法的合理性。介绍了疲劳试验样件分组处理方案,基于各组样件处理方式代表的样件热处理与加压状态讨论了壳体极限疲劳破坏次数试验数据,总结了残余压缩应力的作用,认为在受内压疲劳时残余压缩应力部分抵消了内压产生的拉应力,使疲劳应力幅大幅度下降,明显提高了壳体的疲劳寿命。从设备耐疲劳角度看,使承受内压的容器壳体内保持一定残余压缩应力对提高设备的疲劳寿命非常有利。

爆破片安全装置与安全完整性等级探讨

在国内化工装置相继开展安全仪表系统(SIS)配备以及安全完整性等级(SIL)定级等背景下,针对爆破片安全装置,研究人员相继提出“爆破片是否属于安全仪表系统零部件”“爆破片做不做安全完整性等级认证”“爆破片与安全完整性等级有没有关系”三个问题。探讨并解答了这些问题,提出了爆破片后续研究方向。分析认为,爆破片不属于安全仪表系统零部件,不需要做安全完整性等级认证,但是,爆破片与安全仪表系统的安全完整性等级评级有关系,需要明确爆破片分别作为独立事件和独立保护层失效两种情况下的失效概率。后续研究方向为获得爆破片在不同失效模式下的失效率数据。

承压设备接管结构对气体泄放影响的数值模拟研究

根据承压设备气体超压泄放研究中泄放接管的结构往往被忽略的现状,对插入型接管、平齐式接管、倒圆角接管这3种常用泄放接管结构进行模拟分析,得出3种接管结构在其不同结构尺寸、不同亚临界条件和临界条件下的泄放规律,并将其与ISO标准综合泄放系数比较,分析其适用条件。结果表明,亚临界条件下,插入型接管结构的插入管长对泄放没有影响,倒圆角接管结构的圆角半径与泄放系数保持线性正相关。在临界条件下,插入型接管结构在插入管长80-100mm内对泄放阻碍明显,管长再增加则对泄放无影响;倒圆角型接管圆角半径在35-50mm时,对实际泄放有参考意义。同时发现国际标准规定的插入型接管结构的泄放系数（0.68）,在亚临界条件下存在部分不安全泄放,但临界条件下偏保守;平齐式接管泄放系数（0.73）和倒圆角接管泄放系数（0.80）在临界条件下都将引起不安全泄放,临界条件下较合理。

气体绝缘开关用爆破片的使用要求及安装结构设计

爆破片是一种动作准确、灵敏的超压泄放元件,已被广泛用于气体绝缘开关上。目前在气体绝缘开关上使用的爆破片类型主要为正拱形和反拱形。爆破片类型不同,在设备上的安装结构也不同,不正确的安装结构会严重影响爆破片的性能及密封性。介绍了爆破片安全系数选用,讨论了安装结构对爆破片性能的影响,给出了不同类型爆破片的正确安装结构,可为正确使用各种类型爆破片提供参考。

气体绝缘开关用反拱形爆破片损伤后性能变化试验研究

工程上广泛选用的反拱形爆破片是一种动作可靠、性能优异的超压泄放元件,但安装不正确或受到意外损伤时,其性能会发生明显变化,造成设备无法正常运行,试验研究了反拱形爆破片损伤后的性能变化,为用户正确使用反拱形爆破片提供参考。

集成式最大试验安全间隙测定系统研发

为补充国内对最大试验安全间隙(Maximum Experimental Safe Gap,MESG)测定装置研发的不足,参照标准GB/T 3836.11—2017,设计开发了一套操作简便、准确度和精度高、自动化程度高,且可以实时显示间隙值的集成式MESG测定系统。本系统采用步进电机驱动和光栅尺位移标定方法实现间隙自动调整和实时显示的功能,间隙调整精度可达0.005 mm。以8.4%CH_(4)和30%H_(2)的MESG测定值对系统有效性和可靠性进行了验证。结果表明,本系统测定结果与标准中验证数据具有很好的一致性。进一步基于本系统对化学计量比CH_(4)-2H_(2)/Air混合气开展了MESG测定试验,结果显示其MESG为0.720 mm。