地面沉降对埋地PE燃气管道安全影响研究

近年来,地面沉降成为管道事故频发的主要原因。本文分析了PE管道失效的影响因素,基于有限元软件,探究了地面受力情况下地面沉降量及管道本身的应力情况。结果表明:PE管道失效与管道受力情况和时间有关。当地面受力强度增加,地面沉降值增加,管道受到的Von-Mises应力也增加,管道截面压缩变形严重,导致管道整体的安全系数减小。本文为地面沉降作用下的管道安全评估提供理论参考。

基于阿马加分体积定律的高压氦氮混合气配制方法

氦检漏具有灵敏度高、仪器响应快和安全性好的特点,目前常用于高压氢气瓶气密性检测。使用氦氮混合气作为示踪气体可降低氦检成本,而精确配制高压氦氮混合气是获取准确泄漏率的重要前提。基于道尔顿分压定律的压力法配制混合气体成本低、操作简单且配制速度快,但未考虑配制过程中的温升效应和高压对真实气体压缩系数的影响。课题组利用真实气体性能参数对比道尔顿分压定律和阿马加分体积定律,结果表明阿马加分体积定律可以更准确地描述实际高压气体特性,并在此基础上提出了基于阿马加分体积定律的混合气配制方法。实验结果显示:当氦摩尔分数在5%~20%之间时,基于阿马加分体积定律的混合气配制方法可将氦气分数误差控制在2%以内,满足高压氢气瓶气密性实验需求。

低温液氢泄漏至地面形成液池的研究进展

采用低温方法将氢气转变为液氢,是高密度储氢技术的有效方式,而液氢泄漏是液氢储存技术的关键安全问题,也是研究后续扩散、池火、气云爆炸等灾害的源头问题。基于此,叙述了低温液氢泄漏风险场景及泄漏流量确定方法,归纳和评述了液氢泄漏至地面形成液池这一风险场景的实验研究、理论及模型研究、基于计算流体动力学的数值模拟研究等。结果表明:液氢泄漏可能形成气相射流、气液两相射流但未在地面形成液池、气液两相流射流且在地面形成液池3种场景;泄漏流量的确定是液氢泄漏风险评估的重点;现有实验研究基本理解了液氢泄漏至地面形成液池过程的物理现象,仍需理论及模拟方法辅助开展系统、深入研究;基于计算流体动力学的液氢泄漏模拟重难点包括泄漏源项处理、气化模型、湍流模型及计算经济性等。

火灾场景下碳纤维复合高压储氢装置热损伤特征研究

通过火烧试验、水压爆破试验和热分析等手段,研究典型火烧工况下储氢装置的热响应行为、损伤形态及碳纤维复合材料微细观损伤特征。结果表明,在规定火烧条件下储氢装置平均失效压力为41.5 MPa,比常温环境下(35 MPa-166 L水爆压力125.5 MPa)降低约67%;环氧树脂热分解发生在100~600℃,并表现出4个明显的阶段性反应特征;碳纤维热分解主要发生在600~950℃,在849℃时失重速率最快为0.87%/℃;火灾场景下高压储氢装置可能出现火烧损伤、爆炸损伤和热辐射损伤3种典型热损伤模式,其中爆炸场景下碳纤维残余物丝体呈多处层状脆性破碎,具有明显的力学损伤特征。