外焰加热条件下液化气储罐爆炸原因的定性分析

外焰加热条件下液化气储罐爆炸原外焰加热条件下液化气储罐爆炸原 因的定性分析因的定性分析 1 引言引言 随着液化气的大量使用 液化气储罐爆裂诱发的火灾爆炸 事故不断增多 1998 年 3 月 5 日 西安煤气公司液化石油气管 理所 11 号球罐爆裂 引发火灾爆炸事故 造成 11 人死亡 包 括 7 名特勤消防队员 三十多人重伤 诸如此类的事故造成 了大量财产损失和人员伤亡 因此 很有必要对液化气储罐在 外焰加热条件下的爆裂原因进行分析 以便为储罐设计部门及 消防人员预防类似事故提供参考 2 爆裂原因分析爆裂原因分析 近年来 有关人员对外焰加热 机械碰撞及小孔泄漏条件 下液化气储罐的爆裂进行了一系列研究 并编制了用以分析各 种条件下储罐响应的仿真程序 通过对仿真结果的分析 认为 在外焰加热条件下造成液化气储罐爆裂的原因主要有以下几点 2 1 安全阀打开后压力的上升 在外焰加热储罐的情况下 随着储罐内蒸气区温度的不断 升高 压力将逐渐升高 到达阀门打开压力后 阀门打开 储 罐内压力陡然下降 plgs 仿真结果表明 研究阀门打开后储罐 内压力的变化情况 对分析外焰加热条件下的储罐的爆裂意义 重大 图 1 储罐压力 85 丙烷喷射火焰 图 2 填充量 85 丙烷喷射火焰 图 1 为喷射火焰加热情况下装有 85 丙烷的卧罐内的压力 变化曲线 图 2 为考虑液体膨胀和不考虑液体膨胀时液面的变 化曲线 文献中的现场实验也显示了同样的结果 从图中可以 看出 阀门第二次打开后 储罐内压力首先经历了一个陡然下 降的过程 然后在不长的时间后 储罐压力在阀门打开的情况 下出现攀升 其原因是安全阀打开导致储罐压力的突降 使得 储罐内靠近液面的大部分饱和液体处于相应压力下的过热状态 一方面 这部分过热的液体迅速气化 使得蒸气区的质量大量 增加 此时尽管阀门打开 但由于较强的外焰加热 使阀门泄 放的质量小于气化和蒸发输送到蒸气区的质量 另一方面 液体气化时将在液体内产生大量气泡 使液面迅速抬升 压缩 蒸气空间 从图 2 可以看出 这两个因素都会导致压力的回 升 同时 储罐内压力的升高会使大量气泡破裂 这又会进一 步造成压力的上升 也就是说 阀门打开后导致的压力下降速 率小于以上各种因素导致的压力上升速率 从而使储罐压力不 降反升 从图中可以看出 压力上升的最大值甚至超过安全阀 的打开压力 如果储罐壁由于制造上或受腐蚀的原因存在裂纹 或缺陷 此时极易引发储罐爆裂 阀门打开后储罐压力上升的最大值 主要与液体的过热度 加热储罐的热流强度 阀门及容器的几何尺寸 填充量的多少 等有关 需要指出的是 阀门打开后压力升高引发的爆裂 在 一定条件下可能会诱发 bleve 沸腾液体膨胀蒸汽爆炸 现象 其取决要素主要为液体的性质 液体过热度 加热热流强度 阀门及容器的几何尺寸 填充量等 2 2 储罐壁的热应力及高温引起的材料软化 储罐壁在外焰加热情况下 往往能达到很高的温度 特别 是在蒸气区 由于蒸气与壁面间的综合换热系数小 蒸气区部 分壁面温度能达到 800 左右 表 1 为文献的实验中测得的储罐 爆裂提供了前提条件 在液体区 液体与壁面间的换热系数很 大 因此壁面温度较低 由于液面随阀门的打开和关闭而不断 涨落 使得部分壁面时而处于蒸气区 时而处于液体区 由图 3 中可看到 经历着剧烈的温度变化 温度的变化范围在短 时间内可达几百度 如此剧烈的温度变化和高温会在储罐壁内 产生很大的热应力 与压力引起的应力共同作用 导致储罐壁 面爆裂 表 1 图 3 罐壁温度 85 丙烷喷射火焰 3 爆裂过程分析及预防措施爆裂过程分析及预防措施 上面我们分析了诱发爆裂发生的原因 即压力引起的应力 和热应力及储罐壁材料的软化引起储罐壁局部爆裂 使液化气 以气液两相的混合物从裂口喷出 依据受热情况 液体性质 液体过热度的大小 器壁材料的强度不同 可产生三种结果 1 容器壁材料强度能够承受液化气迅速气化导致的压 力增加 则裂口不再扩大 2 容器壁材料强度不能够承受液化气迅速气化导致的 压力增加 则裂口进一步扩大 甚至导致容器爆炸 3 在容器爆裂后裂口在一定时间内不再扩大 随着气 化程度的加剧 裂口重新扩展 直到液化气全部溢出 液化气储罐爆裂事故的预防措施 我们已在文献中提及 这里不再阐述 4 结论结论 通过对 plgs 数值模拟结果的分析 我们可