• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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火灾条件下开敞空间LPG储罐的BLEVE试验

段仁武,  李展,  颜海春,  方秦

段仁武, 李展, 颜海春, 方秦. 火灾条件下开敞空间LPG储罐的BLEVE试验[J]. 爆炸与冲击, 2023, 43(12): 125402. doi: 10.11883/bzycj-2023-0057
引用本文: 段仁武, 李展, 颜海春, 方秦. 火灾条件下开敞空间LPG储罐的BLEVE试验[J]. 爆炸与冲击, 2023, 43(12): 125402. doi: 10.11883/bzycj-2023-0057
DUAN Renwu, LI Zhan, YAN Haichun, FANG Qin. Experimental study of LPG storage tank BLEVE in unconfined space under fire[J]. Explosion And Shock Waves, 2023, 43(12): 125402. doi: 10.11883/bzycj-2023-0057
Citation: DUAN Renwu, LI Zhan, YAN Haichun, FANG Qin. Experimental study of LPG storage tank BLEVE in unconfined space under fire[J]. Explosion And Shock Waves, 2023, 43(12): 125402. doi: 10.11883/bzycj-2023-0057

火灾条件下开敞空间LPG储罐的BLEVE试验

doi: 10.11883/bzycj-2023-0057
基金项目: 国家自然科学基金(52278544,52008392)
详细信息
    作者简介:

    段仁武(1998- ),男,硕士,drw0079@163.com

    通讯作者:

    李 展(1990- ),男,博士,副教授,lz.9008@163.com

  • 中图分类号: O381; X932

Experimental study of LPG storage tank BLEVE in unconfined space under fire

  • 摘要: 为研究火灾条件下开敞空间液化石油气(liquefied petroleum gas, LPG)储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(boiling liquid expansion vapor explosion,BLEVE)的荷载特征及爆炸波传播规律,研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置,开展了小尺寸LPG储罐BLEVE试验,分析了LPG储罐的BLEVE过程及超压荷载特征,讨论了滤波片、LPG质量、储罐形状等因素对爆炸超压的影响,总结了已有BLEVE超压荷载的简化计算模型,对比试验数据与简化模型预测结果,给出了简化计算模型的适用范围。研究结果表明:次生蒸气云爆炸对开敞空间BLEVE超压荷载影响有限;BLEVE超压荷载峰值随爆源中心距离的增加而减小,随储存介质质量的增大而增大;在BLEVE超压荷载简化计算模型中,使用Brode模型计算爆炸能量最为保守,Planas模型仅能较准确地预测大尺度试验的结果,Birk模型则能较准确地预测大、中、小尺度试验的结果,但其结果略低于实验结果;规范建议的超压荷载计算方法中,Baker-Tang爆炸曲线法预测效果优于TNT当量法。
  • 图  1  储罐尺寸

    Figure  1.  Dimensions of LPG tanks

    图  2  试验布置图

    Figure  2.  Test setup

    图  3  火灾模拟系统

    Figure  3.  Fire simulation system

    图  4  储罐破坏形态

    Figure  4.  Failure modes of LPG tanks

    图  5  LPG爆炸过程

    Figure  5.  LPG explosion processes

    图  6  LPG储罐爆炸超压时程曲线对比(有/无火球)

    Figure  6.  Overpressure-time history profiles with and without fireball

    图  7  典型工况下LPG储罐爆炸的超压时程曲线

    Figure  7.  Overpressure-time history profiles of typical LPG tank explosion

    图  8  罐体质量对超压峰值的影响

    Figure  8.  Effect of LPG tank mass on overpressure

    图  9  罐体形状对超压峰值的影响

    Figure  9.  Effects of LPG tank shapes on overpressure

    图  10  不同模型[6,8-12]能量预测值的对比

    Figure  10.  Comparison of energy predictions by different models[6,8-12]

    图  11  超压峰值预测结果[6,8-13,15](TNT当量法)

    Figure  11.  Predictions of overpressure peak[6,8-13,15] (TNT equivalent method)

    图  12  BLEVE超压分布(TNT当量法)

    Figure  12.  BLEVE overpressure distribution (TNT equivalent method)

    图  13  超压峰值预测结果[6,8-13,15](Baker-Tang爆炸曲线法)

    Figure  13.  Predictions of overpressure peak[6,8-13,15] (Baker-Tang blast curve method)

    图  14  BLEVE超压分布(Baker-Tang爆炸曲线法)

    Figure  14.  BLEVE overpressure distribution (Baker-Tang blast curve method)

    表  1  试验工况

    Table  1.   Test conditions

    工况 滤波片 储罐质量/g 储罐体积/cm3 储罐长径比(L/D) 储罐形状
    T1 有 230 660 3.00 长罐
    T2 有 110 430 2.00 长罐
    T3 有 450 1380 1.32 扁罐
    T4 有 230 855 0.82 扁罐
    T5 有 110 445 0.78 扁罐
    T6 无 230 660 3.00 长罐
    T7 无 110 430 2.00 长罐
    T8 无 450 1380 1.32 扁罐
    T9 无 230 855 0.82 扁罐
    T10 无 110 445 0.78 扁罐
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    表  2  测试结果

    Table  2.   Testing results

    工况储罐是否产生火球极限压力/MPa压力峰值/kPa
    P1P2P3P4P5P6
    T1L230g是1.881.260.610.330.360.300.26
    T2L110g是1.701.220.860.310.360.340.25
    T3F450g是2.024.181.631.041.271.140.75
    T4F230g是1.614.181.631.121.411.230.92
    T5F110g是2.172.711.000.660.750.660.54
    T6L230g否1.881.520.420.370.520.370.32
    T7L110g否1.700.840.300.280.280.230.14
    T8F450g否2.024.101.831.141.321.270.70
    T9F230g否1.614.601.601.071.361.250.76
    T10F110g否2.172.500.940.660.800.730.52
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    表  3  液相与气相能量对比

    Table  3.   Comparison of liquid and vapor energies

    储罐 储罐体积/cm3 气体填充率/% mL/g mV/g EL/kJ EV/kJ E/kJ
    L230g 660 83 222 8 65.40 1.19 66.60
    L110g 430 58 101 9 28.08 1.28 29.36
    F450g 1380 69 428 22 131.41 3.36 134.77
    F230g 855 54 214 16 57.65 2.22 59.87
    F110g 445 50 97 13 31.03 2.04 33.17
     注: (1)液体和气体能量计算公式:E=m(u1-u2)。(2)$m$为液体或气体质量,$ {m_{\text{L}}} $为液体质量,${m_{\text{V}}}$为气体质量,${E_{\text{L}}}$为液相爆炸能量,${E_{\text{V}}}$为气相爆炸总能量,$E$为爆炸总能量,$ {u_{\text{1}}} $为爆炸前总内能,${u_{\text{2}}}$为爆炸后总内能。
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    表  4  能量计算公式

    Table  4.   Energy calculation method

    来源 能量来源 简化过程 气体行为 折减系数β 能量计算公式
    Brode[8] 气相 恒容过程 理想气体 0.4 $ E = pV\ln \left( {\dfrac{p}{{{p_0}}}} \right) $
    Smith[9] 气相 等温过程 理想气体 0.4 $ E = pV\ln \left( {\dfrac{p}{{{p_0}}}} \right) $
    Prugh[10] 气相 等熵膨胀 理想气体 0.4 $E = \dfrac{{pV}}{{\gamma - 1}}\left[ {1 - {{\left( {\dfrac{{{p_0}}}{p}} \right)}^{^{(\gamma - 1)/\gamma }}}} \right]$
    CCPS[11] 液相+气相 等熵膨胀 真实气体 0.4 $ E = {m_{{\text{L0}}}}{u_{{\text{L0}}}} + {m_{{\text{V0}}}}{u_{{\text{V0}}}} - {m_{\text{L}}}{u_{\text{L}}} - {m_{\text{V}}}{u_{\text{V}}} $
    Planas-Cuchi[12] 液相+气相 绝热不可逆过程 真实气体 0.4 $ E = {m_{\text{T}}}{u_{{\text{L0}}}} - \left( {{u_{{\text{L0}}}} - {u_{{\text{V0}}}}} \right){m_{\text{T}}}x - U $
    Casal[13] 液相 等熵膨胀和绝热不可逆过程 真实气体 0.05/0.14 $E = \beta {m_{\text{L}}}\left( {{h_{\text{L}}} - {h_{{\text{L0}}}}} \right)$
    Genova[15] 液相 等熵膨胀 真实气体 0.07 $ E = \beta {m_{\text{L}}}{c_{{p}}}\Delta T $
    Birk[6] 气相 等熵膨胀 真实气体 1 $E = {m_{\text{V}}}\left( {{u_{\text{1}}} - {u_{\text{2}}}} \right)$
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-23
  • 修回日期:  2023-05-06
  • 网络出版日期:  2023-10-16
  • 刊出日期:  2023-12-12

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