[0001] 本发明涉及一种泄漏诱发储罐沸腾液体膨胀蒸气爆炸效应测试装置，以及采用该测试装置的泄漏诱发储罐沸腾液体膨胀蒸气爆炸效应测试系统。

[0002] 各类压力容器爆炸的原因多种多样，其中沸腾液体膨胀蒸气爆炸引发储罐爆炸(Boiling liquid expanding vapor explosion,BLEVE)现象是物理爆炸中最典型的一种。其发生的本质其实就是气液相共存状态的高压容器，由于外界机械打击或热辐射等原因产生裂口，瞬态的压降导致罐内液体到达过热极限而迅速气化，从而使内部物质过热迅速爆炸性沸腾，容器内大量蒸气及很高动能两相流体的超压作用导致储罐发生爆炸。BLEVE具有极大的破坏性，常常伴随着毁坏容器并将容器撕成碎片的冲击波，且高速抛射容器碎片对一定范围内建筑物、设施及人员造成严重伤害，甚至引发二次事故。因此，高压储罐BLEVE发生机理及灾害防治过程的基础技术问题被广泛研究。

[0003] 国内外学者探究压力容器内部各参数（如初始压力、液位、开口大小、热分层）对BLEVE发展过程的影响，但是着重于单一因素的作用机制研究，缺少对多因素耦合对储罐BLEVE影响作用分析，且缺乏对机械打击作用导致储罐不同位置裂口对BLEVE发生过程的影响研究，及BLEVE次生超压或机械打击作用导致容器二次裂口的作用机理研究。

[0021] 如图1-4所示，本发明所述的一种泄漏诱发高压储罐冷BLEVE的实验系统，包括抽真空与补水系统、实验主体装置、爆破片、监测系统、控制系统及数据采集系统，所述实验主体装置包括储罐1以及安装在其下方的支架2；所述储罐1为尺寸150mm×150mm×772mm的方形不锈钢非标储罐，其内容积为17L，最大耐压2.4MPa，耐温200℃；所述储罐1的前侧壁从上至下等距设有观察窗11，通过观察窗可以分别观测到容器20%±12%、50%±12%、80±12%高度范围的内部气泡及两相流的变化；所述储罐1的顶部开设有圆孔，圆孔上覆有耐压玻璃，所述耐压玻璃上方设有LED灯12，LED灯由控制系统控制开关，可以照亮容器内部，更清楚地观察内部气泡及两相流的变化。

[0022] 所述抽真空与补水系统包括水环真空泵3、系统补水口4、主管线15、真空管31、进水管41、自动控制加水/真空阀14，所述水环真空泵3和系统补水口4分别对应连接真空管31和进水管41，所述储罐1的顶部设有单相补水及真空阀口13、排空阀口10，单相补水及真空阀口13通过主管线15连接自动控制加水/真空阀14，自动控制加水/真空阀既用作抽真空口，又来用作加水口；所述排空阀口10通过排空管连接安全排空阀，本实施中，安全排空阀与自动控制加水/真空阀重合，因此安全排空阀未在图1中显示；所述主管线15、真空管31和进水管41三者通过三通连接，所述真空管31和进水管41上分别安装有手动真空控制阀32和手动补水控制阀42。

[0023] 所述爆破系统包括6个爆破片5，所述储罐顶部及右侧壁分别设有爆破片口16，每个爆破片口对应连接一个爆破片，侧壁上的爆破片分别安装在储罐的10%、30%、50%、70%及90%的高度，当容器内部压力达到其设计压力值便会自动泄放，不同裂口大小可以通过定制不同口径大小的爆破片来实现。

[0024] 所述监测系统包括压力变送器6和铠装热电偶7，用以监测容器内部压力和温度的变化；本实施例中采用HM90型高频压力变送器（测压范围0-2MPa），所述储罐的顶部及侧壁上分别设有压力变送器口17，5个压力变送器分别分布在储罐的顶部以及侧壁30%、50%、70%、90%高度处，用以测量泄压过程中的容器内部的压力响应，且压力变送器的电缆线外部包有绝热胶布，以防止外界高温对线路造成损坏；所述储罐1的底部还开设有排液口18、热电偶口19和加热棒口17，电加热棒20设在储罐内部并与加热棒口17连接，通过抽真空系统与电加热棒内部接触加热实现系统加压，热功率为2.5kW，调节真空度及加热时间以达到实验所需的高压状态；不同长度的K型热电偶成束从容器底部插入，用于测量不同高度介质的温度响应；所述压力变送器、铠装热电偶分别通过导线与位于储罐外的数据采集系统连接；
所述储罐底部设有与排液口连接的排泄管8，所述排泄管8上设有自动排泄阀9。

[0025] 控制系统用于抽真空控制、加水控制、自动安全排空及动力系统控制；抽真空与加水系统的控制如前所述，自动排空阀与顶部压力变送器联锁，当压力达到一定限值时，安全排空阀接受压力变送器给予的信号后自动打开，当压力回到一定值时，阀门重新关闭；动力系统包括空压机，其独立于储罐外，空压机通过气管连接于各个气动球阀（包括自动控制加水/真空阀，安全排空阀，自动排泄阀），为各个气动球阀提供动力，为使附图简洁，图1中未显示空压机；控制系统控制自动控制加水/真空阀、排空阀、排泄阀及照明灯、水环真空泵、空压机的开/关。

[0026] 进水管和系统补水口、排空管和排空口、排泄管和排液口分别通过真空卡箍连接，以保证加水、排气、排水的密封性，不泄漏。

[0027] 实施例1研究单裂口情况下，多因素耦合（泄漏位置、初始过热度、液位和裂口大小）对BLEVE的影响，进行泄漏诱发高压储罐冷BLEVE规律测试的操作方法，其步骤如下：
1）安装爆破片：根据实验需要，选择其中一个裂口位置，安装爆破片，本装置爆破片夹持器与储罐壁通过螺纹口连接，爆破片的口径根据实验需求定制，其余爆破片口用旋塞堵住；
2）抽真空与加水：
（1）打开空压机开关，控制系统控制空压机开始工作；
（2）手动打开真空控制阀、关闭补水控制阀；
（3）打开自动控制加水/真空阀进行抽真空操作；
（4）待抽真空操作结束后，手动关闭真空控制阀、打开补水控制阀进行加水操作；
（5）待液位到达实验所需求的液位后，先关闭自动控制加水/真空阀按钮，再关闭手动补水控制阀；
3）打开电加热棒，使储罐中液体达到实验所需的加压状态；
4）当压力接近爆破片的爆破压力时，打开数据采集系统及高速摄影（频率设为500帧每秒），开始采集数据和拍摄；数据采集系统采用美国安捷伦U2331A型多通道数据采集模块同步采集数据，采样率可高达单通道3MSa/s，多通道1MSa/s，分辨率为12bit；高速摄影机位于储罐外对着正面的玻璃窗进行拍摄；当压力达到爆破片爆破压力时，爆破片自动打开；
5）当裂口停止排出介质或者排出的介质很少时，视为BLEVE过程结束，此时关闭数据采集及高速摄影；
6）打开控制柜自动排泄按钮，容器底部的气动球阀自动打开，排出容器内部液体，待容器内部液体排尽，关闭球阀；
7）关闭空压机，关闭电源；
8）根据数采测得数据绘制温度压力随时间变化的曲线，结合拍摄的图片，分析数据；
9）卸下爆破片，安装上旋塞。

[0028] 本装置可以综合研究介质初始过热度（即初始压力）、液位、裂口大小及开口位置对BLEVE的影响，判断各个因素对BLEVE的影响程度，以及导致BLEVE超压最严重的情况；由于每个因素的水平数较多，可采用正交实验（拟水平）的方法简化实验；由于开口位置的水平数与其余3个因素不同，所以采用拟水平法，缺少的水平用气相代替，详见图5，图5中过热度是指压力泄放前过热水的初始温度与水的常压沸点，即与100℃之差；实验记录表见图6，图6中Pmax为泄压后的第一个压力峰值，Pi为爆破片设定的初始爆破压力，△trise是压力上升的时间，△Prise=Pmax-Pi，为相对压力上升值，1’表示用水平1代替缺失的水平4。

[0029] 实施例2研究次生超压或机械打击作用导致容器二次裂口情况下BLEVE的演变时，其操作方法步骤如下：
1）安装爆破片：选取两个爆破压力分别为a MPa和b MPa（a略小于b）的爆破片，口径均为40mm，选择90%高度和顶部的裂口位置，安装爆破片，其余爆破片口用旋塞堵住；
2）抽真空与加水：
（1）打开空压机开关，控制系统控制空压机开始工作；
（2）手动打开真空控制阀、关闭补水控制阀；
（3）打开自动控制加水/真空阀进行抽真空操作；
（4）待抽真空操作结束后，手动关闭真空控制阀、打开补水控制阀进行加水操作；
（5）待液位到达实验所需求的液位后，先关闭自动控制加水/真空阀按钮，再关闭手动补水控制阀；
3）打开电加热棒，使储罐中液体达到实验所需的加压状态；
4）待压力接近爆破片的爆破压力aMPa时，打开数据采集系统及高速摄影（频率设为500帧每秒），开始采集数据和拍摄；数据采集系统采用美国安捷伦U2331A型多通道数据采集模块同步采集数据，采样率可高达单通道3MSa/s，多通道1MSa/s，分辨率为12bit；高速摄影机位于储罐外对着正面的玻璃窗进行拍摄，容器内部压力达到爆破片的爆破压力（a MPa）后自动打开，由于压力骤降会导致液体过热沸腾并产生超压，若超压高于b MPa，则顶部的爆破片也会打开；
5）当裂口停止排出介质或者排出的介质很少时，视为BLEVE过程结束，此时关闭数据采集及高速摄影；
6）打开控制柜自动排泄按钮，容器底部的气动球阀自动打开，排出容器内部液体，待容器内部液体排尽，关闭球阀；
7）关闭空压机，关闭电源；
8）根据数采测得数据绘制温度压力随时间变化的曲线，结合拍摄的图片，分析数据；
9）卸下爆破片，安装上旋塞。

[0030] 在实际工业储罐的储存中，会在储罐上安装爆破片或安全阀，初次打击导致了BLEVE的发生，如果由于内部BLEVE引发的超压导致爆破片或安全阀打开，这就形成了二次裂口，即由于机械打击导致了二次裂口。本装置还可以研究在BLEVE超压引发二次裂口(或是碎片二次打击导致二次裂口)的情况下BLEVE的发展。

[0031] 如附图1，当容器内液位为50%时，选用顶部和高度为90%处的爆破片，其余几处爆破片用旋塞堵住，90%处爆破片的设定压力比顶部处略低；当加热导致内部压力达到90%处爆破片的设定压力后，爆破片瞬间打开，若选取初始爆破压力和爆破片口口径足够大，则内部会产生高于初始爆破压力的超压值，此时顶部的爆破片会打开，通过高速摄影观察该过程内部气泡、两相层及压力的变化。

[0032] 本装置可研究在机械打击情形下在储罐不同位置产生裂口而导致超压的情形，监测内部温度和压力变化，并可以满足改变过热度、裂口位置、液位以及裂口大小（通过安装不同口径的爆破片实现）这几个变量，研究多因素耦合情况下对BLEVE的发展的影响，并判断造成BLEVE超压最严重时的工况。

[0033] 通过改变液位以及过热水气相的初始压力，探究能造成BLEVE超压的临界液位和临界过热度，同时容器多处爆破片的设置可研究二次裂口对BLEVE发展过程的影响，高速摄影透过玻璃窗可观察内部气泡及两相层的变化。

[0034] 以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。