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带深圳风采打桩的排气爆燃

提供者:核工程师Matthew Kennedy和废弃物技术副总裁Martin G. Plys,科学博士& Post-Fukushima Services, 福斯克&Associates,LLC(FAI)

最近,福斯的专家&Associates,LLC(FAI)进行了安全分析,以预测嵌套容器内氢燃烧的瞬态响应和潜在后果。该分析可用于对存储或运输容器进行建模,其中内部容器中包含易燃混合物,该混合物在燃烧时会使内部容器失效并挑战外部容器的完整性。如果容器中存在有毒物质,这将是一个特别的问题。

在以下位置开发的排气爆燃模型 固定资产投资 (Epstein,Swift和Fauske,1986,以下称为ESF’86)为当前模型提供了基础。为了对嵌套的存储容器建模,ESF’86进行了修改,以包含与时间有关的边界条件。 ESF’86模型与Chippett的早期模型(Chippett,1984)相比非常好。此外,ESF’86模型已被采纳为美国国家防火协会(NFPA)的标准(NFPA,2013年)。 ESF’86的公式(21)和(22)用于NFPA标准通风口尺寸公式(7.2.2a)和(7.2.2b);请注意,NFPA公式(7.2.2a)中存在印刷错误。

在本示例中,假定在内部容器中发生着火。在内部容器中完全燃烧之后,火焰传播到外部容器。进行燃烧的体积包括已燃烧和未燃烧的气体区域。这些区域处于相等深圳风采下,并且深圳风采通过密度与理想气体等熵体积变化的多方指数关系与密度相关。保守地将燃烧的气体区域理想化为球形,从而使火焰前部面积随距离的平方增加。燃烧过程也被视为绝热的。当内部容器达到深圳风采失效阈值时,未燃烧的气体被排放到外部容器。在燃烧传播到外部容器之前,这导致外部容器中的深圳风采增加,也称为深圳风采堆积。结果是与忽略深圳风采堆积相比,外部容器中的极限深圳风采更高。图1说明了该模型。请注意,尽管示例应用程序和插图是针对嵌套容器的,但在拓扑上,此插图与通过短排气路径连接的两个相同容器之间没有区别。

图1 带深圳风采打桩模型的排气爆燃

 Figure 1   带深圳风采打桩模型的排气爆燃

该模型要求在没有排气的情况下确定燃烧后的深圳风采和温度。这些是使用NASA CEA2代码使用的技术的简化版本计算的(Gordon和McBride,1994)。获得的量是平衡绝热等速完全燃烧(AICC)值。燃烧后气体组成是燃烧后温度下的平衡组成。注意,CEA2已被匹兹堡研究实验室(PRL,以前称为美国矿业局匹兹堡研究中心)接受并使用。

在此处显示的示例问题中,内部和外部容器的体积相同,并且通过路径与泄漏的止回阀连接。该样品中的两个体积均包含空气和氢气的混合物,氢气摩尔分数为15%。两个区域最初都处于大气压下,温度为300 K(27°C)。两个容器之间的泄漏单向阀的面积为0.01 m2,在非常低的深圳风采差100 Pa下打开。

图2和图3分别提供了样品序列的瞬态深圳风采和燃烧完整性。图2显示,大约75毫秒后,外部容器中的深圳风采开始逐渐增加。这表明内部容器已发生故障,未燃烧的气体正在排出外部容器并对其加压。当内部容器中的燃烧完成率达到100%时(在图3中大约为400毫秒),火焰传播到外部容器中。在火焰传播到外部容器中时,外部容器中的深圳风采约为1.7 bara。图2显示,如果在火焰传播时忽略了外部容器中的较高深圳风采,即未进行深圳风采堆放,则外部容器中的最终深圳风采比考虑深圳风采堆放时的最终深圳风采低42%(5.6 vs. 8 bara) 。

总之,已基于ESF'89开发了一种新模型,以扩展对爆燃的分析,以适应深圳风采堆积效应。

图2瞬态深圳风采响应图2瞬态深圳风采响应

图3外容器中的瞬态氢浓度

图3外容器中的瞬态氢浓度

 

参考文献
Chippett,S.,1984年,《泄爆,燃烧和火焰卷模型》。 55,第127-14页。

爱泼斯坦,M.,I.斯威夫特,和H.K.福斯克(Fauske),1986年,声波排放烃爆炸的峰值深圳风采估计                in 球形容器,燃烧和火焰量66,第1-8页。

NFPA,2013,NFPA 68爆燃通风防爆标准,2013年版,国家               火   预防  马萨诸塞州昆西,合伙人。

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