化学工程安全新闻

用压力打孔的脱晶

借助于:Matthew Kennedy,核工程师和马丁G. Plys,SCD,废物技术副总裁&福岛服务,Faoske&Associates,LLC(FAI)

最近,FauSke的专家&Associates,LLC(FAI)进行了安全分析,以预测储氢在嵌套容器中的瞬态响应和潜在后果。该分析可用于模拟存储器或运输容器,其中内容器包含在燃烧时的易燃混合物可以使内容器失效并挑战外部容器的完整性。如果容器中存在有毒材料,这是一个特别的问题。

发泄液相模型开发 (Epstein,Swift和FaeSke,1986年,此后称为ESF'86)为当前模型提供了基础。模型嵌套存储容器ESF'86被修改为包括时间依赖的边界条件。 ESF'86模型与Chippett的早期型号非常良好(Chippett,1984)。此外,ESF'86模型已被采用为美国国家防火协会(NFPA)标准(NFPA,2013)。 ESF'86的等式(21)和(22)用于NFPA标准通风尺寸方程(7.2.2a)和(7.2.2b);请注意,NFPA方程中存在印刷错误(7.2.2a)。

在本示例中,假设在内部容器中发生点火。在内部容器中的完全燃烧之后发生在外部容器上的火焰传播。燃烧的体积包括烧伤和未燃烧的气体区域。该区域处于相等的压力,并且压力与密度有关通过多种型气体的等熵体积变化的密度。燃烧的气体区域保守理想化为球形,使得火焰前面积随着距离平方而增加。燃烧过程也被视为绝热。当内部容器达到压力衰竭阈值时,未燃烧的气体被排出到外部容器。这导致外部容器中的压力增加,在燃烧到外容器中之前也称为压力堆积。结果是外部容器中的较高的极限压力,而不是忽略压力打桩。图1说明了模型。注意,虽然示例应用程序和插图用于嵌套容器,但是拓扑上该图示之间的差异与短通风路径连接的两个相同的容器之间。

 Figure 1   用压力打桩模型排出净化

该模型需要确定燃烧后的压力和温度在没有排气的情况下。这些是使用NASA CEA2代码(Gordon和McBride,1994)所采用的技术的简化版本计算的。所获得的量是平衡绝热等因素完全燃烧(AICC)值。后燃烧气体组合物是在燃烧后温度下的平衡组合物。有人指出,匹兹堡研究实验室(PRL以前称为美国矿业局的匹兹堡研究中心)已被接受和使用CEA2。

在这里呈现的示例问题中,内部和外部容器具有相同的体积,并且通过具有泄漏止回阀的路径连接。该样品中的两个体积含有空气和氢气的混合物,其氢摩尔分数为15%。两个区域最初在大气压下在300k(27℃)的温度下。两个容器之间的泄漏止回阀具有0.01平方米的面积,在非常低的压力差,100pa上打开。

图2和图3分别为样品序列提供瞬态压力和燃烧完整性。图2显示了外部容器中的压力在大约75毫秒后开始逐渐增加。这表明内部容器失效,并且未燃烧的气体通风并加压外部容器。当内部容器中的燃烧完整性达到100%时,在图3中的大约400毫秒,火焰传播到外部容器中。在火焰传播到外容器中的外容器中的压力约为1.7巴拉。图2示出了如果在火焰传播时忽略了外容器中的该压力,即没有压力打桩,则外容器内的最终压力比考虑压力打桩时42%(5.6对8巴拉) 。

总之,基于ESF'89开发了一种新型模型,以延长通风脱晶的分析,以适应压力桩效应。

图2瞬态压力响应

图3外容器中的瞬态氢浓度

 

参考
Chippett,S.,1984年,通风脱晶,燃烧和火焰卷。 55,pp。127-140。

爱普斯坦,M.,I. Swift和H.K. FaeSke,1986年,估计声风排气的碳氢化合物爆炸的峰值压力                in 球形血管,燃烧和火焰卷。 66,pp。1-8。

NFPA,2013,NFPA 68爆炸式防爆标准,爆发通风,2013年版,国家              火 预防 联想,昆西,马。

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