储氢气瓶火烧实验中TPRD失效研究

摘要

本研究进行了大量测试，以探讨在压力释放装置故障时压缩氢气瓶破裂的后果。测试涉及移除压力释放装置的5000 psi（35 MPa）III型和IV型氢气瓶，在SUV上或独立进行火灾模拟。结果显示，III型和IV型氢气罐在火灾侵袭后的失效时间分别为12分18秒和6分27秒。产生的冲击波和火球对周围环境和人员安全构成威胁，碎片可飞行至数十米距离。此外，车辆内部在燃烧试验中很快变得无法忍受。研究还发现，热激活的压力释放装置在特定条件下可能无效。因此，氢的允许碰撞后泄漏率应基于车辆火焰蔓延测试而非汽油能量等效。

正文

进行了大量测试以研究在压力释放装置故障情况下压缩氢气瓶破裂的后果，其中许多由MVFRI赞助并由西南研究所（SwRI）进行。

      这些技术文件描述并分析了为了模拟压力释放装置故障而设计的车辆和氢燃料箱火灾的结果。所有测试都使用了5,000 psi（35 MPa）的III型或IV型压缩氢气瓶，其中压力释放装置被移除以确保破裂是不可避免的。III型火灾测试是在SUV上安装氢气瓶进行的，而IV型火灾测试是独立进行的。这项研究的一般发现表明：5000 psi（35 MPa）的III型和IV型氢气罐在没有压力释放装置的情况下，遭受火灾侵袭后的罐体失效时间分别为12分18秒和6分27秒。

   可以使用先前公布的压力容器爆破相关性预测储罐失效时产生的冲击波峰值压力，但预测需要考虑冲击波的方向性。在车辆篝火试验中，冲击波可能导致距离事件约50英尺（2 psig）的鼓膜破裂，并可能打破距离事件约65英尺（1 psig）的窗户。

   燃油箱破裂产生的火球直径最大范围为8至24米，具有约340 kW/m2的火焰辐射功率。  

 气瓶碎片可飞行至约82米的距离，而一些车辆碎片弹丸则可飞行超过100米的距离。车辆内部在进行车辆燃烧试验约4分钟后变得无法忍受，这是由于高温和一氧化碳浓度过高，尽管气瓶直到试验进行超过12分钟才破裂。在IV型独立篝火试验中，气缸内的压力和温度没有上升到足以激活压力激活或热激活PRD的程度。

   因此，对于热激活的PRD，必须有足够的外部热源来保证激活——当圆柱体暴露于点热源或火焰时，PRD将被证明是无效的。氢的允许碰撞后泄漏率应基于车辆火焰蔓延测试，而不是基于相当于汽油的能量。（数据参考：Analysis of Published Hydrogen Vehicle Safety Research）