IV储氢气瓶火烧实验中最快5.5min即可发生爆炸？
摘要
根据我国标准GB/T42612，在火烧实验中，气瓶的TPRD打开时间应不少于10分钟，以确保乘客安全撤离。然而，相关研究表明，在火灾条件下，气瓶可能在较短时间内发生爆破。美国学者和浙江大学研究团队进行了实证研究，发现气瓶在火灾暴露数分钟后破裂，火球瞬间占据整个屏幕，瞬时压力高达数十兆帕。研究还评估了爆破范围和热辐射安全半径，发现一定范围内人员可能受伤，设备可能受损。气瓶泄露涉及热量传递和容器壁降解过程，初始压力越高，爆破时间越短。这些研究结果对于气瓶安全设计和火灾应对具有重要意义。
正文
根据我国标准GB/T42612的规定，在火烧实验中，气瓶的TPRD（温度压力释放装置）打开时间应不少于10分钟。在此过程中，气瓶内的气体 应通过TPRD进行持续泄放，且气瓶不得发生爆破。这应时为乘客安全撤离留下时间，但根据相关研究目前发生爆破的情况也可能小于10min。美国学者Robert Zalosh和Nathan Weyandt在他们的文章《Hydrogen Fuel Tank Fire Exposure Burst Test》中，针对这一问题进行了实证研究。为了模拟TPRD损坏的情况，他们在进行实验时并未在气瓶上安装TPRD泄放装置，如图1所示。其在74.3升储氢气瓶上进行了火烧实验，火灾能量为370kw，初始氢压力为34.3MPa（约5000 psi）。火灾暴露6 min 27秒后，气缸在35.7 MPa下破裂。
图1 实验前储氢气瓶 图 2进行火烧实验中
图3 爆破气瓶残
图4 火球破裂后10毫秒 图5破裂后的火球45毫秒
浙江大学研究团队也进行了相关研究《Consequence assessment of high-pressure hydrogen storage tank rupture during fire test》，试验准备时间约为8 min，然后点燃局部火源。最初最初位于距离TPRD最远的位置，随着火灾试验的进行，火源被扩大，沿整个水箱的长度和宽度产生均匀的温度，17 min 36 s内破裂。一个巨大的火球占据了整个摄像机的屏幕。瞬时压力为44 MPa，不久之后，随着氢气的耗尽，火焰逐渐消失。浙江大学的研究团队近期开展了一项名为《Consequence assessment of high-pressure hydrogen storage tank rupture during fire test》的研究。该研究旨在评估高压氢储存罐在火灾条件下破裂的后果。实验过程分为两个主要阶段：试验准备和火灾试验。在试验准备阶段，研究团队精心设计了实验方案，并对储存罐进行了详细的检查和测试，以确保实验的安全性和准确性，这一阶段的时间约为8分钟。接下来是火灾试验阶段。在这个阶段，研究团队点燃了距离储存罐最远的位置的一个局部火源。初始时，火势较小，但随着时间的推移，火源逐渐扩大。在经过17分钟36秒的燃烧后，储存罐终于承受不住压力而破裂。此时，一个巨大的火球瞬间占据了整个摄像机的屏幕，令人震撼。火球产生的瞬时压力高达44 MPa，这是氢气在高温下迅速消耗的结果。随着氢气的耗尽，火焰逐渐减弱，直至最终消失。整个实验过程中，研究团队对各项数据进行了详细记录，以便后续的数据分析和研究。
其团队也对其爆破范围进行了研究：
在对冲击波过压进行详细分析后，在半径为14.0米的范围内，预计人员将受到轻伤；在半径为65.4米的范围内，设备可能会出现轻微损坏。此外，人员的热辐射安全半径为140米，而设备的热辐射安全半径为52.1米。同样在《Influence of fire intensity, fire impingement area and internal pressure on the fire resistance of composite pressure vessels for the storage of hydrogen in automobile applications》也进行了相关研究，其气瓶在火灾下发生爆破或泄漏的具体数据。
关于气瓶泄露同时发生两个过程。一方面是热量传递进入气瓶，另一方面是容器壁的降解。如果热量传递进入气瓶，因此传递给内衬的速度比降解过程快，那么内衬熔化温度可能会达到，导致泄漏发生。在这种情况下，气瓶通过复合壁减压。如果泄漏不足够快产生，降解壁的剩余强度将无法再承受内部压力的负荷，气瓶将会破裂。 
同样在不同的初始压力下压力越高，爆破时间也经历的越短，70MPa时仅仅332秒就发生爆炸，这与美国学者以及浙大研究人员所做的研究时长6 min 27s，9min36s相近，也未为达到10min。
