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RobertZalosh和NathanWeyandt在他们的文章《HydrogenFuelTankFireExposureBurstTest》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5000psi)。火灾暴露6min27秒后,气缸在35.7MPa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《Consequenceassessmentofhigh-pressurehydrogenstoragetankruptureduringfiretest》,试验准备时间约为8min,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,17min36s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44MPa,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《Consequenceassessmentofhigh-pressurehydrogenstoragetankruptureduringfiretest》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44MPa,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《Influenceoffireintensity,fireimpingementareaandinternalpressureonthefireresistanceofcompositepressurevesselsforthestorageofhydrogeninautomobileapplications》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6min27s,9min36s相近,也未为达到10min。