一种储氢气瓶火烧试验安全防护方法技术

本发明专利技术属于储氢容器试验安全防护技术领域，具体涉及到一种高压储氢气瓶在火烧试验条件下安全防护的方法。所述的一种储氢气瓶火烧试验安全防护方法，主要包括如下步骤：第一步，建立、安装防护措施；第二步，计算试验安全距离；第三步，计算试验防火距离。所述的第一步，在火烧试验装置周围建立、安装安全防护措施。所述第二步，包括：计算储氢气瓶的气体膨胀能量、把膨胀能换算成TNT当量、计算氢气爆炸的TNT当量、计算燃料罐爆炸的TNT当量、计算总TNT当量、计算总TNT当量下的试验安全距离。所述第三步，包括：计算氢气爆炸火球半径、计算燃料爆炸火球半径、计算试验防火距离。

【技术实现步骤摘要】
一种储氢气瓶火烧试验安全防护方法
本专利技术属于储氢容器试验安全防护
，涉及到一种高压储氢气瓶在火烧试验条件下安全防护的方法。
技术介绍
GB/T35544-2017《车用压缩氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶》中规定，气瓶应进行火烧试验，气瓶充装介质采用氢气或空气，规定高压储氢气瓶必须经历局部火烧与整体火烧两个火烧过程。然而，耐火性能差的试验气瓶极有可能在火烧试验过程中发生爆炸，试验危险性较大。因此，建立火烧试验安全防护保障措施，确定火烧试验安全距离，以保障试验人员人身安全就显得格外重要。国外氢能先进国家目前都采用氢气作为重装介质进行火烧试验，这样可以模拟气瓶的真实使用情况，检测结果更可信。国内目前试验条件所限暂时可以采用空气作为充装介质，今后还是会向氢气这种方式发展。采用氢气作为充装介质进行火烧试验其危险性要远远高于空气。因此，将以使用氢气作为气瓶充装介质进行火烧试验，且PRD与安全保护系统均出现故障而无法泄放瓶内高压氢气这一最危险情况来确定火烧试验的安全防护措施及确定安全距离。
技术实现思路
高压储氢气瓶火烧试验过程中，爆炸源主要有两个：一是高压储氢气瓶，二是提供燃料的燃料罐(以液化石油气为例)。两者发生爆炸，其危险主要包括爆炸碎片、压力波和爆炸火球，应分别对这三种因素进行安全防护。一种储氢气瓶火烧试验安全防护方法，具体步骤如下：第一步：建立、安装防护措施；第二步：计算试验安全距离；第三步：计算试验防火距离。如上所述的第一步，在火烧试验装置周围建立、安装安全防护措施，用于对火烧试验储氢气瓶发生爆炸情况下的爆炸碎片进行防护，并对爆炸压力波进行一定的防护。如上所述的防护措施包括深坑、顶部防爆铁网、防爆墙、沙袋等。如上所述的第二步，具体包括如下步骤：步骤2.1计算储氢气瓶的气体膨胀能量：气体膨胀能量由可由下式得到：式中：E膨胀——气体膨胀能，MJ；Pb——试验气瓶爆炸时的爆破压力，MPa；P0——试验场地的大气压力，MPa；V1——试验气瓶的水容积，m3；γ1——爆炸条件下瓶内高压氢气的定压比热容与定容比热容的比值。步骤2.2把膨胀能E膨胀换算成TNT当量W膨胀，公式如下：式中：W膨胀——膨胀能TNT当量，kg；E膨胀——气体膨胀能，MJ；k——TNT爆炸能换算系数，4.19MJ/kg；步骤2.3计算氢气爆炸的TNT当量W爆炸1：氢气爆炸的TNT当量按如下方式确定：W爆炸1＝α·m氢气式中：W爆炸1——氢气爆炸TNT当量，kg；m氢气——气瓶中氢气的质量，kg；α——TNT当量换算系数。步骤2.4计算燃料罐爆炸的TNT当量W爆炸2：燃料罐的爆炸TNT当量确定如下：W爆炸2＝β·m燃料式中：W爆炸2——燃料罐的爆炸TNT当量，kg；m燃料——燃料最大储量，kg；β——TNT当量换算系数。步骤2.5计算总TNT当量W总：W总＝W膨胀+W爆炸1+W爆炸2步骤2.6计算TNT当量W总下的试验安全距离：根据TNT爆炸峰值超压计算公式：式中：Ps——TNT当量为W(kg)，距离为R(m)的超压，MPa；分别计算得到两公式中Ps≤0.005MPa时R的值，取两值较大者为安全距离R安全。如上所述的第三步，具体包括如下步骤：步骤3.1计算氢气爆炸火球半径：氢气爆炸火球半径公式如下：R氢气＝δ·m氢气1/3式中：R氢气——氢气爆炸火球半径，m；m氢气——瓶内氢气质量，kg；δ——计算系数。步骤3.2计算燃料爆炸火球半径：燃料火球半径公式：R燃料＝θ·m燃料1/3式中：R燃料——燃料火球半径，m；m燃料——燃料质量，kg。θ——计算系数。步骤3.3计算试验防火距离：防火距离为：R防火＝ε·Rmax式中：R防火——防火距离，m；Rmax——R氢气与R燃料中较大者，m；ε——计算系数。通过本专利技术的安全防护方法，可设置有效的安全防护措施、设置合理的安全距离、防火距离，可保障储氢气瓶火烧试验的安全顺利进行。附图说明图1为本专利技术的储氢气瓶火烧试验安全防护方法流程图。具体实施方式结合附图和具体实施案例对本专利技术进行进一步描述。以某储氢试验气瓶为例。第一步，在火烧试验装置周围建立、安装安全防护措施，用于对火烧试验储氢气瓶发生爆炸情况下的爆炸碎片进行防护，并对爆炸压力波进行一定的防护。如上所述的防护措施包括深坑、顶部防爆铁网、防爆墙、沙袋等。第二步：步骤2.1计算储氢气瓶的气体膨胀能量：气体膨胀能量由可由下式得到：式中：E膨胀——气体膨胀能，MJ；Pb——试验气瓶爆炸时的爆破压力，MPa；P0——试验场地的大气压力，MPa；V1——试验气瓶的水容积，m3；γ1——爆炸条件下瓶内高压氢气的定压比热容与定容比热容的比值。步骤2.2把膨胀能E膨胀换算成TNT当量W膨胀，公式如下：式中：W膨胀——膨胀能TNT当量，kg；E膨胀——气体膨胀能，MJ；k——TNT爆炸能换算系数，4.19MJ/kg；步骤2.3计算氢气爆炸的TNT当量W爆炸1：氢气爆炸的TNT当量按如下方式确定：W爆炸1＝α·m氢气式中：W爆炸1——氢气爆炸TNT当量，kg；m氢气——气瓶中氢气的质量，kg；α——TNT当量换算系数。步骤2.4计算燃料罐爆炸的TNT当量W爆炸2：燃料罐的爆炸TNT当量确定如下：W爆炸2＝β·m燃料式中：W爆炸2——燃料罐的爆炸TNT当量，kg；m燃料——燃料最大储量，kg；β——TNT当量换算系数。步骤2.5计算总TNT当量W总：W总＝W膨胀+W爆炸1+W爆炸2步骤2.6计算TNT当量W总下的试验安全距离：根据TNT爆炸峰值超压计算公式：式中：Ps——TNT当量为W(kg)，距离为R(m)的超压，MPa；分别计算得到两公式中Ps≤0.005MPa时R的值，取两值较大者为安全距离R安全。第三步：步骤3.1计算氢气爆炸火球半径：氢气爆炸火球半径公式如下：R氢气＝δ·m氢气1/3式中：R氢气——氢气爆炸火球半径，m；m氢气——瓶内氢气质量，kg；δ——计算系数。步骤3.2计算燃料爆炸火球半径：燃料火球半径公式：R燃料＝θ·m燃料1/3式中：R燃料——燃料火本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储氢气瓶火烧试验安全防护方法，主要包括如下步骤：第一步，建立、安装防护措施；第二步，计算试验安全距离；第三步，计算试验防火距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种储氢气瓶火烧试验安全防护方法，主要包括如下步骤：第一步，建立、安装防护措施；第二步，计算试验安全距离；第三步，计算试验防火距离。


2.根据权利要求1所述的第一步，在火烧试验装置周围建立、安装安全防护措施。


3.根据权利要求2所述的安全防护措施包括深坑、顶部防爆铁网、防爆墙、沙袋等。


4.根据权利要求1所述的第二步，包括：计算储氢气瓶的气体膨胀能量、把膨胀能换算成TNT当量、计算氢气爆炸的TNT当量、计算燃料罐爆炸的TNT当量、计算总TNT...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏嘉南，时云卿，申娟，赵康，阎玮，朱晓彤，安刚，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11