双氧水分解反应放热失控特性及失控判据

双氧水自热分解反应容易引发反应失控。利用泄放小试模拟实验装置,研究了碱性环境下,质量分数10%,15%的双氧水分解反应失控特性,建立了反应失控的临界判据。结果表明:温和反应阶段,系统温度和压力缓和升高,温升速率保持恒定;失控反应阶段,系统温度和压力急剧上升,温升速率出现明显的峰值;质量分数10%双氧水最高失控温度为90.0℃,最大压力为3.07 MPa,最大温升速率为10.7℃/min。质量分数增大,则失控剧烈程度增大。提出采用温度趋势判据和温升速率均值判据作为反应失控的判定准则。对比质量分数10%,15%双氧水分解反应在不同判据下的失控临界点发现,2种判定准则均能实现失控辨别,但精度取决于阈值设定。单一准则下,小的阈值灵敏,但误报率高。     

二氧化碳管道意外泄漏减压过程的断裂控制研究进展

管道是二氧化碳捕集、利用和封存（carbon capture, utilization, and storage,CCUS）技术产业链中输运大量二氧化碳（CO₂）的最优方式,但其在运行中具有意外泄漏风险。本文从实验和计算机模拟两个方面综述了国内外开展CO₂管道泄漏减压、断裂扩展的研究进展,分析了相态、管材、埋地条件等初始状态对裂纹扩展规律的影响。阐述了状态方程、杂质因素、理论模型对开展实验和模拟计算研究的影响。归纳了适用于建立减压波预测模型的状态方程,开展流固耦合研究的理论方法和模拟仿真软件,设计CO₂输运管道参考的技术文档。总结了当前CO₂管道泄漏减压、断裂扩展控制研究方面需深入研究的科学问题,展望了亟待开展的研究内容,包括构建多元混合物状态方程在三相点、相间线的计算模型;探究裂纹裂间处CO₂热物性质与裂纹断裂扩展的耦合关系;建立管道止裂准则,开发、优化CO₂输运管道专用止裂器。     

弯矩下含肩部穿透裂纹接管应力强度因子研究

在弯矩作用下,含裂纹接管的应力强度因子研究鲜见报道,其研究结果对丰富缺陷压力容器的安全评定具有重要的意义。采用三维有限元方法,对含肩部穿透裂纹接管在弯矩作用下裂纹的应力强度因子KIM进行计算和分析。研究结果表明,弯矩与KIM呈线性关系,裂纹长度越大,KIM越大;接管和容器的壁厚增加、容器开孔增大,KIM均减少。同时给出了KIM拟合式和KIM与各参数关系以用于对此类缺陷的安全评定。     

顺次及交叉加载方案下螺栓弹性交互作用规律

由于螺栓之间存在弹性交互作用,采用力矩方法逐个加载螺栓难以获得均匀一致的预紧载荷。试验研究了顺次及交叉多轮加载方案下螺栓的弹性交互作用规律。螺栓采用8根M20×1．5双头螺柱,材料35CrMoA。采用应变片和应变仪实时监控螺栓载荷,采用力矩扳手加载。结果表明,在螺栓加载过程中存在两种弹性交互作用：正作用和负作用。弹性交互作用使交叉加载和顺次加载的最终载荷分布分别呈现W形和N形。分析了正作用和负作用的规律,依据规律提出了优化的加载方案,可将弹性交互作用系数方阵[A]m×n简化为三对角阵,提高了弹性交互作用系数法的实用性。     

气瓶安全泄放量计算方法探讨

基于目前国内外标准中对气瓶安全泄放量的计算存在诸多差异的现状,对国内原气瓶用爆破片标准GB16918--1997、美国压缩气体协会标准CGAS-1．1-2005、美国石油学会标准API521q007中气瓶泄放量的计算方法进行了分析。将CGAS-1．1安全泄放量公式中空气的当量体积排放量推导转化为实际介质的安全泄放质量流量,该成果有助于正确理解和应用CGAS～1．1标准。分析比较认为：CGAS公式计算结果较API相比,爆破片计算面积差别不大,但泄放阀结果明显偏大,API521中对受火引起超压的气瓶泄放面积计算,具有扎实的理论基础,但对因其他原因导致的超压,适用性有待考证。GB16918中气瓶安全泄放量公式采用的是CGAS-1．1中适用于单一压力泄放阀的泄放量公式,因此当泄放装置采用爆破片时,不能采用GB16918进行计算,建议补充完善GB16918中安全泄放相关内容。     

惰性气体对粉尘爆炸泄放特性影响的实验研究

爆炸泄放和爆炸抑制是工业上降低粉尘爆炸危害性的两个重要手段,同时实现粉尘爆炸抑制和泄放共同作用的效果值得关注。基于标准20 L球形粉尘爆炸装置侧向开泄放口,实验研究不同泄放口径和静态动作压力时CO₂/N₂对石松子粉泄放过程压力的影响,采用热重分析法分析了石松子粉尘分别在CO₂、N₂氛围的热重变化。结果表明,在20 mm泄放口径时,随着CO₂/N₂浓度的增加,泄放压力的降低幅值逐渐增大,且CO₂对粉尘爆炸泄放最大超压的减小效果要优于N₂。泄放压力值随着CO₂浓度的增加基本呈线性降低,当体系中的CO₂和N₂浓度增加到10%时对体系泄放压力值的降低效果开始趋于一致。对于40 mm泄放口径,添加相同浓度的CO₂体系泄放压力值要略低于N₂,降低幅值为6%~8%。对于60 mm泄放口径,CO₂/N₂两者抑制效果差别不大,且在添加浓度不超过8%时对体系泄放压力值的降低幅值影响较小。通过TGA曲线可以发现,在N₂气氛和CO₂气氛的热流条件中,石松子粉的热解过程在370℃左右开始出现明显的差异,CO₂气氛中石松子粉的热解速率要快于其在N₂气氛中的,因此在这个过程中CO₂的存在一定程度上会促进石松子粉的热解,随着热解温度进一步提升,CO₂对石松子粉热解的抑制效果开始逐渐体现。     

密闭空间内聚乙烯粉尘爆炸火焰传播特性的实验研究

采用竖直、可视粉尘爆炸火焰传播实验平台,结合粒子图像测速PIV技术测得喷粉的冷态流场分布,研究聚乙烯粉尘在密闭容器内的爆炸火焰传播特性,探讨火焰结构与锋面位置的动态变化、火焰传播速度等参数的变化规律。结果表明,在200～1000 g/m³浓度范围内,低浓度聚乙烯粉尘爆炸火焰呈不连续片羽状结构,火焰锋面呈离散的星点状。粉尘浓度增加,火焰连续性及亮度增强,锋面呈齿状,并在400 g/m³火焰最明亮,火焰平均传播速度均随粉尘浓度的增加先增大后减小。采用均方根湍流速度量化体系整体脉动幅度,浓度接近最佳爆炸浓度400 g/m³时,均方根湍流速度为3.21 m/s。     

超临界CO2管道减压过程中的热力学特性

基于工业规模CO₂管道（长258 m,内径233 mm）实验装置开展了3组不同泄放口径的超临界CO₂的泄放实验,测量了CO₂减压过程中管内介质压力变化以及介质与管壁的温度分布,分析了减压过程中CO₂相态、密度变化及管壁内外传热过程。研究表明,超临界CO₂泄放导致管内介质压力、温度及管壁温度均下降,最终趋于稳定,介质由超临界相变为气液两相最终变为气相。初始阶段的温降幅度最大,对流换热强度最大。距离泄放端越远,管内顶部和底部介质的温降幅度越大,对流换热强度越小,在泄漏口附近的对流换热最为剧烈。随着泄放口径的变大,泄放时间和管道内介质与管道的换热时间都变小,且沿着管道方向的管道内流体和管壁的温度梯度变大,对流换热强度也变大。     

高温法兰接头升温速度对垫片应力影响研究

法兰接头内壁升温速度对垫片应力的变化有重要影响。采用ANSYS有限元分析软件对采用柔性石墨垫片的高温法兰接头分别进行了瞬态和稳态的热-结构耦合分析。结果表明,基于两种分析方法的升温后最终垫片应力均降低;升温速度过快会对垫片造成不可逆转的压缩性破坏;对于DN200,PN40无保温层的法兰,其升温速度低于6.8 K/min时,用稳态温度场代替瞬态温度场的热-结构耦合场分析,两种方法垫片应力的最大值误差在5.0%范围内,垫片外侧(考察点处)应力误差约在10.7%以内。     

可燃气体(或蒸汽)最大试验安全间隙测试装置研发

参照IEC79《Method of Test for Ascertainment of Maximum Experimental Safe Gap》以及GB 3836.11—2008《由隔爆外壳"d"保护的设备最大试验安全间隙测定方法》,并将标准中的手动间隙调整结构自动化,设计开发了一套自动化程度高的可燃气体(或蒸汽)的最大试验安全间隙测试装置。对不同浓度的C3H8气体最大试验安全间隙值进行了测定并与标准值进行了比较。结果表明,该装置具有较高精度。