[发明专利]储罐内爆多场耦合实验测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及对储罐研究的实验装置，具体涉及储罐内爆多场耦合实验测试装置。

背景技术

立式储罐作为一种重要的储存设备，在各行业中应用非常广泛，特别是在石油石化行业介质储存中，各反应介质、成品油与原油均为该种结构的储存容器。由于其内部储存介质极易挥发出可燃气体，若有意外因素充当“点火源”，就会导致储罐发生爆炸。该类事故的发生，主要是由于其内部储存介质发生燃烧爆炸，导致储罐在瞬时超压和升温作用下发生内爆破坏。这类储罐结构的内爆破坏，是一种典型的气液内爆与结构相互作用的多场耦合动力学响应问题。当前我国石油对外依存度逐年增加，2014年已逼近60%，远超国际警戒线，特别自2014年7月以来，油价经历“十三连跌”之后，我国更增加了原油的进口与储存，这都使储罐的安全生产日益受到重视。罐内油气燃爆，不仅会导致储罐结构破坏，还有可能在整个罐区引发多米诺效应，造成人员伤亡和重大财产损失。

浙江大学邓贵德等人采用单层厚壁圆柱形容器，对其内部安放当量TNT爆炸后，圆柱形容器的轴向压力进行了测试。通过该实验装置可测量圆柱容器单一方向的压力变化情况。但该实验装置由于采用了厚壁圆柱形容器，与真实储罐薄壁结构差异较大。由于爆炸压力为空气压缩波，其爆炸压力的大小与结构形状密切相关，当结构为薄壁容器时，爆炸压力会使结构变形，而结构变形反过来会影响压缩波的形状进而影响爆炸压力的大小，即气体压力与结构的流固耦合作用。但该实验装置明显采用了厚壁结构，与储罐内爆的真实情况不符。

哈尔滨工业大学路胜卓等人通过乙炔和空气的混合气体，对拱顶储罐模型在外爆下的动力响应情况进行了测试，测试中可实现不同液位高度下储罐应变、压力的测试。但该实验装置主要是模拟储罐外爆载荷下的响应情况，且外爆载荷对储罐冲击位置无法调整。

从上述各实验测试装置来看，其共同的目的均是为了测量爆炸载荷作用下储罐结构的响应问题，但与储罐结构真实发生爆炸的情况相比具有以下几方面缺陷：一是对起爆点的模拟单一，二是测量参数单一，三是无法考虑气—液—固三相耦合问题，而这三个方面正是实验装置能否真实模拟储罐爆炸的关键问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供储罐内爆多场耦合实验测试装置，这种储罐内爆多场耦合实验测试装置用于解决现有储罐实验测试装置存在起爆点模拟单一、测量参数单一、无法考虑气—液—固三相耦合的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种储罐内爆多场耦合实验测试装置包括实验储罐、点火器、储水槽、氧气瓶、可燃气瓶，实验储罐上设置有点火器套筒、温度传感器套筒，点火器套筒与温度传感器套筒结构相同且尺寸相等，温度传感器套筒有多个，温度传感器套筒分别布设在实验储罐的罐顶、罐壁上部、罐壁下部，罐壁上部、罐壁下部的温度传感器套筒位于一条竖直线上，距该竖直线的最远的罐壁对称设置两个温度传感器套筒，点火器的点火咀与点火器套筒可拆卸连接，各温度传感器与相应的温度传感器套筒可拆卸连接；点火咀位于实验储罐内，储水槽通过水管连接至实验储罐，氧气瓶、可燃气瓶分别通过管线与实验储罐连接；每个温度传感器安装处对应安装一个压力传感器，实验储罐罐壁对称布置两个位移传感器，自实验储罐的罐顶至罐壁下部同一直线上均匀设置多个应变传感器，与该直线相垂直的一条直线上也同样均匀设置多个应变传感器；上述各温度传感器、压力传感器、位移传感器、应变传感器均与信号采集系统连接。

上述方案中实验储罐固定在支座上，支座具有中心孔，中心孔的四周布置安装孔，实验储罐的罐底具有水管套筒，水管套筒从中心孔穿出，水管连接水管套筒，支座与实验储罐通过各安装孔固定连接；实验储罐还设置有进气套筒。

上述方案中位移传感器分别安装在支架，位移传感器顶在实验储罐的罐壁上，支架为工字型的，支架的底板与支座固定连接，位移传感器坐在支架的顶板上。

上述方案中温度传感器套筒有五个，实验储罐的罐顶一个，罐壁上部一个、罐壁下部一个以及所述对称设置的两个。

上述方案中自实验储罐的罐顶至罐壁下部同一直线上均匀设置六个应变传感器，与该直线相垂直的一条直线上也均匀设置六个应变传感器。

上述方案中实验储罐及所述的位移传感器均设置有防护罩内，防护罩的底部与支座固定连接。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明克服了以往实验装置点火位置单一，无法实现储罐内气—液—固三相耦合的测试弊端，可实现储罐内不同起爆点位置、不同液体储存液位、不同气体浓度、不同混合气体成分，储罐结构内爆多场耦合测试过程，具有真实模拟储罐爆炸的先进性。