液氮泡沫发生器内流动特性研究

低温液氮与泡沫混合液直接接触产生氮气泡沫是一种新型的掺混形式,利用液氮高汽化比的特点,搭建液氮泡沫可视化实验装置,进行氮气-水两相流及液氮泡沫流动特性的研究。结果表明,液氮相变产生大量氮气,其与泡沫液混合产生泡沫,温度有所回升,最终趋于泡沫混合液温度;管路沿程压降较小;液氮射流破碎及流动过程可分为6个区域:低温液氮区、向上循环翻滚区、滞留区、泡沫与泡沫混合液混合区、致密泡沫区、泡沫混合液区。流体向下游流动过程中持续发泡;为防止管路结冰,需合理控制泡沫混合液与液氮流量。     

多级孔板扰流泡沫发生器流场模拟分析

通过数值模拟方法,对内锥和多级孔板组合扰流结构下的泡沫发生器流场进行了模拟和分析。通过CFD流场模拟软件Fluent,以泡沫发生器的真实操作工况为边界条件进行建模,得到了气液两相掺混流场的结构和重要动力学参数,并进行了分析。发现扰流件的下游区域存在一个较稳定回流区,同时在多级孔板区域流场的湍动能及湍动能耗散率较高,对泡沫发生器中气液两相掺混有利。扰流件下游液相分布较为均匀,进一步验证了发泡器内部气液掺混效果较佳。通过流场模拟,验证了圆锥和四级孔板组合扰流结构对强化泡沫发生器内气液掺混的有效性。     

液氮泡沫灭火系统研发

针对石化企业大型火灾,研发了一种液氮泡沫灭火技术。该技术利用液氮在常压下1∶700的气化比特性,液氮与泡沫混合液在专用混合装置内经改变两相流体流场,形成耦合流体,实现快速产生超大量微气泡的目的,以此为技术基础,研制了可替代压缩空气泡沫灭火系统(CAFS)的液氮泡沫灭火系统(LNFS)。通过不同尺度的灭火测试,验证了液氮泡沫系统产生的泡沫均匀细腻、抗复燃能力强、氮气与泡沫双重灭火、灭火效率高的优点,解决了现有吸气式泡沫系统用水量大、灭火效能低等问题。     

微米级空心玻璃微珠三相泡沫稳定性研究

基于水成膜泡沫灭火剂(AFFF),用微米级空心微珠颗粒作为泡沫稳定剂,制成三相泡沫,并研究了泡沫组成因素对发泡能力和泡沫稳定性的影响。采用控制变量法,研究了颗粒浓度、颗粒粒径、AFFF原液浓度对发泡倍数和析液时间的影响。颗粒加入对发泡能力有抑制作用;因为颗粒存在影响,三相泡沫的发泡能力随AFFF原液浓度增大而减小;40μm粒径颗粒的抑制作用相对20μm和60μm颗粒最小。颗粒浓度和AFFF原液浓度增加,能够提升三相泡沫稳定性,且泡沫析液时间随颗粒浓度增加呈指数规律变化。当AFFF原液浓度为3.0%、颗粒浓度为9%左右时,三相泡沫稳定时间约为两相泡沫的3倍,该配方三相泡沫有较好的稳定性。     

氮气泡沫灭火技术发展现状

介绍了氮气泡沫研究进展和现状,分析了氮气泡沫的灭火原理、稳定性以及应用实例。氮气是惰性气体,不溶于水,在水中扩散速率较小,其与泡沫液混合发泡产生的氮气泡沫与空气、二氧化碳等相比,具有持久惰化、稳定性好,灭火效果显著等优势。     

液体气溶胶抑制受限空间内烃类挥发的实验研究

在含有残留油品的受限空间内作业时,易发生油气燃爆事故。利用两性离子型氟碳表面活性剂组分制备了具有低表面张力的抑爆剂溶液,能够在易挥发烃类液体表面自由铺展成液膜,从而对烃类液体形成液封,抑制油气挥发。利用超细雾化装置,能够将抑爆剂溶液雾化形成液体气溶胶,气力输送至受限空间内。实验验证了受限空间内液体气溶胶中的微小液滴能够沉积在残留油品的表面形成液封,同时液滴和液膜的气液界面能够吸收空间内的油气分子,从而降低空间内的油气浓度。研究证明,利用抑爆剂液体气溶胶混合物来置换含残留油品受限空间内的油气,能够将受限空间内的油气浓度长久维持在10%LEL(Lower Explosion Limit)以下,降低空间内油气燃爆风险。     

加气站长管拖车爆破片异常起爆事故分析及对策

爆破片与易熔塞组合装置是加气站长管拖车气瓶的主要超压安全泄放装置。为减少爆破片异常起爆事故的发生,采用HAZOP分析方法对事故发生的原因、后果及已有保护措施成效等进行了分析。通过长管拖车回油过程爆破片处管路堵塞模拟实验,发现未造成明显水锤,排除了长管拖车回油过程爆破片处管路堵塞造成爆破片异常起爆的原因。通过对爆破片组合装置进行疲劳性能测试,得到正拱形爆破片与较长的易熔塞组合装置具有较稳定的爆破压力和抗疲劳特性。采用LOPA保护层分析模型,结合加气子站长管拖车现场运行工况,提出了爆破片优化设计、单层泄漏报警、人员积极响应等防护对策,能够有效减少爆破片异常起爆事故带来的损失。     

异常因素对CNG长管拖车爆破片疲劳寿命的影响

针对CNG加气站长管拖车气瓶爆破片异常起爆的问题,通过实验手段搭建了爆破片疲劳寿命测试平台,研究爆破片在制作、安装和应用过程中的挤压损伤、划伤以及冰冻等异常因素对疲劳寿命的影响。结果表明:冰冻对爆破片的疲劳性能没有显著影响。受尖钝物挤压损伤的爆破片较正常爆破片疲劳寿命大幅降低,超过95%,且受损部位直径和深度越大,疲劳寿命越短。通过拱顶、拱面1/2处和边缘处三个部位划伤爆破片的疲劳试验发现,拱面1/2处疲劳寿命最短,边缘处划伤的爆破片疲劳寿命最长。划伤对爆破片疲劳寿命的影响最大,其次为挤压损伤。     

基于数值模拟的水面溢油回收装置优化

为减小海面溢油,自主设计吸油单元组装结构,利用数值模拟的方法,研究吸油单元形状对吸油性能的影响,通过对吸油阵列单元速度场、油组分浓度场分析发现:圆形结构吸油单元表面平滑,运动阻力小,与流体接触面积大,有利于增加吸油效率。采用上下间隔三角阵列方式对吸油单元进行排布,研究不同流速下阵列单元横向间距、纵向间距、分布排数以及入口含油浓度对吸油效率的影响,发现吸油单元的横向间距对吸油效率作用显著,而纵向间距和入口含油浓度对吸油效率影响不大,随吸油单元分布排数的增加,吸油效率趋于稳定。在工程应用范围内,保持阵列单元横向间距为1.5 D,运动速度低于1m/s,阵列单元的吸油效率能达到90%以上。     

含纳米二氧化硅颗粒三相泡沫性能与作用机理研究

为提升水成膜泡沫(AFFF)的灭火性能,基于AFFF泡沫液和纳米硅颗粒,制得新型三相灭火泡沫。实验研究了三相泡沫发泡性和稳定性的变化规律,分析了泡沫组成和工况参数对泡沫性能的影响规律。通过分子动力学(MD)模拟,研究了泡沫溶液中表面活性剂分子吸附对颗粒表面润湿性的影响,揭示了泡沫中颗粒与表面活性剂间相互作用对泡沫稳定性的影响机理。研究发现:随着颗粒浓度增加,泡沫稳定时间和抗烧时间显著增长,而发泡性变化不大。泡沫中颗粒表面润湿性影响颗粒与表面活性剂间的相互作用,进而影响泡沫稳定性。在亲水颗粒泡沫中,表面活性剂浓度增加能够强化二者间的协同作用,利于泡沫稳定;在疏水颗粒泡沫中,随着表面活性剂浓度增加,二者间由协同作用转变成抵抗作用。研究成果对优化三相灭火泡沫配方和提升泡沫灭火效率有指导意义。