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摘 要

高倍泡沫应用到抑制LNG蒸汽扩散具有很好的效果，并得到广泛的应用，由于LN₂和LNG的沸点、热容量相近，没有燃烧爆炸危险性，本文通过LN₂代替LNG，通过小尺寸规模实验，研究了高倍泡沫应用到泄漏的LN₂上，测量了LN₂蒸汽和泡沫层温度的变化，提出了高倍泡沫抑制蒸汽扩散机理：一方面高倍泡沫在LN₂液池表面形成蜂窝状的冰层，降低了LN₂蒸发所需热量，有效降低了LN₂液池蒸发面积；另一方面能够加热穿过泡沫层的LN₂蒸汽，促使其达到正浮力状态，加速向上扩散，避免形成重汽效应。通过以上研究对LNG泄漏后的应急反应，减小事故发生的概率，降低危险性具有重大意义。

关键词：高倍泡沫 蒸汽扩散 泡沫厚度 水压 添加方式

Experimental study of high-expansion foam covering the heating effect of liquid nitrogen

Abstract

High-expansion foam applied to suppress LNG vapor diffusion has a good effect, and has been widely used.Because LN2 and LNG boiling point, heat capacity similar, there is no danger of combustion and explosion, by LN2 instead of LNG, by the small size scale experiments to study the high-expansion foam applied to the leakage of LN2, LN2 measured steam and foam layer temperature changes, high expansion foam made vapor diffusion mechanism of inhibition: On the one hand high-expansion foam is formed in the surface of the bath LN2 honeycomb ice, LN2 required to reduce the evaporation of heat, reduce the LN2 liquid pool evaporation area; On the other hand can be heated through LN₂ steam foam layer, prompting the state to achieve positive buoyancy, accelerated proliferation upward, avoiding the formation of heavy truck effect. Through the above study emergency response after the leakage of LNG, reducing the probability of accidents and reduce the risk of great significance.

Keywords: high-expansion foam; vapor diffusion;foam thickness;pressure;adding mode

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景和依据 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究 2

1.2.2 国内研究 2

1.3 研究或解决的问题 3

第二章 高倍消防泡沫与液氮 4

2.1 高倍消防泡沫的灭火机理及适用范围 4

2.1.1 高倍消防泡沫的定义 4

2.1.2 高倍消防泡沫灭火机理 4

2.1.3 PFS-4型高倍数泡沫灭火装置 4

2.2 液氮的理化性质及危险特性 5

2.3 高倍消防泡沫覆盖加热液氮的原理 6

第三章 实验研究 7

3.1 实验目的 7

3.2 实验对象、方法 7

3.3 实验器材 7

3.4 实验台组成 7

3.5 实验内容 10

第四章 数据处理与分析 11

4.1 泡沫及液氮蒸发气体温度变化 11

4.2 液氮的质量蒸发速率变化 24

第五章 总结与展望 32

5.1 总结 32

5.2 展望 33

参考文献 35

第一章 绪论

选题背景和依据

随着科学技术的发展,特别是高新技术的发展,在科学研究、各行各业以及日常生活中越来越广泛地使用120K 以下的各种低温液体，如液氮、液氧、液氢、液氦、液化天然气、液态二氧化碳等。现今国外的一些主要跨国气体公司争相在我国建立合资企业，带来了先进的空分设备、技术和管理经验，使我国低温液体的产量大幅度提高，供应的地区及范围不断扩大，价格也大幅度降低了，这不仅促进了低温液体的应用，也带动了我国低温液体市场的发展，使低温液体的生产、贮存及运输成为一个蒸蒸日上的行业^[1]。

部分低温液体一旦发生泄漏，就会迅速沸腾、蒸发并形成可燃性气体云。由于气体云温度较低，密度高于周围大气的密度，在重汽效应的作用下沿下风向在地表附近聚集、扩散，一旦周围存在点火源，就会导致火灾或爆炸事故。由于消防泡沫能迅速覆盖泄漏后的低温液体液池，通过泡沫对低温液体汽化蒸汽的加热，使气体云密度降低，防止其沿地表积聚扩散，加速其向上稀释扩散，从而降低地面浓度，减少事故影响范围，降低事故发生概率，其在低温液体蒸汽云扩散控制方面的研究开始得到国内外专家学者的关注。

国内外研究现状

以液化天然气为例，其属于易燃、易爆的物质，在天然气的应用中，安全问题始终是重中之重。对于LNG不仅要考虑其高挥发、易燃易爆的危险性，还要考虑它的低温流动特性和液体等特性，因此将LNG挥发扩散降低在最小的范围对于降低LNG站的危险程度，提高安全系数是至关重要的。

在国内外，配备高倍数消防泡沫系统的LNG液化站和LNG气化站非常普遍，并且从实践中也得到了证明，利用高倍数泡沫来控制LNG和空气之间的热传递，减小LNG挥发扩散是非常有效的。

理论上缺乏对消防泡沫加速LNG气体稀释扩散机理的研究，尤其是对于泡沫接触低温LNG液体后水析出后的结冰及泡沫冻结现象对热量传递及蒸发速率的影响研究，以及泡沫内部物理结构，尤其是LNG汽化作用下泡沫结冰后的内部物理结构，与热量传递对LNG气体的加热作用的研究等^[2]。

国外研究

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