演示Volute罐在局部火灾中的安全性

Volute, Inc.

在70 MPa气体压力下的Volute原型罐要进行防火安全测试。该测试是为了演示当出现远离阀门的局部火灾时罐不会破裂。

问题：

为证明Volute罐的使用符合压力容器规定，其中一项关键测试是演示Volute罐在局部火灾中的安全性。复合材料压力容器的最大安全工作温度通常为85摄氏度；如果超过此温度，就可能发生灾难性的破裂。因此，需要安装热控放气尾阀，在环境温度超过110摄氏度（着火时会快速升至此温度）时它能自动排气。然而，这样仍然无法消除潜在的危险情况，例如远离阀门的局部火灾无法被检测到而且会造成储罐破裂。Volute利用仿真和测试数据制定了一种低成本策略，可一次性地安全执行并通过压力罐的局部火灾测试。

解决方案：

Volute的策略将仿真技术与测试数据相结合，包含两个步骤：

1. 创建一个和局部火灾中相同的无压罐模型。他们首先利用配备热电偶和热通量传感器的无压罐执行防火测试“演习”，这是一种安全、低成本的测试。从该测试提取的一组数据可用来校准相同测试的瞬态热仿真中所使用的传热系数。另一组数据可用于模型验证。
2. 利用步骤1中研发的虚拟罐预测加压罐在火中的安全时间。这使Volute能够以低成本方式评估加压罐在火灾测试（这是一种高成本测试，需要在特殊设施中执行并采取多种安全保护措施）中的风险，同时安全地加入70 MPa加压气体的热质量。此外，Volute还利用仿真技术测试系统设计策略，例如隔热材料的使用以及将导线用作远程温度信号机制。

仿真预测在测试开始8分钟之后储罐会达到安全温度极限。将热电偶安装在仿真确定的关键位置，然后执行加压罐的防火测试，并且安装一个开关在8分钟内或当任何一个热电偶达到安全温度极限时触发储罐排气。

业务优势：

通过研发和验证此仿真过程，Volute能够：

• 以安全可控的方式执行通常具有破坏性和危险性的测试。
• 利用成本不高的现场测试研发高成本测试的高保真度数字孪生体，用于验证未来的设计变更。
• 对全尺寸储罐（> 50个储腔，测试成本更加高昂）执行防火测试，尽管原型只有六个储腔。
• 通过仿真（而非高成本的现场测试）建立框架，以测试隔热、涂层和远程触发器等防火方案的可行性。

软件使用：

• ANSYS Mechanical