乙炔气压气瓶的失控和受控破坏_燃烧_消防_爆炸

乙炔气压气瓶的失控和受控破坏

本文主要参考：

Uncontrolled and Controlled Destruction of Acetylene Pressure Cylinders

本文聚焦乙炔压力气瓶在火灾中的失控破坏与受控破坏，通过大规模实验，将乙炔气瓶置于木堆火灾中，对比其爆炸产生火球（直径约 10 米，碎片可扩散超 100 米）与射击穿透释放气体形成火柱（火焰最大约 10 米，随后缩小至 3 米左右）的情况，分析了木堆火灾的热负荷、弹药选择（推荐 5.56–12.7 mm 范围，如 7.62 mm .308 Win）等，得出射击可有效预防失控破坏的结论，并提出相关操作建议（如射击距离不小于 100 米、瞄准 cylinder 中心等）。

研究背景与目的

乙炔作为危险气体，存储于压力气瓶中，在高温负荷下，气瓶物理破坏风险增加。当达到破坏压力时，气瓶会破裂并释放气体，若存在点火源，会形成直径约 10 米的火球，还可能伴随爆炸波及碎片扩散，后果致命。

研究目的是通过大规模实验，对比乙炔压力气瓶的失控破坏与受控破坏（射击穿透释放气体），总结数据并制定射击预防失控破坏的操作流程，为消防等部门提供标准程序参考。

实验材料与方法

热负荷确定

选择木堆作为热负荷来源，因其具有良好的可重复性，符合 Class A 灭火器标准要求。

木堆由两个 5A 和两个 13A 木堆组合而成，底部用方形空心型钢支撑，下方放置金属桶，桶内有超过木堆尺寸 100mm 的水，通过遥控点燃 14L 正庚烷（5A 木堆下各 2L，共 4L；13A 木堆下各 5L，共 10L）引燃木堆。

弹药选择

测试了 6 种捷克特种部队、军队和警察部门可用的弹药，在不同距离、气瓶角度（90°、60°、30°）下对空乙炔气瓶进行射击，用高速相机记录弹着点。

最终选择能有效穿透瓶体且留在瓶内、保证气体释放的弹药，推荐使用 5.56–12.7 mm 范围的弹药，如 7.62 mm .308 Win 或 7.62 mm NATO，其中.338 Lock Base 在各测试角度下表现稳定。

实验布置与测量

气瓶：使用 6 个 50L 标准乙炔气瓶，内有 10kg 溶解在多孔物质和丙酮中的乙炔，3 个用于失控破坏测试，3 个用于受控破坏测试。

测量设备：在气瓶外壳不同高度沿圆周每 90° 放置热电偶测温度，每个高度 4 个；通过压力传感器连接阀门出口测压力；用数字和高速相机记录实验过程，估算现象尺寸及识别碎片。

实验结果

木堆火灾情况

正庚烷在 138s 烧完，此时火焰完全蔓延至整个木堆，随后火势稳定，燃烧约 15 分钟后熄灭坍塌。

燃烧最剧烈时火焰高达约 6.5 米，气瓶在火灾中直接受火，温度可达 700°C 以上，实验结束时温度超过 800°C，15 分钟左右木堆坍塌，火焰移至气瓶下部。

弹药测试结果

不同弹药射击形成的孔洞面积不同，如下表所示：

破坏现象与数据

失控破坏：气瓶破裂成 2-3 块，释放气体形成火球，直径超 10 米，碎片和木棱柱扩散超 100 米。破坏压力分别为 61.2、49.9、55.0 bar，破坏时间分别为 450、400、500 s。

受控破坏：射击穿透后气体释放，形成火柱，火焰最大不超过 10 米，气体烧完后无爆炸风险。射击时压力分别为 37.1、38.7、38.5 bar，射击时间分别为 373、366、395 s。

结论与建议

结论：射击穿透乙炔气瓶外壳可有效预防其失控破坏，是一种有效的干预方法。

建议

射击距离不小于 100 米，相比失控爆炸 300 米的安全距离更具优势。
射击应瞄准气瓶中心，垂直射击最佳，避免瞄准底部，气瓶倾斜角度临界值约 30°，距离增加会降低射击精度。
shooters 需具备足够知识和训练，负责射击位置等决策，且需与干预部队良好沟通。
可多 shot 加速气体释放，最好在气瓶下部同时射两枪，此方法仅适用于乙炔气瓶，其他气体气瓶需考虑其特性。
成功射击后，气体释放形成火柱，初始火焰达 10 米，随后缩小至 3 米左右直至熄灭，需注意防止未点燃气体在封闭空间积聚形成爆炸浓度。

关键问题：

问题：在乙炔压力气瓶的受控破坏中，选择合适弹药的标准是什么？实验中推荐使用哪些弹药？

答案：合适弹药需满足能穿透气瓶外壳且留在瓶内，同时形成的孔洞足够大以保证气体释放。实验中推荐使用 5.56–12.7 mm 范围的弹药，如 7.62 mm .308 Win 或 7.62 mm NATO，其中.338 Lock Base 在各测试水平位置下表现稳定，是较好的商用弹药。

问题：乙炔压力气瓶失控破坏与受控破坏在压力、时间及产生的现象上有何主要区别？

答案：- 压力：失控破坏的压力为 49.9-61.2 bar；受控破坏射击时的压力为 37.1-38.7 bar。

时间：失控破坏的时间为 400-500 s；受控破坏的时间为 366-395 s。
现象：失控破坏会使气瓶破裂成多块，释放气体形成直径超 10 米的火球，碎片扩散超 100 米；受控破坏通过射击释放气体，形成火柱，火焰最大约 10 米，随后缩小，气体烧完后无爆炸风险。

问题：基于实验研究，在使用射击方法预防乙炔压力气瓶失控破坏时，有哪些重要的操作建议？

答案：- 射击距离不小于 100 米。

射击应瞄准气瓶中心，垂直射击最佳，避免瞄准底部，气瓶倾斜角度临界值约 30°。
可多 shot 加速气体释放，最好在气瓶下部同时射两枪，且 shots 需分布在整个气瓶长度上。
shooters 需具备足够知识和训练，负责射击相关决策，并与干预部队保持良好沟通。
确保弹药能点燃释放的气体，防止气体在封闭空间积聚形成爆炸浓度。

来源：气瓶设计的小工程师

今天带大家学一下：IV储氢气瓶铺层设计

大家晚上好，今天带大家一起来阅读一篇论文，当然了，知道小伙伴们比较懒，那我就直接总结结论；结论：1.采用最大应力、最大应变、TsaiHill、TsaiWu和Hashin渐进破坏准则求出COPV的爆破强度。比较上述失效准则获得的所有结果，发现最大应变准则较为保守，而哈辛准则最不保守。小编评论：这几种失效形式得到评判结果，我认为最大应力来的最为直接，如果有气瓶实际的爆破压力值，用最大应力进行评判相当准确。2.对碳纤维增强聚合物复合压力容器四层圆柱形截面的研究。考虑了光纤的环绕和螺旋缠绕。他们预测爆破压力是各种纤维取向角度的函数。他们得出的结论是，在分析的所有纤维取向角中，±45°的取向角是最佳的。小编评论：这个其实主要在一般的纤维铺层中，在气瓶中，我觉得并不是最佳，45度位置的张力控制不是太好，纤维发挥的强度不高；3.考虑了11个案例来发现极角和箍角以及层序列对爆破压力的影响。极角和环角绕组如图16所示。螺旋缠绕角在本研究中称为环角。在情况1-4中，箍角从87.5到89°不等，保持极角（13°）恒定。有限的箍角范围（87–89°）是根据灯丝风力能力考虑的。爆破压力随箍角的变化如图17所示。研究发现，爆破压力随着箍角的增大而增大。随着箍角的增大，COPV的切向环向应力增加，爆破压力增加，这是合理的。图1爆破压力随极角的变化。小编评论：缠绕角度在计算中并不会影响纤维总厚度和爆破压力值，改变角度只是改变螺旋和环向的厚度分配，适当的增加环向厚度有助于提高爆破压力，前提是螺旋应确保无问题；4.在情况3、5-7中，极角在13到19°之间变化，保持箍角（88.5°）恒定，以求极角对爆破压力的影响并找到最佳极角。爆破压力随极角的变化如图18所示。研究发现，爆破压力随着极角的增大而增大。通常，纵向载荷由极性层承担，COPV极性层的厚度与极角的余弦成反比[17]。随着极角的增大，余弦值减小，COPV的厚度增大。因此爆破压力增加。小编评论：这个很好理解，增加角度，环向分力增加；5.在案例8-11中，极性（P）和箍（H）层的顺序发生变化，保持层总数（4）恒定，以找到序列对爆破压力的影响，并找到最大爆破压力的最佳序列。结果发现（图19），序列PPHH和HHPP具有最大爆破压力，而PHH和PHHP具有最小爆破压力。小编评论：这个是很有意思的一个发现，大家可以研究研究；总结（一）在大多数情况下，在圆柱形（箍）区域观察到拉伸失效。（二）根据最大应力和应变准则获得的爆破压力更保守（更小），而从哈辛损伤准则获得的爆破压力更宽松。（三）爆破压力对复合材料层厚度和卷绕角度非常敏感。（四）爆破压力随着箍角和极角的增加而增加。（五）在爆发测试期间，就在应变变为非线性之前，观察到的最高应变为1.63%来源：气瓶设计的小工程师