廠家分析氣體液態(tài)裂巖設(shè)備物理變化過程

二氧化炭液氣相變裂巖設(shè)備怎么選？

現(xiàn)市場上的二氧化炭裂巖設(shè)備種類、規(guī)格型號繁多，使用者不甚了解，如何判斷選合適的設(shè)備，可從如下幾個方面考慮：

二氧化炭裂巖設(shè)備的致裂力主要由裂巖管內(nèi)充裝的液態(tài)二氧化炭質(zhì)量、初始加載壓力、發(fā)熱管提供的熱量以及釋能片的壓力閾值（剪切強度）有關(guān)系

二氧化炭的性質(zhì)解析

二氧化炭是空氣中常見的化合物，常溫下是一種無色、無味、五毒和不助燃的氣體。二氧化炭能以固、液、氣3相存在，（見圖1 ）。液態(tài)二氧化炭是無色、無味透明液體，在20℃時，將二氧化炭加壓到5.6mpa(密度為0.770kg/㎡)即可變成無色液體，通常壓縮貯存于鋼瓶中。液態(tài)二氧化炭在受高溫激發(fā)后，在極短的時間內(nèi)從液態(tài)到氣態(tài)呈現(xiàn)600-1000倍的體積驟增（相當于1個標準大氣壓下的體積），二氧化炭液氣相變裂巖技術(shù)就是利用二氧化炭這一瞬間相變產(chǎn)生大量的氣體的特點研制的。

二氧化炭液氣相變過程分析（在裂巖管內(nèi)）

二氧化炭在裂巖管內(nèi)由液態(tài)相變?yōu)闅怏w是能量釋放的一個獨特的物理過程，是由裂巖管內(nèi)的液態(tài)二氧化炭吸熱氣化發(fā)生物理變化，與普通儲罐內(nèi)的液化可燃物因化學反應(yīng)瞬速釋放熱量且使儲罐內(nèi)溫度與壓力上升而引發(fā)的熱爆咋具有本質(zhì)的區(qū)別。

裂巖管內(nèi)二氧化炭狀態(tài)變化分析

*先查得1公斤的二氧化炭，其氣化所需熱量為578kJ/Kg，即1kg的液態(tài)二氧化炭氣化時需要578kJ熱量。開啟觸發(fā)器，啟動發(fā)熱管釋放熱量，其裂巖管內(nèi)的二氧化炭會發(fā)生以下2個過程的變化：?液態(tài)二氧化炭吸收熱量Q1，狀態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，壓力開始上升，而溫度仍保持初始溫度T1;?氣態(tài)二氧化炭繼續(xù)吸收熱量Q2,二氧化炭氣體分子熱運動進一步加劇，導(dǎo)裂巖巖管內(nèi)的壓力急劇上升。此時只要發(fā)熱管能提供足夠的熱量，裂巖管內(nèi)的氣體壓力在極短的時間內(nèi)可以大幅上升，直到達到釋能片的壓力閾值P釋能片，才能將釋能片沖破到達巖孔內(nèi)。

在高溫、高壓環(huán)境下，分子熱運動加劇，液體分子具有較高的能量，液相與氣相差不較小，因此液態(tài)二氧化炭氣化所需熱隨溫度、壓力的升高而減小，即需要的Q1變小，所以發(fā)熱管提供的熱量就會更多的部分提供到過程2中，使得氣體升溫、壓力升高速度更快。

裂巖管內(nèi)的壓力變化分析

對于裂巖管來說，相當于一個柱形密閉容器，其管內(nèi)的壓力形成、釋放過程與球形、方形的容器內(nèi)的液化氣體爆咋、泄能過程不同。

初始階段：裂巖管內(nèi)保持一定的加載壓力P1,P1高于液態(tài)二氧化炭的臨界壓力7.38MPa，（臨界溫度31.2℃），以此*證常溫下裂巖管內(nèi)的二氧化炭狀態(tài)為液態(tài)。

0~t1階段：裂巖管內(nèi)的發(fā)熱劑啟動，釋放大量的熱量，液態(tài)的二氧化炭吸熱氣化，體積急劇膨脹，在等容的環(huán)境中，液態(tài)二氧化炭的大量氣化導(dǎo)裂巖巖管內(nèi)壓力也急劇上升，并且隨著管內(nèi)的熱量的傳播，氣化過程也在加速進行，壓力升高速度越來越快。

t1-t2階段：在t1時刻，裂巖管內(nèi)的壓力達到定壓釋能片的釋能閾值（釋能片的剪切強度）P釋能片，導(dǎo)致釋能片被瞬間破壞，隨后裂巖管內(nèi)的氣體高速沖出，形成高速、高壓氣流，裂巖管內(nèi)的壓力隨著二氧化炭氣體釋放而逐漸減小

二氧化炭裂巖管相當于一個密閉的容器，發(fā)熱管為一定量的液態(tài)二氧化炭提供熱量，可以使其氣化并導(dǎo)裂巖巖管內(nèi)壓力升高，根據(jù)氣體狀態(tài)方程pV=nRT,壓力升高的程度受到氣體溫度的影響。

裂巖器釋能能量的近似計算

二氧化炭裂巖器在釋放氣體時以三種形式向外釋放：?釋放的高能氣體的沖擊能；?釋能片的破裂能量；?裂巖管殘余變形能量。后兩者消耗的能量只占釋能總能量的3%~15%，大部分能量是以高能氣體的形式釋放到巖孔內(nèi)。

二氧化炭裂巖器釋放能量的大小可以通過理論計算進行量化。目前，對于壓縮氣體容器物理致裂強度的計算有T-N-T當量模型、計算流體力學CFD方法和AICHE模型，其中T-N-T當量模型計算過程比較簡單，不用進行復(fù)雜的建模過程，是工程上常用的強度計算方法。

裂巖管內(nèi)的二氧化炭大部分為液體，也有極少部分的氣體。當啟動發(fā)熱管裝置，液體開始蒸發(fā)對外做功，同時伴有氣體的急劇膨脹做功。由于裂巖管內(nèi)的二氧化炭質(zhì)量占裂巖管內(nèi)的流體質(zhì)量的絕大部分，因此液體蒸發(fā)氣化做功的能量是裂巖器釋放能量的主體。裂巖器釋放能量

P——裂巖器釋放壓力，按照釋能片的材料剪切強度極限值算；

V——裂巖管容積

P0——裂巖管外大氣壓力；

K——二氧化炭絕熱指數(shù)，K=1.295。

總結(jié)：二氧化炭裂巖器釋能片（致裂片）會將裂巖管內(nèi)壓力在尚未達到裂巖管合金鋼材極限壓力之前釋放，以達到安泉可控的目的，所以釋能壓力是由釋能片材料的剪切強度有關(guān)，也就是釋能片的厚度有關(guān)。不管裂巖管的直徑、長度、充裝二氧化炭充裝量是多少，二氧化炭裂巖器的致裂威力**由釋能片（致裂片）體現(xiàn)。

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