高压氢喷射火焰冲击下管道热暴露特性的实验研究

《Process Safety and Environmental Protection》：Experimental Study on Thermal Exposure of Pipes to Steady Hydrogen Jet Fire Impingement

本实验研究首次系统量化了高压氢喷射火焰（质量流量0.05-0.2 kg/s）对热惰性管道的冲击效应，测得局部总热通量超700 kW/m2（辐射占比≤20%），显著高于碳氢化合物火焰。研究为被动防火保护系统（PFP）在氢能设施中的性能评估提供了关键实验数据，对工业安全标准优化具有重要指导意义。

　　

Highlight

实验装置

为测试氢气释放而搭建的实验台（详见Bernardy等人2025年研究）在本系列测试中进行了微调。简言之，该装置由300 bar高压氢气管束、中央流量控制阀、科里奥利质量流量计和喷嘴组成。设备设计确保了在测试期间维持稳定的氢气质量流量。

结果

表2列出了在试样1和2上进行的测试详情，包括喷嘴上游1米处测得的氢气压力和温度。测试系列针对0.05、0.10和0.20 kg/s的目标质量流量进行，冲击了两个试样不同时长。测试持续时间较短，以保护仪器（主要是热通量计，尽管有水冷却，仍易因过热损坏）。

讨论

本研究通过实验量化了物体在音速氢喷射火焰中受到的热通量（包括辐射和对流分量）。测试所用质量流量与其他研究相近，但压力较低。通过更小喷嘴在更高压力下释放相同质量流量的氢气，会产生更高的密度比，从而可能影响火焰特性。

结论

研究成功表征了管道在氢喷射火焰中经历的条件，重点关注热通量。在火焰射流冲击点测得的热通量超过700 kW/m²。在管道背部测得的最高辐射分数为0.2，此处试样暴露于火焰羽流更广区域，红外相机图像显示该区域有强烈的红外辐射。