廣西廠家分析氣體液態裂巖設備物理變化過程

廠家分析氣體液態裂巖設備物理變化過程

二氧化炭液氣相變裂巖設備怎么選？

現市場上的二氧化炭裂巖設備種類、規格型號繁多，使用者不甚了解，如何判斷選合適的設備，可從如下幾個方面考慮：

二氧化炭裂巖設備的致裂力主要由裂巖管內充裝的液態二氧化炭質量、初始加載壓力、發熱管提供的熱量以及釋能片的壓力閾值（剪切強度）有關系

二氧化炭的性質解析

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。液態二氧化炭在受高溫激發后，在極短的時間內從液態到氣態呈現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就是利用二氧化炭這一瞬間相變產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）

二氧化炭在裂巖管內由液態相變為氣體是能量釋放的一個獨特的物理過程，是由裂巖管內的液態二氧化炭吸熱氣化發生物理變化，與普通儲罐內的液化可燃物因化學反應瞬速釋放熱量且使儲罐內溫度與壓力上升而引發的熱爆咋具有本質的區別。

裂巖管內二氧化炭狀態變化分析

*先查得1公斤的二氧化炭，其氣化所需熱量為578kJ/Kg，即1kg的液態二氧化炭氣化時需要578kJ熱量。開啟觸發器，啟動發熱管釋放熱量，其裂巖管內的二氧化炭會發生以下2個過程的變化：?液態二氧化炭吸收熱量Q1，狀態變為氣態，壓力開始上升，而溫度仍保持初始溫度T1;?氣態二氧化炭繼續吸收熱量Q2,二氧化炭氣體分子熱運動進一步加劇，導裂巖巖管內的壓力急劇上升。此時只要發熱管能提供足夠的熱量，裂巖管內的氣體壓力在極短的時間內可以大幅上升，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。

在高溫、高壓環境下，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，其管內的壓力形成、釋放過程與球形、方形的容器內的液化氣體爆咋、泄能過程不同。

初始階段：裂巖管內保持一定的加載壓力P1,P1高于液態二氧化炭的臨界壓力7.38MPa，（臨界溫度31.2℃），以此*證常溫下裂巖管內的二氧化炭狀態為液態。

0~t1階段：裂巖管內的發熱劑啟動，釋放大量的熱量，液態的二氧化炭吸熱氣化，體積急劇膨脹，在等容的環境中，液態二氧化炭的大量氣化導裂巖巖管內壓力也急劇上升，并且隨著管內的熱量的傳播，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，導致釋能片被瞬間破壞，隨后裂巖管內的氣體高速沖出，形成高速、高壓氣流，裂巖管內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，發熱管為一定量的液態二氧化炭提供熱量，可以使其氣化并導裂巖巖管內壓力升高，根據氣體狀態方程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。

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，不用進行復雜的建模過程，是工程上常用的強度計算方法。

裂巖管內的二氧化炭大部分為液體，也有極少部分的氣體。當啟動發熱管裝置，液體開始蒸發對外做功，同時伴有氣體的急劇膨脹做功。由于裂巖管內的二氧化炭質量占裂巖管內的流體質量的絕大部分，因此液體蒸發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，K=1.295。

總結：二氧化炭裂巖器釋能片（致裂片）會將裂巖管內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，也就是釋能片的厚度有關。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。