非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統的製作方法

2023-10-22 15:53:12 2

專利名稱：非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種安全測試裝置，尤其是一種密封容器中的氣體處於高溫高壓 或常溫高壓的非標準條件下可燃氣體爆炸極限值的測試裝置，具體地說是一種非標狀態下 可燃氣體爆炸極限測試系統。
背景技術：
目前，化工和石油化工生產過程中，可燃性氣體通常採用密閉容器或管道來儲存 或輸送。由於受到約束作用，氣體爆炸會產生較高的壓力和壓力上升速率，以至於造成人員 傷亡和財產損失。可燃物質(可燃氣體、蒸氣和粉塵)與空氣(或氧氣)必須在一定的濃 度範圍內均勻混合，形成預混氣，遇著火源才會發生爆炸，這個濃度範圍稱為爆炸極限，或 爆炸濃度極限，它可以用來評定可燃氣體燃爆危險性的大小，可以作為防火防爆安全設計 的依據，例如確定建築物的耐火等級，設計廠房通風系統等。目前，大多數測試可燃氣體爆炸極限的產品都僅局限於測試標準狀態下可燃氣體 的爆炸極限，而對於非標準狀態下可燃氣體爆炸極限測試技術及裝置的研究較少。1996 年，AdoIfKUhnerAG設計20 L球形爆炸測試裝置，採用循環配氣混合，可測試室溫到230°C 內可燃氣體(液體蒸氣)的爆炸特性，而1993年，張景林發明設計了可燃氣體(液體蒸 氣)爆炸特性測試裝置，該裝置能測試室溫到300°C內可燃氣體(液體蒸氣)的爆炸極限和 最小點火能，以上所涉及到的設備均在常壓下改變溫度進行測試，沒有涉及壓力的改變。目 前還沒有可用於非標準狀態下(如高溫高壓，常溫高壓等)可燃氣體爆炸極限的測定裝置， 也沒有相關文獻報導。
發明內容本實用新型的目的是針對現有的可燃氣體爆燃測試均在常壓條件下進行，所測得 的值不能準確反映可燃氣體實際工作條件的問題，設計一種可用於高溫高壓或常溫高壓的 非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統。本實用新型的技術方案是一種非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，其特徵是它包括—配氣裝置1，該配氣裝置1包括配氣罐5，配氣罐5的輸入端分別與可燃氣體氣 源6及配氣氣源7相連，配氣罐5的一路輸出與爆炸裝置2的輸入口 9相連通；配氣罐5的 另一路輸出與增壓泵8的輸入端相連，增壓泵(8)的輸出端與爆炸裝置2的輸入口 9相連
ο一爆炸裝置2，該爆炸裝置2包括防爆罐體12和保溫護套14，防爆罐體12和保 溫護套14之間安裝有加熱元件13，防爆罐體12中安裝有隔板15，隔板15將防爆罐體12 的內腔分隔成氣體緩衝室16和氣體爆炸室17，氣體緩衝室和氣體爆炸室尺寸相同，體積相 等，隔板15上安裝有導通氣體緩衝室16和氣體爆炸室17的電磁閥18，爆炸裝置2的輸入 口 9與氣體緩衝室16相連通，所述的輸入口 9還旁接有真空泵19 ；在所述的氣體緩衝室16中安裝有緩衝壓力傳感器20和緩衝溫度傳感器21，在所述的氣體爆炸室17中安裝有爆炸 前溫度傳感器22、爆炸前壓力傳感器23、點火器24以及作為爆炸測試用的爆炸壓力傳感器 25 ；一溫控裝置3，該溫控裝置3用於根據爆炸裝置2中的緩衝溫度傳感器21及爆炸 前溫度傳感器22所測的溫度與設定溫度之差控制加熱元件13的啟停；
一數據採集處理裝置4，該數據採集裝置4主要由安裝在所述的氣體爆炸室17中 的爆炸壓力傳感器25、信號放大電路26、數據採集電路27及計算機28組成，爆炸壓力傳感 器25與信號放大電路26的輸入端相連，信號放大電路26的輸出端與數據採集電路27的 輸入端相連，數據採集電路27的輸出端與計算機28相連。所述的配氣罐5的輸入端與配氣儀11 (型號可為GH-1)的輸出端相連，配氣儀11 的輸入端分別與可燃氣體氣源6及配氣氣源7相連。所述的配氣氣源7為潔淨空氣。在配氣罐5的輸出端上安裝有對流出配氣罐5的可燃氣體進行加熱的加熱裝置 10。所述的加熱元件13為電加熱元件或導熱盤管。所述的溫控裝置3主要由加熱元件13、輸入油泵30、輸出油泵31、封閉加熱器32、 封閉製冷器33和通水換熱器34及溫控器35組成，作為加熱元件13的導熱盤管29安裝在 防爆罐體12和保溫護套14之間，導熱盤管29與輸入油泵30的輸出端相連，導熱盤管29 的輸出端與輸出油泵31的輸入端相連，輸出油泵31的輸出端分別與封閉加熱器32、封閉制 冷器33和通水換熱器34的輸入端相連，在連接輸出油泵31的輸出端與對應的封閉加熱器 32、封閉製冷器33和通水換熱器34的輸入端之間的管道上分別安裝有受控於溫控器35並 控制相應管道通斷的電控閥門36，所述電控閥門36的控制端與溫控器35的控制輸出端相 連，封閉加熱器32、封閉製冷器33和通水換熱器34的輸出端與輸出油泵30的輸入端相連； 溫控器35的信號輸入端與緩衝溫度傳感器21及爆炸溫度傳感器22的信號輸出端相連。本實用新型的有益效果本實用新型結構合理，功能強大，自動化程度高。通過壓力控制系統和溫度控制系 統可以測試出可燃氣體在高溫高壓、常溫高壓、常溫高壓、高溫中壓和低溫低壓等非標準狀 態下的爆炸極限。本實用新型可廣泛用於化工及石油化工生產裝置中實際工況下可燃性氣體爆炸 危險性分析，用於防火防爆安全設計，防止重特大爆炸事故的發生，帶來顯著的社會與經濟 效益。

圖1是本實用新型的系統組成結構示意圖。圖2是本實用新型的爆炸裝置的結構示意圖。圖3是本實用新型的溫控裝置的結構示意圖。圖4是本實用新型的配氣系統結構示意圖。圖5是本實用新型的數據採集系統結構示意圖。圖6是本實用新型的壓力控制工作原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖1-5所示。—種非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，它主要由配氣裝置1、爆炸裝置2、 溫控裝置3和數據採集處理裝置4組成，如圖1所示，其中的配氣裝置1 (如圖4所示)包 括配氣罐5，配氣罐5的輸入端分別與可燃氣體氣源6 (可採用氣瓶或直接與氣體發生裝置 相連)及配氣氣源7 (可為潔淨空氣或其它惰性氣體)相連，為了準確控制可燃氣體與所配 的配氣(空氣)的混合量，可在配氣罐5的輸入端前安裝一個配氣儀11 (型號可為GH-1)，配 氣儀的輸入端分別與可燃氣體氣源6及配氣氣源7相連，具體實施時還可根據控制要求在 配氣管路上安裝相應的流量計、電動氣閥、單向閥等電控元件以提高控制的自動化水平。配氣罐5的最基本的一路輸出與爆炸裝置2的輸入口 9相連通；具體實施時，為了適應高壓測 試的要求，配氣罐5增加一路帶有增壓泵8的輸出，增壓泵8的輸出端與爆炸裝置2的輸入 口 9相連通，這樣既可向爆炸裝置2中輸入常壓氣體，也可輸入高壓氣體，使爆炸裝置2中 的氣體緩衝室中的氣壓上升到需要爆炸時的壓力的二倍以上。此外，為了使進入爆炸裝置2 中的可燃氣體帶有溫度，也可在配氣罐5的一個或兩個輸出端上單獨或同時安裝有對流出 配氣罐5的可燃氣體進行加熱的加熱裝置10 (可採用電熱絲加熱、油浴加熱等)。本實用新型的爆炸裝置2如圖2所示，它包括防爆罐體12和保溫護套14，防爆罐 體12 (由鋼板製造)和保溫護套14 (可採用石棉製造，石棉外再加護套)之間安裝有加熱元 件13，防爆罐體12應採用鋼板製造，在防爆罐體12中安裝有隔板15，隔板15將防爆罐體 12的內腔分隔成氣體緩衝室16和氣體爆炸室17，隔板15上安裝有導通氣體緩衝室16和 氣體爆炸室17的電磁閥18，爆炸裝置2的輸入口 9與氣體緩衝室16相連通，所述的輸入口 9還旁接有真空泵19 ；在所述的氣體緩衝室16中安裝有緩衝壓力傳感器20和緩衝溫度傳 感器21，在所述的氣體爆炸室17中安裝有爆炸前溫度傳感器22、爆炸前壓力傳感器23、點 火器24(點火器24包括電火花發生器、火花塞、導線，採用電火花發生器和火花塞模擬工業 氣體爆炸弱點火情況，點火能量可以調節和控制。點火裝置設置有不同長度的火花塞，實現 容器內壁面點火和中心點火)以及作為爆炸測試用的爆炸壓力傳感器25 ；配氣裝置1和爆 炸裝置2中的氣壓可通過一個採用常規技術設計的控制器加以控制。本實用新型的溫控裝置3如圖3所示，它主要用於根據爆炸裝置2中的緩衝溫度 傳感器21及爆炸溫度傳感器22所測的溫度與設定溫度之差控制加熱元件13的啟停；其中 的加熱元件13可為電加熱元件(圖中未示出)，也可採用油加熱元件。本實施例的溫控裝置 3主要由加熱元件13、輸入油泵30、輸出油泵31、封閉加熱器32、封閉製冷器33和通水換熱 器34 (高溫油管穿過通有冷卻水的換熱器進行熱交換而降溫)及溫控器35組成，通水換熱 器34本身還設有冷卻水進水端和出水端，進水端的動作受於電控水閥，電控水閥又受控於 溫控器，圖3中作為加熱元件13的導熱盤管29安裝在防爆罐體12和保溫護套14之間，導 熱盤管29的進口端穿過保溫護套14後與輸入油泵30的輸出端相連，導熱盤管29的輸出 端同樣穿過保溫護套14後與輸出油泵31的輸入端相連，輸出油泵31的輸出端分別與封閉 加熱器32、封閉製冷器33和通水換熱器34的輸入端相連，在連接輸出油泵31的輸出端與 對應的封閉加熱器32、封閉製冷器33和通水換熱器34的輸入端之間的管道上分別安裝有受控於溫控器35並控制相應管道通斷的電控閥門36，所述電控閥門36的控制端與溫控器 35的控制輸出端相連，封閉加熱器32、封閉製冷器33和通水換熱器34的輸出端與輸出油 泵30的輸入端相連；溫控器35的信號輸入端與緩衝溫度傳感器21及爆炸溫度傳感器22 的信號輸出端相連。本實用新型的數據採集裝置4如圖5所示，它主要由安裝在所述的氣體爆炸室17 中的爆炸壓力傳感器25 (型號可為PT500-503H)、信號放大電路26 (可採用常規電路)、數 據採集電路27 (可採用常規電路加以實現)及計算機28組成，爆炸壓力傳感器25與信號 放大電路26的輸入端相連，信號放大電路26的輸出端與數據採集電路27的輸入端相連， 數據採集電路27的輸出端與計算機28相連。數據採集電路27也可採用多通道數據採集 儀和數據採集軟體加以實現，數據處理和分析部分採用通用信號分析軟體對數據和信號進 行分析和處理。數據採集部分採用JV5231型多通道數據採集儀同步採集數據，最大採樣速 度為20M，解析度為12bit，精度誤差小於1. 0%。採用SignalView通用信號分析軟體對數 據和信號進行分析和處理。本實用新型的實驗操作過程為(1)首先根據圖1組裝爆炸裝置和實驗儀器，連 接裝配好配氣裝置1、爆炸裝置2、溫控裝置3和數據採集處理裝置，檢查各種部件的線路， 並確保連接良好，檢查裝置氣密性；(2)通過配氣儀配製一定濃度的預混可燃氣體儲存於 配氣罐中；(3)在溫控器中輸入實驗溫度，調試測試系統，使各通道處於工作狀態，等待信 號；(4)啟動真空泵19使爆炸裝置抽真空至負壓-0. 006MPa,當爆炸裝置溫度達到實驗溫度 時，開啟電磁閥，向氣體緩衝室內緩慢輸送預混可燃氣體，氣體緩衝室內的緩衝壓力傳感器 開始接收氣體緩衝室的壓力信號，根據實驗壓力情況，啟動增壓泵，並設定壓力值；(5)當 氣體緩衝室氣體壓力滿足設定條件時，自動控制裝置自動關閉電磁閥停止輸送預混可燃氣 體；(6)當壓力和溫度均達到實驗要求時，靜置一定時間，使預混可燃氣體混合均勻，打開 氣體緩衝室與氣體爆炸室之間的電磁閥對氣體爆炸室進行緩慢充氣，同時爆炸前壓力傳感 器開始接收氣體爆炸室的壓力信號。當氣體爆炸室內的壓力達到實驗壓力時，自動控制裝 置自動關閉電磁閥停止充入預混可燃氣體；(7)清理人員至安全區域，靜置實驗裝置，使預 混可燃氣體混合均勻，隨後點火引爆氣體，由爆炸壓力傳感器測試壓力信號，並將信號傳遞 給數據採集儀，進行數據的採集、處理和分析。下面結合圖6對本實用新型的緩衝室氣體壓力pi滿足的條件作一說明。一氣體緩衝室充氣後的初始壓力，MPa ；V1 一氣體緩衝室體積，M3 ；P2一氣體爆炸室充氣前的初始壓力，MPa ；V2一氣體爆炸室容積，M3 ；ρ實驗壓力，MPa;實驗溫度，0Co設最終緩衝室與爆炸室的壓力都為實驗壓力P，根據理想氣體狀態方程和摩爾守 恆定律，得[0040]
權利要求1.一種非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，其特徵是它包括一配氣裝置(1)，該配氣裝置(1)包括配氣罐(5 )，配氣罐(5 )的輸入端分別與可燃氣體 氣源(6)及配氣氣源(7)相連，配氣罐(5)的一路輸出與爆炸裝置(2)的輸入口(9)相連通， 配氣罐(5)的另一路輸出與增壓泵(8)的輸入端相連，增壓泵(8)的輸出端與爆炸裝置(2) 的輸入口(9)相連通；一爆炸裝置(2)，該爆炸裝置(2)包括防爆罐體(12)和保溫護套(14)，防爆罐體(12)和 保溫護套(14)之間安裝有加熱元件(13)，防爆罐體(12)中安裝有隔板(15)，隔板(15)將防 爆罐體(12)的內腔分隔成氣體緩衝室(16)和氣體爆炸室(17)，隔板(15)上安裝有導通氣 體緩衝室(16)和氣體爆炸室(17)的電磁閥(18)，爆炸裝置(2)的預混可燃氣體輸入口(9) 與氣體緩衝室(16)相連通，所述的輸入口(9)還旁接有真空泵(19)；在所述的氣體緩衝室 (16)中安裝有緩衝壓力傳感器(20)和緩衝溫度傳感器(21)，在所述的氣體爆炸室(17)中 安裝有爆炸前溫度傳感器(22)、爆炸前壓力傳感器(23)、點火器(24)以及作為爆炸測試用 的爆炸壓力傳感器(25);一溫控裝置(3 )，該溫控裝置(3 )用於根據爆炸裝置(2 )中的緩衝溫度傳感器(21)及爆 炸溫度傳感器(22)所測的溫度與設定溫度之差控制加熱元件(13)的啟停；一數據採集處理裝置(4)，該數據採集裝置(4)主要由安裝在所述的氣體爆炸室(17) 中的爆炸壓力傳感器(25)、信號放大電路(26)、數據採集電路(27)及計算機(28)組成，爆 炸壓力傳感器(25)與信號放大電路(26)的輸入端相連，信號放大電路(26)的輸出端與數 據採集電路(27)的輸入端相連，數據採集電路(27)的輸出端與計算機(28)相連。
2.根據權利要求1所述的非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，其特徵是所述的配 氣罐(5)的輸入端與配氣儀(11)的輸出端相連，配氣儀(11)的輸入端分別與可燃氣體氣源 (6)及配氣氣源(7)相連。
3.根據權利要求1或2所述的非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，其特徵是所述 的配氣氣源(7)為潔淨空氣。
4.根據權利要求1所述的非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，其特徵是所述的氣 體緩衝室(16)和氣體爆炸室(17)的尺寸和體積均相同。
5.根據權利要求1所述的非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，其特徵是所述的加 熱元件(13)為電加熱元件或導熱盤管。
6.根據權利要求1所述的非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，其特徵是所述的溫 控裝置(3)主要由加熱元件(13)、輸入油泵(30)、輸出油泵(31)、封閉加熱器(32)、封閉制 冷器(33)和通水換熱器(34)及溫控器(35)組成，作為加熱元件(13)的導熱盤管(29)安 裝在防爆罐體(12)和保溫護套(14)之間，導熱盤管(29)的輸入端與輸入油泵(30)的輸出 端相連，導熱盤管(29)的輸出端與輸出油泵(31)的輸入端相連，輸出油泵(31)的輸出端分 別與封閉加熱器(32)、封閉製冷器(33)和通水換熱器(34)的輸入端相連，在連接輸出油泵 (31)的輸出端與對應的封閉加熱器(32)、封閉製冷器(33)和通水換熱器(34)的輸入端之 間的管道上分別安裝有受控於溫控器(35)並控制相應管道通斷的電控閥門(36)，所述電 控閥門(36)的控制端與溫控器(35)的控制輸出端相連，封閉加熱器(32)、封閉製冷器(33) 和通水換熱器(34)的輸出端與輸出油泵(30)的輸入端相連；溫控器(35)的信號輸入端與 緩衝溫度傳感器(21)及爆炸前溫度傳感器(22)的信號輸出端相連。
7.根據權利要求1所述的非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，其特徵是所述的配 氣罐(5)的輸出端上安裝有對流出配氣罐(5)的可燃氣體進行加熱的加熱裝置(10)。
專利摘要一種非標狀態下可燃氣體爆炸極限測試系統，其特徵是它包括配氣裝置、爆炸裝置、溫控裝置、數據採集處理裝置；所述爆炸裝置包括防爆罐體和保溫護套，防爆罐體和保溫護套之間安裝有加熱元件，防爆罐體中安裝有隔板，隔板將防爆罐體的內腔分隔成氣體緩衝室和氣體爆炸室，隔板上安裝有導通氣體緩衝室和氣體爆炸室的電磁閥，爆炸裝置的輸入口與氣體緩衝室相連通，所述的輸入口還旁接有真空泵；在所述的氣體緩衝室中安裝有緩衝壓力傳感器和緩衝溫度傳感器，在所述的氣體爆炸室中安裝有爆炸前溫度傳感器、爆炸前壓力傳感器、點火器以及作為爆炸測試用的爆炸壓力傳感器。本實用新型結構簡單，可操作性好，解決了高溫高壓等非標狀態下的可燃氣體爆燃特性檢測的難題。
文檔編號G05D23/20GK201837624SQ201020563850
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者周小龍, 崔益清, 王志榮, 蔣軍成 申請人:南京工業大學