一种可燃性气体输运管道安全防护装置的制作方法

本发明涉及一种可燃性气体输运管道安全防护装置，属于中小型可燃气体输运管道工程安全技术领域。

背景技术：

近年来，我国油气管道运输系统建设高速发展。作为天然气等可燃性气体的主要运输方式，管道运输系统具有环保、经济、运输量大、占地少等优点，在天然气行业中占有举足轻重的地位。纵横交错的油气管道在给人民生活带来便利的同时，也带来了相应的安全隐患。天然气等可燃性气体具有易燃易爆的特点，一旦发生泄漏，管道内的易燃易爆介质与空气接触，遇到火源便可发生燃烧爆炸，爆炸火焰和冲击波在极短时间内迅速沿管道扩散传播。如果没有爆炸安全防护技术和装置，灾害容易波及整个输运管道和相邻的附属生产设备及系统，造成重大的经济损失甚至人员伤亡。例如，2010年12月的温州市区西山南路银来花苑小区天然气管道爆炸事故和2017年3月的内蒙古包头市只图村居民楼天然气管道爆炸事故，给社会带来了巨大的损失。因此，可燃性气体输运管道又属于重点监控的危险源。

通过调研发现市面现有的管道隔爆泄爆装置多采用水封型（中国专利：cn201110178955.2、cn201720501721.x）和纯机械式阻火泄爆装置（中国专利：cn201720212916.2、cn201420293003.4）。但水封型阻火泄爆装置往往存在水封液面变化大，难以控制和监测水封高度，补排水工作难以实现等缺点；而纯机械式阻火泄爆装置则存在阻力大、反应较慢以及单向动作等缺点。部分装置完成阻火隔爆动作后，如果爆炸冲击波压力过大，存在堵塞管道或发生次生灾害的隐患，难以满足工业领域对管道的安全防护要求，且市场上可燃气体管道安全防护装备未实现运行参数及异常信息预警的功能，存在很大的改进和提升空间。因此，为了防止重大灾害事故的发生与蔓延，减少管道爆炸造成的人员伤亡和财产损失，本发明提供了一种具有隔爆-泄爆双重功能的可燃性气体输运管道安全防护装备，以期解决上述可燃性气体输运管道安全防护方面存在的问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术不足，提供一种具有爆炸阻隔、无焰泄放、实时监控和超前预警功能的无水管道安全防护装备。解决可燃气体输运管道在爆炸事故灾变工况和正常输运工况条件下的安全防护和实时监测需求，并具有良好的安全防护效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可燃性气体输运管道安全防护装置，防护装置包括输气管道，防护装置还包括双向隔爆控制机构、无焰泄放机构和远程监测预警机构，所述输气管道采用左侧管道、第一电磁阀、三通管、第二电磁阀和右侧管道依次连接，在左侧管道上设有第一压力开关和第一传感器模块，在右侧管道上设有第二压力开关和第二传感器模块；所述双向隔爆控制机构采用第一压力开关经stm32单片机、第二电磁继电器电连接第二电磁阀，采用第二压力开关经stm32单片机、第一电磁继电器电连接第一电磁阀；所述无焰泄放机构设置在三通管上，在三通管与短管连接的法兰之间设有密封垫圈和爆破片，在爆破片一侧的短管内设有灭火弹，在短管的端部设有阻火网；所述远程监测预警机构采用第一传感器模块、第二传感器模块电连接stm32单片机，stm32单片机电连接陶瓷天线暴露在空气中的gprs模块，gprs模块与接收终端无线连接。

所述灭火弹采用银质薄片包裹火焰抑制剂的结构，灭火弹的周边设有环形边，在环形边的上下各用一个卡环把灭火弹固定在短管的内壁。

所述阻火网采用从里向外依次为聚酰亚胺纤维阻火网、不绣钢阻火网和加强栅格板的结构，阻火网的周边设有用法兰固定的环边。

本发明的有益效果是：这种可燃性气体输运管道安全防护装置的输气管道采用左侧管道、第一电磁阀、三通管、第二电磁阀和右侧管道依次连接。双向隔爆控制机构采用第一压力开关经stm32单片机、第二电磁继电器电连接第二电磁阀，采用第二压力开关经stm32单片机、第一电磁继电器电连接第一电磁阀。无焰泄放机构设置在三通管上，在三通管与短管连接的法兰之间设有密封垫圈和爆破片，在爆破片一侧的短管内设有灭火弹，在短管的端部设有阻火网。远程监测预警机构采用传感器模块电连接stm32单片机，stm32单片机经gprs模块与接收终端无线连接。该防护装置采用双向隔爆控制机构、无焰泄放机构和远程监测预警机构，弥补了现有技术的不足，能更好地应用于中小型可燃气体输运管道的隔爆与泄爆，且装备结构合理、动作灵敏、实用性强，在保证管道安全阻隔和泄放的同时，兼具运行参数和异常信息的实时监测和超前预警，方便可靠。

附图说明

图1是一种具有隔爆-泄爆双重功能的可燃性气体输运管道安全防护装置的结构图。

图2是图1中的a放大图。

图中：1、输气管道，1a、左侧管道，1b、右侧管道，2、第一压力开关，2a、第二压力开关，3、无焰泄放机构，3a、爆破片，3b、灭火弹，3c、阻火网，3d、法兰，3e、密封垫圈，4、第一传感器模块，4a、第二传感器模块，4b、stm32单片机，4c、gprs模块，4d、接收终端，5、三通管，5a、短管，5b、卡环，6、第一电磁阀，6a、第二电磁阀，7、第一电磁继电器，7a、第二电磁继电器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述：

图1、2是一种具有隔爆-泄爆双重功能的可燃性气体输运管道安全防护装置的结构图。图中，这种可燃性气体输运管道安全防护装置包括输气管道1、双向隔爆控制机构、无焰泄放机构3和远程监测预警机构。输气管道1采用左侧管道1a、第一电磁阀6、三通管5、第二电磁阀6a和右侧管道1b依次连接，在左侧管道1a上设有第一压力开关2和第一传感器模块4，在右侧管道1b上设有第二压力开关2a和第二传感器模块4a。双向隔爆控制机构采用第一压力开关2经stm32单片机4b、第二电磁继电器7a电连接第二电磁阀6a，采用第二压力开关2a经stm32单片机4b、第一电磁继电器7电连接第一电磁阀6。无焰泄放机构3设置在三通管5上，在三通管5与短管5a连接的法兰之间设有密封垫圈3e和爆破片3a，在爆破片3a一侧的短管5a内设有灭火弹3b，在短管5a的端部设有阻火网3c。远程监测预警机构采用第一传感器模块4、第二传感器模块4a电连接stm32单片机4b，stm32单片机4b电连接陶瓷天线暴露在空气中的gprs模块4c，gprs模块4c与接收终端4d无线连接。

灭火弹3b采用银质薄片包裹火焰抑制剂的结构，灭火弹3b的周边设有环形边，在环形边的上下各用一个卡环5b把灭火弹3b固定在短管5a的内壁。阻火网3c采用从里向外依次为聚酰亚胺纤维阻火网、不绣钢阻火网和加强栅格板的结构，阻火网3c的周边设有用法兰3d固定的环边。

下面结合几种工况，说明可燃性气体输运管道安全防护装置的工作过程：

爆炸事故灾变工况1：管道内爆炸冲击波压力小于装置阻爆压力设计载荷。

隔爆单元以双向两个电磁阀为核心，压力开关控制电磁阀电路通断，在管道上安装顺序自左到右为：控制第二电磁阀的第一压力开关、第一电磁阀、第二电磁阀、控制第一电磁阀的第二压力开关。

两侧隔爆装置分别设有第一电磁继电器、第二电磁继电器，分别控制第一电磁阀、第二电磁阀的通断，互不影响。

当管道一侧发生爆炸，压力波先于火焰触发该侧气体压力开关，压力开关闭合触动电磁继电器工作，吸合电磁阀回路开关，迅速完成电路通断控制，另一侧直动式防爆电磁阀通电实现瞬间关闭，隔爆动作完成。

爆炸事故灾变工况2：管道内爆炸冲击波压力大于装置阻爆压力设计载荷。

无焰泄放单元以爆破片、灭火弹以及帽型阻火网为核心，两侧隔爆电磁阀中间部分的结构为三通管，以法兰与电磁阀连接。无焰泄放单元由爆破片、由银质薄片加装干粉灭火剂的灭火弹以及阻火网组成。阻火网由金属及非金属材料共三层组成，为增大泄放面积采用帽型阻火网，加强泄放效果，保证泄放效率，实现了管道内火焰的无焰泄放。

当系统完成阻火隔爆动作后，管道中爆炸冲击波压力大于装置阻爆压力设计载荷时，为避免压力过高引起安全防护装备和可燃气体管道输运系统破坏，无焰泄放单元实现管道内爆炸压力的安全泄放。火焰冲击波压力大于爆破片额定压力后，冲破爆破片，将压力从泄放单元中向外泄出，伴随火焰高温作用，银质灭火弹融化，释放出阻火剂和消焰剂粉末，抑制火焰链式反应，防止压力泄放时火星及火焰引发泄放口周围爆炸性环境二次爆炸。

正常输运工况3：管道未发生爆炸，管道内可燃性介质正常输运。

远程监控报警单元以stm32单片机为核心，与传感器模块（瓦斯、温度、流量、压力采集传感器模块）连接，用于接收管道运行环境监测参数；传感器模块采用螺纹或焊接形式与输运管道连接，对管道进行运行环境监测。stm32单片机同时与cprs模块连接，通过无线网络将监测信号发送至目标终端。

正常输运工况下，电磁阀处于常开状态，控制电路正常连接，气体可以在管内正常流通不受阻碍。当管道输运过程发生异常时，管道内温度与压力等参数出现异常，传感器模块将监测的数据传送到stm32单片机并通过lcd显示屏显示出来，同时，超过设定阈值的压力会给予报警系统信号，使lcd闪屏、蜂鸣器鸣叫提醒，并且通过stm32单片机驱动gprs模块向目标人员发送报警短信，实现管道运行参数的实时监控和异常信息的超前预警。

该可燃性气体输运管道安全防护装置将泄放单元居中，隔爆单元分列两侧，使得装置结构紧凑，隔爆及泄放互不影响，动作更加高效；采用太阳能加蓄电池供电，解决偏远荒凉地段供电不便的问题，保证本装置正常可靠运行。