一种高压可燃性实验气体的安全输运装置及其供气方法与流程

本发明涉及可燃性实验气体输运系统，尤其涉及一种高压可燃性实验气体的安全输运装置及其供气方法。

背景技术：

可燃性实验气体包括氢气、乙炔、甲烷等，往往由气体钢瓶通过管路输送提供给实验装置、仪器等使用。然而，在气体输运和使用不当可能造成可燃气体泄漏，一旦遇到点火源，极易引发火灾爆炸事故，从而造成人员伤亡和财产损失。例如，2015年某高校实验室发生爆炸，造成1人死亡，初步确认是由于氢气使用不当造成气体爆炸。如何保障实验室可燃性气体，尤其是高压气体的安全输运和操作是实验室安全需重点关注的一个问题。高压可燃性实验气体对管道的气密性、耐久性、安全可靠性和功能性具有较高要求，因此对在使用高压可燃性气体作为实验气体时要进行合理的气体供应和输运管路系统的设计。

目前的实验室供气系统按其供应方式分为分散供气与集中供气。分散供气是将气瓶分别放在各个仪器分析室，接近仪器用气点；集中供气是将各类气体钢瓶集中放置在实验室外的独立气瓶间内，再以管道输送形式按照不同要求输送到每个实验室不同的实验仪器上。分散供气操作方便、节约用气但安全性差；集中供气可靠性高、功能性强但供气管道长浪费气体，开启或关闭气源要到气瓶间，使用不便。针对独立实验室的高压可燃性气体的输运，通常采用分散式供气方法。如果能将集中供气方法的优点融合到分散式供气系统中，可燃性实验气体的输送安全性和功能性将会得到较大提高。基于此，本发明结合两种供气方式的优点，设计了一种适用于高压气的可燃性实验气体安全输运系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有良好气密性、高清洁度、高耐用性和安全可靠性，能满足对实验室设备持续供气、间歇供气，并且能在使用过程中根据工作条件对气体压力进行全量程调整的可燃性实验气体安全输运装置及其供气方法。

本发明采用的技术方案为：一种高压可燃性实验气体的安全输运装置，该装置包括气瓶组，供气管路单元，抽真空单元和可燃气报警单元；气瓶组和供气管路单元的作用是向实验室设备内稳定地持续供气或间歇供气，同时还可为实验前气密性的检验、实验后促进装置内尾气的排放提供气源，供气管路单元能够根据实验要求在整个实验过程中对气体压力进行全量程调整；抽真空单元用于实验前抽取实验装置内的气体；可燃气报警单元用于当气体泄漏浓度达到报警浓度时发出声、光警报提醒采取安全措施及联动排风、切断电源，保证实验的安全性。

进一步的，该装置的具体结构如下：气瓶组主要由可燃性实验气体气瓶，惰性气体气瓶组成。供气管路单元主要由第一、第二过滤器，第一、第二、第三管路减压阀，第一、第二、第三、第四、第五手动截止阀，第一、第二、第三气动截止阀，压力变送器，控制箱，金属管道组成；可燃性实验气体瓶通过管道与第一过滤器、第一管路减压阀、第一气动截止阀及与其并联的第一手动截止阀、压力变送器相连，惰性气体气瓶通过管道与第二过滤器、第二管路减压阀、第二气动截止阀及与其并联的第二手动截止阀相连，两条管路并联；排空管通过第四手动截止阀进行控制，与可燃气和惰性气管道连接汇集到主高压管道上，用于排放装置内气体；第一、第二、第三管路减压阀在与气瓶连接侧、主管道连接侧安装2个压力表，分别显示气瓶内压力和管道内压力变化；控制箱内设置有多个电磁阀开关，对第一、第二、第三气动截止阀进行开闭控制，箱体通过第三手动截止阀、第三管路减压阀及金属管道与惰性气体气瓶连接，通过惰性气体气瓶以及第三管路减压阀提供控制箱内所需压力；压力变送器用于当可燃性气体对实验设备供气时判断设备是否保压成功。抽真空系统包括气动截止阀、带有真空表的真空泵，带有真空表的真空泵通过管道与第三气动截止阀相连接，再由管道连接到主高压管道上；第三气动截止阀及真空泵的开闭由控制箱中对应的电磁阀开关：第三气动截止阀开启按钮、第三气动截止阀关闭按钮及真空泵开启按钮、真空泵关闭按钮控制。可燃气报警单元包括气体探测器和气体报警控制器；可燃气泄漏时，报警器动作发出声光警报，输出电信号；控制箱中安装紧急制停按钮，系统报警时实验员可按下该按钮使控制箱中电磁阀动作，关闭供气管路上的气动控制阀，切断气路；同时气体报警控制器接受电信号，联动排风、切断电源使电磁阀关闭进而切断气路。

进一步的，该装置的工作过程如下：

1、实验前确认气瓶总阀，第一、第二、第四手动截止阀，第一、第二、第三气动截止阀，第一、第二管路减压阀关闭；2、第三、第五手动截止阀常开，实验前打开惰性气体气瓶总阀，通过压力表确认第三管路减压阀通往电磁阀侧压力达到其工作压力。3、根据实验要求和目的，该系统的具体工作过程如下：

(一)检查密封装置气密性以及抽真空

若实验装置处于封闭状态，可利用本系统实现检查装置密闭性及抽真空。密闭性测试操作过程：确认惰性气体气瓶总阀开启，打开控制箱上控制第二气动截止阀的电磁阀开关，手动调节第二管路减压阀使实验装置保压至一定压力值，关闭控制箱上控制第二气动截止阀的电磁阀开关，检测实验装置密闭性，密闭性通过后，打开第四手动截止阀泄压，随后关闭该截止阀，关闭第二管路减压阀。抽真空操作过程：确认惰性气体气瓶总阀开启，打开控制箱上控制第三气动截止阀的电磁阀开关和真空泵启动开关，待抽真空结束后，依次关闭控制箱上第三气动截止阀的电磁阀开关和真空泵停止开关。

(二)对实验设备进行间歇供气

打开可燃性实验气体气瓶总阀，打开控制箱上第一气动截止阀的控制开关，手动调节第一管路减压阀使主管道侧压力表数据达到实验压力；若实验装置处于封闭状态，关闭第一气动截止阀的控制开关，观察压力变送器数据3分钟内是否有明显减小，若无变化则供气成功；实验结束后关闭第一气动截止阀的控制开关，关闭第一管路减压阀；随后打开控制箱上控制第二气动截止阀的电磁阀开关，手动调节第二管路减压阀，用惰性气体吹扫管路后关闭控制箱上第二气动截止阀的电磁阀开关，关闭第二管路减压阀，关闭可燃性实验气体气瓶总阀和惰性气体气瓶总阀。

(三)对实验设备进行稳定的持续供气

确认惰性气体气瓶总阀开启，打开控制箱上控制第二气动截止阀的电磁阀开关，手动调节第二管路减压阀，用惰性气体吹扫管路后关闭第二气动截止阀的电磁阀开关，关闭第二管路减压阀之后，打开可燃性实验气体气瓶总阀，打开控制箱上控制第一气动截止阀的电磁阀开关，手动调节第一管路减压阀使主管道侧压力表数据达到供气压力；观察压力变送器数据是否有明显波动，若无变化则实现对实验设备的稳定、持续供气。

(四)气瓶组中气瓶的安全更换

可燃性实验气体气瓶更换：检查可燃性实验气体气瓶处于关闭状态，打开第一和第四手动截止阀，调节第一管路减压阀将管道中可燃性实验气体排尽(第一管路减压阀两侧压力表均显示为0时)，第一管路减压阀保持不动，更换新气瓶；确保实验设备处于密闭状态，若实验设备为敞开型装置，需在主管道处安装常开的第五手动截止阀，此时关闭该截止阀以形成封闭回路；关闭第四手动截止阀；打开惰性气体气瓶总阀，打开控制箱上第三气动截止阀的控制开关和真空泵启动开关进行抽真空，待抽真空结束后关闭第一手动截止阀和第一管路减压阀，再依次关闭控制箱上第三气动截止阀的控制开关和真空泵停止开关；打开第五手动截止阀；打开可燃性实验气体气瓶总阀，通过第一管路减压阀于气瓶侧压力表确定可燃性实验气体气瓶内总压力。

惰性气体气瓶更换：检查惰性气体气瓶处于关闭状态，关闭第三手动截止阀，打开第二手动截止阀，调节第二管路减压阀将管道中惰性气体排尽(第二管路减压阀两侧压力表均显示为0时)，第二管路减压阀保持不动，更换新气瓶；关闭第二手动截止阀和第二管路减压阀，打开惰性气体气瓶总阀，通过第二管路减压阀气瓶侧压力表确定惰性气体气瓶内总压力；打开第三手动截止阀，调整第三管路减压阀使通往电磁阀侧压力达到其工作压力。

采用如上技术方案的本发明，具有如下有益效果：安全，可靠，操作方便，节约用气，功能性强。可燃性实验气体安全输运系统用来向实验设备进行可燃气的安全输运，并可以在使用过程中对气体压力进行全量程调整，以保证实验装置内气体满足实验要求；还能满足对实验室设备持续供气和间歇供气，为实验设计提供更多的选择。

附图说明

图1为本发明一种高压可燃性实验气体的安全输运装置总体结构示意图；

图2为输运装置中控制箱结构示意图；

图3为实施例中高压可燃气体泄漏自燃及激波诱导点火试验装置示意图。

附图中输运系统各部件名称和编号对应表

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的实施方式。

本发明一种高压可燃性实验气体的安全输运装置，主要由可燃性实验气体气瓶1，惰性气体气瓶2，第一、第二过滤器3、4，第一、第二、第三管路减压阀5、6、19，第一、第二、第三、第四、第五手动截止阀7、8、18、15、14，第一、第二、第三气动截止阀9、10、12，压力变送器11，控制箱20，金属管道组成；可燃性实验气体瓶1通过管道与第一过滤器3、第一管路减压阀5、第一气动截止阀9及与其并联的第一手动截止阀7、压力变送器11相连，惰性气体气瓶2通过管道与第二过滤器4、第二管路减压阀6、第二气动截止阀10及与其并联的第二手动截止阀8相连，两条管路并联；排空管通过第四手动截止阀15进行控制，与可燃气和安全气管道连接汇集到主高压管道16上，用于排放装置内气体；第一、第二、第三管路减压阀5、6、19在与气瓶连接侧、主管道连接侧安装2个压力表，分别显示气瓶内压力和管道内压力变化；控制箱20设置有多个电磁阀开关，对第一、第二、第三气动截止阀9、10、12进行开闭控制，箱体通过第三手动截止阀18、第三管路减压阀19及金属管道与惰性气体气瓶2连接，通过惰性气体气瓶2以及第三管路减压阀19提供控制箱内所需压力；压力变送器11用于当可燃性气体对实验设备持续供气时，判断设备是否保压成功。抽真空系统包括第三气动截止阀12、带真空表的真空泵13，带有真空表的真空泵13通过管道与第三气动截止阀12相连接，再由管道连接到主高压管道16上；第三气动截止阀12及真空泵13的开闭由控制箱20中对应的电磁阀开关：第三气动截止阀12开启按钮30、第三气动截止阀12关闭按钮31及真空泵开启按钮24、真空泵关闭按钮25控制。可燃气报警系统包括气体探测器21和气体报警控制器22；可燃气泄漏时，报警器动作发出声光警报，输出电信号；控制箱中安装紧急制停按钮32，系统报警时实验员可按下该按钮使控制箱中电磁阀动作，关闭供气管路上的气动控制阀，切断气路；同时气体报警控制器22接受电信号，联动排风、切断电源使电磁阀关闭进而切断气路。

进一步的，本发明的工作过程如下：

1、实验前确认可燃性实验气体气瓶1、惰性气体气瓶2总阀，第一、第二、第四手动截止阀7、8、15，第一、第二、第三气动截止阀9、10、12，第一、第二管路减压阀5、6关闭；2、第三、第五手动截止阀18、14常开，实验前打开惰性气体气瓶2总阀，通过压力表确认第三管路减压阀19通往电磁阀20侧压力达到其工作压力；

(一)检查密封装置气密性以及抽真空

若实验装置处于封闭状态，可利用本装置实现检查装置密闭性及抽真空。密闭性测试操作过程：确认惰性气体气瓶2总阀开启，按下控制箱20上第二气动截止阀10的开启按钮28，手动调节第二管路减压阀6使实验装置保压至一定压力值，按下控制箱20上第二气动截止阀10的关闭按钮29，检测实验装置密闭性，密闭性通过后，打开第四手动截止阀15泄压，随后关闭该截止阀，关闭第二管路减压阀6。抽真空操作过程：确认惰性气体气瓶2总阀开启，按下控制箱20上第三气动截止阀12的开启按钮30和真空泵开启按钮24，待抽真空结束后，依次按下控制箱上第三气动截止阀12的关闭按钮31和真空泵关闭按钮25。

(二)对实验设备进行间歇供气

打开可燃性实验气体气瓶1总阀，按下控制箱20上第一气动截止阀9的开启按钮26，手动调节第一管路减压阀5使主管道侧压力表数据达到实验压力；若实验装置处于封闭状态，按下第一气动截止阀9的关闭按钮27，观察压力变送器11数据3分钟内是否有明显减小，若无变化则供气成功；实验结束后按下第一气动截止阀9的关闭按钮27，关闭第一管路减压阀5；随后按下控制箱20上第二气动截止阀10的开启按钮28，手动调节第二管路减压阀6，用惰性气体吹扫管路后按下控制箱20上第二气动截止阀10的关闭按钮29，关闭第二管路减压阀6，关闭可燃性实验气体气瓶1总阀和惰性气体气瓶2总阀。

(三)对实验设备进行稳定的持续供气

确认惰性气体气瓶2总阀开启，按下控制箱20上第二气动截止阀10的开启按钮28，手动调节第二管路减压阀6，用惰性气体吹扫管路后按下第二气动截止阀10的关闭按钮29，关闭第二管路减压阀6之后，打开可燃性实验气体气瓶1总阀，按下控制箱20上第一气动截止阀9的开启按钮26，手动调节第一管路减压阀5使主管道侧压力表数据达到供气压力；观察压力变送器11数据是否有明显波动，若无变化则实现对实验设备的稳定、持续供气。

(四)输运系统中气瓶的安全更换

可燃性实验气体气瓶更换：检查可燃性实验气体气瓶1处于关闭状态，打开第一和第四手动截止阀7、15，调节第一管路减压阀5将管道中可燃性实验气体排尽(第一管路减压阀两侧压力表均显示为0时)，第一管路减压阀5保持不动，更换新气瓶；确保实验设备处于密闭状态，若实验设备为敞开型装置，需在主管道处安装常开的第五手动截止阀14，此时关闭该截止阀以形成封闭回路；关闭第四手动截止阀15；打开惰性气体气瓶2总阀，按下控制箱20上第三气动截止阀12的开启按钮30和真空泵13开启按钮24进行抽真空，待抽真空结束后关闭第一手动截止阀7和第一管路减压阀5，再依次按下控制箱20上第三气动截止阀12的关闭按钮31和真空泵13关闭按钮25；打开第五手动截止阀14；打开可燃性实验气体气瓶1总阀，通过第一管路减压阀5于气瓶侧压力表确定可燃性实验气体气瓶1内总压力。

惰性气体气瓶更换：检查惰性气体气瓶2处于关闭状态，关闭第三手动截止阀18，打开第二手动截止阀8，调节第二管路减压阀6将管道中惰性气体排尽(即第二管路减压阀两侧压力表均显示为0时)，第二管路减压阀6保持不动，更换新气瓶；关闭第二手动截止阀8和第二管路减压阀6，打开惰性气体气瓶2总阀，通过第二管路减压阀6气瓶侧压力表确定惰性气体气瓶2内总压力；打开第三手动截止阀18，调整第三管路减压阀19使通往电磁阀侧压力达到其工作压力。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图3所示，实验设备为高压可燃气体泄漏自燃及激波诱导点火试验装置。将本发明通过主管道16与该装置连接，可燃性实验气体为氢气，惰性气体为氮气。实验装置的简要工作过程为：利用本发明将氢气输送至高压储罐33，充装氢气至一定压力，模拟氢气高压储存；爆破片夹持器36与高压储罐33相连，当储罐压力高于夹持器内爆破片35承受压力时，爆破片破裂，氢气通过下游管道39泄放到防护箱42中。下游管道中压力和自燃情况由压力传感器37和光电二极管38测量，防护箱内火焰结构由高速系统41测量，将数据传送至数据采集仪40中。该装置为密闭型装置，无需安装第五手动截止阀14。结合该实验设备，本发明的工作过程如下：

步骤1、实验前和结束后确认可燃性实验气体气瓶1、惰性气体气瓶2总阀，第一、第二、第四手动截止阀7、8、15，第一、第二、第三气动截止阀9、10、12，第一、第二管路减压阀5、6关闭；

步骤2、第三手动截止阀18常开，实验前打开惰性气体气瓶2总阀，通过压力表确认第三管路减压阀19通往电磁阀侧压力达到其工作压力5bar；

步骤3、密闭性测试：爆破片35安装完毕后，开惰性气体气瓶2总阀，按下控制箱20上第二气动截止阀10的开启按钮28，调节第二管路减压阀6使高压腔33保压至一定压力值，按下控制箱20上第二气动截止阀10的关闭按钮29，检测实验装置密闭性，密闭性通过后，打开第四手动截止阀15泄压，随后关闭该截止阀，关闭第二管路减压阀6；

步骤4、抽真空：确认惰性气体气瓶2总阀开启，按下控制箱20上第三气动截止阀12的开启按钮30和真空泵开启按钮24，待抽真空结束后，依次按下控制箱上第三气动截止阀12的关闭按钮31和真空泵关闭按钮25；

步骤5、为实验装置间歇性供气：打开可燃性实验气体瓶1总阀，按下控制箱20上第一气动截止阀9的开启按钮26，调节第一管路减压阀5使爆破片35破裂后，立即按下第一气动截止阀9的关闭按钮27。随后按下控制箱20上第二气动截止阀10的开启按钮28，调节第二管路减压阀6，用氮气吹扫管路后按下控制箱20上第二气动截止阀10的关闭按钮29，关闭第一、第二管路减压阀5、6，换爆破片35进行下一组实验。

步骤6、更换可燃性实验气体瓶：检查可燃性实验气体瓶1总阀处于关闭状态，打开第一、第四手动截止阀7、15，调节第一管路减压阀5将管道中氢气排尽(即管路减压阀5两侧压力表均显示为0时)，第一管路减压阀5保持不动，更换新气瓶。装上爆破片35，关闭第四手动截止阀15，打开惰性气体气瓶2总阀，按下控制箱20上第三气动截止阀12的开启按钮30和真空泵13开启按钮24，待抽真空结束后关闭第一手动截止阀7和管路减压阀5，再依次按下控制箱20上第三气动截止阀12的关闭按钮31和真空泵13关闭按钮25。打开可燃性实验气体瓶1总阀，通过管路减压阀5可燃性实验气体瓶侧压力表确定可燃性实验气体瓶内总压力。

步骤7、更换惰性气体气瓶：检查惰性气体气瓶2总阀处于关闭状态，关闭第三手动截止阀18，打开第二手动截止阀8，调节第二管路减压阀6将管道中氮气排尽(即第二管路减压阀6两侧压力表均显示为0时)，更换新气瓶。关闭第二手动截止阀8和第二管路减压阀6，打开惰性气体气瓶2总阀，通过第二管路减压阀6气瓶侧压力表确定惰性气体气瓶2内总压力。打开第三手动截止阀18，调整第三管路减压阀19使通往电磁阀侧压力约为5bar。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。