一种高压可燃性气体泄漏自燃及激波诱导点火的试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种高压可燃性气体泄漏自燃以及激波诱导点火的试验装置，整个试验装置包括试验气体气瓶和氮气气瓶、高压通气管道、稳压阀、电磁阀、压力表、真空泵、高压储罐、压力变送器、ICP压力传感器、光电二极管、爆破片夹持器（内装爆破片）、下游管道、纹影仪、高速摄像机、防护箱、空压机等。该装置可用于：（1）研究不同泄漏压力、不同下游管道形状、长度、直径、气体初始温度以及爆破片破裂形状、管口外障碍物等因素对自燃点火发生的影响，并进一步完善自燃点火机理；（2）研究激波诱导点火过程，揭示激波诱导点火机理及其影响因素；（3）实现自燃点火和激波诱导点火过程的可视化研究。
【专利说明】一种高压可燃性气体泄漏自燃及激波诱导点火的试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于可燃性气体的安全的【技术领域】，具体涉及一种高压可燃性气体泄漏自燃及激波诱导点火的试验装置。
【背景技术】
[0002]可燃性气体高压储存是提高能源利用效率的一项重要技术，而高压储存的可燃性气体意外泄漏或释放时有可能发生自燃点火现象，进而引发火灾爆炸事故。目前国内外对高压可燃性气体泄漏自燃的机理还没有统一的认识，大部分研究侧重于扩散点火理论。扩散点火理论是指高压可燃性气体通过下游管道或直接释放到空气(或氧气)中，会在气体燃料射流前端形成激波，激波产生高温高压，从而使激波后方空气温度迅速升高，此时高温空气与射流前沿之间会发生分子扩散，形成一定区域的燃料-空气混合层，当混合层温度达到点火温度且气体燃料浓度处于点火范围时，经过一段时间延迟(点火延迟)，便会发生自燃点火。目前，国内针对高压可燃性气体泄漏自燃机理的研究还相当少，现有研究主要是对实验现象进行简单描述，通过变换不同的储存压力、不同的下游管道等来确定自燃点火发生条件。由于高压可燃性气体泄漏自燃点火是一个十分复杂的过程，受气体储存压力、下游管道形状和尺寸、管口外障碍物、隔膜破裂过程、气体温度等诸多因素的影响，因此研究不同条件下的高压可燃性气体泄漏自燃点火规律，发展捕捉激波结构变化和自燃点火过程的可视化技术，建立喷射火焰结构尺寸的定量模型，不仅可以深化自燃点火机理研究、拓展射流火焰理论模型，同时还可为发展高压可燃性气体的安全储存技术、完善相关安全标准和规范提供实验依据和理论支撑。
[0003]气体高压存储时，一旦发生泄漏会在气体射流前方形成一道激波，若激波作用于可燃性(部分)预混气体，致使其温度升高，当可燃性混合气体温度达到点火温度时，便会发生燃烧，甚至爆炸。目前，国内针对激波诱导点火过程的研究主要在激波管内进行，尺寸较小，不能模拟真实场景。高压气体泄漏时产生的激波诱导可燃性预混气体点火不仅与激波强度、气体初始温度有关，而且还受可燃性气体浓度的影响。针对激波诱导点火现象进行研究并发展点火过程可视化技术，不仅可以更加直观的研究激波诱导点火过程，揭示激波诱导点火机理，还可为发展激波诱导点火抑制技术提供理论依据。
[0004]本实用新型的目的在于提供一种能够进行上述试验的高压可燃性气体泄漏自燃以及激波诱导点火试验平台。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种高压可燃性气体泄漏自燃及激波诱导点火的试验装置，该装置可以对不同条件下的高压可燃性气体泄漏自燃点火以及激波诱导点火开展试验研究。
[0006]本实用新型采用的技术方案为:一种高压可燃性气体泄漏自燃及激波诱导点火的试验装置，整个试验装置包括高压供气系统、高压储罐和下游管道系统、安全防护系统、动态图像记录系统、数据采集系统以及电磁阀控制系统。高压供气系统主要作用是向高压储罐内连续稳定的充装试验气体，同时还可为试验前气密性的检验、试验后促进装置内尾气的排放提供气源；高压储罐和下游管道系统中包括爆破片夹持器装置，该装置内装有爆破片，高压储罐充装试验气体至一定压力用于模拟高压气体的储存，当储存压力大于爆破片承受压力时，爆破片破裂，试验气体通过下游管道或直接排放到防护箱中；安全防护系统主要由防护箱构成，防护箱用于积聚可燃性气体，防止随意扩散；动态图像记录系统用于记录下游管道管口处激波、激波诱导点火、气体射流以及射流火焰的动态发展变化过程；数据采集系统记录高压储罐内压力变化以及下游管道内压力变化和自燃点火信号，并可输出触发信号，启动动态图像记录系统开始工作；试验装置中电磁阀的开闭由电磁阀控制系统进行控制。
[0007]进一步的，该试验装置的具体结构如下:高压供气系统主要由高压试验气体气瓶、氮气瓶、第一、第二开关阀、第一、第二稳压阀、第一、第二、第三电磁阀、压力表、主高压管道和第一真空泵系统组成；在主高压管道的前端有三个垂直布置的第一、第二、第三电磁阀，高压试验气体气瓶通过管道与第一开关阀、第一稳压阀和上端的第一电磁阀相连，同样氮气气瓶通过管道与第二开关阀、第二稳压阀和中间的第二电磁阀相连，下端的第三电磁阀为备用阀，用于排放装置内气体；三个垂直安装的第一、第二、第三电磁阀即上端的第一电磁阀、中间的第二电磁阀和下端的第三电磁阀通过管道连接汇集到主高压管道上；主高压管道上安装有压力表和第一真空泵系统，压力表用来显示管道内压力变化，第一真空泵系统由针阀、真空泵和真空表组成，真空泵通过管道与真空表和针阀相连接，再由管道连接到主高压管道上，第一真空泵系统用于实验前抽取试验装置内的气体。高压储罐和下游管道系统主要由高压储罐、爆破片、爆破片夹持器和下游管道构成；主高压管道与高压储罐相连，高压储罐末端连接爆破片夹持器，爆破片夹持器另一端与下游管道相连；该夹持器内装有爆破片，爆破片能承受一定的压力值，当储罐内试验气体压力达到爆破片爆破压力时，爆破片破裂，试验气体通过下游管道或直接喷射到防护箱内。安全防护系统主要由转换接头、法兰、防护箱以及空压机、第二真空泵系统等组成；下游管道末端通入防护箱内，下游管道与防护箱通过转换接头和法兰实现连接；防护箱上开设有排气口和进气口并安装有第二真空泵系统；防护箱主要用于集聚可燃性气体，防止在室内随意扩散；防护箱内发生意外爆炸向外泄压以及尾气排放均通过排气口排到室外，排气口的开闭由第四电磁阀控制；通过空压机由进气口向防护箱内鼓吹空气挤压可燃性气体彻底排至室外，进气口的开闭由第五电磁阀控制；第二真空泵系统由真空表、真空泵和针阀组成，主要用于激波诱导点火试验开始前，抽除防护箱内气体至真空；研究高压气体泄漏时产生的激波诱导可燃性预混气体的点火过程时，高压试验气体既可为高压可燃性气体也可为高压非可燃性气体，首先使用第二真空泵系统抽除防护箱内气体至真空状态，然后将一定量、一定浓度的可燃性预混气体由进气口通入防护箱内；防护箱的左右两个侧面安装透明玻璃窗，石英玻璃通过法兰嵌装到玻璃窗里，下游管道喷口处在玻璃窗的视野范围内，纹影仪光学系统产生的平行光路通过该玻璃窗；防护箱末端开设一扇门，用于下游管道出口处外部泄漏环境以及激波诱导点火试验环境的设置，门的开闭通过门把手来操作。动态图像记录系统，又称作高速纹影拍摄系统，主要由纹影仪和高速摄像机组成，纹影仪主要由以下几部分组成:光源、聚焦镜片、第一、第二反射镜、第一、第二凹面镜和刀口 ；当玻璃窗视野范围内的流场密度不均匀时，平行光束通过时发生偏折，在纹影仪刀口平面上产生一个偏离的光源像，高速摄像机物镜上的照度随之发生变化，从而定性的显示流场的密度变化，高速摄像机通过记录流场密度变化图像来反映喷口外激波的形成、自燃点火、射流变化以及喷射火焰的发展情况。数据采集系统主要由压力变送器、第一压力传感器、光电二极管、第二压力传感器和数据采集仪组成；压力变送器安装在高压储罐上，用于测量储罐内压力的变化情况；下游管道上下两侧分别装有一定数量的第一压力传感器和光电二极管，第一压力传感器为ICP压力传感器,该ICP压力传感器用于记录管道内的压力变化，监测激波的形成和发展；光电二极管用于检测管道内自燃点火发生情况以及自燃火焰的传播过程；第二压力传感器用于监测箱体内压力的变化情况，第二压力传感器为ICP压力传感器；通过数据采集仪记录压力变送器、两个ICP压力传感器和光电二极管所采集得到的物理变化信号，当压力变送器测量值骤降或第一压力传感器测量值突升时，输出触发信号，启动高速摄像机开始工作。电磁阀控制系统主要由电磁阀控制柜构成，电磁阀控制柜内设置有五个电磁阀开关，用以分别控制试验装置内第一、第二、第三、第四、第五电磁阀的开闭。由于涉及高压以及可燃性气体，整套试验装置需要有良好的气密性。 [0008]本实用新型的优点在于:
[0009]本实用新型为一种研究高压可燃性气体(如氢气、瓦斯气等)泄漏和释放过程中自燃以及激波诱导点火过程的试验装置。该装置可用于:(1)研究不同泄漏压力、不同下游管道形状、长度、直径、气体初始温度以及爆破片破裂形状、管口外障碍物等因素对自燃点火发生的影响，并进一步完善自燃点火机理；(2)研究激波诱导点火过程，揭示激波诱导点火机理及其影响因素；(3)实现自燃点火和激波诱导点火过程的可视化研究；(4)实现试验过程的远距离安全操作，通过电磁阀完成试验过程中充气和排气的半自动化控制；(5)保证试验结束后，可燃性试验尾气安全的排至室外；(6)自动记录动态试验现象及其精细结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为试验装置总体结构示意图；
[0011]图2防护箱结构示意图。
[0012]附图中试验装置各部件名称和编号对应表
[0013]
【权利要求】
1.一种高压可燃性气体泄漏自燃及激波诱导点火的试验装置，其特征在于，整个试验装置包括高压供气系统、高压储罐和下游管道系统、安全防护系统、动态图像记录系统、数据采集系统以及电磁阀控制系统，高压供气系统主要用于向高压储罐内连续稳定的充装试验气体，同时还可为试验前气密性的检验、试验后促进装置内尾气的排放提供气源；高压储罐和下游管道系统中包含爆破片夹持器装置，该装置内装有爆破片，高压储罐内充装试验气体至一定压力用于模拟高压气体的储存，当储存压力大于爆破片承受压力时，爆破片破裂，试验气体通过下游管道或直接排放到防护箱中；安全防护系统主要由防护箱构成，防护箱用于积聚可燃性气体，防止随意扩散；动态图像记录系统用于记录下游管道管口处激波、激波诱导点火、气体射流以及射流火焰的动态发展变化过程；数据采集系统记录高压储罐内压力变化以及下游管道内压力变化和自燃点火信号，并可向动态图像记录系统输入触发信号；试验装置中电磁阀的开闭由电磁阀控制系统进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种高压可燃性气体泄漏自燃及激波诱导点火的试验装置，其特征在于，该试验装置的具体结构如下:高压供气系统主要由高压试验气体气瓶(I)、氮气瓶(2)、第一、第二开关阀(3), (4)、第一、第二稳压阀(5), (6)、第一、第二、第三电磁阀(7)，(8)，(9)、压力表(10)、主高压管道(11)和第一真空泵系统组成；在主高压管道(11)的前端有三个垂直布置的第一、第二、第三电磁阀(7)、(8)、(9)，高压试验气体气瓶(I)通过第一开关阀(3)、第二稳压阀(5)后与上端的第一电磁阀(7)相连，同样氮气气瓶(2)通过第二开关阀(4)和第二稳压阀(6)后与中间的第二电磁阀(8)相连，下端的第三电磁阀(9)为备用阀，用于排放装置内气体；三个垂直安装的第一、第二、第三电磁阀即上端的第一电磁阀(7)、中间的第二电磁阀(8)和下端的第三电磁阀(9)通过管道连接汇集到主高压管道(11)上；主高压管道(11)上安装有压力表(10)和第一真空泵系统，压力表(10)用来检测管道内压力变化，第一真空泵系统由针阀(12)、真空泵(13)和真空表(14)组成，真空泵(13)通过管道与真空表(14)和针阀(12)相连，再由管道连接到主高压管道(11)上，第一真空泵系统用于实验前抽取试验装置内的气体，高压储罐和下游管道系统主要由高压储罐(15)、爆破片(17)、爆破片夹持器(18 )和下游管道(21)构成；主高压管道(11)与高压储罐(15)相连，高压储罐(15)末端连接爆破片夹持器(18)，爆破片夹持器(18)另一端与下游管道(21)相连；该夹持器(18)内装有一定设计压力的爆破片(17)，当储罐(15)内试验气体压力达到爆破片爆破压力时，爆破片(17)破裂，试验气体通过下游管道(21)或直接喷射到防护箱(25)内，安全防护系统主要由转换接头(22)、法兰(23)、防护箱(25)以及空压机(44)、第二真空泵系统等组成；下游管道(21)末端直接与防护箱(25)内大气相通，下游管道(21)与防护箱(25)通过转换接头(22)和法兰(23)实现连接；防护箱(25)上开设有排气口(37)和进气口(47)并安装有第二真空泵系统；防护箱(25)主要用于集聚可燃性气体，防止在室内随意扩散；防护箱(25)内发生意外爆炸向外泄压以及尾气排放均通过排气口(37)排到室外， 排气口(37)的开闭由第四电磁阀(38)控制；通过空压机(45)由进气口(47)向防护箱内鼓吹空气挤压可燃性气体彻底排至室外,进气口(47)的开闭由第五电磁阀(46)控制；第二真空泵系统由真空表(39)、真空泵(40)和针阀(41)组成，主要用于激波诱导点火试验开始前，抽除防护箱(25)内气体至真空；防护箱(25)内可人为的通入一定量的可燃性预混气体，研究高压气体泄漏时产生的激波诱导可燃性预混气体的点火过程，高压试验气体既可为高压可燃性气体也可为高压非可燃性气体，研究激波诱导点火过程时，首先使用第二真空泵系统抽除防护箱(25)内气体至真空状态，然后将可燃性预混气体由进气口(47)通入防护箱(25)内；防护箱(25)的左右两个侧面安装透明玻璃窗(24)，石英玻璃(44)通过法兰嵌装到玻璃窗(24)里，下游管道喷口处在玻璃窗(24)的视野范围内，纹影仪光学系统产生的平行光路通过该玻璃窗(24);防护箱末端开设一扇门(42)，用于下游管道(21)出口处外部泄漏环境以及激波诱导点火试验环境的设置，门(42)的开闭通过门把手(43)来操作；动态图像记录系统，又称作高速纹影拍摄系统，主要由纹影仪和高速摄像机(33)组成；纹影仪主要由以下几部分组成:光源(26)、聚焦镜片(27)、第一、第二反射镜(28)，(31)、第一、第二凹面镜(29)，(30)和刀口(32);当玻璃窗(24)视野范围即管口下游一定距离内的流场密度不均匀时，平行光束通过时发生偏折，在纹影仪刀口(32)平面上产生一个偏离的光源像，高速摄像机(33)物镜上的照度随之发生变化，从而定性的显示流场的密度变化，高速摄像机(33)通过记录流场密度变化图像来反映喷口外激波的形成、自燃点火、射流变化以及喷射火焰的发展情况，数据采集系统主要由压力变送器(16)、第一压力传感器(19)、光电二极管(20)、第二压力传感器(36)和数据采集仪(34)组成；压力变送器(16)安装在高压储罐(15)上，用于测量储罐内压力的变化情况；下游管道上下两侧分别装有一定数量的第一压力传感器(19)和光电二极管(20),第一压力传感器(19)为ICP压力传感器，该ICP压力传感器(19)用于记录管道内的压力变化，监测激波的形成和发展；光电二极管(20)用于检测管道内自燃点火发生情况以及自燃火焰的传播过程；第二压力传感器(36)用于监测箱体内压力的变化情况，第二压力传感器(36)为ICP压力传感器；由压力变送器(16)、两个ICP压力传感器(19)，(36)和光电二极管(20)所测的物理信号均通过数据采集仪(34)进行记录，当压力变送器(16)测量值骤降或第一压力传感器(19)测量值突升时，输出触发信号，启动高速摄像机(33)开始工作，电磁阀控制系统主要由电磁阀控制柜(35)构成，电磁阀控制柜内设置有五个电磁阀开关S1-S5,分别控制第一、第二、第三、第四、第五电磁阀(7)、(8 )、(9)、(38)、(46)的开闭。
【文档编号】G01N33/22GK203432964SQ201320555491
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】孙金华, 段强领, 肖华华, 沈晓波, 彭忠璟 申请人:中国科学技术大学