专利名称：一种可燃气体泄爆伤害效应测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种安全测试装置及分析方法，尤其是一种可燃气体爆炸泄爆后在耐压容器外传播时的压力与火焰的测试装置及分析方法，具体地说是涉及一种可燃气体泄爆伤害效应测试装置及分析方法。
背景技术：
随着工业现代化的高速发展，可燃性气体和粉尘的使用越来越广泛，其爆炸事故也愈加频繁，已经成为工业爆炸事故的重要形式。泄爆能够将工业装置或耐压容器内部的高压已燃和未燃气体导至外部空间，使内部压力迅速降低，避免爆炸事故的发生和财产的损失，从而已经成为被广泛应用的防爆技术手段。在泄爆过程中，可燃性气体在耐压容器外部的传播流动、压力分布及变化、喷射火焰会造成装置损坏、人员伤亡等各种损失，这种影响统称为可燃气体泄爆伤害效应。泄爆伤害效应有两种形式冲击波和热辐射，二者分别是由高速泄爆气流在空间的压力积累和喷射火焰的高温辐射造成的。对泄爆伤害效应的研究，可以作为评估爆炸危险性大小的参数，也可以作为防爆安全设计的依据，例如确定伤害影响范围大小、提出合理的人员安全防护设计方法等。目前，对于可燃气体泄爆伤害效应的研究很少，没有相关的实验装置来实际地测量出相应参数及变化过程，也没有系统性的方法来确定伤害效应的程度大小。
实用新型内容本实用新型的目的旨在解决现有的可燃气体泄爆伤害效应测试装置及研究方法缺乏的问题，提出了一种结构简单，操作简便，能够全面、准确测量可燃气体泄爆后在容器外部空间各点的压力、火焰参数的测试装置，并建立了一种分析方法，以测量到的参数为基础分析伤害效应。本实用新型的技术方案是一种可燃气体泄爆伤害效应测试装置，它包括—伤害效应参数采集装置，该伤害效应参数采集装置包括一压力采集装置和一火焰采集装置；所述的压力采集装置包括两个侧部支撑架、一顶部弧形支撑架、工字型滑块和压力传感器；所述顶部弧形支撑架的两个末端分别与侧部支撑架相连接，所述的工字型滑块设置在顶部弧形支撑架上，所述的压力传感器安装在工字型滑块上，所述工字型滑块的底部还安装有热辐射通量计；一爆炸装置，该爆炸装置包括一耐压容器，所述的耐压容器上设置有两个混合气体输入端口、一压力传感器安装端口、一点火装置安装端口、一耐压火焰观测窗口、一顶部泄爆端口 ；所述的压力传感器安装端口上安装有压力传感器，所述顶部泄爆端口的法兰夹持有泄爆片；一数据采集处理装置，该数据处理装置包括信号放大电路、数据采集电路和计算机；信号放大电路的输出端与数据采集电路的输入端相连接，数据采集电路的输出端与计算机相连接；所述热辐射通量计的输出端以及分别安装在工字型滑块和耐压容器上的压力传感器的输出端均和信号放大电路的输入端相连接，火焰采集装置的输出端与计算机相连接。作为一种优选方案，所述工字型滑块的底部还安装有激光定位接收器，所述耐压容器的顶部安装有激光定位发射器，所述的激光定位接收器和激光定位发射器的输出端和计算机相连接。所述的激光定位接收器和激光定位发射器用于调整确定工字型滑块的在顶部弧形支撑架上的角度，即确定在空间内的位置。所述耐压容器的上部对称设有一对吊耳，底部装有支撑筒节和底板。作为一种优选方案所述侧部支撑架的底部设置有加强筋和底座；所述侧部支撑架的中部设有中空凹槽，中空凹槽部位安装可上下滑动的滑块，所述的滑块通过紧固件(如紧固螺栓)固定在侧部支撑架上，所述滑块上设有螺孔用于配合顶部弧形支撑架的安装；所述顶部弧形支撑架的两端分别设有螺孔与所述滑块上的螺孔相配合，通过安装螺栓将滑块与顶部弧形支撑架的两端分别固连在一起；所述侧部支撑架上还设置有标尺用于度量顶部弧形支撑架上下滑动的距离。所述顶部弧形支撑架的形状为半圆形，以爆炸装置的顶部泄爆端口的中心点为圆心，两端夹圆心角180° ,背弓部垂直向上。所述顶部弧形支撑架中部中空，所述的工字型滑块安装在顶部弧形支撑架的中空部位，可沿顶部弧形支撑架滑动，所述的工字型滑块上带有C字型紧固件用于将滑动到合适位置的工字型滑块固定到弧形支撑架上。固定时，所述的C字型紧固件的两端分别穿过设在工字型滑块上表面和下表面上的边 开孔，通过旋转调整螺杆卡在顶部弧形支撑架上，将工字型滑块固定。所述工字型滑块上沿与其上下表面垂直方向设有带内螺纹的圆形孔，压力传感器插入圆形孔后利用设在压力传感器上的接头螺纹拧紧。所述的工字型滑块数量为5 10个(可随要求的不同而改变)。所述的火焰采集装置高速光学摄影仪器或高速数字摄影仪器。利用本实用新型的装置，可以得到可燃气体泄爆后在耐压容器外部空间内任意位置的压力参数，并可以得到喷射火焰在整个泄爆过程中随时间变化的图像。一种可燃气体泄爆伤害效应的分析方法，以上述装置采集到的数据进行分析，包括以下步骤(1)确定压力过程参数曲线通过所述的装置，得到泄爆过程耐压容器外空间各个位置的压力过程参数曲线，包括压力随时间的变化P、、压力上升速率随时间的变化dp
t;(2)确定压力特征参数通过数据分析软件，分析上述压力过程参数曲线，可以得到泄爆过程耐压容器外空间各个位置的压力特征参数，包括峰值压力Pmax和最大压力上
升速率if];
V dt Jmim(3)根据冲击波破坏效应的超压准则进行伤害效应判定；(4)确定热辐射通量特征参数通过上述装置，可以得到泄爆过程耐压容器外空间各个位置的热辐射通量峰值Qmax ；(5)根据热福射伤害准则进行伤害效应判定；(6)对火焰采集装置拍到的照片或影像资料进行解读，得到不同泄爆条件下，喷射火焰的特征的变化规律。本实用新型的有益效果本实用新型的测试装置设计功能强大，能够全面地、系统性地测量可燃气体泄爆过程中，耐压容器外空间中各个位置的压力参数及热辐射通量；能够拍摄到可燃气体泄爆过程中，喷射火焰随时间变化的全过程图像。本实用新型的伤害效应分析方法合理，能够以测试到的参数为基础，分析伤害程度的大小，确定伤害范围等。本实用新型实验操作非常方便，同时测试装置成本低廉，可以弥补国内关于可燃气体泄爆伤害效应测试装置及分析方法缺乏的不足。可广泛用于石油化工生产装置中实际工况下可燃气体爆炸泄爆后冲击波、热辐射、喷射火焰等的危险性分析，对于防爆安全设计、人员防护、防止财产的损失等具有显著的作用。
图1是本实用新型的系统组成结构示意图。图2是本实用新型的侧部支撑架侧面视图和正面视图，A为侧面视图，B为正面视图。图3是本实用新型的顶部弧形支撑架正面视图。图4是本实用新型的顶部弧形支撑侧面视图(放大)。图5是本实用新型的工字型滑块与顶部弧形支撑架结合部侧面剖视图(放大)。图6是本实用新型的球状耐压容器正面(剖)视图。图7是本实用新型的球状耐压容器俯视图。图8是本实用新型的球状耐压容器侧视图。1-侧部支撑架、2-顶部弧形支撑架、3-工字型滑块、4-压力传感器、5-耐压容器、6-火焰采集装置、7-信号放大电路、8-数据采集电路、9-计算机、IO-C字型紧固件、11-调整螺杆、12-顶部弧形支撑架两端的螺孔、13-热辐射通量计、14-激光定位接收器、15-压力传感器安装端口、16-混合气体输入端口、17-点火装置安装端口、18-顶部泄爆端口、19-法兰、20-激光定位发射器、21-耐压火焰观测窗口、22-吊耳、23支撑筒节、24-底板、25-中空凹槽、26-滑块、27-螺栓、28-螺孔、29-标尺、30-加强筋、31-底座、32-边开孔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1所示，一种可燃气体泄爆伤害效应测试装置，它包括一伤害效应参数采集装置、一爆炸装置和一数据采集处理装置。爆炸装置的类型或种类可任意选择，本实用新型以球状耐压容器为例进行说明。如图1-5所示，伤害效应参数采集装置包括一压力采集装置和一火焰采集装置；所述的压力采集装置包括两个侧部支撑架1、一顶部弧形支撑架2、工字型滑块3和压力传感器4 ;所述顶部弧形支撑架2的两个末端分别与侧部支撑架I相连接，所述的工字型滑块3设置在顶部弧形支撑架2上，所述的压力传感器4安装在工字型滑块3上，所述工字型滑块3的底部还安装有热辐射通量计13，用于测量热辐射通量。所述侧部支撑架I的底部设置有加强筋30和底座31 ;防止在泄爆气体冲击波的作用下侧部支撑架I晃动或倾倒，造成测量数据的不准确；所述侧部支撑架的中部设有中空凹槽25，中空凹槽25部位安装可上下滑动的滑块26，所述的滑块26通过两个并列设置的螺栓27固定在侧部支撑架I上，所述滑块上并列设有两个螺孔28用于配合顶部弧形支撑架2的安装；所述顶部弧形支撑架2的两端分别设有两个螺孔12与所述滑块26上的螺孔28相配合，通过安装螺栓将滑块26与顶部弧形支撑架2的两端分别固连在一起；同时滑块26通过螺栓27固定在侧部支撑架I上，间接的使顶部弧形支撑架2的两个末端分别与侧部支撑架I固连在一起。安装完成后，顶部弧形支撑架2两端可以根据需要在侧部支撑架I上上下滑动。所述侧部支撑架I上还设置有标尺29用于度量顶部弧形支撑架2上下滑动的距离。顶部弧形支撑架2的形状为半圆形，考虑到本套系统的条件限制，采用以爆炸装置顶部泄爆端口 18中心点为圆心，两端夹圆心角180°，背弓部垂直向上，符合可燃气体爆炸在耐压容器5外部传播的流动特征。而且由于可燃性气体泄爆后自泄爆口喷射出，朝各个方向的流动特性相同，故没有设置多个不同角度的顶部弧形测量架及相关附属设备。所述顶部弧形支撑架2中部中空，所述的工字型滑块3安装在顶部弧形支撑架2的中空部位，可沿顶部弧形支撑架2滑动，工字型滑块3的数量为5-10个(可随测试要求不同而改变);所述工字型滑块3上，沿与其上下表面垂直方向设有带内螺纹的圆形孔，压力传感器4 (可采用CYG1401MF型压力变送器测量，测量频率IOOkHz)插入圆形孔后利用设在压力传感器4上的接头螺纹拧紧。所述的工字型滑块3上带有C字型紧固件10用于将滑动到合适位置的工字型滑块2固定到弧形支撑架2上。固定时，所述的C字型紧固件10的两端分别穿过设在工字型滑块3上表面和下表面上的边开孔32，通过旋转调整螺杆11卡在顶部弧形支撑架2上，将工字型滑块3固定。所述工字型滑块3的底部还安装有激光定位接收器14，与所述耐压容器5顶部安装的激光定位发射器20相配合，所述的激光定位接收器14和激光定位发射器20的输出端和计算机9相连接。激光定位发射器20可按照预定角度发射激光射线，激光定位接收器14用于接收该激光射线，若角度正确则反馈信号，该部分用于调整确定工字型滑块3及压力传感器4在顶部弧形支撑架2上的角度(即确定在空间内的位置)。火焰采集装置6可采用高速光学摄影仪器或高速数字摄影仪器。如图6-8所示，爆炸装置包括一球状的耐压容器5，所述的耐压容器5上设置有两个混合气体输入端口 16、一压力传感器安装端口 15、一点火装置安装端口 17、一耐压火焰观测窗口 21、一顶部泄爆端口 18 ;所述的压力传感器安装端口 15上安装有压力传感器，所述顶部泄爆端口 18的法兰19夹持有泄爆片；耐压容器5的上部对称设有一对吊耳22，底部装有支撑筒节23和底板24。耐压容器5顶部安装的激光定位发射器20。混合气体输入端口 16主要用于已配比混合气体的输入及循环，顶部法兰19夹持的泄爆片，类型及种类可以自由选择，用于实现不同泄爆压力的准确控制。考虑到球状的耐压容器5爆炸的同向性(即球状的耐压容器5中的可燃气体爆炸后，气体压力、火焰等参数在球心的各个方向上是相同的)，球状的耐压容器5只设置有顶部泄爆端口。如图1所示，数据处理装置包括信号放大电路7、数据采集电路8和计算机9 ;信号放大电路7的输出端与数据采集电路8的输入端相连接，数据采集电路8的输出端与计算机9相连接；所述热辐射通量计13的输出端以及分别安装在工字型滑块和耐压容器5上的压力传感器的输出端均和信号放大电路7的输入端相连接，火焰采集装置6的输出端与计算机9相连接。工字型滑块3的底部安装的激光定位接收器14，耐压容器5的顶部安装有激光定位发射器20的输出端和计算机9相连接。压力传感器、火焰采集装置分别用于采集容器外部泄爆气流的压力及火焰数据，数据依次通过信号放大电路、数据采集电路(可采用常规电路)到达计算机进行计算处理(可采用JV5231型多通道数据采集仪同步采集，最大采样速度为20M，分辨率12bit，精度误差小于1. 0%)。利用本实用新型的装置，可以得到可燃气体泄爆后在耐压容器外部空间内任意位置的压力参数，并可以得到喷射火焰在整个泄爆过程中随时间变化的图像。可燃气体泄爆伤害效应的分析方法，基于通过上述测试装置得到的数据，分为以下步骤(I)确定压力过程参数曲线。通过上述实验装置，可以得到泄爆过程耐压容器外空间各个位置的压力过程参数曲线，包括压力随时间的变化P、、压力上升速率随时间的变
化
权利要求1.一种可燃气体泄爆伤害效应测试装置，其特征是它包括 一伤害效应参数采集装置，该伤害效应参数采集装置包括一压力采集装置和一火焰采集装置；所述的压力采集装置包括两个侧部支撑架、一顶部弧形支撑架、工字型滑块和压力传感器；所述顶部弧形支撑架的两个末端分别与侧部支撑架相连接，所述的工字型滑块设置在顶部弧形支撑架上，所述的压力传感器安装在工字型滑块上，所述工字型滑块的底部还安装有热辐射通量计； 一爆炸装置，该爆炸装置包括一耐压容器，所述的耐压容器上设置有两个混合气体输入端口、一压力传感器安装端口、一点火装置安装端口、一耐压火焰观测窗口、一顶部泄爆端口 ；所述的压力传感器安装端口上安装有压力传感器，所述顶部泄爆端口的法兰夹持有泄爆片； 一数据采集处理装置，该数据处理装置包括信号放大电路、数据采集电路和计算机；信号放大电路的输出端与数据采集电路的输入端相连接，数据采集电路的输出端与计算机相连接； 所述热辐射通量计的输出端以及分别安装在工字型滑块和耐压容器上的压力传感器的输出端均和信号放大电路的输入端相连接，火焰采集装置的输出端与计算机相连接。
2.根据权利要求1所述的可燃气体泄爆伤害效应测试装置，其特征在于所述工字型滑块的底部还安装有激光定位接收器，所述耐压容器的顶部安装有激光定位发射器，所述的激光定位接收器和激光定位发射器的输出端和计算机相连接。
3.根据权利要求1或2所述的可燃气体泄爆伤害效应测试装置，其特征在于所述耐压容器的上部对称设有一对吊耳，底部装有支撑筒节和底板。
4.根据权利要求1所述的可燃气体泄爆伤害效应测试装置，其特征是所述侧部支撑架的底部设置有加强筋和底座；所述侧部支撑架的中部设有中空凹槽，中空凹槽部位安装可上下滑动的滑块，所述的滑块通过紧固件固定在侧部支撑架上，所述滑块上设有螺孔用于配合顶部弧形支撑架的安装；所述顶部弧形支撑架的两端分别设有螺孔与所述滑块上的螺孔相配合，通过安装螺栓将滑块与顶部弧形支撑架的两端分别固连在一起；所述侧部支撑架上还设置有标尺用于度量顶部弧形支撑架上下滑动的距离。
5.根据权利要求1所述的可燃气体泄爆伤害效应测试装置，其特征是所述顶部弧形支撑架的形状为半圆形，以爆炸装置的顶部泄爆端口的中心点为圆心，两端夹圆心角180°，背弓部垂直向上。
6.根据权利要求1所述的可燃气体泄爆伤害效应测试装置，其特征是所述顶部弧形支撑架中部中空，所述的工字型滑块安装在顶部弧形支撑架的中空部位，能沿顶部弧形支撑架滑动，所述的工字型滑块上带有C字型紧固件用于将滑动到合适位置的工字型滑块固定到弧形支撑架上。
7.根据权利要求1所述的可燃气体泄爆伤害效应测试装置，其特征是所述工字型滑块上沿与其上下表面垂直方向设有带内螺纹的圆形孔，压力传感器插入圆形孔后利用设在压力传感器上的接头螺纹拧紧。
8.根据权利要求1或6所述的可燃气体泄爆伤害效应测试装置，其特征是所述的工字型滑块数量为5 10个。
9.根据权利要求1所述的可燃气体泄爆伤害效应测试装置，其特征是所述的火焰采集装置采用高速光学摄影仪器或高速数字摄影仪 器。
专利摘要本实用新型涉及一种可燃气体泄爆伤害效应测试装置及分析方法，该测试装置包括伤害效应参数采集装置、爆炸装置、数据采集装置。弥补了现有技术中关于可燃气体泄爆伤害效应研究装置及方法缺乏的不足，提供了一种设计合理、操作简便、能全面、准确地测量出可燃气体泄爆后在耐压容器外空间任意位置的压力、喷射火焰等相应参数的测量系统，并建立了一种伤害效应的分析方法。本实用新型可广泛用于石油化工生产装置中实际工况下可燃气体爆炸泄爆后冲击波、喷射火焰等的危险性分析，对于防爆安全设计、人员防护失等具有显著的作用。
文档编号G01N25/54GK202870015SQ20122051051
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者王志荣, 潘沫羽, 蒋军成, 郑杨艳 申请人:南京工业大学