一种用于测试细水雾对氢气抑爆作用的实验装置和方法与流程

本发明涉及一种用于测试细水雾对氢气抑爆作用的实验装置和方法，属于爆炸试验设备。

背景技术：

1、能源危机日益加剧，氢能的研究与应用势在必行，但由于氢气具有爆炸极限范围广、点火能低的特点，氢能的应用具有一定的危险性。随着加氢站的普及，氢气泄漏后燃烧爆炸的问题也逐渐凸显，因此，对氢气泄漏后的安全防护研究必不可少。

2、中国专利文献cn114235895a公开了一种受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台，包括气体爆炸反应单元、供气单元、抽真空单元、恒温水浴箱、气体检测单元、数据采集单元和plc控制器。其同时提供了受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台的试验方法。

3、所述方法可以定量、准确、有效调控球形爆炸罐内部的水浴温度变化，并且本发明的受限空间甲烷加氢的爆炸特性试验，在不同的甲烷、氢气的预混浓度下，可形成不同的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升曲线，了解在受限空间条件下甲烷和氢气混合气体的爆炸特性。

4、中国专利文献cn114113488a公开了一种高压掺氢天然气管道泄漏自燃实验装置，整个装置由压缩空气瓶、高压氮气瓶、高压甲烷瓶、高压氢气瓶、阀门、静态混合器、高压储罐、吹扫管道、主体实验管道、可拆卸泄漏片及障碍物、防护箱、高速摄像机、变送器、压力传感器、温度传感器、静电传感器、光电二极管、压力表、真空泵、缓冲罐、尾气回收瓶组成。

5、该专利文献中记载了通过改变阀门开度以及高压气体初始温度可以制取不同温度、压力、掺氢量下的掺氢天然气；通过安装不同泄漏片可以对不同泄漏口截面形状进行实验；从而测试高压掺氢天然气从管道中泄漏后是否发生自燃。本发明克服了现有装置不能对掺氢天然气管道泄漏自燃过程进行实验的缺点，可实现多种情况下的实验，减少了实验成本。

6、目前，研究氢气泄漏后燃烧爆炸的实验装置多为封闭式实验装置，只能测量不同浓度下氢气的爆炸超压，并且所述实验装置为封闭式腔体，无法测量弱约束下氢气的爆炸超压，同时不具备气体混合系统，不能保证在实验过程中装置内部的氢气与空气均匀混合，同时不具备细水雾发生装置，无法进行细水雾对氢气抑爆作用的研究。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于测试细水雾对氢气抑爆作用的实验装置和方法，可解决现有实验装置无法在弱约束状态下测试不同参数的细水雾对不同浓度氢气抑爆效果的问题，同时可进一步提高测试的准确性和重复性。

2、根据本发明的一个方面，提出了一种用于测试细水雾对氢气抑爆作用的实验装置，包括：

3、爆炸测试腔体，

4、连接所述爆炸测试腔体的供气系统，所述供气系统向所述爆炸测试腔体内输送氢气；以及

5、连接所述爆炸测试腔体的细水雾发生系统，所述细水雾发生系统向所述爆炸测试腔体内输送细水雾；

6、其中，所述爆炸测试腔体内设置有混合所述氢气和所述细水雾的气体混合系统、点火系统以及数据采集系统。

7、在工作过程中，通过供气系统将实验用的氢气输送到爆炸测试腔体内，细水雾发生系统将实验用的细水雾输送到爆炸测试腔体，气体混合系统将氢气和细水雾充分混合，点火系统对氢气进行点火，数据采集系统采集爆炸数据，从而完成测试实验。

8、本发明的进一步改进在于，所述数据采集系统将采集的实验数据传递到控制系统，所述控制系统处理所述实验数据。所述控制系统处理所述实验数据。此外，控制系统还控制测试实验过程中的实验参数，如控制供气系统的供气量和细水雾发生系统的供水量来控制氢气和细水雾的量和比例，也可以控制温度、压力等实验参数。

9、本发明的进一步改进在于，所述爆炸测试腔体上设置有进气口、细水雾接口、排气口和传感器接口，其中，所述进气口连接所述供气系统，并且所述细水雾接口连接所述细水雾发生系统，所述传感器接口设置传感器，并连接所述数据采集系统。

10、实验进行时爆炸测试腔体内的压力可通过冲破薄膜释放，一方面避免产生过大的超压，进而保护爆炸测试腔体，提高实验的安全性，另一方面可模拟加氢站内部等存在氢气泄漏的半开放空间，提高实验数据的可靠性与可应用性，从而实现氢气爆炸弱约束的测试。

11、本发明的进一步改进在于，所述供气系统包括高压氢气瓶，所述高压氢气瓶通过气体管路连接所述爆炸测试腔体的进气口，所述气体管路上设置有减压阀、气体阀门和气体流量计；

12、其中，所述气体阀门和所述气体流量计连接所述控制系统。

13、供气系统受到控制系统的控制，从而打开或关闭，控制系统可远程控制氢气流量，根据需要对爆炸测试腔体内的氢气浓度进行调节，进而实现不同氢气浓度下的弱约束爆炸测试。

14、本发明的进一步改进在于，所述细水雾发生系统包括连接储水容器的液体管路，所述液体管路上设置有压力泵，所述压力泵将储水容器中的水泵送到爆炸测试腔体内；

15、所述液体管路上设置液体流量计和液体阀门，所述液体流量计和液体阀门连接所述控制系统。

16、通过测试细水雾对氢气抑爆提高了抑爆效果，并且，通过使用不同的细水雾喷头，可实现不同温度、粒径、浓度的细水雾对氢气爆炸影响的测试，气体混合系统主要为防爆风扇，设置在爆炸测试腔体顶部，可使得氢气、空气和细水雾均匀混合，提高测试的准确性和重复性。

17、本发明的进一步改进在于，所述压力泵连接温度控制装置，所述温度控制装置连接所述控制系统。

18、控制系统能够控制所述温度控制系统，从而调节温度。

19、本发明的进一步改进在于，所述爆炸测试腔体的顶部设置有细水雾喷头，所述液体管路连接所述细水雾喷头。

20、本发明的进一步改进在于，所述气体混合系统包括设置在所述爆炸测试腔体内的顶部的若干防爆风扇，所述防爆风扇驱动所述爆炸测试腔体内的气体循环流动而混合。

21、本发明的进一步改进在于，所述点火系统包括设置在所述爆炸测试腔体内的点火装置和实时浓度监测仪，所述点火装置和实时浓度监测仪连接所述控制系统内的plc控制模块。

22、所述点火系统中的实时浓度监测仪可设置多个，通过实时浓度监测仪实时监测爆炸测试腔体内部的氢气浓度，并反馈给控制点火的plc控制模块，经计算所有实时浓度监测仪数值平均值处于可控范围内时关闭所有阀门以及爆炸测试腔体的进出口，随即进行点火操作，该方法可进一步提高实验的准确性，保证实验结果的可靠性。

23、本发明的进一步改进在于，所述数据采集系统包括设置在所述爆炸测试腔体内的压力传感器和温度传感器，以及设置在所述爆炸测试腔体外部的高速摄像机，所述压力传感器、温度传感器和所述高速摄像机均连接所述控制系统。

24、控制系统可实现在弱约束状态下不同参数的细水雾对不同浓度氢气抑爆效果的测试，同时可进一步提高测试的准确性和重复性，可有效推动氢气泄漏安全研究的进行。

25、根据本发明的另一个方面，还提出了一种用于屙屎细水雾对氢气抑爆作用的实验方法，所述方法使用所述用于测试细水雾对氢气抑爆作用的实验装置进行测试细水雾对氢气抑爆作用的实验。

26、本发明的进一步改进在于，所述方法包括：

27、检测所有仪器是否正常运行，使用薄膜遮盖并密封爆炸测试腔体；

28、控制系统控制供气系统向爆炸测试腔体内注入一定量氢气，使得爆炸实验腔体内部氢气浓度达到期望值并停止注入氢气；

29、控制系统控制细水雾发生系统将细水雾注入爆炸测试腔体内部，使得爆炸实验腔体内部细水雾浓度/质量达到期望值并停止注入细水雾；

30、启动气体混合系统使得氢气、空气和细水雾均匀混合，并微调爆炸测试腔体内的氢气浓度，启动数据采集系统记录数据，关闭所有阀门和气体混合系统；

31、使用控制系统控制启动点火系统进行远程点火。

32、与现有技术相比，本发明的优点在于：

33、本发明所述用于测试细水雾对氢气抑爆作用的实验装置和方法，可解决现有实验装置无法在弱约束状态下测试不同参数的细水雾对不同浓度氢气抑爆效果的问题，同时可进一步提高测试的准确性和重复性。

34、本发明适用于细水雾对氢气抑爆的实验研究，可探究不同参数的细水雾对不同浓度氢气的抑爆效果，通过研究其规律，可提高加氢站等具有氢气泄漏场景下的氢气爆炸风险，具有广阔的应用前景。

35、本发明所述用于测试细水雾对氢气抑爆作用的实验装置和方法，通过使用不同的细水雾喷头，可实现不同温度、粒径、浓度的细水雾对氢气爆炸影响的测试，气体混合系统主要为防爆风扇，设置在爆炸测试腔体顶部，可使得氢气、空气和细水雾均匀混合，提高测试的准确性和重复性。

36、点火系统包括点火装置、实时浓度监测仪和plc控制模块，实时监测爆炸测试腔体内部的氢气浓度，经plc控制，在达到合适浓度后进行关阀点火，进一步提高实验的准确性，数据采集系统包括压力传感器、温度传感器和高速摄像机，均连接至处理器，实时采集实验过程中爆炸测试腔体内的压力、温度和可视化图像数据。

37、本发明可实现在弱约束状态下不同参数的细水雾对不同浓度氢气抑爆效果的测试。