CN101726571A - 开敞空间存在浓度梯度气云爆燃实验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是气体爆燃测试技术使用的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验方法和装置，步骤是将圆形梯度板上由内而外覆盖两层以上的半球薄膜，将每层薄膜之间的空气抽走，向梯度板与薄膜以及每两层薄膜之间注入不同浓度的预混气云，在任意浓度的预混气云浓度区域点火引爆，同时采集压力变送器的电信号输送到计算机比较得到爆燃的压力变化曲线，本发明还提供根据上述方法的实验装置。本发明可以模拟开敞空间气云存在浓度梯度的特性，能够获得在不同浓度区域进行点火所产生爆燃超压值的结果，模拟真实爆燃结果。

Description

开敞空间存在浓度梯度气云爆燃实验方法及装置

技术领域

本发明涉及工业现场气体爆燃测试技术，是一种开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置和使用方法。

背景技术

气云爆燃是工业现场普遍存在的一种现象。至今，国内外学者专家对气云爆燃进行了大量的研究，在气体爆燃机理及实验研究两个方面都取得了一定成果。在开敞空间无约束气云爆燃实验研究方面，国外学者DavidC Bull，Hunghes K J等进行了球形、半球形和圆盘形气云爆燃实验，国内研究者丁信伟、毕明树等在1999年进行了开敞空间可燃气云爆燃的实验，杨国刚于2003年进行了燃料浓度对开敞空间气云爆炸的实验研究。上述爆燃实验的蒸气云均为理想形状，如球形、半球形，且可燃气云都为均匀混合，不存在浓度梯度。

在开敞空间条件下，如天然气管道泄漏、井喷失控后大量天然气从井口喷出所形成的气云没有均匀混合，而且爆燃的效果与点火所在的浓度区域有着密切的关系，所以上述实验的气云装置与开敞空间可燃性气云形状不相符合，不能真实反映开敞空间存在浓度梯度下的爆燃效果，实验结果存在较大的误差。目前尚未有专用于开敞空间存在浓度梯度爆燃的实验装置及方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种测试不同浓度梯度可燃气云爆燃的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验方法及装置。

本发明所采用的技术方案是：

一种开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验方法，包括以下步骤：

将圆形梯度板上由内而外覆盖两层以上的半球薄膜；

将每层薄膜之间的空气抽走；

向梯度板与薄膜以及每两层薄膜之间注入不同浓度的预混气云；

在任意浓度的预混气云浓度区域点火引爆；

同时采集压力变送器的电信号输送到计算机比较得到爆燃的压力变化曲线。

所述的不同浓度是薄膜最内层注入14％预混甲烷气云，向外每层之间浓度为1-3％递减。

根据上述方法提供的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，由供气系统1、浓度梯度控制器2、压力变送器3、数据采集器4、计算机5、点火装置6组成，供气系统1与浓度梯度控制器2之间通过输气管线相连，压力变送器3、数据采集器4和计算机5之间通过电缆串联联接，点火装置6连接浓度梯度控制器2上的点火点，浓度梯度控制器2由梯度板21、气体注入口24、薄膜22组成，梯度板21上有两个以上的环形凹槽23，每个环形凹槽23沿边缘贴有薄膜22，薄膜22覆盖在每个圆环上方，梯度板21上中心圆环和每两环形凹槽23之间开有气体注入口，并安装有压力变送器3和点火点。

所述的点火装置6由蓄电池61、点火线圈触发开关62、点火线圈63、点火点选取控制开关64和一个以上的点火点65组成，蓄电池61、点火线圈触发开关62与点火线圈63组成串联电路，点火线圈触发开关62控制点火线圈63的通与断电，点火线圈63与点火点选取控制开关64串联联接，点火点选取控制开关64控制一个以上的点火点，点火点与电路通过或门联接。

所述的压力变送器3量程为-5～10kPa，精度为0.2％，满量程输出为4mA至20mA。

所述的供气系统1是由计量泵、流量计、气瓶组成，负责提供可燃气体。

所述的聚乙烯薄膜22为聚乙烯薄膜。

所述的数据采集器4与压力变送器3之间通过屏蔽线相连。

所述的梯度板2直径为0.5-1米，每个环形凹槽的半径差为0.1-0.3米。

聚乙烯薄膜厚度为0.02mm。

压力变送器3与数据采集器4通过双芯屏蔽线相连。

数据采集器4与计算机5之间采用八通道数据线相连。

本发明所形成的蒸气云具有浓度梯度等级，更为接近开敞空间蒸气云，可以在不同浓度区域进行点火，通过数据采集分析其区别，更符合真实蒸气云爆燃。

本发明能够形成具有浓度梯度的可燃性气云模型，模拟开敞空间可燃气云形状，并且可以在气云的不同浓度区域进行点火引爆，较为真实的模拟开敞空间气云爆燃现象。通过对比不同浓度区域进行点火引爆的结果，可以为天然气管道泄漏、井喷失控后所形成的开敞空间气云点火等工程问题提供指导和实验依据。

开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置和实验方法。利用该实验装置及方法可以模拟开敞空间气云存在浓度梯度的特性，浓度梯度可以达到到五级，而且能够获得在不同浓度区域进行点火所产生爆燃超压值的结果，模拟真实开敞空间气云爆燃的结果。

附图说明

图1是发明的实验装置整体布局示意图；

图2是发明实验装置中浓度梯度控制器结构示意图；

图3是发明实验装置中浓度梯度控制器俯视图；

图4是发明实验装置中点火装置点电路图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本法明。

本发明开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验方法包括以下步骤：将圆形梯度板上由内而外覆盖多层薄膜，将每层薄膜之间的空气抽走，再向梯度板与薄膜以及每两层薄膜之间注入不同浓度的预混气云，在某一浓度的预混气云点火浓度区域点火点点火引爆，由数据采集系统将压力变送器的电信号转换成数据信号输送到计算机记录并比较。

所述的不同浓度是薄膜最内层注入14％预混甲烷气云，向外每层之间浓度为1-2％递减。

根据上述方法提供的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，由供气系统1、浓度梯度控制器2、压力变送器3、数据采集器4、计算机5、点火装置6组成，供气系统1与浓度梯度控制器2之间通过输气管线相连，压力变送器3、数据采集器4和计算机5之间通过电缆串联联接，点火装置6连接浓度梯度控制器2上的点火点，浓度梯度控制器2由梯度板21、气体注入口24、薄膜22组成，梯度板21上有两个以上的环形凹槽23，每个环形凹槽23沿边缘贴有薄膜22，薄膜22覆盖在每个圆环上方，梯度板21上中心圆环和每两环形凹槽23之间开有气体注入口，并安装有压力变送器3和点火点。

所述的点火装置6由蓄电池61、点火线圈触发开关62、点火线圈63、点火点选取控制开关64和一个以上的点火点65组成，蓄电池61、点火线圈触发开关62与点火线圈63组成串联电路，点火线圈触发开关62控制点火线圈63的通与断电，点火线圈63与点火点选取控制开关64串联联接，点火点选取控制开关64控制一个以上的点火点，点火点与电路通过或门联接。

所述的压力变送器3量程为-5～10kPa，精度为0.2％，满量程输出为4mA至20mA。

所述的供气系统1是由计量泵、流量计、气瓶组成，负责提供可燃气体。

所述的聚乙烯薄膜22为聚乙烯薄膜。

所述的数据采集器4与压力变送器3之间通过屏蔽线相连。

所述的梯度板2直径为1米，每个环形凹槽的半径差为0.2米。

聚乙烯薄膜厚度为0.02mm。

压力变送器3与数据采集器4通过双芯屏蔽线相连。

数据采集器4与计算机5之间采用八通道数据线相连。

附图中：1供气系统，2浓度梯度控制器，3压力变送器，4数据采集系统，5计算机，6点火装置，21浓度梯度控制板，22聚乙烯薄膜，23凹槽，24气体注入口1，25气体注入口2，26气体注入口3，27气体注入口4，28气体注入口5，61蓄电池，62点火线圈触发开关，63点火线圈，64点火点选取控制开关，65点火点1，66点火点2，67点火点3，68点火点4，69点火点5。

参见图1，本发明所提供的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃实验装置由1供气系统，2浓度梯度控制器，3压力变送器，4数据采集系统，5计算机，6点火装置组成。

图2、3中，浓度梯度控制器2由21浓度梯度控制板，22聚乙烯薄膜，23凹槽，24气体注入口1，25气体注入口2，26气体注入口3，27气体注入口4，28气体注入口5组成。参见图1和图2，供气系统1与浓度梯度控制板21上的五个气体注入口之间通过输气管线相连，五个气体注入口分别布置在浓度梯度控制板21最内层凹槽23内和每两个环形凹槽23之间；每个聚乙烯薄膜22下边缘分别紧贴在对应凹槽23内；五个点火点安装在浓度梯度控制板21上每两个凹槽23之间；压力变送器3安置于浓度梯度控制板21上每两个凹槽23之间，压力变送器3与数据采集系统4通过屏蔽线相连，压力变送器3、数据采集系统4与计算机5组成串联电路。

图4中，点火装置6由61蓄电池，62点火线圈触发开关，63点火线圈，64点火点选取控制开关，65点火点1，66点火点2，67点火点3，68点火点4，69点火点5组成。蓄电池61、点火线圈触发开关62与点火线圈63组成串联电路，点火线圈触发开关62控制点火线圈63的通与断电；点火线圈63与点火点选取控制开关64串联联接，点火点选取控制开关64控制五个点火点，五个点火点与电路通过或门联接。

取浓度梯度控制板直径为1米，五个环形凹槽的半径从内到外依次为0.2米，0.4米，0.6米，0.8米，1.0米；取聚乙烯薄膜厚度为0.02mm，每个聚乙烯薄膜下边缘半径与对应凹槽半径相同；由供气系统1通过五个气体注入口分别向最内层及每两层聚乙烯薄膜之间注入浓度为14％，12％，10％，8％，5％的预混甲烷气云，所形成气云为具有五级浓度梯度的甲烷气云，根据具体气云形状可以不让预混甲烷气云充满密闭空间，控制不同充满饱和率使气云更真实反映开敞空间气云形状。取点火浓度区域为8％，拨动点火点选取控制开关64选择点火点3进行点火引爆；最后由数据采集系统4将压力变送器3传来的电信号转换成数据信号输送到计算机5进行处理分析，得到的压力变化曲线为甲烷气云半径1米，点火点在8％区域发生爆燃的结果。

开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验方法如下：将五个底部半径分别与浓度梯度控制板21上五个环形凹槽23相同的聚乙烯薄膜22下边缘粘贴在环形凹槽23内，并排除两层聚乙烯薄膜22之间的空气；然后根据浓度梯度要求分别由供气系统1向每两层聚乙烯薄膜22之间及最内层注入不同浓度的预混气云，形成具有五级浓度梯度的可燃气云；确定好点火浓度区域后，拨动点火点选取控制开关64进行点火引爆；最后由数据采集系统4将压力变送器3传来的电信号转换成数据信号输送到计算机5进行处理。

Claims (10)

1.一种开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验方法，其特征在于包括以下步骤：将圆形梯度板上由内而外覆盖两层以上的半球薄膜，将每层薄膜之间的空气抽走，向梯度板与薄膜以及每两层薄膜之间注入不同浓度的预混气云，在任意浓度的预混气云浓度区域点火引爆，同时采集压力变送器的电信号输送到计算机比较得到爆燃的压力变化曲线。

2.根据权利要求1所述的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验方法，其特征在于不同浓度是薄膜最内层注入14％预混甲烷气云，向外每层之间浓度为1-3％递减。

3.根据上述方法提供的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，其特征在于由供气系统(1)、浓度梯度控制器(2)、压力变送器(3)、数据采集器(4)、计算机(5)、点火装置(6)组成，供气系统(1)与浓度梯度控制器(2)之间通过输气管线相连，压力变送器(3)、数据采集器(4)和计算机(5)之间通过电缆串联联接，点火装置(6)连接浓度梯度控制器(2)上的点火点，浓度梯度控制器(2)由梯度板(21)、气体注入口(24)、薄膜(22)组成，梯度板(21)上有两个以上的环形凹槽(23)，每个环形凹槽(23)沿边缘贴有薄膜(22)，薄膜(22)覆盖在每个圆环上方，梯度板(21)上中心圆环和每两环形凹槽(23)之间开有气体注入口，并安装有压力变送器(3)和点火点。

4.根据权利要求3所述的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，其特征在于点火装置(6)由蓄电池(61)、点火线圈触发开关(62)、点火线圈(63)、点火点选取控制开关(64)和一个以上的点火点(65)组成，蓄电池(61)、点火线圈触发开关(62)与点火线圈(63)组成串联电路，点火线圈触发开关(62)控制点火线圈(63)的通与断电，点火线圈(63)与点火点选取控制开关(64)串联联接，点火点选取控制开关(64)控制一个以上的点火点，点火点与电路通过或门联接。

5.根据权利要求3所述的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，其特征在于压力变送器(3)量程为-5～10kPa，精度为0.2％，满量程输出为4mA至20mA。

6.根据权利要求3所述的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，其特征在于供气系统(1)是由计量泵、流量计、气瓶组成。

7.根据权利要求3所述的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，其特征在于薄膜(22)为聚乙烯薄膜，聚乙烯薄膜厚度为0.02mm。

8.根据权利要求3所述的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，其特征在于数据采集器(4)与压力变送器(3)之间通过屏蔽线相连。

9.根据权利要求3所述的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，其特征在于梯度板(21)直径为0.5-2米，每个环形凹槽的半径差为0.1-0.3米。

10.根据权利要求3所述的开敞空间存在浓度梯度气云爆燃的实验装置，其特征在于压力变送器(3)与数据采集器(4)通过双芯屏蔽线相连；数据采集器(4)与计算机(5)之间采用八通道数据线相连。

Images