CN101781156A - 过氧化氢供应系统及安全操作方法 - Google Patents

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过氧化氢供应系统包括操作台和管路系统两部分：操作台有一路氮气气源供应，通过操作台可同时实现管路吹除、气动阀操纵气供应及贮箱增压；所有与过氧化氢直接接触的管路系统均采用不锈钢，阀门均采用不锈钢的手动截止阀和气动阀。其中吹除气、气动阀操纵气共用一套管路，贮箱增压气单独采用一套管路，贮箱增压气出口处安装有单向阀和安全阀。过氧化氢供应系统的管路系统中设置有蒸馏水入口，一端可通入过氧化氢贮箱，一端可通入管路系统。过氧化氢供应系统的管路系统中有两路氮气吹除，一路设计在贮箱出口处，采用手动截止阀控制，一路设计在供应系统管路出口处，采用气动阀控制。过氧化氢供应系统操作过程分为三步：第一步加注过氧化氢；第二步对贮箱增压；试验结束后对管路系统进行蒸馏水清洗和吹除。过氧化氢加注采用吸入式方案，通过抽空贮箱内气体降低贮箱压力将过氧化氢吸入贮箱之内，采用真空泵抽空贮箱内气体时，气体先通过水箱再进入真空泵。

Description

过氧化氢供应系统及安全操作方法
【技术领域】
本发明涉及一种过氧化氢供应系统及安全操作方法，特别适用于以高浓度过氧化氢为推进剂的火箭发动机地面试验的试验系统。
【背景技术】
目前用于航天发动机系统的N2O4/肼类(偏二甲基肼、一甲基肼、肼等)燃料虽具有良好的比冲性能和自燃特性，但它们的毒性较高，给人体健康和环境造成了严重的危害，同时，它们的生产、贮存运输、使用及处理等是一个复杂的工艺过程，使用成本也较高。过氧化氢具有高密度、无毒、低饱和蒸汽压等特点，受到了人们的关注。虽然过氧化氢基无毒自燃推进剂系统的研究已取得突破性进展，但从工程应用角度，还有很多研究工作要做，如推进剂安全性、长期贮存性、材料相容性研究。过氧化氢的是爆炸性强的氧化剂。过氧化氢本身不燃，但能与可燃物反应放出大量热量和氧气而引起着火爆炸。过氧化氢在PH值为3.5-4.5时最稳定，在碱性溶液中易分解，在遇强光，特别是短波射线照射也能发生分解。当加热到100℃以上时，开始急剧分解。它与许多有机物如糖、淀粉、醇类、石油产品等形成爆炸性混合物，在撞击、受热或电火花作用下能发生爆炸。过氧化氢与许多无机化合物或杂质接触后会迅速分解而导致爆炸，放出大量的热量、氧和水蒸气。大多数金属(如铁、铜、银、铅、汞、锌、钴、镍、铬、锰等)及其氧化物和盐类都是活催化剂，尘土、香烟灰、碳粉，铁锈等也能加速分解。浓度超过74％的过氧化氢，在具有适当的点火源或温度的密闭容器中，会产生气相爆炸。因此，保证推进剂安全是高浓度过氧化氢试验系统的关键技术之一。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种结构简单、制造成本低的过氧化氢供应系统及安全的操作方法。
过氧化氢供应系统包括操作台和管路系统两部分：操作台有一路氮气气源供应，通过操作台可同时实现管路吹除、气动阀操纵气供应及贮箱增压；所有与过氧化氢直接接触的管路系统均采用不锈钢，阀门均采用不锈钢的手动截止阀和气动阀。其中吹除气、气动阀操纵气共用一套管路，贮箱增压气单独采用一套管路，贮箱增压气出口处安装有单向阀和安全阀。过氧化氢供应系统的管路系统中设置有蒸馏水入口，一端可通入过氧化氢贮箱，一端可通入管路系统。过氧化氢供应系统的管路系统中有两路氮气吹除，一路设计在贮箱出口处，采用手动截止阀控制，一路设计在供应系统管路出口处，采用气动阀控制。过氧化氢供应系统操作过程分为三步：第一步加注过氧化氢；第二步对贮箱增压；试验结束后对管路系统进行蒸馏水清洗和吹除。过氧化氢加注采用吸入式方案，通过抽空贮箱内气体降低贮箱压力将过氧化氢吸入贮箱之内，采用真空泵抽空贮箱内气体时，气体先通过水箱再进入真空泵。
【附图说明】
图1是操作台原理
图2是管路系统原理
【具体实施方式】
下面结合附图来进一步说明本发明。
过氧化氢供应系统操作台与管路系统置于不同的房间，两者通过管路相连，避免操作人员与过氧化氢供应系统直接接触，提高了操作人员的安全性。
1.操作台具体操作方式
如图1所示，操作台进出气口包括气源入口、吹除气及操纵气出口、增压气出口、泄放气出口，通过气源入口的供应氮气满足整个系统的氮气需求。操作过程中，首先打开手动截止阀1，气源气体与操纵台相通，并可通过压力表3和压力传感器4监测气源压力。过滤器2用于防止气源气体中可能存在的杂质对系统管路和阀门产生不利影响。手动截止阀1后气源气体被分为两路：
(1)第一路用于给系统的气动阀门提供操纵气和吹除用的氮气
打开手动截止阀5，减压器6与气源相通，通过调节减压器6，监测压力表7，可以为减压器后提供需求的压力。关闭手动截止阀5并打开手动截止阀19可泄放掉减压器前压力。打开手动截止阀8即可为气动阀和吹除系统提供气体，并可通过压力传感器10监测压力。打开手动截止阀9可泄放掉减压器后气体。
(2)第二路用于给过氧化氢贮箱增压
打开手动截止阀20，减压器17与气源相通。打开手动截止阀16，调节减压器17，监测压力表11，可以为贮箱提供需要的压力，同时可以通过压力传感器12监测压力。减压器前压力可通过手动截止18卸放，贮箱内压力可通过手动截止阀14卸放。与贮箱相通的管路中安装有安全阀13，当贮箱压力高于安全阀设定压力时，安全阀自动往外排气，避免贮箱压力高于设定值时可能出现的意外地情况。同时增压管路中设置有单向阀15，只允许从减压器往贮箱供气，而贮箱内气体不会返回至减压器，防止过氧化氢蒸汽影响到减压器。
吹除氮气、气动阀操纵气、增压气采用一个操作台控制，减少了操作台数量和系统的复杂性，降低了试验成本。吹除氮气和气动阀操纵气压力相当，采用同一套供应管路、阀门和减压器，简化了试验台结构，同样可降低试验设备的成本。增压气单独控制，同时也可以灵活调整贮箱压力，不受吹除氮气、气动阀操纵压力限制的影响，利于试验系统的安全。
2.具体操作方式
管路系统原理图如图2所示，整套管路系统与过氧化氢接触的结构件一律采用不锈钢，并进行钝化处理。为避免电磁阀可能产生的电火花引起过氧化氢反应，控制过氧化氢的阀门全部采用不锈钢的手动截止阀或者气动阀。
(1)过氧化氢加注
关闭操作台手动截止阀14、手动截止阀16，避免操纵台气体进入贮箱；关闭供应系统的手动截止阀40、手动截止阀41，打开手动截止阀39、手动截止阀42、手动截止阀44，通过手动截止阀42向水箱注入蒸馏水。蒸馏水注入完成后，关闭手动截止阀42，将过氧化氢加注口与过氧化氢，打开真空泵43，抽出过氧化氢贮箱内空气，过氧化氢则会被吸入贮箱。加注完成后，关闭手动截止阀39，关闭真空泵43，关闭手动截止阀44，打开手动截止阀42，将水箱内蒸馏水放掉。过滤器38防止杂物进入贮箱。与采用离心泵直接将氧化亚氮抽入贮箱相比，吸入式方案加注过氧化氢避免了泵工作过程中对过氧化氢的冲击，也避免了泵工作过程中摩擦可能对过氧化氢产生的不利影响，大大提高了加注的安全可靠性。利用过氧化氢能与水相混溶的特性，在真空泵前设置了水箱，防止过氧化氢蒸汽被抽入真空泵，同样提高了加注过程中的安全可靠性。
(2)过氧化氢供应
用操作台通过吹除气及操纵气管路系统供应吹除气和气动阀操纵气。给气动阀供给操纵气后，气动阀便可在控制下打开。打开两位五通电磁阀25，往前置气动阀34供气，前置气动阀打开；打开手动截止阀40，贮箱内过氧化氢供给到气动阀31前。用操纵台通过增压管路给贮箱增压到需求压力，并可通过压力传感器45监测贮箱压力。试验时，打开两位五通电磁阀26给气动阀31供气，气动阀打开，为试验系统提供过氧化氢，并可通过流量计24监测流量。试验结束时，关闭两位五通电磁阀26，气动阀31关闭，切断过氧化氢供应，同时打开两位五通电磁阀27给气动阀29供气，气动阀29打开，对试验系统进行吹除，避免残留的过氧化氢受热分解或者腐蚀试验系统。节流孔28用于调整吹除气的流量；气动阀29后有单向阀30，可避免过氧化氢进入到吹除管路中；流量计前安装有过滤器35，防止杂质影响流量计性能，而过滤器33则可防止杂质进入试验系统对试验系统造成破坏。
(3)试验后处理
试验完成后，为防止管路内的存留的过氧化氢分解对供应系统造成破坏，设计了水清洗系统。关闭手动截止阀40，打开手动截止阀32，将管路内存留的过氧化氢放空；打开手动截止阀36，通过水注入口往管路内注入蒸馏水冲洗管路，过滤器37避免蒸馏水中的杂质进入到供应系统中。冲洗完毕后，关闭手动截止阀36，打开手动截止阀22，往管路内通入氮气，将蒸馏水吹尽。节流孔23用于调节吹除氮气流量，而单向阀21则可避免过氧化氢进入吹除管路内。如果贮箱内过氧化氢不在存贮，则可打开手动截止阀41，将贮箱内过氧化氢排掉，然后打开手动截止阀36，手动截止阀40，往贮箱内注入蒸馏水，对贮箱进行清洗，清洗完毕后可通过增压气管路对贮箱内残留蒸馏水吹尽。
通过采用过滤器，避免了过氧化氢、蒸馏水及管路系统中可能存在的杂质对流量计及试验件产生影响。设计了蒸馏水清洗管路的方案，避免过氧化氢残存在管路中对供应系统造成破坏，并可对蒸馏水进行吹除，避免残存的蒸馏水对下一次试验过氧化氢浓度造成影响。采用蒸馏水可避免对管路的腐蚀。

Claims (8)

1.过氧化氢供应系统及安全操作方法，供应系统包括操作台和管路系统两部分其特征在于：操作台有一路氮气气源供应，通过操作台可同时实现管路吹除、气动阀操纵气供应及贮箱增压；所有与过氧化氢直接接触的管路系统均采用不锈钢，阀门均采用不锈钢的手动截止阀和气动阀。
2.根据权利要求1所述的过氧化氢试验系统的操作台，其特征在于：吹除气、气动阀操纵气共用一套管路，贮箱增压气单独采用一套管路。
3.根据权利要求1所述的过氧化氢供应系统的操作台，其特征在于：贮箱增压气出口处安装有单向阀和安全阀。
4.根据权利请求1所述的过氧化氢供应系统的管路系统，其特征在于：管路系统中设置有蒸馏水入口，一端可通入过氧化氢贮箱，一端可通入管路系统。
5.根据权利请求1所述的过氧化氢供应系统的管路系统，其特征在于：供应系统中有两路氮气吹除，一路设计在贮箱出口处，采用手动截止阀控制，一路设计在供应系统管路出口处，采用气动阀控制。
6.过氧化氢供应系统及安全操作方法，操作过程分为三步，其主要特征在于：第一步加注过氧化氢；第二步对贮箱增压；试验结束后对管路系统进行蒸馏水清洗和吹除。
7.根据权利要求4所述的过氧化氢安全操作方法，其特征在于：过氧化氢加注采用吸入式方案，通过抽空贮箱内气体降低贮箱压力将过氧化氢吸入贮箱之内。
8.根据权利请求5所述的过氧化氢试验系统的过氧化氢加注方式，其特征在于：采用真空泵抽空贮箱内气体时，气体先通过水箱再进入真空泵。
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