CN102590265B - 一种高压富氧环境中的自燃点测试装置 - Google Patents
一种高压富氧环境中的自燃点测试装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，包括爆炸容器、加热系统、容器安装及密封防护装置模块、压力泄放装置模块、高压氧气供应系统、压力及温度信号测量和显示模块，所述的加热系统设置在爆炸容器内，所述的爆炸容器设置在容器安装及密封防护装置模块内，所述的压力泄放装置模块、高压氧气供应系统分别均通过容器安装及密封防护装置模块连接爆炸容器，所述的压力及温度信号测量和显示模块连接爆炸容器。与现有技术相比，本发明能实时测量并记录装置内的压力和温度信息并分析在不同富氧浓度和压力下待测试材料的自燃点，具有结构简单、安装方便、试验效率高、数据全面等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种自燃点测试装置，尤其是涉及一种高压富氧环境中的自燃点测试装置。
背景技术
随着我国气体工业的快速发展和能源需求的逐年递增，特别是清洁能源的广泛应用，液化天然气、液氢、液氧、液氮、液态乙烯等低温液体的产量呈现快速增长，促进了深冷容器行业的快速发展。确保深冷容器安全有效地运行，已成为政府、制造商和用户共同关注的焦点。
但是，我国在深冷容器的设计、制造中，往往忽略了非常重要的气体与材料(包括与储运介质接触的材料以及绝热系统用材料)的相容性、耐化学性以及因化学反应引起的爆炸等问题。深冷容器设计人员往往仅关注深冷条件下材料的物理性能和低温绝热性能，对于气体与材料是否会发生燃烧等化学反应考虑不够，并且缺乏科学的手段及判定依据。而且，如果深冷容器制造商选择了与气体不相容的材料，很可能带来巨大的风险与安全事故隐患。
在一定压力的氧气环境中，当气体温度逐渐升高时，大部分有机的液体或固体材料会发生自燃。因此测量低温液体或固体材料的自燃点非常重要，测定材料的自燃点为正确选择深冷容器各部分的材料提供依据，这将很好地提升深冷容器产品的质量和技术水平，推进新材料、新技术在深冷容器领域的应用，更为重要的是能有效地防范深冷容器的化学爆炸事故，保证深冷容器安全运行，促进经济和社会的和谐发展。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能实时测量、记录装置内的压力和温度变化信息，并据此分析得到待测试材料在特定的富氧条件及压力下的自燃点的高压富氧环境中的自燃点测试装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，其特征在于，包括爆炸容器、加热系统、容器安装及密封防护装置模块、压力泄放装置模块、高压氧气供应系统、压力及温度信号测量和显示模块，所述的加热系统设置在爆炸容器内，所述的爆炸容器设置在容器安装及密封防护装置模块内，所述的压力泄放装置模块、高压氧气供应系统分别均通过容器安装及密封防护装置模块连接爆炸容器，所述的压力及温度信号测量和显示模块连接爆炸容器；
将待测试材料放入爆炸容器中，高压氧气供应系统向爆炸容器输入富氧气体，加热系统对爆炸容器进行加热，通过压力泄放装置模块调节爆炸容器中的压力，压力及温度信号测量和显示模块实时测量爆炸容器中的温度和压力信息，最终得出待测试样品的自燃点。
所述的爆炸容器包括外反应器、内反应器和试样托架，所述的内反应器设置在外反应器内，所述的试样托架设置在内反应器中，用于放置待测试材料。
所述的加热系统包括加热炉和保温层，所述的保温层包设在外反应器上，所述的加热炉设置在保温层内。
所述的加热系统连接温度控制器，所述的压力泄放装置模块连接压力控制器，温度控制器和压力控制器均连接爆炸容器，所述的温度控制器探测爆炸容器中温度，并控制加热系统对爆炸容器加热，所述的压力控制器探测爆炸容器中压力，并控制压力泄放装置开启或关闭，使爆炸容器中的压力保持在设定值。
所述的容器安装及密封防护装置模块包括安装接口、防护罩、平法兰、卡箍、密封圈、接管，所述的安装接口设置在防护罩上，所述的爆炸容器设置在防护罩内，所述的平法兰通过卡箍固定在爆炸容器上，平法兰与爆炸容器间设有密封圈，所述的压力泄放装置模块、高压氧气供应系统、压力及温度信号测量和显示模块分别通过接管密封连接至爆炸容器内。
所述的压力泄放装置模块包括爆破片、高压手动阀、泄荷口和自动调压阀，所述爆破片、高压手动阀、自动调压阀并联连接在容器安装及密封防护装置模块与泄荷口之间。
所述的高压氧气供应系统包括依次连接的高压氧气瓶、气源开关、过滤器、高压三通A、高压三通B和截止阀，所述的高压氧气瓶上设置有气源压力表，所述的高压三通A上设置有高压压力表，所述的高压三通B上设置有旁路阀，所述的截止阀通过高压氧气管道与容器安装及密封防护装置模块连接。
所述的压力及温度信号测量和显示模块包括压力传感器、温度传感器A、温度传感器B、温度传感器C、数据采集卡和计算机，所述的压力传感器、温度传感器A、温度传感器B、温度传感器C设置在爆炸容器内，并与数据采集卡连接，所述的数据采集卡与计算机连接，数据采集卡将采集到的温度值和压力值输入计算机中，在计算机中以时间为横坐标、分别以压力和温度为纵坐标，将压力和温度随时间变化曲线实时地显示在计算机屏幕上二维坐标系内，通过此曲线，计算得到被测材料的自燃点。
所述的富氧气体的压力在2.1-20.7MPa之间、氧气的浓度范围为0.5-100％。
所述的爆炸容器的最高工作压力为82.7Mpa，承受温度427℃，所述的待测试材料的自燃点温度为60-425℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)能实时测量并记录装置内的压力和温度信息；
2)能分析在不同富氧浓度和压力下待测试材料的自燃点；
3)结构简单、安装方便、试验效率高、数据全面。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为爆炸容器和加热系统的结构示意图；
图3为容器安装及密封防护装置模块。
图中：1为高压氧气瓶，2为气源压力表，3为气源开关，4为过滤器，5为高压三通A，6为高压压力表，7为旁路阀，8为高压三通B，9为截止阀，10为高压氧气管道，11为安装接口，12为爆破片，13为高压手动阀，14为泄荷口，15为自动调压阀，16为爆炸容器，17为防护罩，18为温度传感器A，19为压力传感器，20为温度传感器B，21为温度传感器C，22为数据采集卡，23为计算机，24为内反应器，25为试样托架，26为加热炉，27为保温层器，28为密封圈，29为平法兰，30为卡箍，31为进气口，32为出气口，33为放料口，34为富氧气体，35为温度控制器，36为压力控制器，37为显示器，38为外反应器，39为反馈装置，40为显示器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1、2、3所示，本发明高压富氧环境中的自燃点测试装置的结构框图。该装置包括爆炸容器16、加热系统、容器安装及密封防护装置模块、压力泄放装置模块、高压氧气供应系统、压力及温度信号测量和显示模块，加热系统设置在爆炸容器16内，爆炸容器16设置在容器安装及密封防护装置模块内，压力泄放装置模块、高压氧气供应系统分别均通过容器安装及密封防护装置模块连接爆炸容器16，压力及温度信号测量和显示模块连接爆炸容器16。
其中，爆炸容器16包括外反应器38、内反应器24和试样托架25，内反应器24设置在外反应器38内，试样托架25设置在内反应器24中，用于放置待测试材料，待测试材料的自燃点温度为60-425℃，爆炸容器16采用锻压技术制成，规格为65mm(外径)×200mm(长)×15mm(壁厚)，其最高工作压力为82.7Mpa，承受温度427℃；
加热系统包括加热炉26和保温层27，保温层27包设在外反应器38上，加热炉26设置在保温层27内，加热系统连接温度控制器35，压力泄放装置模块连接压力控制器36，温度控制器35和压力控制器36均分别连接爆炸容器16和显示器40，温度控制器35和压力控制器36还分别与反馈装置39连接，显示器40也与反馈装置39连接，温度控制器35探测爆炸容器16中温度，并控制加热系统对爆炸容器16加热，压力控制器36探测爆炸容器16中压力，并控制压力泄放装置开启或关闭，使爆炸容器16中的压力保持在设定值；
高压氧气供应系统包括依次连接的高压氧气瓶1、气源开关3、过滤器4、高压三通A5、高压三通B8和截止阀9，高压氧气瓶1上设置有气源压力表2，高压三通A5上设置有高压压力表6，高压三通B8上设置有旁路阀7，截止阀9通过高压氧气管道10与容器安装及密封防护装置模块连接，高压氧气供应系统提供的富氧气体压力在2.1-20.7MPa之间、氧气的浓度范围为0.5-100％，高压氧气瓶1也可以由防爆型气动隔膜式压缩机配合氧气瓶代替使用，此气动隔膜式压缩机可以采用北京SepTech有限公司提供的防爆型气动隔膜式压缩机46-14035-2-OX产品，其输出压力高、输出流量大、应用灵活、自动保压、可调性强、适用范围广、维护简单，但价格相对比较高。在介质管路上装有高压压力表6，高压压力表6的主要作用是便于实验人员观测压力的施加情况；
压力泄放装置模块包括爆破片12、高压手动阀13、泄荷口14和自动调压阀15，爆破片12、高压手动阀13、自动调压阀15并联连接在容器安装及密封防护装置模块与泄荷口14之间，爆破片12对整个测试装置起保护作用，当爆炸容器16内压力高于设定的极限值时，爆破片12起爆，装置泄压，试验结束后，可开启高压手动阀13卸放压力，以保证装置内无压力。当爆炸容器16内压力高于设定值时，可通过自动调压阀15自动将压力泄放掉，以维持压力恒定；
容器安装及密封防护装置模块包括安装接口11、防护罩17、平法兰29、卡箍30、密封圈28、接管，安装接口11设置在防护罩17上，爆炸容器16设置在防护罩17内，平法兰29通过卡箍30固定在爆炸容器16上，平法兰29与爆炸容器16间设有密封圈28，压力泄放装置模块、高压氧气供应系统、压力及温度信号测量和显示模块分别通过接管密封连接至爆炸容器16内，其中卡箍30采用两瓣式，瓣间以螺栓连接组成一个整体；
压力及温度信号测量和显示模块包括压力传感器19、温度传感器A18、温度传感器B20、温度传感器C21、数据采集卡22和计算机23，压力传感器19、温度传感器A18、温度传感器B20、温度传感器C21设置在爆炸容器16内，并与数据采集卡22连接，数据采集卡22与计算机23连接，数据采集卡22将采集到的温度值和压力值输入计算机23中，在计算机23中以时间为横坐标、分别以压力和温度为纵坐标，将压力和温度随时间变化曲线实时地显示在计算机23屏幕上二维坐标系内，通过此曲线，计算得到被测材料的自燃点。采用三个温度传感器主要用于比较爆炸容器16内温度场的分布情况，压力传感器19可以采用上海巨贯工业自动化设备有限公司提供的JG504型电容式差压变送器，温度传感器采用上海巨贯工业自动化设备有限公司提供的JG100型温度传感器，数据采集卡22可以采用了北京昆仑海岸公司生产的KLM-4114数据采集卡，KLM-4114是集采集、通讯为一体的模拟量采集卡，4路信号输入，0-10mA、4-20mA直流电流信号任选，通讯可选RS-232或RS-485接口，精度：±0.1％。
采用VC++程序编制了能运行于WINDOWS界面的数据采集程序，该程序能够实时地通过数据采集卡将压力传感器及温度传感器的信号读入计算机，并存于数据库中，并能实时地在二维坐标平面内显示压力-时间曲线以及温度-时间曲线。
整个测试装置的工作原理如下：将待测试材料放入爆炸容器16中，高压氧气供应系统向爆炸容器16输入富氧气体34，加热系统对爆炸容器16进行加热，通过压力泄放装置模块调节爆炸容器16中的压力，压力及温度信号测量和显示模块实时测量爆炸容器16中的温度和压力信息，数据采集卡22将采集到的温度值和压力值输入计算机23中，在计算机23中以时间为横坐标、分别以压力和温度为纵坐标，将压力和温度随时间变化曲线实时地显示在计算机23屏幕上二维坐标系内，通过此曲线，计算得到被测材料的自燃点。
本发明所述的高压测试系统能实现富氧环境中自燃点的测试试验，实时测量、记录压力、温度和时间的变化曲线，数据采集软件采用VC++编制，能在Windows操作系统下工作，分析得到测试材料在富氧环境中的自燃点。试验系统结构简单、安装方便、安全程度高、试验效率高、测量精确度高，数据全面，能为科学研究提供了更多有用信息。
Claims (8)
1.一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，其特征在于，包括爆炸容器、加热系统、容器安装及密封防护装置模块、压力泄放装置模块、高压氧气供应系统、压力及温度信号测量和显示模块，所述的加热系统设置在爆炸容器内，所述的爆炸容器设置在容器安装及密封防护装置模块内，所述的压力泄放装置模块、高压氧气供应系统分别均通过容器安装及密封防护装置模块连接爆炸容器，所述的压力及温度信号测量和显示模块连接爆炸容器；
所述的容器安装及密封防护装置模块包括安装接口、防护罩、平法兰、卡箍、密封圈、接管，所述的安装接口设置在防护罩上，所述的爆炸容器设置在防护罩内，所述的平法兰通过卡箍固定在爆炸容器上，平法兰与爆炸容器间设有密封圈，所述的压力泄放装置模块、高压氧气供应系统、压力及温度信号测量和显示模块分别通过接管密封连接至爆炸容器内；
所述的压力泄放装置模块包括爆破片、高压手动阀、泄荷口和自动调压阀，所述爆破片、高压手动阀、自动调压阀并联连接在容器安装及密封防护装置模块与泄荷口之间；
将待测试材料放入爆炸容器中，高压氧气供应系统向爆炸容器输入富氧气体，加热系统对爆炸容器进行加热，通过压力泄放装置模块调节爆炸容器中的压力，压力及温度信号测量和显示模块实时测量爆炸容器中的温度和压力信息，最终得出待测试样品的自燃点。
2.根据权利要求1所述的一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，其特征在于，所述的爆炸容器包括外反应器、内反应器和试样托架，所述的内反应器设置在外反应器内，所述的试样托架设置在内反应器中，用于放置待测试材料。
3.根据权利要求2所述的一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，其特征在于，所述的加热系统包括加热炉和保温层，所述的保温层包设在外反应器上，所述的加热炉设置在保温层内。
4.根据权利要求1所述的一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，其特征在于，所述的加热系统连接温度控制器，所述的压力泄放装置模块连接压力控制器，温度控制器和压力控制器均连接爆炸容器，所述的温度控制器探测爆炸容器中温度，并控制加热系统对爆炸容器加热，所述的压力控制器探测爆炸容器中压力，并控制压力泄放装置开启或关闭，使爆炸容器中的压力保持在设定值。
5.根据权利要求1所述的一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，其特征在于，所述的高压氧气供应系统包括依次连接的高压氧气瓶、气源开关、过滤器、高压三通A、高压三通B和截止阀，所述的高压氧气瓶上设置有气源压力表，所述的高压三通A上设置有高压压力表，所述的高压三通B上设置有旁路阀，所述的截止阀通过高压氧气管道与容器安装及密封防护装置模块连接。
6.根据权利要求1所述的一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，其特征在于，所述的压力及温度信号测量和显示模块包括压力传感器、温度传感器A、温度传感器B、温度传感器C、数据采集卡和计算机，所述的压力传感器、温度传感器A、温度传感器B、温度传感器C设置在爆炸容器内，并与数据采集卡连接，所述的数据采集卡与计算机连接，数据采集卡将采集到的温度值和压力值输入计算机中，在计算机中以时间为横坐标、分别以压力和温度为纵坐标，将压力和温度随时间变化曲线实时地显示在计算机屏幕上二维坐标系内，通过此曲线，计算得到被测材料的自燃点。
7.根据权利要求1所述的一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，其特征在于，所述的富氧气体的压力在2.1-20.7MPa之间、氧气的浓度范围为0.5-100%。
8.根据权利要求1所述的一种高压富氧环境中的自燃点测试装置，其特征在于，所述的爆炸容器的最高工作压力为82.7Mpa，承受温度427℃，所述的待测试材料的自燃点温度为60-425℃。
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Owner name: SHANGHAI GASES INDUSTRY ASSOCIATION Effective date: 20120918 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20120918 Address after: 200237 Meilong Road, Shanghai, No. 130, No. Applicant after: East China University of Science and Technology Applicant after: SHANGHAI GASES INDUSTRY ASSOCIATION Address before: 200237 Meilong Road, Shanghai, No. 130, No. Applicant before: East China University of Science and Technology |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140416 Termination date: 20200305 |