CN102818821B - 超低温环境下可燃气体爆炸特性实验系统 - Google Patents
超低温环境下可燃气体爆炸特性实验系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超低温环境下可燃气体爆炸特性实验系统，包括爆炸罐体、降温系统、数据采集系统、点火系统和配气系统；降温系统包裹于爆炸罐体上，数据采集系统为设置于爆炸罐体内的热电阻和压力传感器、数据采集装置。该系统在超低温环境下测量可燃气体爆炸特征参数时，首先将爆炸罐体抽成真空；然后将待测可燃气体充入爆炸罐体并进行降温；最后点燃待测可燃气体，并采集爆炸罐体内爆炸特性参数数据，并保存爆炸特性参数数据。本发明针对煤层气利用深冷液化工艺超低温环境下可燃气体爆炸极限的测定，亦能进行超低温环境可燃气体爆炸压力及压力上升速率等参数的测定及实验研究工作。
Description
技术领域
本发明涉及工业安全领域，特别涉及一种可直接用于工业生产过程中涉及到超低温环境条件下可燃气体爆炸极限特征参数测定系统。
背景技术
目前，国内外尚没有关于特殊环境下可燃气体爆炸特性实验研究方面的标准，我国仅有中华人民共和国国家标准.GB/T 12474－2008《空气中可燃气体爆炸极限测定方法》，该标准规定了常温常压条件下可燃气体爆炸极限的测定方法。但是，对于超低温（0℃以下）环境可燃气体爆炸极限的测定还缺乏相应的技术手段。目前，我国部分科研院所虽有针对高温或高压环境下可燃气体爆炸特性研究的相关设备，但不能实现超低温环境下可燃气体爆炸特性研究。
因此急需一种在超低温环境下进行可燃气体爆炸特性测定系统。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种在超低温环境下进行可燃气体爆炸特性测定系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的超低温环境下可燃气体爆炸特性实验系统，包括爆炸罐体和分别与爆炸罐体连接的降温系统、数据采集系统、点火系统和配气系统；所述爆炸罐体，用于进行可燃气体爆炸特性试验的容器；所述降温系统，用于对整个爆炸罐体进行降温及保温；所述数据采集系统，用于爆炸试验过程中可燃气体爆炸各特征参数数据以及环境参数数据的测试及采集；所述点火系统，用于对罐体内的可燃气体进行点火； 所述配气系统，用于进行不同浓度及不同氧含量的可燃混合气体的制备。
进一步，所述爆炸罐体包括液氮盘管、液氮夹层、泄压保护装置、点火装置、压力传感器、测温热电阻、盘管液氮进口、盘管液氮出口和进出气接口；
所述液氮盘管设置于液氮夹层的内层围成的腔体室中，所述盘管液氮进口和盘管液氮出口穿过液氮夹层与液氮盘管的两端连接，所述进出气接口设置于液氮夹层上并与液氮夹层内层围成的腔体室连通，所述点火装置设置于液氮夹层用于点燃液氮夹层内层腔室内的可燃性气体，所述压力传感器设置于液氮夹层上用于采集液氮夹层内层腔室气体的压强值，所述测温热电阻设置于液氮夹层上用于采集液氮夹层内层腔室气体的温度值，所述泄压保护装置设置于液氮夹层上用于在液氮夹层内层腔室可燃气体混合气爆炸压力超过预定值时进行泄压，以便保护设备及操作人员的安全。
进一步，所述爆炸罐体容积为20L，球形或圆柱形，爆炸罐体承压≥25.0MPa；爆炸罐体的真空度≤0.02MPa。
进一步，所述降温系统包括液氮储存罐、连接管路、罐体密封夹层及外部保温层；所述保温层为包裹于爆炸罐体外壁的充满保温材料的壳状包覆物。
进一步，所述保温材料为聚氨酯材料。
进一步，所述数据采集系统包括压力传感器、测温热电阻和数据采集装置，所测主要参数有爆炸压力、最大压力上升速率、环境温度、环境压力及可燃气体浓度值。
进一步，所述点火系统所产生的点火能量从10mJ～400J不同等级连续可调；所述点火系统还设置有火花杆，所述火花杆用于实现爆炸罐体内待测可燃气体的点燃；所述火花杆能够承受爆炸罐体内可变的环境条件及由于可燃气体爆炸所产生的高温高压条件；所述火花杆能够实现密封，保证不从火花杆处向罐体外部漏气。
进一步，所述配气系统包括甲烷存储系统、氧气存储系统和氮气存储系统，所述甲烷存储系统、氧气存储系统和氮气存储系统分别通过流量计与爆炸罐体连接。
本发明的优点在于：本发明针对超低温环境下可燃气体爆炸特性实验研究系统。主要解决了：①超低温环境下可燃气体爆炸特性测试系统；②实验流程等相关技术难题。现有相关技术主要针对常温常压条件下可燃气体爆炸极限及其它爆炸特征参数的测定技术，本发明针对超低温环境下可燃气体爆炸极限的测定，亦能进行超低温环境可燃气体爆炸压力及压力上升速率等参数的测定及实验研究工作。主要针对煤层气利用深冷液化工艺超低温环境煤层气爆炸极限的测定以及其他工业可燃气体在超低温环境下爆炸特征参数的测定。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明实施例提供的系统结构组成示意图。
图中，液氮盘管-1、液氮夹层-2、点火装置-3、测温热电阻-4、压力传感器-5。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的系统结构组成示意图，如图所示：本发明提供的超低温环境下可燃气体爆炸特性实验系统，包括爆炸罐体和分别与爆炸罐体连接的降温系统、数据采集系统、点火系统和配气系统；所述爆炸罐体，用于进行可燃气体爆炸特性试验的容器；所述降温系统，用于对整个爆炸罐体进行降温及保温； 所述数据采集系统，用于爆炸试验过程中可燃气体爆炸各特征参数数据以及环境参数数据的测试及采集；所述点火系统，用于对罐体内的可燃气体进行点火； 所述配气系统，用于进行不同浓度及不同氧含量的可燃混合气体的制备。所述爆炸罐体包括液氮盘管1、液氮夹层2、泄压保护装置、点火装置3、压力传感器5、测温热电阻4、盘管液氮进口、盘管液氮出口和进出气接口；所述液氮盘管1设置于液氮夹层的内层围成的腔体室中，所述盘管液氮进口和盘管液氮出口穿过液氮夹层与液氮盘管的两端连接，所述进出气接口设置于液氮夹层上并与液氮夹层2内层围成的腔体室连通，所述点火装置3设置于液氮夹层用于点燃液氮夹层内层腔室内的可燃性气体，所述压力传感器5设置于液氮夹层上用于采集液氮夹层内层腔室气体的压强值，所述测温热电阻4设置于液氮夹层上用于采集液氮夹层内层腔室气体的温度值，所述泄压保护装置设置于液氮夹层上用于在液氮夹层内层腔室可燃气体混合气爆炸压力超过预定值时进行泄压，以便保护设备及操作人员的安全。
所述爆炸罐体容积为20L，球形或圆柱形，爆炸罐体承压≥25.0MPa；爆炸罐体的真空度≤0.02MPa。
所述降温系统包括液氮储存罐、连接管路、罐体密封夹层及外部保温层；所述保温层为包裹于爆炸罐体外壁的充满保温材料的壳状包覆物；所述保温材料为聚氨酯材料或其它能够达到保温效果的材料。
所述数据采集系统包括压力传感器、测温热电阻和数据采集装置，所测主要参数有爆炸压力、最大压力上升速率、环境温度、环境压力及可燃气体浓度值。
所述点火系统所产生的点火能量从10mJ～400J不同等级连续可调；所述点火系统还设置有火花杆，所述火花杆用于实现爆炸罐体内待测可燃气体的点燃；所述火花杆能够承受爆炸罐体内可变的环境条件及由于可燃气体爆炸所产生的高温高压条件；所述火花杆能够实现密封，保证不从火花杆处向罐体外部漏气。
所述配气系统包括甲烷存储系统、氧气存储系统和氮气存储系统，所述甲烷存储系统、氧气存储系统和氮气存储系统分别通过流量计与爆炸罐体连接。
超低温环境的实现：采用液氮降温技术实现爆炸罐体内环境温度的改变，将液氮充入爆炸罐体夹层及内部盘管内，通过循环不断吸收热量，并聚氨酯材料包裹罐体，使可燃气体温度降低并保持稳定。
超低温环境条件的监控：通过安装有热电阻和压力变送器，并连接相应的数显仪表，实现对罐体内气体温度、压力等环境条件的实时监控。
超低温环境下可燃气体点火：通过进行超低温环境密封性实验及点火实验，研制了适用于超低温环境下的火花杆来实现整个爆炸系统的点火。
超低温环境下爆炸数据的采集：采用适用于超低温环境的压力传感器来测定爆炸后的爆炸压力，点火的同时触发数据采集系统进行实时数据采集。
在煤层气利用过程中，其中深冷液化工艺是利用甲烷与氧气以及氮气的沸点不同，在超低温下对甲烷实施分离的技术。重庆能源集团投产的低浓度煤层气深冷液化工业化试验装置在-182℃的低温和0.3MPa的低压下可把含氧煤层气的分离和液化同步进行。在深冷液化过程中，甲烷浓度穿越爆炸极限范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (2)
1.超低温环境下可燃气体爆炸特性实验系统，其特征在于：包括爆炸罐体和分别与爆炸罐体连接的降温系统、数据采集系统、点火系统和配气系统；所述爆炸罐体，用于进行可燃气体爆炸特性试验的容器；所述降温系统，用于对整个爆炸罐体进行降温及保温；所述数据采集系统，用于爆炸试验过程中可燃气体爆炸各特征参数数据以及环境参数数据的测试及采集；所述点火系统，用于对罐体内的可燃气体进行点火；所述配气系统，用于进行不同浓度及不同氧含量的可燃混合气体的制备；
所述爆炸罐体包括液氮盘管、液氮夹层、泄压保护装置、点火装置、压力传感器、测温热电阻、盘管液氮进口、盘管液氮出口和进出气接口；
所述液氮盘管设置于液氮夹层的内层围成的腔体室中，所述盘管液氮进口和盘管液氮出口穿过液氮夹层与液氮盘管的两端连接，所述进出气接口设置于液氮夹层上并与液氮夹层内层围成的腔体室连通，所述点火装置设置于液氮夹层用于点燃液氮夹层内层腔室内的可燃性气体，所述压力传感器设置于液氮夹层上用于采集液氮夹层内层腔室气体的压强值，所述测温热电阻设置于液氮夹层上用于采集液氮夹层内层腔室气体的温度值，所述泄压保护装置设置于液氮夹层上用于在液氮夹层内层腔室可燃气体混合气爆炸压力超过预定值时进行泄压，以便保护设备及操作人员的安全；
所述爆炸罐体容积为20L，球形或圆柱形，爆炸罐体承压≥25.0MPa；爆炸罐体的真空度≤0.02MPa；
所述降温系统包括液氮储存罐、连接管路、罐体密封夹层及外部保温层；所述保温层为包裹于爆炸罐体外壁的充满保温材料的壳状包覆物；
所述保温材料为聚氨酯材料；
所述数据采集系统包括数据采集装置，所测主要参数有爆炸压力、最大压力上升速率、环境温度、环境压力及可燃气体浓度值；
所述点火系统所产生的点火能量从10mJ～400J不同等级连续可调；
所述爆炸罐体中的点火装置采用火花杆，所述火花杆用于实现爆炸罐体内待测可燃气体的点燃；所述火花杆能够承受爆炸罐体内可变的环境条件及由于可燃气体爆炸所产生的高温高压条件；所述火花杆能够实现密封，保证不从火花杆处向罐体外部漏气。
2.根据权利要求1所述的超低温环境下可燃气体爆炸特性实验系统，其特征在于：所述配气系统包括甲烷存储系统、氧气存储系统和氮气存储系统，所述甲烷存储系统、氧气存储系统和氮气存储系统分别通过流量计与爆炸罐体连接。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Si Rongjun Inventor after: Li Runzhi Inventor after: Wang Ziliang Inventor after: Wang Lei Inventor before: Si Rongjun Inventor before: Li Runzhi Inventor before: Wang Lei |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: SI RONGJUN LI RUNZHI WANG LEI TO: SI RONGJUN LI RUNZHI WANG ZILIANG WANG LEI |
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| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Department of City Road, Jiulongpo District, Chongqing city science and technology Erlang Metro 400039 No. 6 Applicant after: CCTEG CHONGQING RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: Department of City Road, Jiulongpo District, Chongqing city science and technology Erlang Metro 400039 No. 6 Applicant before: Chongqing Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group Corp. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: CHINA COAL SCIENCE AND INDUSTRY GROUP CHONGQING RESEARCH INSTITUTE TO: CHINA COAL TECHNOLOGY ENGINEERING GROUP CHONGQING RESEARCH INSTITUTE |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |