CN103808901B - 氨气泄漏洗消模拟实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型氨气泄漏洗消模拟实验平台，包括氨气计量加入系统、气体循环系统、数据采集分析系统、细水雾系统、洗消室。本发明的一种新型氨气泄漏洗消模拟实验平台装置密封性好、各部件工作运行稳定，试验数据重现性好，可为研究危险毒气洗消提供一个很好的平台，对消防部队提高洗消毒气效率具有重要意义。

Description

氨气泄漏洗消模拟实验平台

技术领域

本发明涉及一种模拟实验平台，特别涉及一种氨气泄漏洗消模拟实验平台

背景技术

氨是一种广泛应用的化工原料。由于其具有高毒性和高污染性，一旦发生泄漏，极易造成人员中毒，环境污染，甚至引发重大火灾、爆炸事故。氨泄漏后的应急处置是减少其危害的关键措施，洗消处置是应急处置中极其重要的技术方法，能有效地阻止扩散，清除残留，减少危害。因此，氨气泄漏洗消模拟实验平台的设计与构建，可以为研究氨泄漏洗消处置提供重要平台。

氨气洗消实验装置的设计与建立是为了建立一个良好的洗消实验评价平台，应满足的具体要求如下：

(1)确保实验装置以及氨气输送管路的密封性。因为氨气毒性较高，因此必须确保整套装置的密封性才能有效保证实验人员的安全。

(2)实验的可重现性和准确性。

(3)远离火源和大功率电器。由于氨气具有爆燃性，因此必须远离火源和大功率电器。

(4)能够对氨气进行循环，使之混合均匀。

(5)寻找简便易行的测量氨气浓度的方法。

(6)洗消室应使用透明材料，便于对洗消及室内情况进行观察。

发明内容

近年来氨气泄漏事故频发，为了研究有效的洗消新技术，选择更高效环保的洗消剂，自行设计、搭建了氨气洗消实验装置。

本发明的一种氨气泄漏洗消模拟实验平台，包括氨气计量加入系统、气体循环系统、数据采集分析系统、细水雾系统、洗消室。

所述细水雾系统包括高压氮瓶、洗消液贮罐、氮气减压阀、细水雾喷头；所述高压氮瓶与洗消液贮罐之间连接氮气减压阀，洗消液贮罐通过管路与细水雾喷头连接。

所述氨气计量加入系统包括液氨钢瓶、氨气减压阀和氨气流量计，所述氨气流量计采用耐腐蚀流量计，所述氨气减压阀与氨气流量计相连，氨气流量计与洗消室相连。

所述气体循环系统包括循环系统干燥器、空气压缩机、压缩空气净化器、气体循环泵和氨气循环管路，所述循环系统干燥器与洗消室的上部相连，压缩空气净化器在空气压缩机和气体循环泵之间，气体循环泵通过氨气循环管路与洗消室下部相连。

所述数据采集分析系统由数据采集分析系统干燥器、氨气检测仪、电脑、循环系统干燥器、空气压缩机、压缩空气净化器、气体循环泵组成，所述循环系统干燥器、空气压缩机、压缩空气净化器、气体循环泵与气体循环系统共用，数据采集分析系统干燥器在洗消室和氨气检测仪的中间，氨气检测仪与电脑相连。

洗消室材质为有机玻璃，洗消室上设有检修孔、带塞管口、排污阀门、洗消室喷管进口。

本发明的一种氨气泄漏洗消模拟实验平台装置密封性好、各部件工作运行稳定，试验数据重现性好。可为研究危险毒气洗消提供一个很好的平台，对消防部队提高洗消毒气效率具有重要意义。

附图说明

图1为本发明氨气泄漏洗消模拟实验平台示意图；

图2为细水雾系统示意图；

图3为氨气计量加入系统示意图；

图4为气体循环系统示意图；

图5为数据采集分析系统示意图；

图6为洗消室主视图；

图7为相同实验条件下细水雾洗消结果。

图中：1.液氨钢瓶、2.氨气减压阀、3.氨气流量计、4.洗消室、5.检修孔、6.带塞管口、7.细水雾喷头、8.试验台支架、9.排污阀门、10.氨气循环管路、11.高压氮瓶、12.氮气减压阀、13.洗消液贮罐、14.洗消液流量计、15.数据采集分析系统干燥器、16.循环系统干燥器、17.空气压缩机、18.压缩空气净化器、19.气体循环泵、20.洗消液喷管进口、21.氨气检测仪、22.电脑、24.带塞管口。

具体实施方式

以下实施例用于进一步解释本发明。

实施例：

本发明的一种氨气泄漏洗消模拟实验平台，包括氨气计量加入系统、气体循环系统、数据采集分析系统、细水雾系统、洗消室。

(1)细水雾系统

①洗消方式的选取

考虑到氨气泄漏挥发扩散非常快，因此选取的洗消方式必须具备快速的特点。近年来越来越多的细水雾灭火设备应用于消防部队灭火实践。各种细水雾灭火装置、装备层出不穷，包括便携式细水雾灭火装置、背负式细水雾灭火装置、车载式细水雾灭火装置、细水雾消防机器人、皮卡型细水雾消防车、细水雾消防摩托车、面包型细水雾消防车、举高(远程)细水雾消防车、细水雾消防直升机等。利用细水雾与被处置对象接触面大的特点，将其引入氨气的洗消，可极大地提高水对氨的捕捉能力，增强洗消效果。

②细水雾系统的设计

本实验设计的细水雾系统包括高压氮瓶11、洗消液贮罐13、氮气减压阀12、、细水雾喷头7；高压氮瓶11与洗消液贮罐13之间连接氮气减压阀12，洗消液贮罐13通过管路与细水雾喷头7连接。

洗消液贮罐的容积大小为10L，耐压为1.5MPa，采用高压氮气作为驱动气,将高压氮气经氮气减压阀12接入洗消液贮罐13。直管(内径10mm，壁厚2mm)直通贮液罐底，将细水雾喷头7经管路(304不锈钢管，内径10mm，壁厚2mm)接入洗消液贮罐13，如图2。

③部件选型及系统构建

高压氮瓶容积为40L，充装压力为13MPa。高压氮瓶11与洗消液贮罐13之间连接氮气减压阀12，氮气减压阀12为上海减压器厂生产的YQD-6减压器，输入压力为0～25Mpa，调节范围为0.1～1.6MPa，该减压阀精确减压、性能稳定、经久耐用。

细水雾喷头7：细水雾喷头7由天津三安科技有限公司生产。根据多次不同型号喷头实验，最终选择型号为FB-042。该型号喷头喷雾角为60°，喷嘴带有200目316SS材质过滤网，内部采用独特的旋流设计，能很好的控制喷射流量、角度，其流量系数为0.042。

(2)氨气计量加入系统

①氨气计量加入系统的设计

本实验设计的氨气计量加入系统包括液氨钢瓶1、氨气减压阀2和氨气流量计3，氨气减压阀2与氨气流量计3相连，氨气流量计3与洗消室4相连。

以液氨作为氨气源，如图3所示，液氨经氨气减压阀2减压后再经氨气流量计3进入洗消室4，氨气流量计3需采用耐腐蚀流量计，并能有效控制氨气的流量，实现向洗消室4内定量添加氨气的目的。

②部件选型及系统构建

氨气流量计3与洗消室4通过耐腐蚀气管连接。由于氨气腐蚀性较强，普通流量计无法耐受氨气的腐蚀作用，因此氨气流量计采用双环牌氨气专用系列玻璃转子流量计，量程为0.6～6L/min，该氨气流量计具有结构轻巧、耐腐蚀、压力损失小，对仪表前直管段要求低，安装维护方便的特点，能满足实验要求。将氨气流量计固定于洗消室周围预留的铁架子上。

(3)气体循环系统

①气体循环系统的设计

本实验设计的气体循环系统包括循环系统干燥器16、空气压缩机17、压缩空气净化器18、气体循环泵19和氨气循环管路10；循环系统干燥器16与洗消室4的上部相连，压缩空气净化器18在空气压缩机17和气体循环泵19之间，气体循环泵19通过氨气循环管路10与洗消室4下部相连。

由于氨气密度比空气小，从洗消室下端注入氨气后氨气会自由扩散上升，但自由扩散不能实现氨气与空气的充分混合，使检测的浓度失真。通过设计气体循环系统，实现氨气与空气混合。如图4所示。循环过程采用气体循环泵19。

由于氨气洗消实验装置的洗消方式为细水雾洗消，洗消室内空气湿度比较大，循环时很容易与氨气共同作用腐蚀循环泵，因此必须对经过循环泵的循环气体进行预干燥，本实施例采用循环系统干燥器16对循环气体进行预干燥。鉴于氨气密度比较轻，因此对氨气的循环方式采取上出下进。

②部件选型及系统构建

气体循环泵19的选型：该系统既要达到循环洗消室内氨气的目的，同时具备耐腐蚀、防爆功能。普通真空泵、循环泵不能满足此要求。因此本实验选用济南思明特公司生产的Y-1型气体循环泵。思明特气体循环泵是一种活塞式泵，工作时，循环泵迅速往复工作，随着输出压力接近设定压力值时，泵的往复速度减慢直至停止，此时，泵输出压力恒定，能量消耗最低，各部件停止运动。该泵具有以下特点气源驱动。①无需电源、汽油、柴油，安全防爆。②耐腐蚀。

循环泵的动力驱动：考虑到气体循环泵需要气源驱动，并且循环所需高压空气多，因此实验采用上海龙海空压机配件厂生产的7.5KW的空气压缩机17，该空气压缩机17压缩空气速率快，能供气体循环泵19连续使用。

压缩空气的净化：鉴于气体循环泵19是比较精细的仪器，而空气压缩机17里出来的空气又不可避免的含有水蒸气、粉尘、细沙、油滴等杂质。这些杂质进入气体循环泵19，会在活塞移动的过程中造成内壁的损坏，密封性下降；还会造成活塞移动的阻力加大，阻碍洗消室内气体的循环。为了减少对气体循环泵19的伤害，在二者之间连接压缩空气净化器18，实现压缩空气与杂质的分离。压缩空气净化器18选用鑫鑫牌压缩空气净化器，型号为FA-20。其工作原理为：待处理的压缩空气经进气口进入净化器，当穿过高效过滤层时，压缩空气通过拦截、惯性、扩散及吸附等效应，其中的水、粉尘、油被阻隔截留并存积于净化器的底部，纯净的压缩空气经排气孔排出。并且此净化器装有压力表安全阀，当净化器内的压缩空气压力超过额定压力的1.08倍时，安全阀自动开启排气，确保使用安全。压缩空气产生后经压缩空气净化器18净化，通过气管将压缩空气输送至气体循环泵19。空气压缩机17和洗消装置保持10m距离，防止氨气泄漏引起爆炸。

氨气循环管路：混有氨气的混合气在经过气体循环泵之前应经过干燥。干燥剂选用块状氧化钙(定期更换)，将其装入干燥筒中，干燥筒为两个圆柱形有机玻璃筒，以串连方式接入气体循环系统中。氨气循环流动顺序为待循环的氨气先经过干燥器，再经过气体循环泵，最终从模拟洗消室下方回到洗消室内。(4)数据采集分析系统

①数据采集分析系统的设计

本实验设计的数据采集分析系统由数据采集分析系统干燥器15、氨气检测仪21、电脑22、循环系统干燥器15、空气压缩机17、压缩空气净化器18、气体循环泵19组成，所述循环系统干燥器15、空气压缩机17、压缩空气净化器18、气体循环泵19与气体循环系统共用，数据采集分析系统干燥器15在洗消室4的上部和氨气检测仪21的中间，氨气检测仪21与电脑22相连。

数据采集分析系统主要用途是实时准确的记录氨气浓度随时间的变化。本部分的核心为氨气检测仪21。氨气检测仪21与气体循环系统共用气体循环泵19。考虑到循环的气体中含有大量水汽，这些水汽对氨气检测仪会造成一定的影响，因此在气体进入氨气检测仪前有必要对其进行预干燥，减轻水汽对氨检仪测试结果的影响。为了减少更换干燥剂的次数，数据采集系统使用单独的干燥剂。数据采集分析系统设计如图5所示。

②部件选型及系统构建

氨气检测仪21：氨气的实时在线分析对研究细水雾洗消氨气十分重要。本实验采用科尔诺公司生产的MOT系列氨气检测仪，该设备使用性能稳定，测量数据准确，能实时采集氨气浓度信息。其精度：±3％F.S.，LCD显示模式：ppm，测量速度为1秒/次。氨气检测仪21采集的信息可以通过RS485输出到电脑22中。通过相应软件把数据导入Excel表中，便于对洗消结果的分析。氨气检测仪21的工作原理是利用氨气流过氨气检测仪探头，内部的电化学物质与氨气反应，并将二者反应引起电化学物质的变化转换为电信号。

该系统与气体循环系统共用气源，在对氨气浓度进行检测的时候关闭氨气循环管路。在氨气检测仪21前连接数据采集分析系统干燥器15，避免水汽对氨气在线监测仪测试结果产生影响。基于氨气检测仪21属于精密电子设备，为了使干燥效果更好，干燥剂采用氧化钙，并将块状敲碎呈近似均匀小颗粒状。考虑到氨气在线监测仪所需氨气流量很小，流量过大会冲击氨气检测仪的探头，造成探头毁坏。因此从干燥器中流出的气体采用分流的方式，仅使小部分气体流经氨气检测仪。这种分流方式不仅达到了氨气浓度检测的目的，同时实现了气体循环的效果。

(5)洗消室

①洗消室的设计

本实验设计的洗消室材质为有机玻璃，洗消室上设有检修孔5、带塞管口6、带塞管口24、排污阀门9、洗消室喷管进口20、细水雾喷头7。

洗消室4尺寸的选取：由于本实验采取的是细水雾的洗消方式，为了避免细水雾喷射到洗消室内壁上造成洗消液的浪费和洗消效果的破坏，本实验设计模拟洗消室4为圆筒形大直径(1m)。为了使细水雾在洗消室中能完全分散开来，本实验设计模拟洗消室高度为2m。

洗消室4材料的选取：在材料选取时主要考虑到以下几个方面，①透明度的要求，在选材时需要使用透明材料以便于实验时对洗消室的观察；②密闭性和耐腐蚀性好，基于氨气具有腐蚀性，洗消室必须具备良好的密封性和耐腐蚀性，③耐压能力强，洗消室还应具有一定的强度，能够承受安装、检修过程中人的压力以及细水雾长时间的冲击力。由于有机玻璃具有透明度高，质地坚硬，强度高，成型性好，便于加工，耐腐蚀和耐湿性好等特点。因此本实验选取有机玻璃作为洗消室的材料。

洗消室4外形设计：由于氨气洗消实验装置是通过洗消室连接在一起的，因此洗消室是全部设计的中轴部位。首先洗消室必须设计检修孔5，以便于细水雾系统的安装、维护。上面按照洗消液输送管路在此处的尺寸，打相同的内螺纹。此外，洗消室上部还应能做到与氨气循环、检测管路有效的连接。洗消室的下部也应能实现与氨气循环、检测管路以及氨气计量加入系统的有效连接，以便于氨气的加入、循环、检测。因此在洗消室上设计两个带塞管口，带塞管口6和带塞管口24。洗消室厚度采用3.5cm。应将洗消室建于试验台支架8上，洗消室底部采取弧状结构，设有排污阀门9，便于下方安装洗消废液收集管道，在洗消室的顶部设有洗消室喷管进口20，洗消室设计如图6所示。

(2)洗消室的构建

洗消室中部开启直径50cm的检修孔5，便于洗消室内的维修。检修孔5外端由检修孔盖密封，并用耐腐蚀螺栓紧固。将洗消室设计里需要的口开好，并配备相应的转换口。

实验例：

为了检测洗消实验装置的可靠性、密封性及各系统的工况，进行洗消试验。经三次平行实验，重现性非常好，如图7所示。

由图7可知，实验1、2、3氨气浓度随洗消时间变化曲线基本重合，洗消用时分别为137s，133s，134s，差别较小。因此本实验装置进行氨气模拟洗消研究具有很好的重现性。

Claims (2)

1.一种氨气泄漏洗消模拟实验平台，其特征在于：包括氨气计量加入系统、气体循环系统、数据采集分析系统、细水雾系统、洗消室；

所述气体循环系统包括循环系统干燥器、空气压缩机、压缩空气净化器、气体循环泵和氨气循环管路，所述循环系统干燥器与洗消室的上部相连，压缩空气净化器在空气压缩机和气体循环泵之间，气体循环泵通过氨气循环管路与洗消室的下部相连；

所述细水雾系统包括高压氮瓶、洗消液贮罐、氮气减压阀、细水雾喷头；所述高压氮瓶与洗消液贮罐之间连接氮气减压阀，洗消液贮罐通过管路与细水雾喷头连接；

所述氨气计量加入系统包括液氨钢瓶、氨气减压阀和氨气流量计，所述氨气流量计采用耐腐蚀流量计，氨气减压阀与氨气流量计相连，氨气流量计与洗消室相连；

所述数据采集分析系统由数据采集分析系统干燥器、氨气检测仪、电脑、循环系统干燥器、空气压缩机、压缩空气净化器、气体循环泵组成，所述循环系统干燥器、空气压缩机、压缩空气净化器、气体循环泵与所述气体循环系统共用，数据采集分析系统干燥器在洗消室和氨气检测仪的中间，氨气检测仪与电脑相连。

2.根据权利要求1所述的一种氨气泄漏洗消模拟实验平台，其特征在于：洗消室材质为有机玻璃，洗消室上设有检修孔、带塞管口、排污阀门、洗消室喷管进口。