CN103852486B - 液雾燃爆参数测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于可燃液体安全指标量化测定技术领域，具体涉及一种测试系统及测试方法。液雾燃爆参数测试系统及测试方法，其技术方案是，测试系统包括：控制装置（1）、二次气动脉冲喷射雾化器（2）、点火装置（3）、粒径检测装置（4）、数字记录系统（5）以及顶部带有点火击针的实验爆炸罐体（6）；本发明操作直观简便、控制精准，能完成液雾的燃爆爆压及爆压上升速率、爆温及爆温上升速率、爆炸极限、最小点火能等相关实验参数的测定。

Description

液雾燃爆参数测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于可燃液体安全指标量化测定技术领域，具体涉及一种液雾燃爆参数测试系统以及测试方法。

背景技术

液体燃料大多具有低沸点、高挥发度、易燃等特点，由于这些燃料在其生产加工、储存和运输过程中极易发生泄漏等现象，可燃性液体分散到空气介质中，形成均相混合物，一旦遇到外加能量或自发化学反应所释放能量的作用，即可发生燃烧、爆炸乃至爆轰。对于工业生产部门，为了能够抑制或预防在生产过程中发生此类事故，就必须从机理上认识云雾爆炸在其点火，燃烧与爆炸过程的基本规律。进而对多相云雾爆炸事故的危险行业(如油船、炼油厂、化工厂等)的安全生产提出依据。

在化工生产领域中，可燃气液两相混合物燃爆极限等各项参数对安全生产有其重要意义。

发明内容

本发明的目的是：为预防可燃液体安全生产环境可能燃爆事故，实现准确获取不同可燃液体不同工况下，发生燃爆因素指标量化测定，提供一种液雾燃爆参数测试系统以及测试方法。

本发明的技术方案是：液雾燃爆参数测试系统，它包括：控制装置、二次气动脉冲喷射雾化器、点火装置、粒径检测装置、数字记录系统以及顶部带有点火击针的透明实验爆炸罐体；

控制装置用于控制二次气动脉冲喷射雾化器内电磁阀的开启，对点火装置进行触发，并对粒径检测装置、数字记录系统进行开启；

二次气动脉冲喷射雾化器包括：依次连接的手动阀门、高压气室、电磁阀、单向阀、储液室、气液输送管段以及喷雾室；储液室上设有预装储液室液体入口；喷雾室一端与气液输送管段连接，另一端为与实验爆炸罐体相通的半球形的喷头；喷雾室内还设有空心球体，空心球体的球面上均布通孔，开孔处为空心球体与其内接正二十面体的交点；

点火装置用于对实验爆炸罐体的点火击针进行触发；

粒径检测装置包括：激光发射单元、光照检测单元、信号转换单元以及信号接收处理单元；激光发射单元中包括：多组独立的激光发射器；光照检测单元包括：多组独立的光照强度传感器；转换单元用于接收光照检测单元的信号输出，并将信号转换后输送至信号接收处理单元；信号接收处理单元根据接收到的信号进行计算；激光发射单元与光照检测单元布置在实验爆炸罐体的两侧，一个激光发射器与一个光照强度传感器相配合，光路穿过实验爆炸罐体的轴心；

数字记录系统包括：布置在实验爆炸罐体内的压力传感器、温度传感器，连接压力传感器、温度传感器的电荷放大器，以及连接电荷放大器的信号处理单元。

液雾燃爆参数测试系统的测试方法，它基于上述的液雾燃爆参数测试系统，并包括如下步骤：

A.对控制装置进行设定：通过触控模块对PLC控制模块进行设置，其中包括继电器指令输出端口的指令输出时长、开关指令输出端口的指令输出的延迟时间以及对放电控制单元的触发时长；

B.通过触控单元将单片机设置为充电状态，直至电容组达到饱和；

C.开启手动阀，使高压气室内的气压达到实验压力值；在储液室内加装测试液体；

D.按压总启动键；PLC控制模块通过继电器指令输出端口发出指令，在其指令输出时长内，开启二次气动脉冲喷射雾化器中的电磁阀，高压气室内的气体与储液室内液体预混，并瞬态形成气液两相混合物；气液以环形流型为主进入喷雾室，液相部分对空心球体发生绕流，气相部分通过空心球体正面开孔处进入喷雾室内部形成局部超压，再通过喷雾室的喷头将气体排出至实验爆炸罐体形成悬浮云雾；

E.设定的延迟时间后，PLC控制模块通过开关指令输出端口发出指令，开启粒径检测装置与数据记录系统，记录实验爆炸罐体内的状况，同时点火装置中的放电控制单元控制继电器组的闭合，使得接通电容组与点火输出单元接通，在触发时长内点火输出单元触发实验爆炸罐体上的点火击针，实验爆炸罐体内发生燃爆；

F.通过粒径检测装置中的信号接收处理单元，以及数据记录系统中的信号处理单元获取液雾燃爆参数数据。

本发明的有益效果是：(1)本发明操作直观简便、控制精准，能完成液雾的燃爆爆压及爆压上升速率、爆温及爆温上升速率、爆炸极限、最小点火能等相关实验参数的测定；

(2)本发明中的二次气动脉冲喷射雾化器采用高压、高频空气对储液室内液体预混，并瞬态形成气液两相混合物；通过气液输送管段形成一次气动脉冲，气液以环形流型为主进入喷雾室；气液输送管段内环状流进入喷嘴腔体后，可使液相部分对多孔空心球体发生绕流，气相部分通过多孔空心球体正面开孔处进入球体内部形成局部超压，再通过其他小孔将气体排出，对发生绕流的周围液体进行二次气动雾化过程；整个雾化过程中，雾化区域湍流强度较低，尤其是喷头轴心方向，湍流强度最小、波动时间最短，有利于即时点火试验；

(3)本发明中粒径检测装置可即时准确获取点火位置浓度，液雾燃爆参数；

(4)本发明中控制装置可准确控制雾化、点火时长，精确级别达1ms。

附图说明

图1为本发明的结构组成框图；

图2为本发明中粒径检测装置的结构组成框图；

图3为本发明中数字记录系统的结构组成框图；

图4为本发明中二次气动脉冲喷射雾化器的雾化机理示意图；

图5为本发明中二次气动脉冲喷射雾化器的空心球体开孔示意图；

其中，1-控制装置、1.1PLC控制模块、1.2显示模块、1.3触控模块、1.4总启动键、1.5开关指令输出端口、1.6继电器指令输出端口、2-二次气动脉冲喷射雾化器、2.1手动阀门、2.2高压气室、2.3电磁阀、2.4单向阀、2.5储液室、2.6气液输送管段、2.8喷雾室、3-点火装置、3.1单片机，3.2显示单元、3.3触控单元、3.4继电器组、3.5电容组、3.6充电控制单元、3.7放电控制单元、高压电源3.8、3.9点火输出单元、4-粒径检测装置、4.1激光发射单元、4.2光照检测单元、4.3信号转换单元、4.4信号接收处理单元、5-数字记录系统、5.1压力传感器、5.2温度传感器、5.3电荷放大器、5.4信号处理单元、6-实验爆炸罐体。

具体实施方式

液雾燃爆参数测试系统，它包括：控制装置1、二次气动脉冲喷射雾化器2、点火装置3、粒径检测装置4、数字记录系统5以及顶部带有点火击针的透明实验爆炸罐体6；

控制装置1用于控制二次气动脉冲喷射雾化器2内电磁阀2.3的开启，控制点火装置3的触发，并对粒径检测装置4、数字记录系统5进行开启；它具体包括：PLC控制模块1.1、显示模块1.2、触控模块1.3以及总启动键1.4；PLC控制模块1.1设有开关指令输出端口1.5以及继电器指令输出端口1.6；显示模块1.2、触控模块1.3以及总启动键1.4分别与PLC控制模块1.1连接；继电器指令输出端口1.6所输出的指令控制电磁阀2.3的开启；开关指令输出端口1.5的指令输出与继电器指令输出端口1.6的指令输出具有延迟，开关指令输出端口1.5的输出指令控制粒径检测装置4、数字记录系统5的开启以及点火装置3的点火触发时长；触控模块1.3用于设置PLC控制模块1.1每个输出端口的指令触发时长以及指令延迟时间；显示模块1.2用于显示设定信息；确认设置后，PLC控制模块1.1接受来自总启动键1.4的指令，并开始执行；

二次气动脉冲喷射雾化器2包括：依次连接的手动阀门2.1、高压气室2.2、电磁阀2.3、单向阀2.4、储液室2.5、气液输送管段2.6以及喷雾室2.8；储液室2.5上设有预装储液室液体入口；喷雾室2.8一端与气液输送管段2.6连接，另一端为与实验爆炸罐体6相通的半球形的喷头；喷雾室2.8内还设有空心球体2.7，空心球体2.7的球面上均布通孔，开孔处为空心球体2.7与其内接正二十面体的交点；电磁阀2.3受继电器指令输出端口1.6所输出的指令控制；

点火装置3用于对实验爆炸罐体6的点火击针进行触发；它具体包括：单片机3.1，与单片机3.1连接的显示单元3.2、触控单元3.3、放电控制单元3.7、充电控制单元3.6，与充电控制单元3.6连接的高压电源3.8，与放电控制单元3.7、充电控制单元3.6连接的继电器组3.4，与继电器组3.4连接的电容组3.5、点火输出单元3.9；触控单元3.3用于对单片机3.1进行充电状态与放电状态的设定；显示单元3.2用于显示单片机3.1的状态；点火输出单元3.9与实验爆炸罐体6上的点火击针连接；放电控制单元3.7与开关指令输出端口1.5连接；当单片机3.1处于充电状态时，充电控制单元3.6控制继电器组3.4的闭合，使得高压电源3.8向电容组3.5进行充电；当单片机3.1处于放电状态时，放电控制单元3.7等待开关指令输出端口1.5的指令输出，当放电控制单元3.7接收到开关指令输出端口1.5的指令输出时，放电控制单元3.7控制继电器组3.4的闭合，使得电容组3.5与点火输出单元3.9接通，点火输出单元3.9触发实验爆炸罐体6上的点火击针；

粒径检测装置4包括：激光发射单元4.1、光照检测单元4.2、信号转换单元4.3以及信号接收处理单元4.4；激光发射单元4.1中包括：多组独立的激光发射器；光照检测单元4.2包括：多组独立的光照强度传感器；转换单元4.3用于接收光照检测单元4.2的信号输出，并将信号转换后输送至信号接收处理单元4.4；信号接收处理单元4.4根据接收到的信号进行计算；激光发射单元4.1与光照检测单元4.2布置在实验爆炸罐体6的两侧，一个激光发射器与一个光照强度传感器相配合，光路穿过实验爆炸罐体6的轴心；粒径检测装置4受开关指令输出端口1.5的指令的控制，当开关指令输出端口1.5有指令输出时，粒径检测装置4开启；

数字记录系统5包括：布置在实验爆炸罐体6内的压力传感器5.1、温度传感器5.2，连接压力传感器5.1、温度传感器5.2的电荷放大器5.3，以及连接电荷放大器5.3的信号处理单元5.4；数字记录系统5受开关指令输出端口1.5的指令的控制，当开关指令输出端口1.5有指令输出时，数字记录系统5开启。

测试时，按如下步骤进行：

A.对控制装置1进行设定：通过触控模块1.3对PLC控制模块1.1进行设置，其中包括继电器指令输出端口1.6的指令输出时长、开关指令输出端口1.5的指令输出的延迟时间以及对放电控制单元3.7的触发时长；

B.通过触控单元3.3将单片机3.1设置为充电状态，直至电容组3.5达到饱和；

C.开启手动阀2.1，使高压气室2.2内的气压达到实验压力值；在储液室2.5内加装测试液体；

D.按压总启动键1.4；PLC控制模块1.1通过继电器指令输出端口1.6发出指令，在其指令输出时长内，开启二次气动脉冲喷射雾化器2中的电磁阀2.3，高压气室2.2内的气体与储液室2.5内液体预混，并瞬态形成气液两相混合物；气液以环形流型为主进入喷雾室2.8，液相部分对空心球体2.7发生绕流，气相部分通过空心球体2.7正面开孔处进入喷雾室2.8内部形成局部超压，再通过喷雾室2.8的喷头将气体排出至实验爆炸罐体6形成悬浮云雾；

E.设定的延迟时间后，PLC控制模块1.1通过开关指令输出端口1.5发出指令，开启粒径检测装置4与数据记录系统5，记录实验爆炸罐体6内的状况，同时点火装置3中的放电控制单元3.7控制继电器组3.4的闭合，使得接通电容组3.5与点火输出单元3.9接通，在触发时长内点火输出单元3.9触发实验爆炸罐体6上的点火击针，实验爆炸罐体6内发生燃爆；

F.通过粒径检测装置4中的信号接收处理单元4.4，以及数据记录系统5中的信号处理单元5.4获取液雾燃爆参数数据。

Claims (3)

1.液雾燃爆参数测试系统，其特征是，它包括：控制装置(1)、二次气动脉冲喷射雾化器(2)、点火装置(3)、粒径检测装置(4)、数字记录系统(5)以及顶部带有点火击针的透明实验爆炸罐体(6)；

控制装置(1)用于控制二次气动脉冲喷射雾化器(2)内电磁阀(2.3)的开启，对点火装置(3)进行触发，并对粒径检测装置(4)、数字记录系统(5)进行开启；

二次气动脉冲喷射雾化器(2)包括：依次连接的手动阀门(2.1)、高压气室(2.2)、电磁阀(2.3)、单向阀(2.4)、储液室(2.5)、气液输送管段(2.6)以及喷雾室(2.8)；储液室(2.5)上设有预装储液室液体入口；喷雾室(2.8)一端与气液输送管段(2.6)连接，另一端为与实验爆炸罐体(6)相通的半球形的喷头；喷雾室(2.8)内还设有空心球体(2.7)，空心球体(2.7)的球面上均布通孔，开孔处为空心球体(2.7)与其内接正二十面体的交点；

点火装置(3)用于对实验爆炸罐体(6)的点火击针进行触发；

粒径检测装置(4)包括：激光发射单元(4.1)、光照检测单元(4.2)、信号转换单元(4.3)以及信号接收处理单元(4.4)；激光发射单元(4.1)中包括：多组独立的激光发射器；光照检测单元(4.2)包括：多组独立的光照强度传感器；转换单元(4.3)用于接收光照检测单元(4.2)的信号输出，并将信号转换后输送至信号接收处理单元(4.4)；信号接收处理单元(4.4)根据接收到的信号进行计算；激光发射单元(4.1)与光照检测单元(4.2)布置在实验爆炸罐体(6)的两侧，一个激光发射器与一个光照强度传感器相配合，光路穿过实验爆炸罐体(6)的轴心；

数字记录系统(5)包括：布置在实验爆炸罐体(6)内的压力传感器(5.1)、温度传感器(5.2)，连接压力传感器(5.1)、温度传感器(5.2)的电荷放大器(5.3)，以及连接电荷放大器(5.3)的信号处理单元(5.4)。

2.如权利要求1所述的液雾燃爆参数测试系统，其特征是，控制装置(1)包括：PLC控制模块(1.1)、显示模块(1.2)、触控模块(1.3)以及总启动键(1.4)；PLC控制模块(1.1)设有开关指令输出端口(1.5)以及继电器指令输出端口(1.6)；显示模块(1.2)、触控模块(1.3)以及总启动键(1.4)分别与PLC控制模块(1.1)连接；继电器指令输出端口(1.6)所输出的指令控制电磁阀(2.3)的开启；开关指令输出端口(1.5)的指令输出与继电器指令输出端口(1.6)的指令输出具有延迟，开关指令输出端口(1.5)的输出指令控制粒径检测装置(4)、数字记录系统(5)的开启以及点火装置(3)的点火触发时长；触控模块(1.3)用于设置PLC控制模块(1.1)每个输出端口的指令触发时长以及指令延迟时间；显示模块(1.2)用于显示设定信息；确认设置后，PLC控制模块(1.1)接受来自总启动键(1.4)的指令，并开始执行；

点火装置(3)包括：单片机(3.1)，与单片机(3.1)连接的显示单元(3.2)、触控单元(3.3)、放电控制单元(3.7)、充电控制单元(3.6)，与充电控制单元(3.6)连接的高压电源(3.8)，与放电控制单元(3.7)、充电控制单元(3.6)连接的继电器组(3.4)，与继电器组(3.4)连接的电容组(3.5)、点火输出单元(3.9)；触控单元(3.3)用于对单片机(3.1)进行充电状态与放电状态的设定；显示单元(3.2)用于显示单片机(3.1)的状态；点火输出单元(3.9)与实验爆炸罐体(6)上的点火击针连接；放电控制单元(3.7)与开关指令输出端口(1.5)连接；当单片机(3.1)处于充电状态时，充电控制单元(3.6)控制继电器组(3.4)的闭合，使得高压电源(3.8)向电容组(3.5)进行充电；当单片机(3.1)处于放电状态时，放电控制单元(3.7)等待开关指令输出端口(1.5)的指令输出，当放电控制单元(3.7)接收到开关指令输出端口(1.5)的指令输出时，放电控制单元(3.7)控制继电器组(3.4)的闭合，使得电容组(3.5)与点火输出单元(3.9)接通，点火输出单元(3.9)触发实验爆炸罐体(6)上的点火击针。

3.液雾燃爆参数测试系统的测试方法，它基于如权利要求2所述的液雾燃爆参数测试系统，其特征是，它包括如下步骤：

A.对控制装置(1)进行设定：通过触控模块(1.3)对PLC控制模块(1.1)进行设置，其中包括继电器指令输出端口(1.6)的指令输出时长、开关指令输出端口(1.5)的指令输出的延迟时间以及对放电控制单元(3.7)的触发时长；

B.通过触控单元(3.3)将单片机(3.1)设置为充电状态，直至电容组(3.5)达到饱和；

C.开启手动阀(2.1)，使高压气室(2.2)内的气压达到实验压力值；在储液室(2.5)内加装测试液体；

D.按压总启动键(1.4)；PLC控制模块(1.1)通过继电器指令输出端口(1.6)发出指令，在其指令输出时长内，开启二次气动脉冲喷射雾化器(2)中的电磁阀(2.3)，高压气室(2.2)内的气体与储液室(2.5)内液体预混，并瞬态形成气液两相混合物；气液以环形流型为主进入喷雾室(2.8)，液相部分对空心球体(2.7)发生绕流，气相部分通过空心球体(2.7)正面开孔处进入喷雾室(2.8)内部形成局部超压，再通过喷雾室(2.8)的喷头将气体排出至实验爆炸罐体(6)形成悬浮云雾；

E.设定的延迟时间后，PLC控制模块(1.1)通过开关指令输出端口(1.5)发出指令，开启粒径检测装置(4)与数据记录系统(5)，记录实验爆炸罐体(6)内的状况，同时点火装置(3)中的放电控制单元(3.7)控制继电器组(3.4)的闭合，使得接通电容组(3.5)与点火输出单元(3.9)接通，在触发时长内点火输出单元(3.9)触发实验爆炸罐体(6)上的点火击针，实验爆炸罐体(6)内发生燃爆；

F.通过粒径检测装置(4)中的信号接收处理单元(4.4)，以及数据记录系统(5)中的信号处理单元(5.4)获取液雾燃爆参数数据。