CN104297292B - 一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，包括爆炸仓(1)，计算机，主控制系统及与其相连接的第一抽真空装置(7)，气体循环装置(8)，液体燃料蒸气供应装置(4)，干燥空气供应装置(5)，水蒸汽供应装置(9)，点火装置和恒温水供应装置；所述液体燃料供应装置(4)、所述干燥空气供应装置(5)，所述水蒸汽供应装置(9)和所述第一抽真空装置(7)都与所述爆炸仓(1)相连通；所述爆炸仓(1)内部安装有点火电极(6)和爆炸仓压力传感装置；所述主控制系统与所述计算机相连接。本发明还公开了一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定方法。本发明水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统具有测定准确，安全可靠的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种抑爆性能测定系统及测定方法，特别是涉及一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统及测定方法。
背景技术
燃油掺水是一个既古老又新兴的课题，早在100多年前就有人提出燃油掺水技术，由于燃油-水乳状液在燃烧时能够产生微爆效应，引起燃油的二次雾化，使得燃烧更加充分，大大降低了烟度和有害气体的排放；但是由于普通乳状液不稳定，易分层，不能长期储存，在应用受到了很大的限制；近年来，随着微乳液理论的发展，开发透明、稳定、性能与普通燃油接近的微乳化燃油已成为研究的热点。微乳化燃油的制备更为简单，不需要借助搅拌或超声等外部能量，只需把燃油、水、表面活性剂和助表面活性剂按一定的比例混合就可以通过自乳化自发地形成微乳液。
我国从上世纪四十年代开始就进行了柴油乳化的试验，到五十年代后期，进行过一些大规模的柴油乳化研究，但直到八十年代才出现了重大的进展，近年来我国柴油乳化技术发展较为迅速，已开发出许多柴油乳化剂配方，并有一些研究成果申请了专利，这种既节能、又能减少污染的新型燃料必定会有更为广阔的发展前景。
李铁臻等进行了柴油微乳液制备的小样实验和扩大性实验，筛选出了合适的微乳化剂配方；研究表明，当水占6％～20％、乳化剂占10％～21％时，均能形成透明度高、稳定性好的柴油微乳液。在小样实验中可以配成微乳液的水、油和乳化剂的之间配比，同样可以应用于扩大性实验中。储存在敞口容器中的柴油微乳液会很快出现分层，但是在密闭的容器中，采用任何手段，例如振荡或使用磁力搅拌的方式配制，不管乳化多长时间，都不能形成微乳液。分别以自来水和蒸馏水为水相进行柴油微乳液的配制，初步验证了水质的不同会对柴油微乳液的形成产生影响。
黄艳娥等研究了温度、加料方式和搅拌方式等因素对制备柴油微乳液的影响。实验以柴油为油相，自来水为水相，将表面活性剂Span 80和D08/1021复配使用，以正戊醇为助表面活性剂；结果表明，当温度在30-35℃时，能较快地得到澄清的柴油微乳液，而加料方式以及搅拌方式则对微乳液的制备没有明显的影响。
陈雪松等采用亲水亲油平衡值法和复配的方法筛选出了具有良好稳定性的非离子型和阴离子型表面活性剂作为乳化剂，并对柴油进行乳化，将制备的柴油乳化液分别在1135单缸柴油机和2135双缸柴油机上进行实际应用实验，将实验结果与普通柴油进行对比，发现柴油机在油耗以及排放上都有了显著的改善。
谢新玲等制备了(D0821/TX-4/AEO-3)/柴油/正戊醇/水微乳液体系，并研究了柴油微乳液的电导率、黏度和粒径等各项理化性能。研究表明，该柴油微乳液体系为牛顿型流体，体系的黏度随着温度的升高而降低，随着表面活性剂质量分数增大而增大，并且与水量的变化规律保持一致。柴油微乳液的液滴粒径在100nm左右，其腐蚀性、密度和凝点均符合国家标准，在室温下能稳定储存6个月以上。
燃油掺水一般有两个目的。
其一是节能减排，在油包水型乳化液中，油作为连续相存在于外相中，水作为分散相存在于内相中。由于水的沸点要低于油的沸点，所以当燃烧室的温度急剧升高时，内相水蒸汽先蒸发膨胀，体积在瞬间增大了近1500倍，这种规模的膨胀相当于发生了一次小型的爆炸，当内相的压力超过油滴的表面张力和大气压之和时，水蒸汽将突破油膜的束缚，使油滴发生爆炸，产生二次雾化，油滴将分成很多更微小的油滴，大大增加了油相与空气的接触面积，更有利于燃烧；微爆还产生了大量的爆炸波，冲破火焰外围的二氧化碳、氮气等惰性气体，促进空气的对流，使空气和油蒸气在燃烧室内分布更为均匀，同时也带动温度的均匀分布，加快了燃烧速度，避免了局部高温而产生的燃烧不平衡，减少了不完全燃烧的发生，提高了燃烧效率和节能效果。
首先是降低氮氧化物的机理，氮氧化物的产生必须同时具备三个条件：高温、充足的氧气和在高温下滞留足够长的时间，三者缺一不可，因此只需至少控制其中任意一个条件即可降低氮氧化物的生成。乳化油燃烧得更加完全，提高了空气的利用率，消耗了空气中更多的氧气，使氧气的浓度大大降低，从而抑制了氮氧化物的生成；微爆作用引起的空气对流，使空气分布更均匀，防止了局部的富氧的产生。此外，乳化油燃烧逸出的水蒸汽分散到燃烧室中，对空气起到稀释的作用，并且水的气化吸收热量，能降低燃烧室的温度，同时燃烧室内的温度场分布较均匀，防止了局部高温的形成，有利于抑制氮氧化物的生成。
其次是降低烟度的机理。乳化油燃烧后生成碳烟和颗粒的条件有高温、高压、缺氧条件下的燃油脱氢裂解、烃类没有反应充分等。乳化油燃烧时能使燃油和空气混合气在燃烧室内分布的均匀度提高，减少了局部缺氧现象的发生，使燃烧更加完全和充分。由于水蒸汽气化吸收热量使燃烧室内温度下降，同时，微爆效应增加了混合气在室内的均匀度等原因，抑制了局部高温，所以，燃烧室内不具备碳烟和颗粒的生成的基本条件。此外，燃烧中生成的碳还会与水蒸汽发生水煤气反应，从而大大降低了碳烟的排放。
第三是降低一氧化碳的机理。水在高温下会发生解离生成氧离子及氢氧离子，它们可以形成活性中心，对一氧化碳的燃烧反应起到催化的作用，促进一氧化碳的燃烧，因此乳化油燃烧后生成的一氧化碳含量有着明显的降低。
其二是起到阻燃抑爆作用，减少油品因为外力袭击造成意外燃烧和爆炸的几率。
首先是基于水蒸汽的降温作用。油箱被外力击中后燃料被抛洒成气溶胶状态，其中包括大量微米级的油包水雾滴，并通过微爆现象使油珠形成二次雾化，形成更为细小的微小液滴。这种微爆作用对体系热量变化产生两方面影响，一方面是水滴雾化吸收大量潜热，之后由导热能力非常强的水蒸汽将热量从油分子表面带走，表现为微爆过程中的吸热作用，使爆炸体系温度降低；另一方面，微爆作用形成的二次雾化，使得燃料分子与助燃空气的接触面积加大，混合更加均匀，燃烧更迅速更完全，提高了燃烧效率，增加了单位时间内燃料释放的热量，使爆炸体系温度相对升高。因此水的存在既有使体系温度升高接近爆炸极限温度的作用，又有降低体系温度使之偏离爆炸极限温度的作用，最终要看两种作用孰强孰弱，取决于微乳化水的含量和微乳化体系的微观结构。
第二个原理是基于破坏爆炸条件的水蒸汽保护作用。与充分的空气混合，是油气爆炸的必要条件，在柴油和水蒸汽形成的气溶胶体系中，如果水蒸汽含量达到一定规模，水分子会起到隔绝空气的作用，降低油气发生爆炸的概率，最终取决于气溶胶中水蒸汽的含量。
根据以上原理，柴油微乳化体系中水含量存在一个合理范围，使得与液相达到气液平衡的混合蒸气中，水蒸汽的蒸气分压存在上下限定值，在该限定值内混合蒸气相进入非点燃区，此时的油蒸气即使在点火条件下也不易发生燃烧和爆炸，也就是说在油蒸气和水蒸汽混合体系中，存在一个易燃易爆和不易燃不易爆的分界线，通过试验手段测定该分界线，寻找出混合体系不易燃不易爆区域条件，研究水蒸汽的作用机理，可为研制具有阻燃抑爆功能的含水燃料提供理论帮助。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种安全可靠的水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统。
本发明还提供了一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定方法。
一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，包括爆炸仓，计算机，主控制系统及与其相连接的第一抽真空装置、气体循环装置、液体燃料蒸气供应装置、干燥空气供应装置、水蒸汽供应装置和点火装置；所述爆炸仓为封闭的中空管式结构，所述爆炸仓的中空部分为爆炸空间，所述爆炸仓内部始端安装有点火电极，末端安装有爆炸仓压力传感装置，所述点火电极与所述点火装置相连接，所述爆炸仓压力传感装置与所述主控制系统相连接；所述液体燃料供应装置、所述干燥空气供应装置、所述水蒸汽供应装置和所述第一抽真空装置都与所述爆炸空间相连通；所述主控制系统与所述计算机相连接；所述气体循环装置上连接有进气管和出气管，所述进气管的进气口和所述出气管的出气口分别位于所述爆炸仓内部两端。
本发明所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，其中，液体燃料蒸气供应装置包括通过管道依次相连的液体燃料储存罐、蒸气生成罐和第二抽真空装置；液体燃料储存罐通过送料管与蒸气生成罐相连接，蒸气生成罐外壁采用夹层恒温结构；送料管上安装有送料控制阀；蒸气生成罐上安装有蒸气生成罐压力传感装置，蒸气生成罐压力传感装置与计算机相连；
液体燃料储存罐内部安装有液位自动测量装置；送料管在蒸气生成罐内部的一端安装有雾化头；在蒸气生成罐下部设有排料口；蒸气生成罐和第二抽真空装置之间设置有蒸气储存罐，蒸气储存罐与蒸气生成罐通过送气管相连接，送气管上设置有送气控制阀；蒸气储存罐与第二抽真空装置之间通过管道相连接，管道上设置有抽真空控制阀；蒸气储存罐上安装有蒸气储存罐压力传感装置，蒸气储存罐压力传感装置与计算机相连；蒸气储存罐顶部设有蒸气输出口；蒸气储存罐外壁采用夹层恒温结构；
液体燃料蒸气供应装置还包括空气供应装置和恒温水供应装置，蒸气储存罐内部设有增压器，增压器通过空气输送管与空气供应装置相连通，空气输送管上设置有空气供应控制阀；恒温水供应装置通过管道分别于蒸气生成罐外壁的夹层恒温结构和蒸气储存罐外壁的夹层恒温结构相连通。
本发明所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，其中，所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统包括恒温水供应装置；所述爆炸仓的侧壁采用夹层恒温结构；所述恒温水供应装置与所述夹层恒温结构两端相连通形成恒温水循环回路。
本发明所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，其特征在于，爆炸仓为两端封闭的中空圆管结构，其容积≥1L，长径比为1-30，材质为不锈钢，侧壁上设有视窗。
本发明所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，其中，所述点火装置为化学点火装置或电点火装置；爆炸仓的长度为1400mm，内径为60mm。
本发明中第一抽真空装置为真空泵，根据不同的需要设计爆炸仓的夹层恒温结构厚度。
一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定方法，包括如下步骤：
A、用第一抽真空装置将爆炸仓抽真空，然后用液体燃料蒸气供应装置向所述爆炸空间中通入液体燃料蒸气，用水蒸汽供应装置向所述爆炸空间通入水蒸汽并用干燥空气供应装置向其中注入干燥空气至所述爆炸空间内部压力为一个标准大气压；开启气体循环装置将所述液体燃料蒸气，所述水蒸汽和所述干燥空气混匀得到混合气体；
B、通过点火装置和点火电极引爆所述混合气体；爆炸仓压力传感装置将测得的爆炸压力数据传输到计算机上，将测得的所述爆炸压力数据最大值与标准大气压进行对比，评定所述混合气体是否爆炸；
C、改变所述混合气体中所述液体燃料蒸气和水蒸汽所占比例，重复所述步骤A和B，绘制不同浓度水蒸汽对不同浓度液体燃料蒸气抑爆性能曲线，判断水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能。
本发明所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定方法，其中，所述步骤A具体包括如下步骤：
用所述第一抽真空装置将所述爆炸空间抽真空至真空度为0.8KPa；用恒温水供应装置向所述爆炸仓侧壁的夹层恒温结构中注入恒温水，所述恒温水温度为90℃；
用所述液体燃料蒸气供应装置制备所述液体燃料蒸气并将其输送到所述爆炸仓中，然后用所述水蒸汽供应装置将水蒸汽输送到所述爆炸仓中，然后用所述干燥空气供应装置向所述爆炸空间中注入所述干燥空气至所述爆炸空间内部压力为一个标准大气压；开启所述气体循环装置将所述液体燃料蒸气和所述干燥空气混匀得到混合气体；所述混合气体中所述液体燃料蒸气和所述水蒸汽所占比例均为1vol％。
本发明所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定方法，其中，所述步骤B具体包括如下步骤：
引爆所述混合气体的方法为化学点火引爆或电点火引爆；所述化学点火引爆能量为10-5000J，所述电点火引爆能量为1500-2500J；
引爆所述混合气体后，所述爆炸仓压力传感装置将测得的所述爆炸压力数据传输到所述计算机上，将测得的所述爆炸压力数据最大值与标准大气压进行对，计算压力升高比；所述压力升高比的计算公式为：
压力升高比＝(引爆后压力数据最大值－标准大气压)/标准大气压；
点火方式为化学点火引爆时，压力升高比≥10％说明所述混合气体被引爆；点火方式为电点火时，压力升高比≥1％说明所述混合气体被引爆。
本发明所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定方法，其特征在于，所述步骤C具体包括如下步骤：
所述混合气体中所述水蒸汽所占的比例不变，逐步增加所述液体燃料蒸气所占比例，重复所述步骤A和B，每次试验较前一次试验相比所述混合气体中所述液体燃料蒸气所占比例增加1vol％；考察混合体系发生爆炸或不爆炸；液体燃料蒸气所占比例变化范围为1vol％-10vol％；
逐步所述混合气体中水蒸汽所占比例并重复以上步骤，每次试验较前一次试验相比所述混合气体中所述水蒸汽所占比例增加1vol％；水蒸汽所占比例变化范围为1vol％-10vol％；
以水蒸汽浓度为横坐标，液体燃料蒸气浓度为纵坐标，绘制不同浓度水蒸汽对不同浓度液体燃料蒸气抑爆性能曲线，找出可燃爆和不能燃爆的边界条件，判断水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能。
本发明所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定方法，其特征在于，所述制备所述液体燃料蒸气具体包括如下步骤：
开启第二抽真空装置将蒸气生成罐和蒸气储存罐抽真空至真空度为0.75-1.5Kpa，然后关闭第二抽真空装置并关闭送气控制阀，开启恒温水供应装置向蒸气生成罐和蒸气储存罐的夹层恒温结构中注入循环恒温水，恒温水的温度为真空状态下液体燃料的闪点温度；送料管一端在液体燃料储存罐内部的液体燃料样品液面以下，打开送料控制阀在负压条件下，液体燃料样品由液体燃料储存罐注入蒸气生成罐中；液体燃料中的轻组分在雾化头处真空雾化，得到纯净的液体燃料蒸气；
蒸气生成罐压力传感装置将蒸气生成罐内部压力传输到计算机上，待计算机上显示蒸气生成罐内压力稳定后，关闭送料控制阀，打开送气控制阀；蒸气储存罐压力传感装置将蒸气储存罐内部压力传输到计算机上，待到计算机上显示蒸气生成罐和蒸气储存罐内部压力稳定后，断开送气控制阀；
送料管一端在液体燃料储存罐内部的液体燃料样品液面以下是通过液位自动测量装置和送料控制阀来控制的；在液体燃料样品中的轻组分在雾化头处蒸发，重组分落到蒸气生成罐底部成为废液；每次制备液体燃料蒸气前都要将蒸气生成罐中的废液通过排料口排净并用液体燃料样品润洗。
本发明中在点火引爆混合气体前，泄压阀关闭，可以保证在封闭条件下完成水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定并能保证安全；点火引爆混合气体前打开泄压阀可以完成传统的常压测定水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能。
本发明中所述液体燃料蒸气为汽油蒸气、柴油蒸气等。
本发明与以往抑爆性能测定系统的不同之处在于：
本发明液体燃料蒸气爆炸极限测定系统通过压力传感器将爆炸仓内部压力传输到计算机上，计算机可以根据压力数据来控制爆炸过程中各装置的开关，实现半自动化；传统的爆炸仓为了观察爆炸情况材质都是玻璃，本发明通过传感器传输数据来测定，对是否爆炸判断更加准确，不锈钢材质更加安全，可靠。
可以实现液体燃料蒸气、水蒸汽和空气任意比例混合体系的生成和自动配比；计算机自动控制的混合气体自动配比过程，保障了速率和精度；
混合气体爆炸过程数据的采集和处理，采用高速采集方法，采集速率最高可达百万份之一秒，可实时监控爆炸过程压力变化数据，数据准确；
采用本发明可对含水燃料燃爆过程中挥发到气相的水蒸汽的作用机理进行研究，揭示含水燃料具有一定阻燃抑爆功能的原因，为新型阻燃抑爆燃料的研究提供理论基础。
下面结合附图对本发明的水蒸汽对液体燃料蒸气爆炸极限测定系统及测定方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统结构示意图；
图2为本发明水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统中液体燃料蒸气供应装置结构示意图；
图3为本发明水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定方法中混合气体的可燃性曲线图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，包括爆炸仓1，计算机，主控制系统及与其相连接的第一抽真空装置7、气体循环装置8、液体燃料蒸气供应装置4、干燥空气供应装置5、水蒸汽供应装置9和点火装置；所述爆炸仓1为封闭的中空管式结构，所述爆炸仓2的中空部分为爆炸空间，所述爆炸仓1内部始端安装有点火电极6，末端安装有爆炸仓压力传感装置，所述点火电极6与所述点火装置相连接，所述爆炸仓压力传感装置与所述主控制系统相连接；所述液体燃料供应装置4、所述干燥空气供应装置5、所述水蒸汽供应装置9和所述第一抽真空装置7都与所述爆炸空间相连通；所述主控制系统与所述计算机相连接；所述气体循环装置上连接有进气管3和出气管2，所述进气管3的进气口和所述出气管2的出气口分别位于所述爆炸仓1内部两端；
其中，进气管3的进气口和出气管2的出气口的位置可以设置为：进气管3的进气口在爆炸空间的始端，出气管2的出气口在爆炸空间的末端；
进气管3的进气口和出气管2的出气口的位置还可以设置为：气管3的进气口在爆炸空间的末端，出气管2的出气口在爆炸空间的始端；
以上方案已经可以完成水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的测定，在此基础上给出优选方案：
所述爆炸仓1为密闭圆管结构，其容积≥1L，侧壁上设有视窗，长径比为1-30，材质为不锈钢；所述点火装置为化学点火装置或电点火装置；所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统包括恒温水供应装置，所述爆炸仓1的侧壁采用夹层恒温结构；所述恒温水供应装置与所述夹层恒温结构两端相连通形成恒温水循环回路；
爆炸仓1的长度为1400mm，内径为60mm。
如图2所示，所述液体燃料蒸气供应装置4包括通过管道依次相连的液体燃料储存罐401、蒸气生成罐402和第二抽真空装置415；液体燃料储存罐401通过送料管409与所述蒸气生成罐402相连接，所述蒸气生成罐402外壁采用夹层恒温结构；所述送料管409上安装有送料控制阀408；所述蒸气生成罐402上安装有蒸气生成罐压力传感装置404，所述蒸气生成罐压力传感装置404与所述计算机相连；
所述液体燃料储存罐401内部安装有液位自动测量装置；所述送料管409在所述蒸气生成罐402内部的一端安装有雾化头405；在所述蒸气生成罐402下部设有排料口411；所述蒸气生成罐402和所述第二抽真空装置415之间设置有蒸气储存罐403，所述蒸气储存罐403与所述蒸气生成罐402通过送气管413相连接，所述送气管413上设置有送气控制阀412；所述蒸气储存罐403与所述第二抽真空装置415之间通过管道相连接，所述管道上设置有抽真空控制阀416；所述蒸气储存罐403上安装有蒸气储存罐压力传感装置410，所述蒸气储存罐压力传感装置410与所述计算机相连；所述蒸气储存罐403顶部设有蒸气输出口414；所述蒸气储存罐403外壁采用夹层恒温结构；
所述液体燃料蒸气供应装置4还包括空气供应装置和恒温水供应装置418，所述蒸气储存罐403内部设有增压器406，所述增压器406通过空气输送管417与所述空气供应装置相连通，所述空气输送管417上设置有空气供应控制阀407；所述恒温水供应装置418通过管道分别于所述蒸气生成罐402外壁的夹层恒温结构和所述蒸气储存罐403外壁的夹层恒温结构相连通。
实施例2
一种采用实施例1所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统测定水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的方法，包括如下步骤：
A、用第一抽真空装置7将爆炸空间抽真空，然后用液体燃料蒸气供应装置4向爆炸空间中通入液体燃料蒸气，用所述水蒸汽供应装置9向所述爆炸空间中通入水蒸汽并用干燥空气供应装置5向其中注入干燥空气至爆炸空间内部压力为一个标准大气压；开启气体循环装置8将所述液体燃料蒸气，水蒸汽和干燥空气混匀得到混合气体；
B、通过点火装置和点火电极6引爆所述混合气体；爆炸仓压力传感装置将测得的爆炸压力数据传输到计算机上，将测得的所述爆炸压力数据最大值与标准大气压进行对比，评定所述混合气体是否爆炸；
C、改变所述混合气体中所述液体燃料蒸气和水蒸汽所占比例，重复所述步骤A和B，直至测出不同浓度水蒸汽对不同浓度液体燃料蒸气抑爆性能。
实施例3
一种采用实施例1所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统测定水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的方法，包括如下步骤：
A、用所述第一抽真空装置7将爆炸空间抽真空至真空度为0.8KPa；用恒温水供应装置向所述爆炸仓1侧壁的夹层恒温结构中注入恒温水，所述恒温水温度为90℃；
用所述液体燃料蒸气供应装置4制备所述液体燃料蒸气，具体包括如下步骤：
开启所述第二抽真空装置415将所述蒸气生成罐402和所述蒸气储存罐403抽真空至真空度为0.75-1.5Kpa，然后关闭所述第二抽真空装置415并关闭所述送气控制阀412，开启所述恒温水供应装置18向所述蒸气生成罐402和所述蒸气储存罐403的夹层恒温结构中注入循环恒温水，恒温水的温度为真空状态下所述液体燃料的闪点温度；所述送料管409一端在所述液体燃料储存罐401内部的所述液体燃料样品液面以下，打开所述送料控制阀408在负压条件下，所述液体燃料样品由所述液体燃料储存罐401注入所述蒸气生成罐402中；液体燃料中的轻组分在所述雾化头405处真空雾化，得到纯净的所述液体燃料蒸气；
所述蒸气生成罐压力传感装置404将所述蒸气生成罐402内部压力传输到所述计算机上，待所述计算机上显示所述蒸气生成罐402内压力稳定后，关闭所述送料控制阀408，打开所述送气控制阀412；所述蒸气储存罐压力传感装置410将所述蒸气储存罐403内部压力传输到所述计算机上，待到所述计算机上显示所述蒸气生成罐402和所述蒸气储存罐403内部压力稳定后，断开所述送气控制阀412；
所述送料管409一端在液体燃料储存罐401内部的液体燃料样品液面以下是通过所述液位自动测量装置和所述送料控制阀408来控制的；在所述液体燃料样品中的轻组分在所述雾化头405处蒸发，重组分落到所述蒸气生成罐402底部成为废液；每次制备液体燃料蒸气前都要将所述蒸气生成罐402中的废液通过所述排料口411排净并用液体燃料样品润洗；
将制备好的液体燃料蒸气输送到爆炸空间中，然后用所述水蒸汽供应装置9将水蒸汽输送到所述爆炸空间中，然后用所述干燥空气供应装置5向所述爆炸空间中注入所述干燥空气至爆炸空间内部压力为一个标准大气压；开启所述气体循环装置8将所述液体燃料蒸气和所述干燥空气混匀得到混合气体；所述混合气体中所述液体燃料蒸气和所述水蒸汽所占比例均为1vol％；
B、引爆所述混合气体的方法为化学点火引爆或电点火引爆；所述化学点火引爆能量为10-5000J，所述电点火引爆能量为1500-2500J；
引爆所述混合气体后，所述爆炸仓压力传感装置将测得的所述爆炸压力数据传输到所述计算机上，将测得的所述爆炸压力数据最大值与标准大气压进行对，计算压力升高比；所述压力升高比的计算公式为：
压力升高比＝(引爆后压力数据最大值－标准大气压)/标准大气压；
点火方式为化学点火引爆时，压力升高比≥10％说明所述混合气体被引爆；点火方式为电点火时，压力升高比≥1％说明所述混合气体被引爆；
C、所述混合气体中所述水蒸汽所占的比例不变，逐步增加所述液体燃料蒸气所占比例，重复所述步骤A和B，每次试验较前一次试验相比所述混合气体中所述液体燃料蒸气所占比例增加1vol％；考察混合体系发生爆炸或不爆炸；液体燃料蒸气所占比例变化范围为1vol％-10vol％；
逐步所述混合气体中水蒸汽所占比例并重复以上步骤，每次试验较前一次试验相比所述混合气体中所述水蒸汽所占比例增加1vol％；水蒸汽所占比例变化范围为1vol％-10vol％；
以水蒸汽浓度为横坐标，液体燃料蒸气浓度为纵坐标，绘制不同浓度水蒸汽对不同浓度液体燃料蒸气抑爆性能曲线，找出可燃爆和不能燃爆的边界条件，判断水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能。
实施例4
一种采用实施例1所述水蒸汽对柴油蒸气抑爆性能测定系统测定水蒸汽对柴油蒸气抑爆性能的方法，包括如下步骤：
A、用所述第一抽真空装置7将所述爆炸空间抽真空至真空度为0.8KPa；用恒温水供应装置向所述爆炸仓1侧壁的夹层恒温结构中注入恒温水，所述恒温水温度为90℃；
用所述柴油蒸气供应装置4制备所述柴油蒸气并将其输送到爆炸空间中，然后用所述水蒸汽供应装置9将水蒸汽输送到爆炸空间中，然后用所述干燥空气供应装置5向所述爆炸空间中注入所述干燥空气至爆炸空间内部压力为一个标准大气压；开启所述气体循环装置8将所述柴油蒸气和所述干燥空气混匀得到混合气体；所述混合气体中所述柴油蒸气和所述水蒸汽所占比例均为1vol％；
B、引爆所述混合气体的方法为化学点火引爆，引爆能量为20J；
引爆所述混合气体后，所述爆炸仓压力传感装置将测得的所述爆炸压力数据传输到所述计算机上，将测得的所述爆炸压力数据最大值与标准大气压进行对，计算压力升高比；所述压力升高比的计算公式为：
压力升高比＝(引爆后压力数据最大值－标准大气压)/标准大气压；
点火方式为化学点火引爆时，压力升高比≥10％说明所述混合气体被引爆；点火方式为电点火时，压力升高比≥1％说明所述混合气体被引爆；
C、所述混合气体中所述水蒸汽所占的比例不变，逐步增加所述柴油蒸气所占比例，重复所述步骤A和B，每次试验较前一次试验相比所述混合气体中所述柴油蒸气所占比例增加1vol％；考察混合体系发生爆炸或不爆炸；柴油蒸气所占比例变化范围为1vol％-10vol％；
逐步所述混合气体中水蒸汽所占比例并重复以上步骤，每次试验较前一次试验相比所述混合气体中所述水蒸汽所占比例增加1vol％；水蒸汽所占比例变化范围为1vol％-30vol％；
以水蒸汽浓度为横坐标，柴油蒸气浓度为纵坐标，绘制混合气体的可燃性曲线，找出可燃爆和不能燃爆的边界条件，判断水蒸汽对柴油蒸气抑爆性能。
测定结果如表1所示：
表1混合气体的可燃性数据表
根据表1的数据绘制柴油混合气体的可燃性曲线图，如图3所示。
由图3可以得出结论：
混合气体的可燃性曲线存在顶点，即柴油蒸气易燃区和不燃区有交叉重合点，都落在液体燃料蒸气摩尔浓度范围2％～2.5％和水蒸汽摩尔浓度23％～24％的范围内；当混合体系中水蒸汽摩尔浓度大于24％时，体系可以实现不燃。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，其特征在于，包括爆炸仓(1)，计算机，主控制系统及与所述主控制系统相连接的第一抽真空装置(7)、气体循环装置(8)、液体燃料蒸气供应装置(4)、干燥空气供应装置(5)、水蒸汽供应装置(9)和点火装置；所述爆炸仓(1)为封闭的中空管式结构，所述爆炸仓(1)的中空部分为爆炸空间，所述爆炸仓(1)内部始端安装有点火电极(6)，末端安装有爆炸仓压力传感装置，所述点火电极(6)与所述点火装置相连接，所述爆炸仓压力传感装置与所述主控制系统相连接；所述液体燃料蒸气供应装置(4)、所述干燥空气供应装置(5)、所述水蒸汽供应装置(9)和所述第一抽真空装置(7)都与所述爆炸空间相连通；所述主控制系统与所述计算机相连接；所述气体循环装置上连接有进气管(3)和出气管(2)，所述进气管(3)的进气口和所述出气管(2)的出气口分别位于所述爆炸仓(1)内部两端。
2.根据权利要求1所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，其特征在于，所述液体燃料蒸气供应装置(4)包括通过管道依次相连的液体燃料储存罐(401)、蒸气生成罐(402)和第二抽真空装置(415)；液体燃料储存罐(401)通过送料管(409)与所述蒸气生成罐(402)相连接，所述蒸气生成罐(402)外壁采用夹层恒温结构；所述送料管(409)上安装有送料控制阀(408)；所述蒸气生成罐(402)上安装有蒸气生成罐压力传感装置(404)，所述蒸气生成罐压力传感装置(404)与所述计算机相连；
所述液体燃料储存罐(401)内部安装有液位自动测量装置；所述送料管(409)在所述蒸气生成罐(402)内部的一端安装有雾化头(405)；在所述蒸气生成罐(402)下部设有排料口(411)；所述蒸气生成罐(402)和所述第二抽真空装置(415)之间设置有蒸气储存罐(403)，所述蒸气储存罐(403)与所述蒸气生成罐(402)通过送气管(413)相连接，所述送气管(413)上设置有送气控制阀(412)；所述蒸气储存罐(403)与所述第二抽真空装置(415)之间通过管道相连接，所述管道上设置有抽真空控制阀(416)；所述蒸气储存罐(403)上安装有蒸气储存罐压力传感装置(410)，所述蒸气储存罐压力传感装置(410)与所述计算机相连；所述蒸气储存罐(403)顶部设有蒸气输出口(414)；所述蒸气储存罐(403)外壁采用夹层恒温结构；
所述液体燃料蒸气供应装置(4)还包括空气供应装置和恒温水供应装置(418)，所述蒸气储存罐(403)内部设有增压器(406)，所述增压器(406)通过空气输送管(417)与所述空气供应装置相连通，所述空气输送管(417)上设置有空气供应控制阀(407)；所述恒温水供应装置(418)通过管道分别与所述蒸气生成罐(402)外壁的夹层恒温结构和所述蒸气储存罐(403)外壁的夹层恒温结构相连通。
3.根据权利要求2所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，其特征在于，所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统包括恒温水供应装置；所述爆炸仓(1)的侧壁采用夹层恒温结构；所述恒温水供应装置与所述爆炸仓(1)的侧壁的所述夹层恒温结构两端相连通形成恒温水循环回路。
4.根据权利要求3所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，其特征在于，所述爆炸仓(1)为两端封闭的中空圆管结构，其容积≥1L，长径比为1-30，材质为不锈钢，侧壁上设有视窗。
5.根据权利要求4所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统，其特征在于，所述点火装置为化学点火装置或电点火装置；所述爆炸仓(1)长1400mm，内径为60mm。
6.一种采用权利要求5所述水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统测定水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、用第一抽真空装置(7)将爆炸空间抽真空，然后用液体燃料蒸气供应装置(4)向所述爆炸空间中通入液体燃料蒸气，用水蒸汽供应装置(9)向所述爆炸空间中通入水蒸汽并用干燥空气供应装置(5)向其中注入干燥空气至所述爆炸空间内部压力为一个标准大气压；开启气体循环装置(8)将所述液体燃料蒸气，所述水蒸汽和所述干燥空气混匀得到混合气体；
B、通过点火装置和点火电极(6)引爆所述混合气体；爆炸仓压力传感装置将测得的爆炸压力数据传输到计算机上，将测得的所述爆炸压力数据最大值与标准大气压进行对比，评定所述混合气体是否爆炸；
C、改变所述混合气体中所述液体燃料蒸气和水蒸汽所占比例，重复所述步骤A和B，绘制不同浓度水蒸汽对不同浓度液体燃料蒸气抑爆性能曲线，判断水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能。
7.根据权利要求6所述测定水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括如下步骤：
用所述第一抽真空装置(7)将所述爆炸空间抽真空至真空度为0.8KPa；用恒温水供应装置向所述爆炸仓(1)侧壁的夹层恒温结构中注入恒温水，所述恒温水温度为90℃；
用所述液体燃料蒸气供应装置(4)制备所述液体燃料蒸气并将其输送到所述爆炸空间中，然后用所述水蒸汽供应装置(9)将水蒸汽输送到所述爆炸空间，然后用所述干燥空气供应装置(5)向所述爆炸空间注入所述干燥空气至所述爆炸空间内部压力为一个标准大气压；开启所述气体循环装置(8)将所述液体燃料蒸气、水蒸汽和所述干燥空气混匀得到混合气体；所述混合气体中所述液体燃料蒸气和所述水蒸汽所占比例均为1vol％。
8.根据权利要求6所述测定水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的方法，其特征在于，所述步骤B具体包括如下步骤：
引爆所述混合气体的方法为化学点火引爆或电点火引爆；所述化学点火引爆的能量为10-5000J，所述电点火引爆的能量为1500-2500J；
引爆所述混合气体后，所述爆炸仓压力传感装置将测得的所述爆炸压力数据传输到所述计算机上，将测得的所述爆炸压力数据最大值与标准大气压进行对比，计算压力升高比；所述压力升高比的计算公式为：
压力升高比＝(引爆后压力数据最大值－标准大气压)/标准大气压；
点火方式为化学点火引爆时，压力升高比≥10％说明所述混合气体被引爆；点火方式为电点火引爆时，压力升高比≥1％说明所述混合气体被引爆。
9.根据权利要求6所述测定水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括如下步骤：
所述混合气体中所述水蒸汽所占的比例不变，逐步增加所述液体燃料蒸气所占比例，重复所述步骤A和B，每次试验较前一次试验相比所述混合气体中所述液体燃料蒸气所占比例增加1vol％；考察混合体系发生爆炸或不爆炸；液体燃料蒸气所占比例变化范围为1vol％-10vol％；
逐步所述混合气体中水蒸汽所占比例并重复以上步骤，每次试验较前一次试验相比所述混合气体中所述水蒸汽所占比例增加1vol％；水蒸汽所占比例变化范围为1vol％-30vol％；
以水蒸汽浓度为横坐标，液体燃料蒸气浓度为纵坐标，绘制不同浓度水蒸汽对不同浓度液体燃料蒸气抑爆性能曲线，找出可燃爆和不能燃爆的边界条件，判断水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能。
10.根据权利要求7所述测定水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能的方法，其特征在于，所述制备所述液体燃料蒸气具体包括如下步骤：
开启所述第二抽真空装置(415)将所述蒸气生成罐(402)和所述蒸气储存罐(403)抽真空至真空度为0.75-1.5Kpa，然后关闭所述第二抽真空装置(415)并关闭所述送气控制阀(412)，开启所述恒温水供应装置(18)向所述蒸气生成罐(402)和所述蒸气储存罐(403)的夹层恒温结构中注入循环恒温水，恒温水的温度为真空状态下所述液体燃料的闪点温度；所述送料管(409)一端在所述液体燃料储存罐(401)内部的所述液体燃料样品液面以下，打开所述送料控制阀(408)，在负压条件下，所述液体燃料样品由所述液体燃料储存罐(401)注入所述蒸气生成罐(402)中；液体燃料中的轻组分在所述雾化头(405)处真空雾化，得到纯净的所述液体燃料蒸气；
所述蒸气生成罐压力传感装置(404)将所述蒸气生成罐(402)内部压力传输到所述计算机上，待所述计算机上显示所述蒸气生成罐(402)内压力稳定后，关闭所述送料控制阀(408)，打开所述送气控制阀(412)；所述蒸气储存罐压力传感装置(410)将所述蒸气储存罐(403)内部压力传输到所述计算机上，待到所述计算机上显示所述蒸气生成罐(402)和所述蒸气储存罐(403)内部压力稳定后，断开所述送气控制阀(412)；
所述送料管(409)一端在液体燃料储存罐(401)内部的液体燃料样品液面以下是通过所述液位自动测量装置和所述送料控制阀(408)来控制的；在所述液体燃料样品中的轻组分在所述雾化头(405)处蒸发，重组分落到所述蒸气生成罐(402)底部成为废液；每次制备液体燃料蒸气前都要将所述蒸气生成罐(402)中的废液通过所述排料口(411)排净并用液体燃料样品润洗。
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| CN201410558185.8A CN104297292B (zh) | 2014-10-20 | 一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统及测定方法 |
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| CN201410558185.8A CN104297292B (zh) | 2014-10-20 | 一种水蒸汽对液体燃料蒸气抑爆性能测定系统及测定方法 |
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| CN104297292A CN104297292A (zh) | 2015-01-21 |
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| GR01 | Patent grant |