CN105510384A - 一种超临界二氧化碳爆炸监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，包括反应釜，具有承压仓，用以存储二氧化碳；加热组件，用以加热承压仓内部的二氧化碳；安装口，设置在反应釜上，与所述承压仓连通；泄放组件，具有一定承压值，密封安装在所述安装口处，在所述承压仓内部压力达到预设值时，所述泄放组件发生泄放；监测装置，用以监测所述泄放组件发生爆炸时承压仓的温度以及压力；以及注入口，设置在反应釜上，与所述承压仓连通，用于密封注入二氧化碳；控制阀，密封设置在所述注入口处。通过控制阀与注入口的配合，能够精确控制注入的液态二氧化碳的量，从而精确对应发生BLEVE爆炸时，二氧化碳质量与爆炸临界温度的关系。

Description

一种超临界二氧化碳爆炸监测装置

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳参数监测领域，具体涉及一种超临界二氧化碳爆炸监测装置。

背景技术

二氧化碳在某些特定温度、高压组合条件下时，将处于超临界状态，此时，其密度近于液体，粘度近于气体，气体在高压下的分子形态变得和液体形态一样紧密，具有很高的密度，但是却像气体一样易于流动，因此非常适合用在输油管道内进行驱油操作。

自然界中，当容器中处于高压过热状态的液体压力突然降低时，液体会骤然气化并体积膨胀，使得容器发生爆炸，当爆破的一瞬间的压力大于爆破之前的压力时，一现象被称为BLEVE爆炸，BLEVE爆炸产生的爆炸介质和爆破片会对周围环境产生极大破坏。

二氧化碳高压容器长期处于井底的复杂环境中，机械打击、腐蚀等因素很容易使得高压容器发生损坏，使得内部具有一定温度的高压二氧化碳骤然气化、体积膨胀并发生BLEVE爆炸。因此，需要确定当冲入一定压力的二氧化碳后，发生BLEVE爆炸时，容器所处的临界温度，使得实际生产环境中，二氧化碳高压容器所处温度低于该临界温度，避免BLEVE爆炸的发生。

现有技术中公开了一种反应超临界二氧化碳爆炸监测装置，具有承压仓，承压仓上具有一个开口，在具体使用时，将特定质量的干冰作为二氧化碳的来源，从该开口注入监测装置的腔体内，然后将泄放组件密封在所述开口处，再启动加热装置，干冰受热后膨胀，当到达一定温度后，监测装置中具有特定承压值的泄放装置发生爆破，利用传感器测量此时的压力和温度，当测得爆炸瞬间的压力值P₁大于爆炸之间的压力时，认为发生了BLEVE爆炸，此时的温度T₁即为充装特定质量m₀的二氧化碳时，发生爆炸的临界温度。

但是，干冰在注入以及干冰注入后安装泄放组件的过程中，开口一直保持开放状态，由于干冰自身容易升华，会造成质量减少，所以很难将容器的临界温度T₁与放入的干冰的质量m₀相对应，造成实验结果误差。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中超临界二氧化碳监测装置无法保证二氧化碳质量与爆炸临界温度的精确对应，而造成测量结果误差较大的缺陷。

本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，包括反应釜，具有承压仓，用以存储二氧化碳；加热组件，用以加热承压仓内部的二氧化碳；安装口，设置在反应釜上，与所述承压仓连通；泄放组件，具有一定承压值，密封安装在所述安装口处，在所述承压仓内部压力达到预设值时，所述泄放组件发生泄放；监测部件，用以监测所述泄放组件发生爆炸时承压仓的温度以及压力；以及注入口，设置在反应釜上，与所述承压仓连通，用于密封注入二氧化碳；控制阀，密封设置在所述注入口处。

注入的二氧化碳为液态二氧化碳。

所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置还包括二氧化碳注入装置，所述二氧化碳注入装置密封连接于所述注入口。

所述二氧化碳注入装置为软管。

所述加热组件沿所述承压仓的周向设置在所述承压仓的外部。

所述反应釜上设置有安装腔，所述安装腔位于所述承压仓的外部，并与所述承压仓毗邻，所述加热组件设置在所述安装腔的内部。

所述加热组件为若干个电加热棒，若干个所述加热棒平行于所述承压仓竖直方向的轴线设置。

每个所述电加热棒都包括分离设置的上段加热部和下段加热部，所述上段加热部和所述下段加热部分别固定连接在所述安装腔的上部和下部；所述上段加热部和所述下段加热部之间具有间隙。

所述监测部件为多个，间隔分布在所述反应釜的不同高度层的侧壁上，并插入所述反应釜内的承压仓内。

多个所述监测部件沿着所述反应釜的至少两个竖直面分布。

所述监测部件通过上段加热部和下段加热部之间的间隙插入所述承压仓；或者，所述监测部件通过相邻两个电加热棒之间的间隙插入所述承压仓。

还包括观察组件，所述观察组件包括开设在所述承压仓上的开口，和密封在所述开口处的透明盖。

所述透明盖具有放大功能。

还设有保温罩体，所述保温罩体环围且可开合地设置在所述反应釜的外侧。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，包括反应釜，具有承压仓，用以存储二氧化碳；加热组件，用以加热承压仓内部的二氧化碳；安装口，设置在反应釜上，与所述承压仓连通；泄放组件，具有一定承压值，密封安装在所述安装口处，在所述承压仓内部压力达到预设值时，所述泄放组件发生泄放；监测部件，用以监测所述泄放组件发生爆炸时承压仓的温度以及压力；以及注入口，设置在反应釜上，与所述承压仓连通，用于密封注入二氧化碳；控制阀，密封设置在所述注入口处。

当注入液态二氧化碳时，首先将二氧化碳注入设备的软管连接在所述注入口处，并确保二者密封连接，然后打开控制阀，启动二氧化碳注入设备。注液完毕后，首先关闭控制阀，确保承压仓与外界保持密封状态，然后关闭二氧化碳注入设备，将软管从所述注入口处断开，从而完成注液过程。

通过所述注入口与所述控制阀的配合，保证了在二氧化碳注入过程以及注入结束后，始终不会发生泄漏，从而避免了现有技术中加入承压仓中的二氧化碳质量与爆炸临界温度无法精确对应，造成测量结果误差较大的缺陷。

2.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，注入的二氧化碳为液态二氧化碳，液态二氧化碳为流体，相较于干冰，只要注入环境密闭性良好，便可以精确的控制注入液态二氧化碳的量，避免了现有技术中向装置中放入固态干冰时，难以控制注入介质的气密性，造成固态干冰发生升华的缺点。

3.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置还包括二氧化碳注入装置，所述二氧化碳注入装置密封连接于所述注入口，所述二氧化碳注入装置为软管，软管具有弹性，能够贴合在注入口周围，确保注入过程中的密封性，并可以确保软管内部的液态二氧化碳充分进入承压仓中；同时，软管容易弯折，这增加了外置二氧化碳注入装置向反应釜中冲压二氧化碳的便捷性。

4.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，所述加热组件沿所述承压仓的周向设置在所述承压仓的外部，可以沿着承压仓的外周对承压仓进行均匀加热，避免了现有技术中将加热装置在承压仓底部而造成二氧化碳受热不均，并使得二氧化碳分层的现象发生。

5.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，所述反应釜上设置有安装腔，所述安装腔位于所述承压仓的外部，并与所述承压仓毗邻，所述加热组件设置在所述安装腔的内部。所述承压仓用以固定所述加热组件，避免在加热过程中加热组件松动造成承压仓受热不均。

6.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，所述加热组件为若干个电加热棒，电加热棒具有加热快的优点，可以提高实验的进行节奏，增加实验效率；若干个所述加热棒平行于所述承压仓竖直方向的轴线设置，进一步确保了在承压仓的高度方向上加热的均匀性。

7.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，每个所述电加热棒都包括分离设置的上段加热部和下段加热部，所述上段加热部和所述下段加热部分别固定连接在所述安装腔的上部和下部；所述上段加热部和所述下段加热部之间具有间隙。采用电加热棒从上下两个方向放入，相比于单根电加热棒沿整个安装腔长度方向设置，电加热棒分段设置可以减小安装难度，同时当加热棒出现故障时，容易进行更换；所述上段加热部和所述下段加热部之间具有间隙则便于监测装置的安装。

8.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，所述监测部件为多个，间隔分布在所述反应釜的不同高度层的侧壁上，可以获取不同高度层的温度以及压力数据，提高监测的精确定。

9.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，多个所述监测部件沿着所述反应釜的至少两个竖直面分布，可以在多点同时检测反应釜内部的温度和压力变化，方便对所得的数据进行数学分析，有利于实验结果的精确。

10.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，所述监测部件通过上段加热部和下段加热部之间的间隙插入所述承压仓；或者，所述监测部件通过相邻两个电加热棒之间的间隙插入所述承压仓。在加热棒间隙处插入监测部件，可以更好地利用承压仓外部的空间。

11.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，还包括观察组件，所述透明盖具有放大功能。所述观察组件包括开设在所述承压仓上的开口，和密封在所述开口处的具有放大功能的透明盖。通过所述观察组件，能够观测液态二氧化碳在发生BLEVE爆破过程中的直观变化。

12.本发明提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，还设有保温罩体，所述保温罩体环围且可开合地设置在所述反应釜的外侧。保温罩体能够阻止所述反应釜与外界进行的热交换，从而保证承压仓内二氧化碳稳定的升温速度以及承压仓内部的热稳定性，有利于实验结果的精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的监测装置的一种实施方式的结构示意图；

图2为图1所示的监测装置的俯视剖面图；

图3为图1所述的监测装置的主视剖面图；

附图标记说明：

1-反应釜；2-加热组件；3-安装口4-泄放组件；5-监测部件；6-注入口；7-控制阀；8-观察组件；81-开口；82-透明盖；9-保温罩体；10-承压仓。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，包括反应釜1，具有承压仓10，用以存储二氧化碳；加热组件2，用以加热承压仓10内部的二氧化碳；安装口3，设置在反应釜1上，与所述承压仓10连通；泄放组件4，具有一定承压值，密封安装在所述安装口3处，在所述承压仓10内部压力达到预设值时，所述泄放组件4发生泄放；监测部件5，用以监测所述泄放组件4发生爆炸时承压仓10的温度以及压力；以及注入口6，设置在反应釜1上，与所述承压仓10连通，用于密封注入二氧化碳；控制阀7，密封设置在所述注入口6处。

具体地，当注入液态二氧化碳时，首先将二氧化碳注入设备的软管连接在所述注入口处，并确保二者密封连接，然后打开控制阀，启动二氧化碳注入设备。注液完毕后，首先关闭控制阀，确保承压仓与外界保持密封状态，然后关闭二氧化碳注入设备，将软管从所述注入口处断开，从而完成注液过程。通过所述注入口与所述控制阀的配合，保证了在二氧化碳注入过程以及注入结束后，始终不会发生泄漏，从而避免了现有技术中加入承压仓中的二氧化碳质量与爆炸临界温度无法精确对应，造成测量结果误差较大的缺陷。

作为优选的实施方式，所述泄放组件包括爆破片、夹持所述爆破片的夹持部以及设置在所述承压仓与所述夹持部之间的连接装置。所述夹持部与所述连接装置之间，以及所述连接装置与所述承压仓之间，均采用螺纹密封连接，保证所述泄放组件与所述承压仓的气密性。所述泄放组件还可以采用现有技术中其它具有一定承压能力，并在承压仓10的压力大于其承压能力时通过爆炸而打开所述安装口3，进行承压仓10内压力泄放的泄放结构。

作为优选的实施方式，通过注入口6注入的二氧化碳为液态二氧化碳。液态二氧化碳为流体，相较于干冰，只要注入环境密闭性良好，便可以精确的控制注入液态二氧化碳的量，避免了现有技术中向监测装置中放入固态干冰时，难以控制注入介质的气密性，造成固态干冰发生升华的缺点。

作为优选的实施方式，上述监测装置还包括二氧化碳注入装置，所述二氧化碳注入装置密封连接于所述注入口6。所述二氧化碳注入装置优选为软管。在具体使用时，将软管密封插入反应釜1的注入口6处，打液态二氧化碳盛放装置的阀门以及监测装置的控制阀7后，将二氧化碳通过注入口6注入承压仓10中。

所述二氧化碳注入装置为软管，软管具有弹性，能够贴合在注入口周围，确保注入过程中的密封性，并可以确保软管内部的液态二氧化碳充分进入承压仓中；同时，软管容易弯折，这增加了外置二氧化碳注入装置向反应釜中冲压二氧化碳的便捷性。

具体地，本实施例采用的软管为具有一定弯折能力的不锈钢细管，所述不锈钢细管最大工作压力大于20MPa，确保在高压二氧化碳的注入过程中，不会发生二氧化碳从管体缝隙喷出的现象。作为变形，所述软管还可以是钢丝缠绕橡胶软管，该软管承压能力大于20MPa且质地柔软。

作为优选的实施方式，如图1所示，所述反应釜1上设置有安装腔，所述安装腔位于所述承压仓10的外部，并与所述承压仓10毗邻，所述加热组件2设置在所述安装腔的内部、所述承压仓10的外部。所述加热组件2为若干个电加热棒，若干个所述加热棒平行于所述承压仓10竖直方向的轴线设置。所述加热组件沿承压仓轴线设置，避免了加热装置设置在一端造成二氧化碳受热不均，使得二氧化碳分层的现象发生。

具体地，所述反应釜1上可以通过钻孔开设处安装腔，加热组件2通过过盈配合或者螺纹配合固定在安装腔中。

作为优选的实施方式，本实施例中提供的每个所述电加热棒都包括分离设置的上段加热部和下段加热部。

具体地，所述上段加热部和所述下段加热部分别固定连接在所述安装腔的上部和下部，同时所述上段加热部和所述下段加热部之间具有间隙。加热段分为上下两部分设置，方便电加热棒从上下两个方向放入，相比于单根电加热棒沿整个安装腔长度方向设置，电加热棒分段设置可以减小安装难度，同时当加热棒出现故障时，容易进行更换。

作为优选的实施方式，本实施例中提供的所述监测装置5为多个，如图1中所示，间隔分布在所述反应釜1的不同高度层的侧壁上，并插入所述反应釜1内的承压仓10内。采用不同高度层对监测装置进行设置，可以更好地利用整个反应釜的空间。

具体地，所述监测装置5包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器与所述压力传感器分设在所述反应釜1筒体的两侧。其中，所述压力传感器又分为静态压力传感器和动态压力传感器，静态压力传感器用来测定承压仓10内充入二氧化碳后的承压仓10内的压力，动态压力传感器反馈速度较快，可以记录发生爆炸过程中压力的实时变化。

作为优选的实施方式，本实施例中提供的多个所述监测装置5沿着所述反应釜1的至少两个竖直面分布。

具体地，如图2或图3所示，所述监测装置5包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器与所述压力传感器可以分设在所述反应釜1的两侧、或者各个传感器之间交叉设置。

作为优选的实施方式，本实施例中提供的爆炸监测装置通过上段加热部和下段加热部之间的间隙插入所述承压仓10；或者，所述监测装置5通过相邻两个电加热棒之间的间隙插入所述承压仓10。

具体地，所述电加热部与支撑反应釜的架体上的电加热引出线相连接，如图3所示，所述架体底部设有加热电源插件，用以将电加热引出线整合在一起。

作为优选的实施方式，上述爆炸监测装置还包括观察组件8，所述观察组件8包括开设在所述承压仓10上的开口81，和密封在所述开口81处的透明盖82，所述透明盖82具有放大功能。

具体地，如图2所示，所述承压仓10仓体上设有开槽，所述观察组件8密封设置在所述开槽处，通过具有放大功能的透明盖82配合高速摄影设备来观测BLEVE爆炸过程中二氧化碳的微观变化，所述观察组件8通过密封挡圈以及螺栓固定在承压仓10上，从而保持所述承压仓10的气密性。

作为优选的实施方式，上述爆炸监测装置还设有保温罩体9，如图1-3任一所示，所述保温罩体9环围且可开合地设置在所述反应釜1的外侧。保温罩体9能够阻止所述反应釜1与外界进行的热交换，从而保证承压仓10内二氧化碳稳定的升温速度以及承压仓10内部的热稳定性，有利于实验结果的精确。

具体地，所述保温罩体9采用石棉等具有保温材料制成，所述保温罩体9内侧加工成与所述反应釜1外侧相一致的形状，从而保证保温罩与反应釜的紧密贴合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，包括

反应釜(1)，具有承压仓(10)，用以存储二氧化碳；

加热组件(2)，用以加热承压仓(10)内部的二氧化碳；

安装口(3)，设置在反应釜(1)上，与所述承压仓(10)连通；

泄放组件(4)，具有一定承压值，密封安装在所述安装口(3)处，在所述承压仓(10)内部压力达到预设值时，所述泄放组件(4)发生泄放；

监测部件(5)，用以监测所述泄放组件(4)发生爆炸时承压仓(10)的温度以及压力；以及

注入口(6)，设置在反应釜(1)上，与所述承压仓(10)连通，用于密封注入二氧化碳；

控制阀(7)，密封设置在所述注入口(6)处。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，注入的二氧化碳为液态二氧化碳。

3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，还包括二氧化碳注入装置，所述二氧化碳注入装置密封连接于所述注入口(6)。

4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，所述二氧化碳注入装置为软管。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，所述加热组件(2)沿所述承压仓(10)的周向设置在所述承压仓(10)的外部。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，所述反应釜(1)上设置有安装腔，所述安装腔位于所述承压仓(10)的外部，并与所述承压仓(10)毗邻，所述加热组件(2)设置在所述安装腔的内部。

7.根据权利要求6所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，所述加热组件(2)为若干个电加热棒，若干个所述加热棒平行于所述承压仓(10)竖直方向的轴线设置。

8.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，每个所述电加热棒都包括分离设置的上段加热部和下段加热部，所述上段加热部和所述下段加热部分别固定连接在所述安装腔的上部和下部；所述上段加热部和所述下段加热部之间具有间隙。

9.根据权利要求8所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，监测部件(5)为多个，间隔分布在所述反应釜(1)的不同高度层的侧壁上，并插入所述反应釜(1)内的承压仓(10)内。

10.根据权利要求9所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，多个所述监测部件(5)沿着所述反应釜(1)的至少两个竖直面分布。

11.根据权利要求9所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，所述监测部件(5)通过上段加热部和下段加热部之间的间隙插入所述承压仓(10)；或者，所述监测部件(5)通过相邻两个电加热棒之间的间隙插入所述承压仓(10)。

12.根据权利要求1-4中任一项所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，还包括观察组件(8)，所述观察组件(8)包括开设在所述承压仓(10)上的开口(81)，和密封在所述开口(81)处的透明盖(82)。

13.根据权利要求12所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，所述透明盖(82)具有放大功能。

14.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳爆炸监测装置，其特征在于，还设有保温罩体(9)，所述保温罩体(9)环围且可开合地设置在所述反应釜(1)的外侧。