CN105954314A - 一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置及方法，装置的粉料仓水平设置，粉料仓一侧安装雾化喷头，粉料仓另一侧依次通过两位三通电磁阀、调压阀、储气罐与高压气瓶相连通；粉料仓上设有接线柱，其连接用于导除静电的金属导线。方法为：选择雾化喷头和高压气瓶；向粉料仓中装填粉尘；开启高压气瓶向储气罐内注气，通过调压阀设定气体喷吹压力；两位三通电磁阀换向，使储气罐与粉料仓导通，粉尘在高压气体作用下从雾化喷头中喷出；当喷出粉尘云时，则更换氧气浓度更高的高压气瓶后重新测试，直到喷出火焰；当喷出火焰时，则更换氧气浓度更低的高压气瓶后重新测试，直到喷出粉尘云；更换其他孔径雾化喷头后以及导除静电后，再进行重新测试。
Description
技术领域
本发明属于可燃粉尘自发着火敏感性测试技术领域，特别是涉及一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置及方法。
背景技术
在粉体工业的实际生产过程中，对可燃粉尘进行气力运输及喷吹分散较为常见。对于最小点火能量小于10mJ的可燃粉尘，其具有高度的静电着火敏感性，对这类可燃粉尘进行气力运输及喷吹分散时，原本处于堆积状态的粉尘团块将被雾化分散成粉尘微粒，且粉尘微粒将具有更大的比表面积，在气流剪切力和摩擦静电的双重作用下，极有可能出现可燃粉尘的自发着火现象。
可燃粉尘自发着火现象若出现在实际生产过程中将是非常危险的。因此，必须对可燃粉尘自发着火的敏感性进行测试，并以测试结果为依据，在实际生产过程中采取相应的防控措施。
为此，在联合国危险货物运输条例中推荐了一种测试方法，该方法规定先将可燃粉尘装入小量杯中，然后缓慢向下倾倒小量杯中的可燃粉尘，最后观察可燃粉尘在自然沉降过程中是否出现自发着火。尽管该方法简单易行，但是测试过程中很多关键参数无法进行定量控制，比如可燃粉尘分散程度、粉尘微粒运动速度及环境气氛等，由于缺少对上述关键参数的定量控制，导致可燃粉尘自发着火的成因存在不确定性。
在《BS EN 13821-2002》标准中也推荐了一种粉尘云最小点火能测试装置及方法，其可看做是一种可燃粉尘着火敏感性测试(与自发着火有一定差别)，该方法规定先将可燃粉尘装入碗状盛粉盘中，在盛粉盘上方竖直设置哈特曼(Hartmann)管，盛粉盘底部为蘑菇头喷嘴，蘑菇头喷嘴与喷吹进气管路相连。测试前蘑菇头喷嘴吹出高压气体，将盛粉盘中的粉尘吹入哈特曼管中并分散成粉尘云，再通过哈特曼管中的电极放电并点燃粉尘云完成测试。但是，由于测试前待测粉尘堆积在蘑菇头喷嘴上，会有少部分粉尘沿着蘑菇头喷嘴的出气孔落入下方的喷吹进气管路中，在进行喷吹时，如果待测粉尘恰好具有高度的静电着火敏感性，则喷吹进气管路中的粉尘很有可能在管路中就发生自发着火现象，轻则导致喷吹进气管路损坏，重则可能威胁到测试人员的人身安全。
因此，亟需设计一种全新的可燃粉尘自发着火敏感性测试方案，其应具有定量调节气体喷吹压力的能力，具有精确控制粉尘分散程度的能力，具备适时调整高压气体成分的能力，具备测试安全性高的特点。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置及方法，其能够定量调节气体喷吹压力，能够精确控制粉尘分散程度，能够适时调整高压气体成分，具备测试安全性高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，包括粉料仓、雾化喷头、两位三通电磁阀、储气罐及高压气瓶，所述粉料仓水平设置，所述雾化喷头安装在粉料仓一侧，粉料仓另一侧通过两位三通电磁阀与储气罐出气口相连通，储气罐进气口与高压气瓶相连通；在所述两位三通电磁阀与储气罐之间的管路上安装有调压阀。
所述高压气瓶数量若干，若干高压气瓶内贮存的气体各不相同。
所述雾化喷头数量若干，若干雾化喷头的孔径各不相同。
所述粉料仓包括外套筒和内套筒，所述外套筒套装在内套筒上，外套筒与内套筒转动配合；在所述外套筒与内套筒之间安装有密封圈；所述雾化喷头安装在外套筒上，所述储气罐依次通过调压阀、两位三通电磁阀与内套筒相连通；在所述外套筒和内套筒上均开设有粉料装填口。
在所述外套筒和内套筒的筒体外表面均设置有接线柱，所述接线柱上连接用于导除静电的金属导线。
在所述储气罐上安装有压力表，在储气罐上设置有泄压排气口。
一种可燃粉尘自发着火敏感性测试方法，采用了所述的可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，包括如下步骤：
步骤一：从若干雾化喷头中选择一个安装到粉料仓上，从若干高压气瓶中选择一个用于提供高压气体；
步骤二：旋转粉料仓的外套筒，使外套筒与内套筒的粉料装填口相重合，此时粉料仓处于开启状态；
步骤三：通过粉料装填口将待测粉尘填充到粉料仓内，然后反向旋转粉料仓的外套筒，使外套筒与内套筒的粉料装填口完全错开，此时粉料仓处于封闭状态；
步骤四：开启高压气瓶，通过高压气瓶向储气罐内注入高压气体，通过压力表观察储气罐内的实时压力变化情况，直到罐内压力达到储气罐的额定储气压力，此时关闭高压气瓶，停止高压气体的注入；
步骤五：通过调压阀设定储气罐的出气压力，且储气罐的出气压力即为气体喷吹压力；
步骤六：控制两位三通电磁阀换向，使储气罐与粉料仓导通，粉料仓内的粉尘在高压气体作用下从雾化喷头中喷出；
步骤七：观察雾化喷头中是否喷出火焰，具体结果有以下两种：
①雾化喷头中喷出粉尘云
当雾化喷头喷出粉尘云时，说明在当前的气体喷吹压力及氧气浓度下，待测粉尘不能自发着火，此时控制两位三通电磁阀复位，首先将储气罐中的气体通过泄压排气口排掉，然后更换氧气浓度更高的高压气瓶，最后重复步骤二～步骤六，直到雾化喷头中喷出火焰，并记录下此时的气体喷吹压力和氧气浓度，得到待测粉尘自发着火的临界条件；
②雾化喷头中喷出火焰
当雾化喷头中喷出火焰时，说明在当前的气体喷吹压力及氧气浓度下，待测粉尘能够自发着火，此时控制两位三通电磁阀复位，首先将储气罐中的气体通过泄压排气口排掉，然后更换氧气浓度更低的高压气瓶，最后重复步骤二～步骤六，直到雾化喷头中喷出粉尘云，并记录下上一次测试时的气体喷吹压力和氧气浓度，得到待测粉尘自发着火的临界条件。
更换其他孔径的雾化喷头并进行重新测试，得到不同粉尘分散程度及不同粉尘喷速下的待测粉尘自发着火的临界条件。
在粉料仓的接线柱上连接一根金属导线，并将金属导线接地用于静电导除，然后进行重新测试，以验证待测粉尘自发着火的临界条件是否受到静电因素影响。
将高压气瓶更换为纯氩气瓶，并在待测粉尘自发着火的临界条件下使雾化喷头喷出粉尘云，同时利用粒度分析仪测量此时的粉尘粒度分布数据。
本发明的有益效果：
本发明能够定量调节气体喷吹压力，能够精确控制粉尘分散程度，能够适时调整高压气体成分，实现对可燃粉尘的自发着火临界条件进行测试，从而满足对可燃粉尘自发着火敏感性的测试。本发明在可燃粉尘自发着火敏感性测试过程中，可以提供无静电条件下和有静电条件下的两种实验条件，并准确揭示可燃粉尘自发着火的成因。本发明具备测试安全性高的特点。
附图说明
图1为本发明的一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置的结构原理图；
图2为本发明的粉料仓开启时的结构示意图；
图3为本发明的粉料仓封闭时的结构示意图；
图中，1—粉料仓，2—雾化喷头，3—两位三通电磁阀，4—储气罐，5—高压气瓶，6—调压阀，7—外套筒，8—内套筒，9—密封圈，10—粉料装填口，11—接线柱，12—压力表，13—泄压排气口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、2、3所示，一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，包括粉料仓1、雾化喷头2、两位三通电磁阀3、储气罐4及高压气瓶5，所述粉料仓1水平设置，所述雾化喷头2安装在粉料仓1一侧，粉料仓1另一侧通过两位三通电磁阀3与储气罐4出气口相连通，储气罐4进气口与高压气瓶5相连通；在所述两位三通电磁阀3与储气罐4之间的管路上安装有调压阀6。
所述高压气瓶5数量若干，若干高压气瓶5内贮存的气体各不相同。
所述雾化喷头2数量若干，若干雾化喷头2的孔径各不相同。
所述粉料仓1包括外套筒7和内套筒8，所述外套筒7套装在内套筒8上，外套筒7与内套筒8转动配合；在所述外套筒7与内套筒8之间安装有密封圈9；所述雾化喷头2安装在外套筒7上，所述储气罐4依次通过调压阀6、两位三通电磁阀3与内套筒8相连通；在所述外套筒7和内套筒8上均开设有粉料装填口10。
在所述外套筒7和内套筒8的筒体外表面均设置有接线柱11，所述接线柱11上连接用于导除静电的金属导线。
在所述储气罐4上安装有压力表12，在储气罐4上设置有泄压排气口13。
本实施例中，若干高压气瓶5内的氧气浓度由低到高，雾化喷头2数量为八个，八个雾化喷头2的孔径依次为4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、10mm、12mm和14mm，储气罐4的容积为50ml，储气罐4的额定储气压力为0.1MPa。
一种可燃粉尘自发着火敏感性测试方法，采用了所述的可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，包括如下步骤：
步骤一：从若干雾化喷头2中选择一个安装到粉料仓1上，从若干高压气瓶5中选择一个用于提供高压气体；
步骤二：旋转粉料仓1的外套筒7，使外套筒7与内套筒8的粉料装填口10相重合，此时粉料仓1处于开启状态；
步骤三：通过粉料装填口10将待测粉尘填充到粉料仓1内，然后反向旋转粉料仓1的外套筒7，使外套筒7与内套筒8的粉料装填口10完全错开，此时粉料仓1处于封闭状态；
步骤四：开启高压气瓶5，通过高压气瓶5向储气罐4内注入高压气体，通过压力表12观察储气罐4内的实时压力变化情况，直到罐内压力达到储气罐4的额定储气压力，此时关闭高压气瓶5，停止高压气体的注入；
步骤五：通过调压阀6设定储气罐4的出气压力，且储气罐4的出气压力即为气体喷吹压力，本实施例中的气体喷吹压力取5～7bar；
步骤六：控制两位三通电磁阀3换向，使储气罐4与粉料仓1导通，粉料仓1内的粉尘在高压气体作用下从雾化喷头2中喷出；
步骤七：观察雾化喷头2中是否喷出火焰，具体结果有以下两种：
①雾化喷头2中喷出粉尘云
当雾化喷头2喷出粉尘云时，说明在当前的气体喷吹压力及氧气浓度下，待测粉尘不能自发着火，此时控制两位三通电磁阀3复位，首先将储气罐4中的气体通过泄压排气口13排掉，然后更换氧气浓度更高的高压气瓶5，最后重复步骤二～步骤六，直到雾化喷头2中喷出火焰，并记录下此时的气体喷吹压力和氧气浓度，得到待测粉尘自发着火的临界条件；
②雾化喷头2中喷出火焰
当雾化喷头2中喷出火焰时，说明在当前的气体喷吹压力及氧气浓度下，待测粉尘能够自发着火，此时控制两位三通电磁阀3复位，首先将储气罐4中的气体通过泄压排气口13排掉，然后更换氧气浓度更低的高压气瓶5，最后重复步骤二～步骤六，直到雾化喷头2中喷出粉尘云，并记录下上一次测试时的气体喷吹压力和氧气浓度，得到待测粉尘自发着火的临界条件。
更换其他孔径的雾化喷头2并进行重新测试，得到不同粉尘分散程度及不同粉尘喷速下的待测粉尘自发着火的临界条件。
在粉料仓1的接线柱11上连接一根金属导线，并将金属导线接地用于静电导除，然后进行重新测试，以验证待测粉尘自发着火的临界条件是否受到静电因素影响。
将高压气瓶5更换为纯氩气瓶，并在待测粉尘自发着火的临界条件下使雾化喷头2喷出粉尘云，同时利用粒度分析仪测量此时的粉尘粒度分布数据。
本发明能够对可燃粉尘的自发着火临界条件进行测试，从而满足对可燃粉尘自发着火敏感性的测试。
导致可燃粉尘自发着火的主要因素有三个：
①可燃粉尘分散程度过大导致粉尘颗粒的比表面积增大，并导致氧化反应速率急剧增加，从而使可燃粉尘达到热爆炸临界条件发生着火；
②当高压气体的氧气浓度很高时导致氧气扩散阻力降低，并导致氧化反应速率急剧增加，从而使可燃粉尘达到热爆炸临界条件发生着火；
③可燃粉尘的最小点火能量较低时，且可燃粉尘在气力运输及喷吹分散过程中产生静电，从而由静电引燃喷吹后形成的粉尘云。
本发明在可燃粉尘自发着火敏感性测试过程中，可以提供无静电条件下和有静电条件下的两种实验条件，并准确揭示可燃粉尘自发着火的成因。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，其特征在于：包括粉料仓、雾化喷头、两位三通电磁阀、储气罐及高压气瓶，所述粉料仓水平设置，所述雾化喷头安装在粉料仓一侧，粉料仓另一侧通过两位三通电磁阀与储气罐出气口相连通，储气罐进气口与高压气瓶相连通；在所述两位三通电磁阀与储气罐之间的管路上安装有调压阀。
2.根据权利要求1所述的一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，其特征在于：所述高压气瓶数量若干，若干高压气瓶内贮存的气体各不相同。
3.根据权利要求1所述的一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，其特征在于：所述雾化喷头数量若干，若干雾化喷头的孔径各不相同。
4.根据权利要求1所述的一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，其特征在于：所述粉料仓包括外套筒和内套筒，所述外套筒套装在内套筒上，外套筒与内套筒转动配合；在所述外套筒与内套筒之间安装有密封圈；所述雾化喷头安装在外套筒上，所述储气罐依次通过调压阀、两位三通电磁阀与内套筒相连通；在所述外套筒和内套筒上均开设有粉料装填口。
5.根据权利要求4所述的一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，其特征在于：在所述外套筒和内套筒的筒体外表面均设置有接线柱，所述接线柱上连接用于导除静电的金属导线。
6.根据权利要求1所述的一种可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，其特征在于：在所述储气罐上安装有压力表，在储气罐上设置有泄压排气口。
7.一种可燃粉尘自发着火敏感性测试方法，采用了权利要求1所述的可燃粉尘自发着火敏感性测试装置，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：从若干雾化喷头中选择一个安装到粉料仓上，从若干高压气瓶中选择一个用于提供高压气体；
步骤二：旋转粉料仓的外套筒，使外套筒与内套筒的粉料装填口相重合，此时粉料仓处于开启状态；
步骤三：通过粉料装填口将待测粉尘填充到粉料仓内，然后反向旋转粉料仓的外套筒，使外套筒与内套筒的粉料装填口完全错开，此时粉料仓处于封闭状态；
步骤四：开启高压气瓶，通过高压气瓶向储气罐内注入高压气体，通过压力表观察储气罐内的实时压力变化情况，直到罐内压力达到储气罐的额定储气压力，此时关闭高压气瓶，停止高压气体的注入；
步骤五：通过调压阀设定储气罐的出气压力，且储气罐的出气压力即为气体喷吹压力；
步骤六：控制两位三通电磁阀换向，使储气罐与粉料仓导通，粉料仓内的粉尘在高压气体作用下从雾化喷头中喷出；
步骤七：观察雾化喷头中是否喷出火焰，具体结果有以下两种：
①雾化喷头中喷出粉尘云
当雾化喷头喷出粉尘云时，说明在当前的气体喷吹压力及氧气浓度下，待测粉尘不能自发着火，此时控制两位三通电磁阀复位，首先将储气罐中的气体通过泄压排气口排掉，然后更换氧气浓度更高的高压气瓶，最后重复步骤二～步骤六，直到雾化喷头中喷出火焰，并记录下此时的气体喷吹压力和氧气浓度，得到待测粉尘自发着火的临界条件；
②雾化喷头中喷出火焰
当雾化喷头中喷出火焰时，说明在当前的气体喷吹压力及氧气浓度下，待测粉尘能够自发着火，此时控制两位三通电磁阀复位，首先将储气罐中的气体通过泄压排气口排掉，然后更换氧气浓度更低的高压气瓶，最后重复步骤二～步骤六，直到雾化喷头中喷出粉尘云，并记录下上一次测试时的气体喷吹压力和氧气浓度，得到待测粉尘自发着火的临界条件。
8.根据权利要求7所述的一种可燃粉尘自发着火敏感性测试方法，其特征在于：更换其他孔径的雾化喷头并进行重新测试，得到不同粉尘分散程度及不同粉尘喷速下的待测粉尘自发着火的临界条件。
9.根据权利要求8所述的一种可燃粉尘自发着火敏感性测试方法，其特征在于：在粉料仓的接线柱上连接一根金属导线，并将金属导线接地用于静电导除，然后进行重新测试，以验证待测粉尘自发着火的临界条件是否受到静电因素影响。
10.根据权利要求9所述的一种可燃粉尘自发着火敏感性测试方法，其特征在于：将高压气瓶更换为纯氩气瓶，并在待测粉尘自发着火的临界条件下使雾化喷头喷出粉尘云，同时利用粒度分析仪测量此时的粉尘粒度分布数据。
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