CN106908479B - 一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，包括隧道平台本体、模拟可燃液体蒸气爆燃子系统、隧道可燃液体蒸气爆燃试验数据采集系统及可燃液体蒸气爆燃抑爆系统。本发明的技术效果在于，给出了一种功能齐全、安全可控且可重复进行模拟实验的隧道等狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆模拟实验平台，能够模拟不同的泄漏表面、空间内燃料的不同蒸发情况、不同纵向通风情况以及在隧道不同横纵向坡度情况下的可燃液体蒸气爆燃情况，并能针对爆燃情况进行相应的抑爆模拟实验，对于进行隧道等相关领域内的可燃液体蒸气爆燃实验具有积极的作用。

Description

一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统

技术领域

本发明属于爆炸安全技术领域，特别涉及一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统。

背景技术

目前存在的大多数测试爆燃的装置，其主要针对对象是气体，且狭长空间火灾的研究主要针对液池火灾，而现存的这些装置通常不适用于可燃液体蒸发爆燃性质的燃烧。可燃液体蒸气的爆燃必然经历可燃液体的蒸发扩散以及点火位置的不同导致的爆燃效果的不同。现存的隧道火灾的研究有关于隧道坡度的调节的研究，但仅限于纵向的坡度调节，横向的微小坡度及隧道一侧的排水沟槽并没有考虑，与实际隧道情况有差异，当隧道中发生油罐车泄漏时，会在这些位置形成可燃的流淌液体，甚者形成液池，当火灾发生时可能导致流淌火，对火灾的发展及由慢速燃烧转变为快速爆燃的过程都有促进作用。此外，实际隧道的路面粗糙度影响可燃液体泄漏后的蒸发及扩散，进而影响到爆燃火灾的传播，然而目前存在的装置不能有效地模拟可燃液体泄漏表面粗糙度的改变对可燃液体蒸发扩散及爆燃的产生、发展方面的研究。总之，前人已经在该领域做出的不可浊灭的贡献，但在前人的基础上可在隧道等狭长空间模型在空间的可视化、空间内燃料的蒸发控制、泄漏表面粗糙度的控制、隧道横向及纵向坡度的控制和试验后尾气的处理方面做进一步的改进。

发明内容

为了解决目前不能有效地模拟可燃液体蒸气在狭长空间内的爆燃及抑爆过程的技术问题，本发明提供一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，包括隧道平台本体、模拟可燃液体蒸气爆燃子系统和隧道可燃液体蒸气爆燃试验数据采集系统，所述的模拟可燃液体蒸气爆燃子系统设置于隧道平台本体内，所述的隧道可燃液体蒸气爆燃试验数据采集系统包括数据采集探头和数据处理系统，所述的数据采集探头设置于隧道平台本体内，数据采集探头通过通信线连接设置于隧道平台本体外部的数据处理系统；

隧道平台本体包括中空的模拟隧道模块，所述的模拟隧道模块为管道状；

模拟可燃液体蒸气爆燃子系统包括火源装置和点火装置，所述的火源装置包括实验油盘、供油装置、卸油装置，所述的实验油盘设置于模拟隧道模块内，所述的供油装置包括油池和将油池内的燃油输送至实验油盘内的供油泵及供油管线，所述的卸油装置包括将实验油盘内的燃油排走的排油管线，所述的点火装置设置于实验油盘上方并用于将实验油盘内的油料点燃。

所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，所述的隧道平台本体还包括送风装置、排风装置和过滤装置，所述的送风装置设置于模拟隧道模块的一端，排风装置设置于模拟隧道模块的另一端，过滤装置连接排风装置以过滤排出的烟尘。

所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，所述的隧道平台本体还包括坡度调整装置，所述的坡度调整装置包括纵向坡度调整装置和横向坡度调整装置以分别调整模拟隧道模块的横向或纵向坡度，

所述的纵向坡度调整装置包括两个支架、千斤顶和隧道纵向坡度调节活动支撑杆，所述的两个支架分别设置于模拟隧道模块的两端，所述的千斤顶一端固定于其中一个支架上，另一端固定于模拟隧道模块上，所述的隧道纵向坡度调节活动支撑杆设置于千斤顶所在的同一支架上且两端分别销连接模拟隧道模块和支架；

所述的横向坡度调整装置包括隧道横向坡度调节滑轮和支杆，所述的隧道横向坡度调节滑轮设置于模拟隧道模块下方并能够沿模拟隧道模块的横截面方向移动，所述的支杆的两端分别销连接隧道横向坡度调节滑轮和模拟隧道模块底部，所述的模拟隧道模块在横向坡度变化时较低的一侧沿轴向设有用于汇集油料的沟槽。

所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，所述的隧道平台本体还包括表面粗糙度可调型装置，所述的表面粗糙度可调型装置设置于模拟隧道模块内并设于实验油盘下，表面粗糙度可调型装置包括覆盖层、托盘、滚轮和底面固定轨道，所述的底面固定轨道沿模拟隧道模块的轴向设置，所述的托盘通过滚轮沿底面固定轨道移动，所述的覆盖层是由水泥、沥青或砂石制成。

所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，所述的模拟隧道模块为可变长度结构，两端分别设有长度补偿段，所述的长度补偿段为直径不大于模拟隧道模块直径且与模拟隧道模块结构相同的管道，长度补偿段套装于模拟隧道模块内并能够伸出或缩进。

所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，所述的模拟可燃液体蒸气爆燃子系统还包括卸油燃料冷却装置，所述的卸油燃料冷却装置包括卸油槽和冷却水循环管线，所述的卸油槽设置于实验油盘下方并用于承接从实验油盘卸载的油料，所述的冷却水循环管线设置于卸油槽内且连接外部冷却水源，所述的卸油装置的排油管线连接卸油槽。

所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，所述的模拟可燃液体蒸气爆燃子系统还包括油盘重量检测装置，所述的油盘重量检测装置包括设置于实验油盘下的质量传感器和信号数据处理装置，所述的质量传感器通过防火隔板与实验油盘隔离开。

所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，所述的模拟可燃液体蒸气爆燃子系统还包括细水雾系统，所述的细水雾系统包括喷雾头、水箱、高压源和压力控制器，所述的喷雾头安装于模拟隧道模块上部，并通过水管连接至水箱，所述的高压源通过压力控制器连接至水箱以排出水箱中的水至喷雾头。

所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，隧道可燃液体蒸气爆燃试验数据采集系统包括温度传感器、压力传感器、质量传感器、可燃液体蒸气浓度测试传感器、烟气浓度测试传感器、风速测试传感器和辐射热流计系统。

所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，还包括摄像装置，所述的摄像装置包括高速摄像机和高清红外线摄像机，所述的模拟隧道模块由透明材料制成，摄像装置设置于模拟隧道模块外并朝向模拟隧道模块拍摄。

本发明的技术效果在于，给出了一种功能齐全、安全可控且可重复进行模拟实验的隧道等狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆模拟实验平台，能够模拟不同的泄漏表面、空间内燃料的不同蒸发情况以及在隧道不同坡度情况下的可燃液体蒸气爆燃情况，并能针对爆燃情况进行相应的抑爆模拟实验，对于进行隧道等相关领域内的爆燃实验有较好的积极作用。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是隧道可燃液体蒸气爆燃模拟实验平台隧道框架结构部分及其他测试系统布置示意图；

图3是模拟隧道模块为可变长度结构示意图；

图4是隧道横向坡度调节构造示意图；

图5是隧道纵向坡度调节构造示意图；

图6是卸油时用于冷却燃油温度的冷却水系统示意图；

图7是粗糙度可变型表面结构与隧道构体的连接示意图；

图8是粗糙度可变型表面结构示意图；

图9是数据采集探头位置布置示意图1；

图10是数据采集探头位置布置示意图2；

图11是细水雾系统工作原理示意图；

图12是高能点火器布置示意图；

其中，1为隧道平台本体、2为实验油盘、3为细水雾系统、4为监控室、5为烟气净化室、6为出口、7为排油管线、8为点火装置、9为送风装置、10为排风装置、11为过滤装置、12为支架、13为千斤顶、14为隧道纵向坡度调节活动支撑杆、15为隧道横向坡度调节滑轮、16为支杆、17为覆盖层、18为托盘、19为滚轮、20为底面固定轨道、21为长度补偿段、22为卸油槽、23为冷却水循环管线、24为喷雾头、25为水箱、26为整流器、27为温度数据处理装置、28为摄像装置、29为CO及可燃液体蒸气浓度数据处理装置、30为点火控制器、31为风速数据处理装置、32为压力数据处理装置、33为皮托管风速测试器、34为热电偶束、35为压力变送器、36为CO及可燃液体蒸气浓度测试器、37为水管、38为温度数据采集数据线、39为CO及可燃液体蒸气浓度采集数据线、40为点火装置控制线、41为风速采集数据线、42为隧道口紧固件、43为沟槽、44为支架连接销、45为模拟隧道模块连接销、46为冷却水入口、47为冷却水出口、48为接油斗、49为氮气瓶、50为安全阀、51为启动瓶、52为压力讯号器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细描述。本实施例设置于一个密封的实验仓内，如图1所示，为本发明的实验仓的总装配图。实验仓内包括隧道平台本体、通风设备、细水雾系统、烟气净化室、监控室及相应的数据采集控制系统。其中隧道平台本体装配有模拟可燃液体蒸气爆燃子系统和隧道可燃液体蒸气爆燃试验数据采集系统，模拟可燃液体蒸气爆燃子系统设置于隧道平台本体内，隧道可燃液体蒸气爆燃试验数据采集系统包括数据采集探头和数据处理系统，数据采集探头设置于隧道平台本体内，数据采集探头通过通信线连接设置于隧道平台本体外部的数据处理系统。细水雾系统设置于隧道平台本体一侧，并通过管道连接至隧道平台本体内的喷雾头。为了消除隧道平台内燃烧产生的烟气，隧道平台本体还包括送风装置、排风装置和过滤装置，送风装置设置于模拟隧道模块的一端，其中为了对风向进行调整，模拟隧道模块内在送风装置后设有用于调整风向的整流器。排风装置设置于模拟隧道模块的另一端，过滤装置连接排风装置以过滤排出的烟尘。烟气净化室连接过滤装置，以进一步过滤净化燃烧时产生的烟气。监控室内安装有数据采集控制系统的信号接收端、控制端等，具体包括温度数据采集模块、CO及蒸汽浓度测试模块、风速数据采集模块和压力数据采集模块这些模块的数据接收端，以及点火控制器来控制隧道平台本体内点火，还有朝向隧道平台本体进行拍摄的摄像装置。本实施例采用的摄像装置包括高速摄像机和高清红外线摄像机，隧道四面材质均为防爆玻璃，以便进行拍摄和监测。实验仓设有一个用于进出的出口。隧道四面材质均为防爆玻璃，以便进行拍摄和监测。

如图2所示，为本实施例隧道平台本体的隧道框架结构部分及其他测试系统布置示意图，包括模拟隧道模块，火源装置，点火装置，通风装置，数据采集装置，细水雾装置，卸油系统冷却装置，粗糙度可变型路面装置。

本实施例的隧道平台本体采用1:20缩尺寸模型，其规格为24m(长)×0.8m(宽)×0.6m(高)，同时其长度可通过图3所示从隧道两端抽出长度补偿段进行加长，长度补偿段为直径不大于模拟隧道模块直径且与模拟隧道模块结构相同的管道，长度补偿段套装于模拟隧道模块内并能够伸出或缩进。在长度补偿段的端部设有隧道口紧固件，隧道口紧固件的直径大于模拟隧道模块的直径，以将长度补偿段卡套在模拟隧道模块上，以免在长度补偿段收起时缩入到模拟隧道模块内，造成下次伸长时的不便。

隧道主体的横向的坡度可由如图4所示的滑轮及支撑杆所控制，横向坡度调整装置包括隧道横向坡度调节滑轮和支杆，隧道横向坡度调节滑轮设置于模拟隧道模块下方并能够沿模拟隧道模块的横截面方向移动，支杆的两端分别销连接隧道横向坡度调节滑轮和模拟隧道模块底部，模拟隧道模块在横向坡度变化时较低的一侧沿轴向设有用于汇集油料的沟槽。实际操作时摇动滑轮使与它连接一起的支撑杆将隧道底板一侧顶起从而控制横向的坡度。沟槽用于汇集泄漏的液体在试验过程中形成流淌火。

隧道主体纵向的坡度可由如图5所示的活动支撑杆与底端的千斤顶控制。纵向坡度调整装置包括两个支架、千斤顶和隧道纵向坡度调节活动支撑杆，所述的两个支架分别设置于模拟隧道模块的两端，所述的千斤顶一端固定于其中一个支架上，另一端固定于模拟隧道模块上，所述的隧道纵向坡度调节活动支撑杆设置于千斤顶所在的同一支架上且两端分别销连接模拟隧道模块和支架。实际操作时，千斤顶将模拟隧道模块的一端顶起，隧道纵向坡度调节活动支撑杆通过两端的支架连接销和模拟隧道模块连接销转动，并对模拟隧道模块的抬起运动轨迹进行限位，保证其竖直运动。

卸油燃料冷却装置如图6所示，卸油燃料冷却装置包括卸油槽和冷却水循环管线，所述的卸油槽设置于实验油盘下方并设有接油斗来用于承接从实验油盘卸载的油料，冷却水循环管线盘旋的设置于卸油槽内且通过冷却水入口和冷却水出口连接外部冷却水源，卸油装置的排油管线连接卸油槽。该装置可在试验过程火势过大需要控制火源卸油过程或试验结束卸油过程中降低卸出油料的温度从而提高试验的安全性。

试验隧道路面可由如图7所示的表面粗糙度可调型装置控制，表面粗糙度可调型装置设置于模拟隧道模块内并设于实验油盘下，表面粗糙度可调型装置包括覆盖层17、托盘18、滚轮19和底面固定轨道20，底面固定轨道沿模拟隧道模块的轴向设置，托盘通过滚轮沿底面固定轨道移动。该装置可以通过底部的换轮在隧道纵向方向移动，实际操作过程中可以将其移出通过如图8所示的对其表面的覆盖层进行更换从而达到改变表面粗糙度的目的。所述装置的托盘由钢板焊接而成。底面固定轨道是由角钢和钢板焊制而成。可更换的覆盖层可由水泥、沥青、砂石等其中的一种材质构成。

所示数据采集系统，包括温度传感器、压力传感器、质量传感器、可燃液体蒸气浓度测试传感器、烟气浓度测试传感器、风速测试传感器、辐射热流计系统、在观察室设置的两个高清红外线摄像机，型号N/A，以及高速摄像机，型号SA1.1。如图9、10所示为各传感器布置的位置示意图，各个数据采集仪器置于观察室内，通过补偿线与隧道中的传感器连接。

所述的模拟隧道内温度传感器采用的热电偶采用高温焊接的方式得到，压力传感器采用HKS-375型压力变送器，测量范围0-210MPa；摄像机采用高清红外线摄像机，型号N/A；高速摄像机采用SA1.1型摄像机，全帧5400帧/秒，像素1024×1024。质量传感器选用YZC-516/30kg称重传感器，精度0.1g，质量传感器通过防火隔板与实验油盘隔离开；质量数据接收器放置在火源装置的下部，采用隔热石棉包裹。

所示细水雾系统运行示意图如图11所示，可测试细水雾系统对可燃液体蒸气爆燃的发生及蔓延的影响。喷雾头安装于模拟隧道模块上部，并通过水管连接至水箱。高压源是通过手动开启细水雾系统控制阀、由压力讯号器将信号传送至启动瓶，由启动瓶控制高压氮气进入水箱，从而将水箱中的水压送至细水雾喷头，产生细水雾对爆燃产生抑制作用，以用于灭火效果测试等实验。

模拟可燃液体蒸气爆燃子系统包括火源装置和点火装置，火源装置包括实验油盘2、供油装置、卸油装置，实验油盘设置于模拟隧道模块内，供油装置包括油池和将油池内的燃油输送至实验油盘内的供油泵及供油管线，卸油装置包括将实验油盘内的燃油排走的排油管线。高能点火器布置位置如图12所示，设于隧道上部和实验油盘部位，以起到点燃可燃液体蒸汽以及油盘内部油料的作用。点火器采用HYDH-20BX遥控便携充电式高能点火器，点火杆耐温：1300℃，点火频率：12-14次/秒，火花能量：12J。

可燃液体蒸气浓度数据采集子单元包括CO及可燃液体蒸气浓度测试器，所述可燃液体蒸气浓度测试器为用于采集隧道可燃液体蒸气爆燃试验过程中隧道内可燃液体蒸气以及CO浓度的在线式浓度测试仪，可燃液体蒸气浓度测试器探头设置于模拟隧道模块内壁上部，并通过可燃液体蒸气浓度测试线路连接至监控室的CO及可燃液体蒸气浓度数据处理装置。

烟气浓度数据采集子单元包括一氧化碳、二氧化碳、氧气浓度测试器，所述烟气浓度测试器为用于采集隧道可燃液体蒸气爆燃试验中隧道内一氧化碳、二氧化碳、氧气浓度的在线式浓度检测仪。

温度数据采集子单元包括悬挂于模拟隧道内的热电偶树和热电偶阵列，所述热电偶树和热电偶阵列用于采集隧道可燃液体蒸气爆燃试验过程中隧道构造内部空间的温度，并通过相应的温度数据采集数据线连接到在监控室内设置的用于接收所述热电偶树和热电偶阵列的电信号连接的温度数据处理装置。

压力变送器设置于隧道内，以测试隧道内正常情况下，以及发生燃烧、爆炸等情况时相关的压力数据，量程为-5～10kPa，精度为0.2％，满量程输出为4mA至20mA。

风速数据采集器为采集隧道可燃液体蒸气爆燃试验过程中烟气层的厚度变化以及烟气前锋扩散速度的风速传感器，且通过风速及压力传感器数据线连接至监控室内的的风速数据处理装置。

摄像装置为获取试验过程中隧道构造内部空间图像信息的高速摄像机和数码相机。

Claims (9)

1.一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，包括隧道平台本体、模拟可燃液体蒸气爆燃子系统和隧道可燃液体蒸气爆燃试验数据采集系统，所述的模拟可燃液体蒸气爆燃子系统设置于隧道平台本体内，所述的隧道可燃液体蒸气爆燃试验数据采集系统包括数据采集探头和数据处理系统，所述的数据采集探头设置于隧道平台本体内，数据采集探头通过通信线连接设置于隧道平台本体外部的数据处理系统；

隧道平台本体包括中空的模拟隧道模块，所述的模拟隧道模块为管道状；

模拟可燃液体蒸气爆燃子系统包括火源装置和点火装置，所述的火源装置包括实验油盘、供油装置、卸油装置，所述的实验油盘设置于模拟隧道模块内，所述的供油装置包括油池和将油池内的燃油输送至实验油盘内的供油泵及供油管线，所述的卸油装置包括将实验油盘内的燃油排走的排油管线，所述的点火装置设置于实验油盘上方并用于将实验油盘内的油料点燃；

所述的隧道平台本体还包括坡度调整装置，所述的坡度调整装置包括纵向坡度调整装置和横向坡度调整装置以分别调整模拟隧道模块的横向或纵向坡度，

所述的纵向坡度调整装置包括两个支架、千斤顶和隧道纵向坡度调节活动支撑杆，所述的两个支架分别设置于模拟隧道模块的两端，所述的千斤顶一端固定于其中一个支架上，另一端固定于模拟隧道模块上，所述的隧道纵向坡度调节活动支撑杆设置于千斤顶所在的同一支架上且两端分别销连接模拟隧道模块和支架；

所述的横向坡度调整装置包括隧道横向坡度调节滑轮和支杆，所述的隧道横向坡度调节滑轮设置于模拟隧道模块下方并能够沿模拟隧道模块的横截面方向移动，所述的支杆的两端分别销连接隧道横向坡度调节滑轮和模拟隧道模块底部，所述的模拟隧道模块在横向坡度变化时较低的一侧沿轴向设有用于汇集油料的沟槽。

2.根据权利要求1所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，所述的隧道平台本体还包括送风装置、排风装置和过滤装置，所述的送风装置设置于模拟隧道模块的一端，排风装置设置于模拟隧道模块的另一端，过滤装置连接排风装置以过滤排出的烟尘。

3.根据权利要求1所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，所述的隧道平台本体还包括表面粗糙度可调型装置，所述的表面粗糙度可调型装置设置于模拟隧道模块内并设于实验油盘下，表面粗糙度可调型装置包括覆盖层、托盘、滚轮和底面固定轨道，所述的底面固定轨道沿模拟隧道模块的轴向设置，所述的托盘通过滚轮沿底面固定轨道移动，所述的覆盖层是由水泥、沥青或砂石制成。

4.根据权利要求1所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，所述的模拟隧道模块为可变长度结构，两端分别设有长度补偿段，所述的长度补偿段为直径不大于模拟隧道模块直径且与模拟隧道模块结构相同的管道，长度补偿段套装于模拟隧道模块内并能够伸出或缩进。

5.根据权利要求1所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，所述的模拟可燃液体蒸气爆燃子系统还包括卸油燃料冷却装置，所述的卸油燃料冷却装置包括卸油槽和冷却水循环管线，所述的卸油槽设置于实验油盘下方并用于承接从实验油盘卸载的油料，所述的冷却水循环管线设置于卸油槽内且连接外部冷却水源，所述的卸油装置的排油管线连接卸油槽。

6.根据权利要求1所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，所述的模拟可燃液体蒸气爆燃子系统还包括油盘重量检测装置，所述的油盘重量检测装置包括设置于实验油盘下的质量传感器和信号数据处理装置，所述的质量传感器通过防火隔板与实验油盘隔离开。

7.根据权利要求1所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，所述的模拟可燃液体蒸气爆燃子系统还包括细水雾系统，所述的细水雾系统包括喷雾头、水箱、高压源和压力控制器，所述的喷雾头安装于模拟隧道模块上部，并通过水管连接至水箱，所述的高压源通过压力控制器连接至水箱以排出水箱中的水至喷雾头。

8.根据权利要求1所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，隧道可燃液体蒸气爆燃试验数据采集系统包括温度传感器、压力传感器、质量传感器、可燃液体蒸气浓度测试传感器、烟气浓度测试传感器、风速测试传感器和辐射热流计系统。

9.根据权利要求1所述的一种狭长空间可燃液体蒸气爆燃及抑爆试验系统，其特征在于，还包括摄像装置，所述的摄像装置包括高速摄像机和高清红外线摄像机，所述的模拟隧道模块由透明材料制成，摄像装置设置于模拟隧道模块外并朝向模拟隧道模块拍摄。

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