CN107576753A - 表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业粉尘爆炸防护技术领域，特别是涉及表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置及方法。技术方案如下：包括底座、立柱、伸缩式悬臂梁、针尖电极、氮化硅点火棒、载粉台、旋转支架、导电铜棒、导电接头、粉尘层制备罩和电火花发生器及电源集成体，所述立柱竖直固装在所述底座上，所述伸缩式悬臂梁安装在所述立柱上并通过锁紧螺栓予以定位，所述针尖电极或氮化硅点火棒安装在所述伸缩式悬臂梁的端头；所述载粉台通过可调角度的所述旋转支架固装在所述底座上。本发明有效满足在不同表面倾角时常见点火源作用下的层状堆积粉尘着火蔓延特性的测试，有效完善了现有可燃粉尘安全评价指标体系，有效弥补了现有可燃粉尘着火蔓延特性研究的空白。

Description

表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置及方法

技术领域

本发明属于工业粉尘爆炸防护技术领域，特别是涉及一种表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置及方法。

背景技术

据现有研究结果，层状堆积粉尘在遭受电火花、高温炽热源等工业常见点火源时可产生层火灾，进而引发粉尘爆炸导致群死群伤等重特大事故。为评价层状可燃粉尘的火灾爆炸风险，国内外对其着火敏感性及火蔓延特性进行了大量研究。如以高温热表面为点火源的粉尘层最低着火温度测试标准及配套装置，如GB/T 16430、ASTM E 2021-2009等；以电火花为点火源作用于水平堆积的可燃粉尘，研究电火花作用下可燃粉尘的层着火敏感性；以1000℃铂丝强迫引燃水平堆积的可燃粉尘，研究强迫着火后粉尘层的火蔓延特性等。

但在实际工业生产中，粉尘的堆积形式多种多样。现有研究表明：同等点火强度的火源作用下，呈倾斜表面堆积的可燃粉尘比水平表面堆积时有更大的着火敏感性和火蔓延速率，现有基于水平表面堆积的可燃粉尘的着火测试技术及方法低估了可燃粉尘的实际层火灾风险。

因此，亟需设计一套全新的针对倾斜表面堆积情形的粉尘层着火蔓延特性的测试装置及方法，其应满足在不同表面倾角时常见点火源(如电火花、高温热源)作用下的层状堆积粉尘着火蔓延特性的测试，用以完善现有可燃粉尘安全评价指标体系，弥补现有可燃粉尘着火蔓延特性研究的空白。

发明内容

本发明提供一种表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置及方法，有效满足在不同表面倾角时常见点火源作用下的层状堆积粉尘着火蔓延特性的测试，有效完善了现有可燃粉尘安全评价指标体系，有效弥补了现有可燃粉尘着火蔓延特性研究的空白。

本发明的技术方案如下：

表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，包括底座、立柱、伸缩式悬臂梁、针尖电极、氮化硅点火棒、载粉台、旋转支架、导电铜棒、导电接头、粉尘层制备罩和电火花发生器及电源集成体，所述立柱竖直固装在所述底座上，所述伸缩式悬臂梁安装在所述立柱上并通过锁紧螺栓予以定位，所述针尖电极或氮化硅点火棒安装在所述伸缩式悬臂梁的端头；所述载粉台通过可调角度的所述旋转支架固装在所述底座上，所述导电铜棒安装在所述载粉台内且其端头与所述载粉台的上表面平齐，所述导电接头安装在所述载粉台底面，所述导电接头与所述导电铜棒相连；所述粉尘层制备罩用于在所述载粉台上制备粉尘层；所述电火花发生器及电源集成体上设有电火花正极、电火花负极、电源正极和电源负极，当使用所述针尖电极时，所述电火花正极通过导线与所述针尖电极相连接，所述电火花负极通过导线与所述导电接头相连接；当使用所述氮化硅点火棒时，所述氮化硅点火棒通过导线与所述电源正极及所述电源负极相连。

所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其优选方案为，所述伸缩式悬臂梁包括套筒结构和可调角度的嵌套结构。

所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其优选方案为，所述底座、立柱、载粉台及伸缩式悬臂梁采用绝缘材料制造，在所述导线外部及所述针尖电极上端均包覆有高压绝缘保护套。

所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其优选方案为，所述立柱外表面设有刻度标尺。

所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其优选方案为，所述粉尘层制备罩为方形框体，当使用所述针尖电极时，所述方形框体高度为1-3mm；当使用所述氮化硅点火棒时，所述方形框体高度为3-5mm。

所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其优选方案为，还包括刮板，所述刮板通过导线进行接地，所述刮板用于配合所述粉尘层制备罩制备粉尘层。

所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其优选方案为，还包括高清数码相机、高速摄像机、红外热像仪和电脑，用于记录工作过程。

一种表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试方法，采用上述的粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，包括如下步骤：

步骤一：将所述底座放置到水平基准台上，通过旋转支架调整载粉台的表面倾角；

步骤二：采用针尖电极时，用导线将针尖电极与电火花发生器及电源集成体的电火花正极连接在一起，用另一根导线将导电接头与电火花负极连接在一起；采用氮化硅点火棒时，用两根导线将氮化硅点火棒与电源正极、电源负极相连；

步骤三：将伸缩式悬臂梁调整到缩回状态，使针尖电极或氮化硅点火棒退到载粉台侧方，为粉尘层制备做准备；

步骤四：将粉尘层制备罩置于载粉台上，将待测粉尘缓慢倒入粉尘层制备罩中，然后利用刮板将粉尘层上表面刮平，然后移除粉尘层制备罩，完成粉尘层制备；

步骤五：将伸缩式悬臂梁调整到伸展状态，调节伸缩式悬臂梁角度，采用针尖电极时，保证针尖电极尖端位于粉尘层正上方，松开锁紧螺栓，调整伸缩式悬臂梁在立柱上的位置，进而调整针尖电极尖端与粉尘层之间的间距，间距为1-3mm，然后旋紧锁紧螺栓；采用氮化硅点火棒时，保证氮化硅点火棒与粉尘层接触良好；

步骤六：采用针尖电极时，启动电火花发生器及电源集成体的电火花发生器，控制电火花发生器输出最高能量，用以甄别待测粉尘是否具有电火花着火敏感性，如果在电火花作用下粉尘层表面发生了蔓延性的着火现象，说明待测粉尘具有着火敏感性；

采用氮化硅点火棒时，调节电源输出电压，使氮化硅点火棒温度最高，用以甄别待测粉尘是否具有高温热源着火敏感性，如果在氮化硅点火棒作用下粉尘层表面发生了蔓延性的着火现象，说明待测粉尘具有高温热源着火敏感性；

步骤七：当待测粉尘被甄别为具有着火敏感性后，重新制备粉尘层，然后在当前表面倾角下对待测粉尘着火蔓延特性进行测试；

步骤八：采用针尖电极时，调低电火花发生器的输出能量，观察粉尘层表面着火情况，如果发生着火，则重新制备粉尘层，并继续调低电火花发生器的输出能量，直到粉尘层表面不再发生着火，记录下最后一次粉尘层发生着火时的电火花发生器的输出能量，该输出能量即为当前粉尘层厚度下的粉尘层最小点火能量；

采用氮化硅点火棒时，调低电源输出电压，观察粉尘层表面着火情况，如果发生着火，则重新制备粉尘层，并继续调低电源输出电压，直到粉尘层表面不再发生着火，记录下最后一次粉尘层发生着火时的点火棒温度，该温度即为当前粉尘层表面倾角下的粉尘层最低着火温度；

步骤九：重新制备粉尘层，逐渐增加载粉台的表面倾角，继续测得不同表面倾角下的粉尘层最小点火能量及最低着火温度，并通过高清数码相机、高速摄像机及红外热像仪记录整个火蔓延过程。

本发明的有益效果为：本发明有效满足在不同表面倾角时常见点火源作用下的层状堆积粉尘着火蔓延特性的测试，有效完善了现有可燃粉尘安全评价指标体系，有效弥补了现有可燃粉尘着火蔓延特性研究的空白。

附图说明

图1为采用针尖电极的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，粉尘层制备状态示意图；

图2为采用针尖电极的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，粉尘层着火蔓延特性测试状态示意图；

图3为采用氮化硅点火棒的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，粉尘层制备状态示意图；

图4为采用氮化硅点火棒的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，粉尘层着火蔓延特性测试状态示意图。

图中，1—底座，2—立柱，3—高清数码相机，4—红外热像仪，5—电脑，6—锁紧螺栓，7—刻度标尺，8—伸缩式悬臂梁，9—针尖电极，10—导电铜棒，11—导电接头，12—粉尘层，13—载粉台，14—旋转支架，15—粉尘层制备罩，16—导线，17—电火花发生器及电源集成体，18—氮化硅点火棒。

具体实施方式

如图1-4所示，一种表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，包括底座1、立柱2、伸缩式悬臂梁8、针尖电极9、氮化硅点火棒18、载粉台13、旋转支架14、导电铜棒10、导电接头11、粉尘层制备罩15、电火花发生器及电源集成体17、刮板、高清数码相机3、红外热像仪4和电脑5，所述立柱2竖直固装在所述底座1上，所述伸缩式悬臂梁8安装在所述立柱2上并通过锁紧螺栓予以定位，所述针尖电极9或氮化硅点火棒18安装在所述伸缩式悬臂梁8的端头；所述载粉台13通过可调角度的所述旋转支架14固装在所述底座1上，所述导电铜棒10安装在所述载粉台13内且其端头与所述载粉台13的上表面平齐，所述导电接头11安装在所述载粉台13底面，所述导电接头11与所述导电铜棒10相连；所述粉尘层制备罩15用于在所述载粉台13上制备粉尘层；所述电火花发生器及电源集成体17上设有电火花正极、电火花负极、电源正极和电源负极，当使用所述针尖电极9时，所述电火花正极通过导线16与所述针尖电极9相连接，所述电火花负极通过导线16与所述导电接头11相连接；当使用所述氮化硅点火棒18时，所述氮化硅点火棒18通过导线16与所述电源正极及所述电源负极相连；所述伸缩式悬臂梁8包括套筒结构和可调角度的嵌套结构；所述底座1、立柱2、载粉台13及伸缩式悬臂梁8采用绝缘材料制造，在所述导线16外部及所述针尖电极9上端均包覆有高压绝缘保护套；所述立柱2外表面设有刻度标尺7；所述粉尘层制备罩15为方形框体，当使用所述针尖电极9时，所述方形框体高度为1-3mm；当使用所述氮化硅点火棒18时，所述方形框体高度为3-5mm；所述刮板用于配合所述粉尘层制备罩15制备粉尘层，用来平整粉尘层，所述刮板通过导线进行接地，防止粉尘层制备过程中因摩擦产生的静电或因人体静电而引燃粉尘层；高清数码相机3、红外热像仪4，用于记录工作过程。

电火花发生器及电源集成体17中，电火花发生器的高压电源输出电压为5kV～30kV，电容组的可选电容为20pF、60pF、200pF、600pF、2nF、6nF、20nF及1μF，输出能量(点火能量)依次设定为1mJ、3mJ、10mJ、30mJ、100mJ、300mJ、1000mJ及50J，其中，输出能量通过公式E＝CU²/2计算得到，式中，E为输出能量，C为电容，U为输出电压。氮化硅点火棒18的温度通过电源电压控制，温度可在400-1000℃范围内调节。

一种表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试方法，采用上述的粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，包括如下步骤：

步骤一：将所述底座1放置到水平基准台上，通过旋转支架14调整载粉台13的表面倾角；

步骤二：采用针尖电极9时，用导线16将针尖电极9与电火花发生器及电源集成体17的电火花正极连接在一起，用另一根导线16将导电接头11与电火花负极连接在一起；采用氮化硅点火棒18时，用两根导线16将氮化硅点火棒18与电源正极、电源负极相连；

步骤三：将伸缩式悬臂梁8调整到缩回状态，使针尖电极9或氮化硅点火棒18退到载粉台13侧方，为粉尘层制备做准备；

步骤四：将粉尘层制备罩15置于载粉台13上，将待测粉尘缓慢倒入粉尘层制备罩15中，然后利用刮板将粉尘层上表面刮平，然后移除粉尘层制备罩15，完成粉尘层制备；采用针尖电极9时，粉尘层厚2mm；采用氮化硅点火棒18时，粉尘层厚4mm；

步骤五：将伸缩式悬臂梁8调整到伸展状态，调节伸缩式悬臂梁8角度，采用针尖电极9时，保证针尖电极9尖端位于粉尘层正上方，松开锁紧螺栓，调整伸缩式悬臂梁8在立柱2上的位置，进而调整针尖电极9尖端与粉尘层之间的间距，间距为2mm，然后旋紧锁紧螺栓；采用氮化硅点火棒18时，保证氮化硅点火棒18与粉尘层接触良好；

步骤六：采用针尖电极9时，启动电火花发生器及电源集成体17的电火花发生器，控制电火花发生器输出最高能量，用以甄别待测粉尘是否具有电火花着火敏感性，如果在电火花作用下粉尘层表面发生了蔓延性的着火现象，说明待测粉尘具有着火敏感性；

采用氮化硅点火棒18时，调节电源输出电压，使氮化硅点火棒18温度最高，用以甄别待测粉尘是否具有高温热源着火敏感性，如果在氮化硅点火棒作用下粉尘层表面发生了蔓延性的着火现象，说明待测粉尘具有高温热源着火敏感性；

步骤七：当待测粉尘被甄别为具有着火敏感性后，重新制备粉尘层，然后在当前表面倾角下对待测粉尘着火蔓延特性进行测试；

步骤八：采用针尖电极9时，调低电火花发生器的输出能量，观察粉尘层表面着火情况，如果发生着火，则重新制备粉尘层，并继续调低电火花发生器的输出能量，直到粉尘层表面不再发生着火，记录下最后一次粉尘层发生着火时的电火花发生器的输出能量，该输出能量即为当前粉尘层厚度下的粉尘层最小点火能量；

采用氮化硅点火棒18时，调低电源输出电压，观察粉尘层表面着火情况，如果发生着火，则重新制备粉尘层，并继续调低电源输出电压，直到粉尘层表面不再发生着火，记录下最后一次粉尘层发生着火时的点火棒温度，该温度即为当前粉尘层表面倾角下的粉尘层最低着火温度；

步骤九：重新制备粉尘层，逐渐增加载粉台13的表面倾角，继续测得不同表面倾角下的粉尘层最小点火能量及最低着火温度，并通过高清数码相机3、高速摄像机及红外热像仪4记录整个火蔓延过程。

Claims (8)

1.表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其特征在于，包括底座、立柱、伸缩式悬臂梁、针尖电极、氮化硅点火棒、载粉台、旋转支架、导电铜棒、导电接头、粉尘层制备罩和电火花发生器及电源集成体，所述立柱竖直固装在所述底座上，所述伸缩式悬臂梁安装在所述立柱上并通过锁紧螺栓予以定位，所述针尖电极或氮化硅点火棒安装在所述伸缩式悬臂梁的端头；所述载粉台通过可调角度的所述旋转支架固装在所述底座上，所述导电铜棒安装在所述载粉台内且其端头与所述载粉台的上表面平齐，所述导电接头安装在所述载粉台底面，所述导电接头与所述导电铜棒相连；所述粉尘层制备罩用于在所述载粉台上制备粉尘层；所述电火花发生器及电源集成体上设有电火花正极、电火花负极、电源正极和电源负极，当使用所述针尖电极时，所述电火花正极通过导线与所述针尖电极相连接，所述电火花负极通过导线与所述导电接头相连接；当使用所述氮化硅点火棒时，所述氮化硅点火棒通过导线与所述电源正极及所述电源负极相连。

2.根据权利要求1所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其特征在于，所述伸缩式悬臂梁包括套筒结构和可调角度的嵌套结构。

3.根据权利要求1所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其特征在于，所述底座、立柱、载粉台及伸缩式悬臂梁采用绝缘材料制造，在所述导线外部及所述针尖电极上端均包覆有高压绝缘保护套。

4.根据权利要求1所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其特征在于，所述立柱外表面设有刻度标尺。

5.根据权利要求1所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其特征在于，所述粉尘层制备罩为方形框体，当使用所述针尖电极时，所述方形框体高度为1-3mm；当使用所述氮化硅点火棒时，所述方形框体高度为3-5mm。

6.根据权利要求1所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其特征在于，还包括刮板，所述刮板通过导线进行接地，所述刮板用于配合所述粉尘层制备罩制备粉尘层。

7.根据权利要求1所述的表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，其特征在于，还包括高清数码相机、高速摄像机、红外热像仪和电脑，用于记录工作过程。

8.表面倾角对粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试方法，采用如权利要求1-7之一所述的粉尘层着火蔓延特性影响规律的测试装置，包括如下步骤：

步骤一：将所述底座放置到水平基准台上，通过旋转支架调整载粉台的表面倾角；

步骤二：采用针尖电极时，用导线将针尖电极与电火花发生器及电源集成体的电火花正极连接在一起，用另一根导线将导电接头与电火花负极连接在一起；采用氮化硅点火棒时，用两根导线将氮化硅点火棒与电源正极、电源负极相连；

步骤三：将伸缩式悬臂梁调整到缩回状态，使针尖电极或氮化硅点火棒退到载粉台侧方，为粉尘层制备做准备；

步骤四：将粉尘层制备罩置于载粉台上，将待测粉尘缓慢倒入粉尘层制备罩中，然后利用刮板将粉尘层上表面刮平，然后移除粉尘层制备罩，完成粉尘层制备；

步骤五：将伸缩式悬臂梁调整到伸展状态，调节伸缩式悬臂梁角度，采用针尖电极时，保证针尖电极尖端位于粉尘层正上方，松开锁紧螺栓，调整伸缩式悬臂梁在立柱上的位置，进而调整针尖电极尖端与粉尘层之间的间距，间距为1-3mm，然后旋紧锁紧螺栓；采用氮化硅点火棒时，保证氮化硅点火棒与粉尘层接触良好；

步骤六：采用针尖电极时，启动电火花发生器及电源集成体的电火花发生器，控制电火花发生器输出最高能量，用以甄别待测粉尘是否具有电火花着火敏感性，如果在电火花作用下粉尘层表面发生了蔓延性的着火现象，说明待测粉尘具有着火敏感性；

采用氮化硅点火棒时，调节电源输出电压，使氮化硅点火棒温度最高，用以甄别待测粉尘是否具有高温热源着火敏感性，如果在氮化硅点火棒作用下粉尘层表面发生了蔓延性的着火现象，说明待测粉尘具有高温热源着火敏感性；

步骤七：当待测粉尘被甄别为具有着火敏感性后，重新制备粉尘层，然后在当前表面倾角下对待测粉尘着火蔓延特性进行测试；

步骤八：采用针尖电极时，调低电火花发生器的输出能量，观察粉尘层表面着火情况，如果发生着火，则重新制备粉尘层，并继续调低电火花发生器的输出能量，直到粉尘层表面不再发生着火，记录下最后一次粉尘层发生着火时的电火花发生器的输出能量，该输出能量即为当前粉尘层厚度下的粉尘层最小点火能量；

采用氮化硅点火棒时，调低电源输出电压，观察粉尘层表面着火情况，如果发生着火，则重新制备粉尘层，并继续调低电源输出电压，直到粉尘层表面不再发生着火，记录下最后一次粉尘层发生着火时的点火棒温度，该温度即为当前粉尘层表面倾角下的粉尘层最低着火温度；

步骤九：重新制备粉尘层，逐渐增加载粉台的表面倾角，继续测得不同表面倾角下的粉尘层最小点火能量及最低着火温度，并通过高清数码相机、高速摄像机及红外热像仪记录整个火蔓延过程。