CN107782480B - 一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试装置及方法，所述装置包括石英玻璃管、点火电极、扩散器、铜套、底座、高压放电装置、点火电极接头座、储气罐、第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀、第四进气阀、第一压缩空气气瓶、第二压缩可燃气体气瓶、控制阀、盲法兰、泄爆阀和真空泵；石英玻璃管通过底部螺纹垂直固定于底座上；点火电极通过点火电极接头座和铜套固定在所述石英玻璃管的下部；扩散器用于借助一定的气流将覆盖在其表面的粉尘扬起形成粉尘云。上述装置改进了配气技术和喷粉技术，实现了点火瞬间可燃粉尘/可燃气体杂混物在空气中的均匀分布，从而准确测得杂混物的最小着火能量。

Description

一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试方法及 装置

技术领域

本发明涉及可燃粉尘研究技术领域，尤其涉及一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试方法及装置。

背景技术

目前，粉尘云最小着火能量是可燃粉尘最重要的爆炸特性参数之一，它描述的是能够点燃悬浮于空气中的可燃粉尘并维持燃烧的最小点火能量，在这一点燃及燃烧过程中，燃烧物质为可燃粉尘与空气的混合物。然而，在相当多的现代工业生产中，由于工艺复杂，原料、中间体和产物多样，在特定的环境和空间往往形成一种可燃粉尘、可燃气体及空气共同构成的杂混物质，较为典型的包括树脂、塑料生产工艺中的有机合成粉体与乙烯等可燃气体，煤炭开采中的煤尘与瓦斯气体，制药行业的药粉、淀粉与溶剂蒸汽，印刷行业的色素粉与溶剂蒸汽等等。

可燃粉尘/可燃气体杂混物爆炸事故在工业粉尘爆炸事故总数中占据相当比例，此类事故中，尽管可燃气体的混入浓度往往不高，但由于该气体介入了粉尘云起爆和爆炸反应过程，使得这种杂混物的爆炸机理及灾害效应与传统的单一粉尘云爆炸事故存在显著差异且更为复杂，因此准确测量可燃粉尘/可燃气体杂混物的最小着火能量对于控制此类事故的点火源、准确预防此类事故的发生具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试方法及装置，该装置改进了配气技术和喷粉技术，实现了点火瞬间可燃粉尘/可燃气体杂混物在空气中的均匀分布，从而准确测得杂混物的最小着火能量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试装置，所述装置包括石英玻璃管、点火电极、扩散器、铜套、底座、高压放电装置、点火电极接头座、储气罐、第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀、第四进气阀、第一压缩空气气瓶、第二压缩可燃气体气瓶、控制阀、盲法兰、泄爆阀和真空泵，其中：

所述石英玻璃管通过底部螺纹垂直固定于所述底座上，该石英玻璃管的顶部通过一个盲法兰及配套螺栓进行封闭，使所述石英玻璃管在配气和点火瞬间处于封闭状态；

在测试过程中，通过启动所述真空泵和手动操作所述控制阀，对所述石英玻璃管内部进行抽气，使所述石英玻璃管的内部形成特定的负压；

在所述盲法兰上安装有一个向外开启的泄爆阀，用于当测试开始点火后，石英玻璃管内的压力超过预设压力值时开启泄压；

所述点火电极为左右两根相对布置，通过所述点火电极接头座和铜套固定在所述石英玻璃管的下部；所述点火电极通过导线连接至所述高压放电装置，通过所述高压放电装置释放的电荷实现点火操作；

所述第一压缩空气气瓶、第二进气阀、第四进气阀为配套的手动进气阀；所述第二压缩可燃气体气瓶、第一进气阀、第三进气阀为另一组配套的手动进气阀；

所述储气罐配有压力表，通过控制第一进气阀、第二进气阀在储气罐内实现预期浓度的空气/可燃气体混合物和特定压力，作为所述扩散器的扬尘动力；

所述扩散器用于借助一定的气流将覆盖在其表面的粉尘扬起形成粉尘云；在测试过程中，通过启动所述扩散器，使其上部覆盖的待测粉体扬起在所述石英玻璃管中形成粉尘云，再通过所述高压放电装置和点火电极在特定的点火延迟时间下放电点火。

所述石英玻璃管的内径为68mm，容积为1.2L，承压不小于0.4MPa。

所述石英玻璃管为透明状，便于操作者观察待测粉尘云的着火和火焰传播情况。

所述点火电极为不锈钢材质，直径为2mm，尖端呈现半球状。

所述点火电极能沿水平方向调节，进而控制两个电极之间的缝隙，该缝隙不应小于6mm。

通过所述高压放电装置能设置一定的点火能量和点火延迟时间；

所述高压放电装置的放电回路电阻不超过5Ω，放电回路电感不超过25μH；

该高压放电装置通过内部电容瞬间释放电荷，电荷释放能量能实现等步长可调，步长为1mJ，调节范围为1mJ-1J。

所述装置还包括第一阻火器和第二阻火器，其中：

所述第一阻火器连接于储气罐，用于防止石英玻璃管内的火焰通过扩散器传播进入储气罐和第一压缩空气气瓶、第二压缩可燃气体气瓶内进而引起爆炸事故；

所述第二阻火器连接于盲法兰顶部的连接管，用于防止石英玻璃管内的火焰通过盲法兰顶部的连接管传播进入真空泵和第一压缩空气气瓶、第二压缩可燃气体气瓶内进而引起爆炸事故。

一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试方法，所述方法包括：

步骤1、首先在给定的可燃气体浓度X和可燃粉尘浓度Y下，用一个能点燃可燃粉尘/可燃气体/空气粉尘云的能量值的电火花开始进行点火测试，直到连续指定次数的试验均出现着火为止；

步骤2、改变点火延迟时间、喷粉压力，逐次减半降低点火能量，直到连续指定次数的试验均未出现着火为止；

步骤3、所测得的最小着火能量E_min介于连续指定次数的试验均未出现着火的最大能量值E₁和连续指定次数的试验均出现着火的最小能量值E₂之间，即：

E₁<E_min<E₂。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置改进了配气技术和喷粉技术，实现了点火瞬间可燃粉尘/可燃气体杂混物在空气中的均匀分布，从而准确测得杂混物的最小着火能量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供测试方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例所述方法及装置在传统哈特曼管及其测试方法的基础上，改进了配气技术和喷粉技术，实现了点火瞬间可燃粉尘/可燃气体杂混物在空气中的均匀分布。下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试装置的结构示意图，所述装置主要包括石英玻璃管1、点火电极2、扩散器3、铜套4、底座5、高压放电装置6、点火电极接头座7、储气罐9、第一进气阀10、第二进气阀11、第三进气阀12、第四进气阀13、第一压缩空气气瓶14、第二压缩可燃气体气瓶15、控制阀16、盲法兰17、泄爆阀19和真空泵20，其中各部件的连接及工作关系为：

石英玻璃管1通过底部螺纹垂直固定于底座5上，石英玻璃管1的顶部通过一个盲法兰17及配套螺栓进行封闭，使所述石英玻璃管1在配气和点火瞬间处于封闭状态；

在测试过程中，能通过启动真空泵20和手动操作控制阀16，对石英玻璃管1内部进行抽气，使石英玻璃管1的内部形成特定的负压；

在盲法兰17上安装有一个向外开启的泄爆阀19，泄爆阀19的开启压力为0.2MPa(超压)，用于当测试开始点火后，石英玻璃管1内的压力超过预设压力值时开启泄压；该泄爆阀19可手动关闭并再次使用，如果点火后泄爆阀19未开启，也可手动打开进行泄压；

点火电极2为左右两根相对布置，通过点火电极接头座7和铜套4固定在石英玻璃管1的下部；具体实现中，该点火电极2距离石英玻璃管1有80mm；点火电极2通过导线连接至高压放电装置6，通过所述高压放电装置6释放的电荷实现点火操作；

第一压缩空气气瓶14、第二进气阀11、第四进气阀13为配套的手动进气阀；第二压缩可燃气体气瓶15、第一进气阀10、第三进气阀12为另一组配套的手动进气阀；

储气罐9的承压为2MPa，配有压力表，通过控制第一进气阀10、第二进气阀11在储气罐9内实现预期浓度的空气/可燃气体混合物和特定压力，作为扩散器3的扬尘动力；

扩散器3用于借助一定的气流将覆盖在其表面的粉尘扬起形成粉尘云；在测试过程中，通过启动扩散器3，使其上部覆盖的待测粉体扬起在所述石英玻璃管1中形成粉尘云，再通过高压放电装置6和点火电极2在特定的点火延迟时间下放电点火。

具体实现中，上述石英玻璃管1的内径为68mm，容积为1.2L，承压不小于0.4MPa。

同时，该石英玻璃管1为透明状，便于操作者观察待测粉尘云的着火和火焰传播情况。

上述点火电极2为不锈钢材质，直径为2mm，尖端呈现半球状。且该点火电极2能沿水平方向调节，进而控制两个电极之间的缝隙，该缝隙不应小于6mm。

另外，通过所述高压放电装置6能设置一定的点火能量和点火延迟时间；该高压放电装置6的放电回路电阻不超过5Ω，放电回路电感不超过25μH，通过内部电容瞬间释放电荷，电荷释放能量能实现等步长可调，步长为1mJ，调节范围为1mJ-1J。

另外，所述装置还可以包括第一阻火器8和第二阻火器18，如图1所示，其中：

所述第一阻火器8连接于储气罐9，用于防止石英玻璃管1内的火焰通过扩散器3传播进入储气罐9和第一压缩空气气瓶14、第二压缩可燃气体气瓶15内进而引起爆炸事故；

所述第二阻火器18连接于盲法兰17顶部的连接管，用于防止石英玻璃管1内的火焰通过盲法兰17顶部的连接管传播进入真空泵20和第一压缩空气气瓶14、第二压缩可燃气体气瓶15内进而引起爆炸事故。

基于上述的测试装置，本发明实施例还提供了一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试方法，如图2所示为本发明实施例所提供测试方法的流程示意图，所述方法包括：

步骤1、首先在给定的可燃气体浓度X和可燃粉尘浓度Y下，用一个能点燃可燃粉尘/可燃气体/空气粉尘云的能量值的电火花开始进行点火测试，直到连续指定次数的试验均出现着火为止；

这里，连续指定次数的试验可以参考现有标准《GB/T 16428-1996粉尘云最小着火能量测定方法》，设定为20次，也可以根据实际需求将其设定为10次，15次，18次，25次等，次数越多，可靠性越大。

步骤2、改变点火延迟时间、喷粉压力，逐次减半降低点火能量，直到连续指定次数的试验均未出现着火为止；

相应的，这里连续指定次数的试验也可以设定为20次。

步骤3、所测得的最小着火能量E_min介于连续指定次数的试验均未出现着火的最大能量值E₁和连续指定次数的试验均出现着火的最小能量值E₂之间，即：

E₁<E_min<E₂。

下面以具体的实例对上述装置的测试过程进行详细描述：

1、装粉。假定待测可燃粉尘/可燃气体杂混物中可燃气体浓度(可燃气体体积与玻璃管容积的比值)为X，可燃粉尘浓度(给定粉尘质量与玻璃管容积的比值)为Y。将石英玻璃管1从底座5上取下，将特定质量的待测粉尘均匀布于扩散器3部位，并将石英玻璃管1通过螺纹重新安装在底座5上。

2、储气罐配气。预设储气罐9内的最终压力即喷粉压力，基于分压法，通过手动控制第一压缩空气气瓶14、第二压缩可燃气体气瓶15向储气罐9内部配气，使储气罐9内部可燃气体浓度恒定为X，且达到预设的喷粉压力；然后关闭第一压缩空气气瓶14、第二压缩可燃气体气瓶15两个进气阀。

3、玻璃管配气。通过真空泵20和控制阀16对石英玻璃管1内部进行抽气，使其内部形成特定的负压。基于分压法，通过手动控制第三进气阀12、第四进气阀13向石英玻璃管1内部配气，使石英玻璃管1内部可燃气体浓度恒定为X，且仍处于一定负压，应确保储气罐9内混合气体喷入石英玻璃管1内以后，石英玻璃管1内压力达到标准大气压；然后关闭第三进气阀12、第四进气阀13和控制阀16。

4、设置点火参数。利用高压放电装置6设置一定的点火能量、点火延迟时间。

5、通过自动控制系统启动扩散器3，使其上部覆盖的待测粉体扬起在石英玻璃管1中形成粉尘云，然后通过高压放电装置6和点火电极2启动点火系统，在特定点火延迟时间下放电点火。

6、判定是否点着。点火以后，如果在石英玻璃管1内能看到火焰，特别是顶部泄爆阀19开启，说明石英玻璃管1内部爆炸压力达到0.2MPa，则认为此次试验为“点着”；反之，若没有火焰或有较弱火焰但泄爆阀未开启，则认为此次试验为“未点着”。

7、测试结束，通过泄爆阀19对石英玻璃管1进行泄压以后，将石英玻璃管1取下，清理管内和扩散器上部残留物质。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明实施例所提供的装置改进了配气技术和喷粉技术，实现了点火瞬间可燃粉尘/可燃气体杂混物在空气中的均匀分布，从而准确测得杂混物的最小着火能量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试装置，其特征在于，所述装置包括石英玻璃管、点火电极、扩散器、铜套、底座、高压放电装置、点火电极接头座、储气罐、第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀、第四进气阀、第一压缩空气气瓶、第二压缩可燃气体气瓶、控制阀、盲法兰、泄爆阀和真空泵，其中：

所述石英玻璃管通过底部螺纹垂直固定于所述底座上，该石英玻璃管的顶部通过一个盲法兰及配套螺栓进行封闭，使所述石英玻璃管在配气和点火瞬间处于封闭状态；

在测试过程中，通过启动所述真空泵和手动操作所述控制阀，对所述石英玻璃管内部进行抽气，使所述石英玻璃管的内部形成特定的负压；

在所述盲法兰上安装有一个向外开启的泄爆阀，用于当测试开始点火后，石英玻璃管内的压力超过预设压力值时开启泄压；

所述点火电极为左右两根相对布置，通过所述点火电极接头座和铜套固定在所述石英玻璃管的下部；所述点火电极通过导线连接至所述高压放电装置，通过所述高压放电装置释放的电荷实现点火操作；其中，通过所述高压放电装置能设置一定的点火能量和点火延迟时间；所述高压放电装置的放电回路电阻不超过5Ω，放电回路电感不超过25μH；该高压放电装置通过内部电容瞬间释放电荷，电荷释放能量能实现等步长可调，步长为1mJ，调节范围为1mJ-1J；

所述第一压缩空气气瓶、第二进气阀、第四进气阀为配套的手动进气阀；所述第二压缩可燃气体气瓶、第一进气阀、第三进气阀为另一组配套的手动进气阀；

所述储气罐配有压力表，通过控制第一进气阀、第二进气阀在储气罐内实现预期浓度的空气/可燃气体混合物和特定压力，作为所述扩散器的扬尘动力；

所述扩散器用于借助一定的气流将覆盖在其表面的粉尘扬起形成粉尘云；在测试过程中，通过启动所述扩散器，使其上部覆盖的待测粉体扬起在所述石英玻璃管中形成粉尘云，再通过所述高压放电装置和点火电极在特定的点火延迟时间下放电点火。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，

所述石英玻璃管的内径为68mm，容积为1.2L，承压不小于0.4MPa。

3.如权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，

所述石英玻璃管为透明状，便于操作者观察待测粉尘云的着火和火焰传播情况。

4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，

所述点火电极为不锈钢材质，直径为2mm，尖端呈现半球状。

5.如权利要求1或4所述的测试装置，其特征在于，

所述点火电极能沿水平方向调节，进而控制两个电极之间的缝隙，该缝隙不应小于6mm。

6.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述装置还包括第一阻火器和第二阻火器，其中：

所述第一阻火器连接于储气罐，用于防止石英玻璃管内的火焰通过扩散器传播进入储气罐和第一压缩空气气瓶、第二压缩可燃气体气瓶内进而引起爆炸事故；

所述第二阻火器连接于盲法兰顶部的连接管，用于防止石英玻璃管内的火焰通过盲法兰顶部的连接管传播进入真空泵和第一压缩空气气瓶、第二压缩可燃气体气瓶内进而引起爆炸事故。

7.一种可燃粉尘/可燃气体杂混物最小着火能量的测试方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1所述装置进行测试，具体过程包括：

步骤1、首先在给定的可燃气体浓度X和可燃粉尘浓度Y下，用一个能点燃可燃粉尘/可燃气体/空气粉尘云的能量值的电火花开始进行点火测试，直到连续指定次数的试验均出现着火为止；

步骤2、改变点火延迟时间、喷粉压力，逐次减半降低点火能量，直到连续指定次数的试验均未出现着火为止；

步骤3、所测得的最小着火能量E_min介于连续指定次数的试验均未出现着火的最大能量值E₁和连续指定次数的试验均出现着火的最小能量值E₂之间，即：

E₁<E_min<E₂。

8.如权利要求7所述测试方法，其特征在于，所述连续指定次数的试验为连续20次试验。