CN109173114A - 泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置及其抑爆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置及其抑爆方法，包括气体泄爆装置、半球形蒸气云团装置和抑爆装置；气体泄爆装置由气体管道、异径接头和泄爆口通道组成；在气体管道中部内腔处装有传感器；泄爆口通道末端设有泄爆口；半球形蒸气云团装置由半球形薄膜密封预混气体而组合成；抑爆装置由传感器、控制器和抑爆器组成，抑爆器由高压水管、高压泵、电磁阀和水雾喷头装置组成。当管道超压至爆破片某一设定值时爆破片破裂；通过传感器接收管道火焰信号再通过控制器发出指令使水喷雾装置工作对泄爆口的预混火焰以及半球形蒸气云团进行降温灭火。结构合理，实用性高，易拆卸便于检查更换，考虑多方面抑爆细节，抑爆科学有效。

Description

泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置及其抑 爆方法

技术领域

本发明涉及一种泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置及其抑爆方法，用于控制泄爆的预混火焰来消除蒸气云燃烧爆炸危险的可能性。

背景技术

无论是在工业还是农业生产、制造、储存、运输过程中都存在着或大或小的燃烧爆炸隐患，尤其是矿井以及管道输送过程中更易带来重大的人员伤亡与财产损失的爆炸事故。所以泄爆技术的发展对降低受限空间的爆炸事故的发生率的降低有着很重要的作用。

泄爆是在爆炸初始或扩展阶段，将高温高压的燃烧物以及超压气流通过泄压口排出，以保证安全性。而泄爆出来的高温火焰与气流对于周围环境来说可能造成蒸气云爆炸。蒸气云团遭受高温火焰造成的爆炸是较为常见的爆炸事故，所以对泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸进行抑爆处理是十分有科学意义和实际意义的。

如今在国内外都进行了多种抑爆方式的探讨，而自动抑爆方式是最快捷有效的方式，但是却或多或少会对环境造成影响并需要特别加工生产，所以也产生了许多关于水雾抑爆的研究，细水雾对抑制爆炸有较好效果，且天然无污染无需特别加工水资源。细水雾粒度愈小抑爆效果愈明显。

而对于细水雾抑爆研究大部分是在瓦斯管道以及煤矿方面考虑探讨，而对于泄爆口处的火焰抑爆以及蒸气云团的抑爆缺少更为具体的实施方案，所以对于泄爆口预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾抑爆有着巨大的研究需求与实施意义。

发明内容

本发明的目的是根据上述不足之处提供一种泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置及其抑爆方法，本装置通过在泄爆口处安置细水雾喷头喷洒细水雾，有效的控制泄爆火焰扩散并降低泄爆火焰能量以抑制爆炸机率；在泄爆口与可燃蒸气云团中间处安置细水雾喷头可以有效控制氧浓度并提高湿度，继而使气云不易爆炸；在可燃蒸气云上方设立细水雾喷头，降低可燃蒸气云温度并增加水分，降低燃气爆炸能力，有效减小爆炸极限范围。

本发明是采取以下技术方案实现的：

一种泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆的保护装置，其包括气体泄爆装置、半球形蒸气云团装置和抑爆装置；

所述的气体泄爆装置由气体管道、异径接头和泄爆口通道组成；气体管道和泄爆口通道下部通过连接地面的第一支柱固定；在气体管道中部内腔处装有传感器；气体管道的末端与上夹持器通过入口法兰固定相连，异径接头的前端与下夹持器通过出口法兰固定相连，上夹持器与下夹持器之间装设有爆破片；异径接头的后端与泄爆口通道相连；泄爆口通道末端设有泄爆口；

所述的半球形蒸气云团装置由半球形薄膜密封预混气体而组合成的；所述半球形蒸气云团装置由连接地面的第二支柱支撑；

所述的抑爆装置由传感器、控制器和抑爆器组成，所述传感器紧贴气体管道前端内壁安装，传感器通过电缆线与控制器相连，将火焰信号传送给控制器；抑爆器由高压水管、高压泵、电磁阀和水雾喷头装置组成，所述电磁阀和高压泵分别与控制器相连，高压水管分别与电磁阀以及高压泵相连；水雾喷头装置与高压泵相连；所述水雾喷头装置具有水雾喷头；

控制器对信号进行判定与分析并将信号快速传输给电磁阀与高压泵，当控制器传递信号给电磁阀时，电磁阀开启并使水流进入高压水管流入高压泵；由于所述的高压泵设置在水雾喷头装置以及电磁阀中间处，在控制器发出信号给电磁阀时，高压泵也同时接受到开启信号，立即启动泵组对水源加压产生高压水流输送至水雾喷头装置，所述的抑爆器通过水雾喷头装置对泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸进行抑爆处理。

所述水雾喷头装置共设有6个，中部水雾喷头设置在半球形蒸气云团装置和泄爆口之间，中部水雾喷头的位置高于半球形蒸气云团装置，用于泄爆口至半球形蒸气云团装置之间的泄爆预混火焰的灭火降温；尾部水雾喷头设置在半球形蒸气云团装置的正上方，用于对半球形蒸气云团装置进行降温以防点燃爆炸；前部的四个水雾喷头均匀分布在泄爆口周围，贴合在泄爆口通道外壁处对泄爆预混火焰进一步控制，随火焰方向射流不让火焰上下扩散。

在泄爆口通道出口的泄爆口设有金属丝网，所述的金属丝网安装在泄爆口出处紧贴管道出口外壁并且绕泄爆口安装一圈金属丝网，金属丝网的网口与泄爆口纵向成5°夹角，金属丝网这样的略微向下倾斜5°的设计，可以使喷射结束的水流顺着金属丝网往下流，不流进泄爆口从而造成腐蚀的。所述金属丝网不仅减弱喷口处的火焰防止火焰过大毁坏泄爆口处的水雾喷头，还可将抑爆系统停止工作时水雾喷头遗留掉下的水滴引流掉到地面而不会掉入泄爆口内，从而使得管道保持干燥不易腐蚀。

优选的，高压泵选取市售的高压往复泵，泵压可调。

优选的，金属丝网采用30目至50目间的不锈钢金属丝网。

所述金属丝网的长度为10mm-20mm，最佳长度为15mm，从而使得金属丝网高度不会阻碍旁边的细水雾喷射，也即喷头喷水的最低处高于金属丝网高度不会影响水的喷射。

优选的，所述水雾喷头按启动方式采用市售的高压细水雾开式灭火喷头。

所述第一支柱和第二支柱与地面距离一致，均为0.5m至1.5m，最佳距离为1m。

由于所述的爆破片处于压力中等或较高的压力不稳条件下工作，因此所述爆破片采用普通正拱型、开缝正拱型或反拱型爆破片；再根据泄爆压力、泄爆面积以及泄爆温度来选择拱型爆破片的型号。

所述预混气体由空气与丙烷气体混合而成，丙烷气体的体积浓度为2.1%至9.5%。

所述传感器采用市售的红外火焰传感器。

泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置的抑爆方法，包括如下步骤：

1）当气体管道发生超压爆炸产生火焰时，传感器检测到火焰信号后，将光电转换成电信号传递给控制器；

2）在步骤1）电信号传递的同时，气体管道的冲击波使爆破片破裂，火焰随之进入异径接头，继而进入泄爆口通道，并从泄爆口喷出；

3）控制器接收到步骤1）传递过来的电信号后，由控制器下达指令给电磁阀和高压泵，将高压水流传输到水雾喷头装置；

4）接收到水流的水雾喷头装置分别在泄爆口周围、水雾喷头装置的正上方以及泄爆口和水雾喷头装置之间的正上方开始喷洒细水雾进行抑爆灭火。

本发明的有益效果：

本发明泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置结构合理，实用性高，易拆卸便于检查更换，考虑多方面抑爆细节。所述的气体管道出口与爆破片装置、爆破片装置与异径接头通过法兰固定，当管道超压至爆破片的某一设定值时爆破片破裂，爆破片破裂的碎片掉入异径接头，异径接头较短便于清理碎片，只需要拆除异径接头的法兰便可以有效清除里面的爆破片碎片。而只需要拆除爆破片装置前后端的法兰与夹持器便可以立即更换爆破片。通过传感器接收管道火焰信号再通过控制器对信号加以处理，最后发出指令使水喷雾装置工作对泄爆口的预混火焰以及半球形蒸气云团进行降温灭火。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明装置的金属丝网设置示意图；

图中，1、气体管道，2、传感器，3、入口法兰，4、上夹持器，5、爆破片，6、下夹持器，7、出口法兰，8、异径接头，9、泄爆口通道，9-1、泄爆口，10、控制器，11、高压水管，12、电磁阀，13、高压泵，14、半球形蒸气云团装置，15、金属丝网，16、中部水雾喷头，17、尾部水雾喷头，18～21、前部的四个水雾喷头（泄爆口处水雾喷头），22-1、第一支柱，22-2、第二支柱，a、夹角。

具体实施方式

参照附图1，一种泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆的保护装置，由气体泄爆装置、半球形蒸气云团装置和抑爆装置组成；

气体泄爆装置由气体管道1、异径接头8和泄爆口通道9组成；气体管道1和泄爆口通道9下部通过连接地面的第一支柱22-1固定；在气体管道1中部内腔处装有传感器2；气体管道1的末端与上夹持器4通过入口法兰3固定相连，异径接头8的前端与下夹持器6通过出口法兰7固定相连，上夹持器4与下夹持器6之间装设有爆破片5；异径接头8的后端与泄爆口通道9相连；泄爆口通道9末端为泄爆口9-1；

如图1所示，半球形蒸气云团装置14由半球形薄膜密封预混气体组成，半球形蒸气云团装置14由连接地面的第二支柱22-2支撑；

抑爆装置由传感器2、控制器10和抑爆器组成，所述传感器2紧贴气体管道1前端内壁安装，传感器2通过电缆线与控制器10相连，将火焰信号传送给控制器10；抑爆器由高压水管11、高压泵13、电磁阀12和水雾喷头装置组成，所述电磁阀12和高压泵13分别与控制器10相连，高压水管11分别与电磁阀12以及高压泵13相连；水雾喷头装置与高压泵13相连；所述水雾喷头装置具有水雾喷头；

所述水雾喷头装置共设有6个，中部水雾喷头16设置在半球形蒸气云团装置14和泄爆口9-1之间，中部水雾喷头16的位置高于半球形蒸气云团装置14；尾部水雾喷头17设置在半球形蒸气云团装置14的正上方；前部的四个水雾喷头18-21均匀分布在泄爆口9-1周围，贴合在泄爆口通道9外壁处对泄爆预混火焰进一步控制，随火焰方向射流不让火焰上下扩散。

在泄爆口通道9出口的泄爆口设有金属丝网15，图2所示，金属丝网的网口与泄爆口纵向成5°夹角a，金属丝网这样的设计，可以使喷射结束的水流顺着金属丝网15往下流，不流进泄爆口9-1从而造成腐蚀的。

如图1所示的实施例中，在某一气体运输管道上安设泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，所述的气体管道1内壁上安装了火焰传感器，并且在气体管道1末端经入口法兰以螺栓连接方式与上夹持器4相连，上夹持器4与下夹持器6之间装有拱型爆破片5，下夹持器6与异径接头8前端经出口法兰7以螺栓连接方式相连接。半球形蒸气云团装置14的半径为0.4m；半球形薄膜采用0.02mm厚度的聚乙烯薄膜；在半球形蒸气云团装置14正上方设置的尾部水雾喷头17对可燃的蒸气云团进行预先降温，在泄爆口9-1与半球形蒸气云团装置14中间正上方位置的中部水雾喷头16对火焰进行降温灭火处理。

在本实施例中，水雾喷头装置的水雾喷头选用XWT-D型细水雾喷头。

火焰传感器采用LVF-001红外火焰传感器，通过电缆连接控制器，控制器对火焰信号进行处理传输给电磁阀12与高压泵13，电磁阀处于高压管道11中间，高压泵13则在水雾喷头装置与电磁阀12间对通过水流加压传输给水雾喷头进行降水灭火抑爆。

当气体管道1发生超压爆炸产生火焰时，红外火焰传感器检测到火焰信号并立即将光电转换成电信号传递给以西门子 S7 － 200 型 PLC 作为主控器件的控制器10，控制器10下达指令使电磁阀12以及高压泵13，从而将高压水流传输至6个XWT-D型细水雾喷头。在信号传递的同时气体管道1的冲击波使爆破片5破裂，火焰随之进入异径接头8继而进入泄爆口通道9并从此泄爆口9-1喷出。而接收到水流的XWT-D型细水雾喷头分别在泄爆口周围、0.4m半径的5%浓度的丙烷蒸气云团的正上方1m处以及两者中间的正上方1m处开始喷洒细水雾进行抑爆灭火。

水作为抑爆介质具有清洁、高效、低成本的特点，在许多阻火装置中均利用水作为阻断爆炸冲击波和火焰的传播。抑制气云团燃烧爆炸可从燃烧的三个要素进行控制。抑制蒸气云的燃烧爆炸首先可以从点火源处进行实施，而泄爆火焰就是气云团的点火源，由于细水雾有较大的比表面积易于吸收大量热量减少火焰对外部的辐射，所以爆炸火焰在高浓度水雾区传播速率有一定程度的下降，所以在泄爆口处安置细水雾喷头喷洒细水雾对泄爆火焰进行降温以降低点火能量可有效的防止可燃蒸气云团的点燃。细水雾降落可以一定程度隔绝取代氧气，将空气水分提高，湿度的提高可使燃气爆炸能力降低，爆炸强度减弱，爆炸极限范围减小，并且使用的细水雾粒度较小并小到一定程度时，细水雾的蒸发速度更快，水蒸气将可燃气云与氧气的隔绝速率更快，使得氧气浓度降低使其处于爆炸界限外，从而失去爆炸性，所以在泄爆口与可燃蒸气云团中间处安置细水雾喷头可以有效控制氧浓度并提高湿度，继而使气云不易爆炸。可燃蒸气云作为可燃物，在其上方设立细水雾喷头可将可燃蒸气云温度降低以及增加水分，当可燃气体中有水存在时，大量的水分子(或水滴)与自由基或自由原子碰撞而使其失去反应活性导致反应能力下降，燃气爆炸能力降低，爆炸极限范围减小。还可将可燃物的浓度降低使其浓度不在爆炸下限内从而抑制气云爆炸。所以在此三处设立细水雾喷头以抑爆科学有效，安全性高，有很强的可实施性。

Claims (10)

1.一种泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，其特征在于，包括气体泄爆装置、半球形蒸气云团装置和抑爆装置；

所述的气体泄爆装置由气体管道、异径接头和泄爆口通道组成；气体管道和泄爆口通道下部通过连接地面的第一支柱固定；在气体管道中部内腔处装有传感器；气体管道的末端与上夹持器通过入口法兰固定相连，异径接头的前端与下夹持器通过出口法兰固定相连，上夹持器与下夹持器之间装设有爆破片；异径接头的后端与泄爆口通道相连；泄爆口通道末端设有泄爆口；

所述的半球形蒸气云团装置由半球形薄膜密封预混气体而组合成的；所述半球形蒸气云团装置由连接地面的第二支柱支撑；

所述的抑爆装置由传感器、控制器和抑爆器组成，所述传感器紧贴气体管道前端内壁安装，传感器通过电缆线与控制器相连，将火焰信号传送给控制器；抑爆器由高压水管、高压泵、电磁阀和水雾喷头装置组成，所述电磁阀和高压泵分别与控制器相连，高压水管分别与电磁阀以及高压泵相连；水雾喷头装置与高压泵相连；所述水雾喷头装置具有水雾喷头；

控制器对信号进行判定与分析并将信号快速传输给电磁阀与高压泵，当控制器传递信号给电磁阀时，电磁阀开启并使水流进入高压水管流入高压泵；由于所述的高压泵设置在水雾喷头装置以及电磁阀中间处，在控制器发出信号给电磁阀时，高压泵也同时接受到开启信号，立即启动泵组对水源加压产生高压水流输送至水雾喷头装置，所述的抑爆器通过水雾喷头装置对泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸进行抑爆处理。

2.根据权利要求1所述的泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，其特征在于，所述水雾喷头装置共设有6个，中部水雾喷头设置在半球形蒸气云团装置和泄爆口之间，中部水雾喷头的位置高于半球形蒸气云团装置，用于泄爆口至半球形蒸气云团装置之间的泄爆预混火焰的灭火降温；尾部水雾喷头设置在半球形蒸气云团装置的正上方，用于对半球形蒸气云团装置进行降温以防点燃爆炸；前部的四个水雾喷头均匀分布在泄爆口周围，贴合在泄爆口通道外壁处对泄爆预混火焰进一步控制，随火焰方向射流不让火焰上下扩散。

3.根据权利要求1所述的泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，其特征在于，在泄爆口通道出口的泄爆口设有金属丝网，所述的金属丝网安装在泄爆口出处紧贴管道出口外壁并且绕泄爆口安装一圈金属丝网。

4.根据权利要求3所述的泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，其特征在于，金属丝网的网口与泄爆口纵向成5°夹角，减弱喷口处的火焰防止火焰过大毁坏泄爆口处的水雾喷头，抑爆系统停止工作时水雾喷头遗留掉下的水滴引流掉到地面而不会掉入泄爆口内，从而使得管道保持干燥不易腐蚀。

5.根据权利要求3所述的泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，其特征在于，所述金属丝网采用30目至50目间的不锈钢金属丝网。

6.根据权利要求3所述的泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，其特征在于，所述金属丝网的长度为10mm-20mm，从而使得金属丝网高度不会阻碍旁边的细水雾喷射，也即喷头喷水的最低处高于金属丝网高度不会影响水的喷射。

7.根据权利要求1所述的泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，其特征在于，所述第一支柱和第二支柱与地面距离一致，均为0.5m至1.5m。

8.根据权利要求1所述的泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，其特征在于，所述爆破片采用普通正拱型、开缝正拱型或反拱型爆破片；所述传感器采用红外火焰传感。

9.根据权利要求1所述的泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置，其特征在于，所述预混气体由空气与丙烷气体混合而成，丙烷气体的体积浓度为2.1%至9.5%。

10.一种权利要求1所述的泄爆预混火焰诱发蒸气云爆炸的细水雾自动抑爆装置的抑爆方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）当气体管道发生超压爆炸产生火焰时，传感器检测到火焰信号后，将光电转换成电信号传递给控制器；

2）在步骤1）电信号传递的同时，气体管道的冲击波使爆破片破裂，火焰随之进入异径接头，继而进入泄爆口通道，并从泄爆口喷出；

3）控制器接收到步骤1）传递过来的电信号后，由控制器下达指令给电磁阀和高压泵，将高压水流传输到水雾喷头装置；

4）接收到水流的水雾喷头装置分别在泄爆口周围、水雾喷头装置的正上方以及泄爆口和水雾喷头装置之间的正上方开始喷洒细水雾进行抑爆灭火。