CN109668932A - 用于快速测试可燃气体点火温度的装置及方法 - Google Patents

用于快速测试可燃气体点火温度的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于快速测试可燃气体点火温度的装置及方法，主要解决现有技术中对于可燃气体中产生的局部热点、火源对燃烧爆炸的影响缺乏有效的测试手段的问题。本发明通过采用一种用于快速测试可燃气体点火温度的装置，包括爆炸腔体、静态混合器、预热器、真空泵、计算机控制系统，可燃气体钢瓶与静态混合器入口相连，静态混合器出口与预热器入口相连，预热器出口与爆炸腔体相连，爆炸腔体与真空泵相连，爆炸腔体内设有点火电阻丝的技术方案较好地解决了上述问题，可用于快速测试可燃气体点火温度中。

Description

用于快速测试可燃气体点火温度的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于快速测试可燃气体点火温度的装置及方法。
背景技术
石油化工企业的生产过程中会产生各种各样的可燃气体，可燃气体也经常作为这些企业的生产原料；在日常生活中，可燃气体同样随处可见。可燃气体着火会引起燃烧爆炸，在特定条件下还会形成爆轰，对建筑设施、工业设备等造成严重损坏，危及人身安全。研究可燃气体的燃烧、爆炸规律及影响因素，对于预防事故的发生及救灾具有重要意义。
目前用于测试可燃气体燃烧爆炸特性的仪器主要有爆轰管、爆炸参数测试仪、可燃气体最小点火能测试仪、可燃气体高压富氧自燃点测试仪等。其中，爆轰管、20L爆炸腔体可以用来测试可燃气体的爆炸极限，测试样品量大，测试过程中需多次试差；最小点火能主要用来测试引发可燃气体发生燃烧爆炸的的最小点火能量，虽然样品量较少，但测试条件苛刻，得到的测试结果为极限条件下的定性结果，对工况条件下的工业生产指导意义不大；高压富氧自燃点测试仪，主要用于考察环境温度、体系温度对可燃气体发生燃烧爆炸的影响。红外测温枪是一种较为常用的非接触式测温仪器，但测量容器内点火源的温度时，其精度、重复性较差。CN102519604B公开了一种炼铁热风炉顶红外辐射测温方法，其测试过程复杂，仪器占地体积大，无法满足实验室条件下点火温度的快速测试。CN102680128B公开了一种非接触式测温方法及利用该测温方法的装置，利用磁性感温元件的温度特性来测量温度的变化，通过控制电路实现温度检测及控制，可以实现非接触式的温度测量，但其测温上限非常低，高于于300℃时无法使用。
总体来说，目前针对可燃气体燃烧爆炸特性的测试主要集中在爆炸极限、最小点火能、环境因素的影响。而对于可燃气体中产生的局部热点、火源对燃烧爆炸的影响缺乏有效的测试手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中对于可燃气体中产生的局部热点、火源对燃烧爆炸的影响缺乏有效的测试手段的问题，提供一种新的用于快速测试可燃气体点火温度的装置，具有对于可燃气体中产生的局部热点、火源对燃烧爆炸的影响可以进行有效测试的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决的技术问题之一相对应的快速测试可燃气体点火温度的方法。
为解决上述问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种用于快速测试可燃气体点火温度的装置，包括爆炸腔体、静态混合器、预热器、真空泵、计算机控制系统，可燃气体容器与静态混合器入口相连，静态混合器出口与预热器入口相连，预热器出口与爆炸腔体相连，爆炸腔体与真空泵相连，爆炸腔体内设有点火电阻丝。
上述技术方案中，优选地，可燃气体容器与静态混合器入口相连的管线上设有压力表、流量控制器。
上述技术方案中，优选地，爆炸腔体上设有活塞压缩系统，爆炸腔体上设有压力测量元件和安全阀。
上述技术方案中，优选地，点火电阻丝的材质为Ni-Cr合金、Fe-Cr-Al合金、Mo、W、Ta、石墨、碳化硅中的一种或几种，点火电阻丝的长度为0.1～10cm，直径为0.01cm～0.35cm；参比电阻丝的材质为Ni-Cr合金、Fe-Cr-Al合金、Mo、W、Ta、石墨、碳化硅中的一种或几种，参比电阻丝的阻值为0.3～20Ω。
上述技术方案中，更优选地，点火电阻丝的材质为W、碳化硅中，点火电阻丝的长度为1.5～2.5cm，直径为0.02～0.1cm；参比电阻丝的材质为Ni-Cr合金、Fe-Cr-Al合金、W，参比电阻丝的阻值为3～7Ω。
上述技术方案中，优选地，加热电源的额定输出电压为10～100V；点火电阻丝的升温速率为5～30℃/min。
上述技术方案中，优选地，加热电源的额定输出电压为30～45V；点火电阻丝的升温速率为7～15℃/min。
为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种快速测试可燃气体点火温度的方法，采用所述的装置，爆炸腔体通过真空泵抽真空，除去空气、杂质气体；可燃气体经过净化、计量后进入静态混合器均匀混合，随后经过预热器将其加热至待测温度，进入爆炸腔体；将爆炸腔体前后的阀门关闭，系统通过活塞压缩增压至预设压力，开启计算机程序控温点火系统，系统程序通过控制点火电阻丝与参比电阻丝阻值的变化，实现点火电阻丝温度以一定的速率上升；当点火电阻丝升温至可燃气体的着火点时，系统内的可燃气体发生爆炸，从而得到可燃气体在该工况下的点火温度；测试完成后，打开放空阀，将实验样品放空。
上述技术方案中，优选地，可燃气体首先通过静态混合器混合均匀，经预热器加热至预设温度，然后进入爆炸腔体；随后开始点火温度测试，计算机控制系统通过控制点火电阻丝与参比电阻丝的阻值变化，使点火电阻丝的温度以稳定的升温速率升温，当其达到可燃气体的着火点时，系统内发生爆炸，从而得到可燃气体的点火温度。
本发明所提供的测试可燃气体点火温度的装置，可快速有效的测量可燃气体在不同工况条件下的点火温度，对工况的燃爆风险进行定量评估，根据研究结果对生产装置建立合理的报警措施及安全保护方案。从事石油、化工、制药等涉及可燃气工艺的企业，以及从事安全工程研究的单位对本装置具有较高的需求。随着我国石油、化工企业过程安全控制技术的逐步完善，本发明在从事石油、化工、制药等领域的生产企业中有相当的应用推广价值。根据文献检索结果，目前国内外尚未建立和设计类似本专利的用于快速测试可燃气体点火温度的装置。本发明先后进行了乙烯、乙炔、丙烯等可燃气体的点火温度测试，使用情况稳定，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述装置的流程示意图。
图1中，1、8气体钢瓶；2、9过滤器；3、5、10、12、17压力表；4、11减压阀；6、13流量计；7、14单向阀；15混合器；16预热器；18点火电阻丝；19模拟信号对比；20参比电阻；21信号记录；22数字电压；23加热电源；24安全阀；25计算机控制系统；26爆炸腔体；27活塞压缩；28真空泵。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
实施例一
一种用于快速测试可燃气体点火温度的装置，包括爆炸腔体、静态混合器、预热器、真空泵、计算机控制系统，可燃气体钢瓶与静态混合器入口相连，静态混合器出口与预热器入口相连，预热器出口与爆炸腔体相连，爆炸腔体与真空泵相连，爆炸腔体内设有点火电阻丝。可燃气体钢瓶与静态混合器入口相连的管线上设有压力表、流量控制器。爆炸腔体上设有活塞压缩系统，爆炸腔体上设有压力测量元件和安全阀。可燃气体首先通过静态混合器混合均匀，经预热器加热至预设温度，然后进入爆炸腔体；随后开始点火温度测试，计算机控制系统通过控制点火电阻丝与参比电阻丝的阻值变化，使点火电阻丝的温度以稳定的升温速率升温，当其达到可燃气体的着火点时，系统内发生爆炸，从而得到可燃气体的点火温度。爆炸腔体通过真空泵抽真空，除去空气、杂质气体；来自钢瓶的可燃气体经过净化、计量后进入静态混合器均匀混合，随后经过预热器将其加热至待测温度，进入爆炸腔体；将爆炸腔体前后的阀门关闭，系统通过活塞压缩增压至预设压力，开启计算机程序控温点火系统，系统程序通过控制点火电阻丝与参比电阻丝阻值的变化，实现点火电阻丝温度以一定的速率上升；当点火电阻丝升温至可燃气体的着火点时，系统内的可燃气体发生爆炸，从而得到可燃气体在该工况下的点火温度；测试完成后，打开放空阀，将实验样品放空。
纯乙炔分解爆炸点火温度测试：首先开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.001MPa(绝压)以下，除去空气、杂质气体；来自钢瓶的乙炔经减压阀减压至0.2MPa(绝压)，通过预热器将其加热至60℃，进入爆炸球，维持爆炸球内的压力为0.2MPa，将爆炸腔体前后的阀门关闭，开启程序升温点火系统，电阻丝以15℃/min的升温温度加热升温。
实验过程中，参比电阻丝材质为Ni-Cr合金、阻值6Ω；点火电阻丝直径0.02cm、长2.5cm，材质为碳化硅，重复三次。
三次测试得到的点火温度分别为1182℃、1189℃、1179℃，具有良好的重复性。
实施例二
按照实施例1所述的条件和步骤，纯乙炔分解爆炸点火温度测试：首先开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.001MPa(绝压)以下，除去空气、杂质气体；乙炔净化过滤后通过预热器将其加热至60℃，进入爆炸腔体将爆炸腔体前后的阀门关闭，通过活塞压缩将腔体内的压力增压至0.35MPa(绝压)，开启程序升温点火系统，电阻丝以20℃/min的升温速率加热升温。
实验过程中，参比电阻丝材质为Ni-Cr合金、阻值6Ω；点火电阻丝直径0.02cm、长2.5cm，材质为碳化硅，重复三次。
三次测试得到的点火温度分别为933℃、928℃、939℃，具有良好的重复性。
实验测得：纯乙炔在60℃、0.35MPa条件下发生分解爆炸的点火温度为940℃。
实施例三
按照实施例1所述的条件和步骤，乙炔、空气混合气的点火温度测试：首先开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.001MPa(绝压)以下；分别将钢瓶乙炔、钢瓶空气经减压阀减压至0.18MPa(绝压)，将乙炔、空气经过流量计计量后按照3:1的体积比进行配气，混合气体通过静态混合器实现均匀混合，进入爆炸腔体，将爆炸腔体前后的阀门关闭，通过活塞压缩将腔体内的压力增压至0.4MPa(绝压)，开启程序升温点火测试系统，电阻丝以15℃/min的升温速率加热升温。
实验过程中，参比电阻丝材质为Fe-Cr-Al合金、阻值6Ω；点火电阻丝直径0.02cm、长2.5cm，材质为碳化硅，重复三次。
三次测试得到的点火温度分别为821℃、812℃、825℃，具有良好的重复性。
实施例四
按照实施例1所述的条件和步骤，含硫化氢的乙炔点火温度测试：首先开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.001MPa(绝压)以下，除去空气、杂质气体；分别将乙炔、硫化氢经减压阀减压至0.17MPa(绝压)，将乙炔、硫化氢经过流量计计量后按照50:1的体积比进行配气，混合气体通过静态混合器实现均匀混合，通过预热器将混合气体加热至55℃，进入爆炸腔体，维持爆炸腔体内的压力为0.17MPa，将爆炸腔体前后的阀门关闭，开启程序升温点火系统。实验过程中，参比电阻丝材质为Fe-Cr-Al合金、阻值5Ω；点火电阻丝直径0.02cm、长2.5cm，材质为碳化硅，重复三次。
三次测试得到的点火温度分别为1311℃、1320℃、1325℃，具有良好的重复性。
实施例五
按照实施例1所述的条件和步骤，乙烯、氧气混合气在负压条件下的点火温度测试：首先开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.001MPa(绝压)以下，除去空气、杂质气体；分别将钢瓶乙烯、氧气经减压阀减压至0.2MPa(绝压)，将乙烯、氧气经过流量计计量后按照1:1的体积比进行配气，混合气体通过静态混合器实现均匀混合，通过预热器将混合气体加热至35℃，进入爆炸腔体，将爆炸腔体的前进口阀关闭，随后开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.05MPa(绝压)，将爆炸腔体前后的阀门关闭，开启计算机程序控温点火系统，电阻丝以20℃/min的升温速率加热升温。
实验过程中，参比电阻丝材质为Fe-Cr-Al合金、阻值5Ω；点火电阻丝直径0.03cm、长2.5cm，材质为碳化硅，重复三次。
三次测试得到的点火温度分别为1422℃、1433℃、1418℃，具有良好的重复性。
实施例六
按照实施例1所述的条件和步骤，丙烯、空气混合气的点火温度测试：首先开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.001MPa(绝压)以下；分别将钢瓶丙烯、空气经减压阀减压至0.55MPa(绝压)，将丙烯、空气经过流量计计量后按照2:1的体积比进行配气，混合气体通过静态混合器均匀混合后进入爆炸腔体，维持爆炸腔体内的压力为0.55MPa，将爆炸腔体前后的阀门关闭，开启计算机程序控温点火系统，电阻丝以20℃/min的升温速率加热升温。
实验过程中，参比电阻丝材质为Fe-Cr-Al合金、阻值5Ω；点火电阻丝直径0.15cm、长2.3cm，材质为钨，重复三次。
三次测试得到的点火温度分别为910℃、932℃、925℃，具有良好的重复性。
对比例一
按照实施例1所述的条件和步骤，含硫化氢的乙炔点火温度测试：首先开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.001MPa(绝压)以下，除去空气、杂质气体；分别将乙炔、硫化氢经减压阀减压至0.19MPa(绝压)，将乙炔、硫化氢经过流量计计量后按照50:1的体积比进行配气，混合气体通过静态混合器实现均匀混合，通过预热器将混合气体加热至45℃，进入爆炸腔体，维持爆炸腔体内的压力为0.19MPa，将爆炸腔体前后的阀门关闭，开启程序升温点火系统。采用红外测温枪监测点火温度，重复三次。
三次测得的点火温度分别为1120℃、1530℃、1390℃，重复性差。
对比例二
按照实施例1所述的条件和步骤，乙烯、氧气混合气在负压条件下的点火温度测试：首先开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.001MPa(绝压)以下，除去空气、杂质气体；分别将钢瓶乙烯、氧气经减压阀减压至0.2MPa(绝压)，将乙烯、氧气经过流量计计量后按照1:1的体积比进行配气，混合气体通过静态混合器实现均匀混合，通过预热器将混合气体加热至45℃，进入爆炸腔体，将爆炸腔体的前进口阀关闭，随后开启真空泵，将爆炸腔体内的压力降至0.05MPa(绝压)，将爆炸腔体前后的阀门关闭，开启计算机程序控温点火系统，电阻丝以15℃/min的升温速率加热升温。采用红外测温枪监测点火温度，重复三次。
三次测得点火温度分别为980℃、1530℃、1150℃，重复性差。

Claims (9)

1.一种用于快速测试可燃气体点火温度的装置，包括爆炸腔体、静态混合器、预热器、真空泵、计算机控制系统，可燃气体容器与静态混合器入口相连，静态混合器出口与预热器入口相连，预热器出口与爆炸腔体相连，爆炸腔体与真空泵相连，爆炸腔体内设有点火电阻丝。
2.根据权利要求1所述用于快速测试可燃气体点火温度的装置，其特征在于可燃气体容器与静态混合器入口相连的管线上设有压力表、流量控制器。
3.根据权利要求1所述用于快速测试可燃气体点火温度的装置，其特征在于爆炸腔体上设有活塞压缩系统，爆炸腔体上设有压力测量元件和安全阀。
4.根据权利要求1所述用于快速测试可燃气体点火温度的装置，其特征在于点火电阻丝的材质为Ni-Cr合金、Fe-Cr-Al合金、Mo、W、Ta、石墨、碳化硅中的一种或几种，点火电阻丝的长度为0.1～10cm，直径为0.01cm～0.35cm；参比电阻丝的材质为Ni-Cr合金、Fe-Cr-Al合金、Mo、W、Ta、石墨、碳化硅中的一种或几种，参比电阻丝的阻值为0.3～20Ω。
5.根据权利要求4所述用于快速测试可燃气体点火温度的装置，其特征在于点火电阻丝的材质为W、碳化硅中，点火电阻丝的长度为1.5～2.5cm，直径为0.02～0.1cm；参比电阻丝的材质为Ni-Cr合金、Fe-Cr-Al合金、W，参比电阻丝的阻值为3～7Ω。
6.根据权利要求1所述用于快速测试可燃气体点火温度的装置，其特征在于加热电源的额定输出电压为10～100V；点火电阻丝的升温速率为5～30℃/min。
7.根据权利要求6所述用于快速测试可燃气体点火温度的装置，其特征在于加热电源的额定输出电压为30～45V；点火电阻丝的升温速率为7～15℃/min。
8.一种快速测试可燃气体点火温度的方法，采用权利要求1所述的装置，爆炸腔体通过真空泵抽真空，除去空气、杂质气体；可燃气体经过净化、计量后进入静态混合器均匀混合，随后经过预热器将其加热至待测温度，进入爆炸腔体；将爆炸腔体前后的阀门关闭，系统通过活塞压缩增压至预设压力，开启计算机程序控温点火系统，系统程序通过控制点火电阻丝与参比电阻丝阻值的变化，实现点火电阻丝温度以一定的速率上升；当点火电阻丝升温至可燃气体的着火点时，系统内的可燃气体发生爆炸，从而得到可燃气体在该工况下的点火温度；测试完成后，打开放空阀，将实验样品放空。
9.根据权利要求8所述快速测试可燃气体点火温度的方法，其特征在于可燃气体首先通过静态混合器混合均匀，经预热器加热至预设温度，然后进入爆炸腔体；随后开始点火温度测试，计算机控制系统通过控制点火电阻丝与参比电阻丝的阻值变化，使点火电阻丝的温度以稳定的升温速率升温，当其达到可燃气体的着火点时，系统内发生爆炸，从而得到可燃气体的点火温度。
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