CN109738608B - 具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置及使用方法，开启真空泵，至第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内为真空状态；负压配比梯度浓度，在五个气体浓度受限空间中配比出不同浓度的可燃气体；点火实验，上位机通过同时控制四个密封装置使五个气体浓度受限空间之间同时联通，并向点火装置发出点火指令，PCB压力传感器感应压力变化，火焰探测器探测火焰信号，将监测数据传至上位机进行分析处理。本发明可实现不同位置的点火、不同组合浓度的可燃气体配置功能，从而研究不同工况条件下具有浓度梯度的可燃气体爆炸传播机理和爆炸演化动力学过程。
Description
技术领域
本发明提供了一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置及使用方法，此装置和方法能够实现容器管道系统多区域不同浓度可燃气体的自动配置，并实施具有浓度梯度的容器管道系统气体爆炸动力学过程和机理研究的模拟实验。
背景技术
随着经济的飞速发展，在工业过程中，特别是石油化工生产中，可燃性气体得到广泛应用。可燃气体通常在密闭空间中，如反应器、反应釜、储罐等各类化工容器或生产装置，而这些容器装置之间并不孤立，而是经由管道连接。可燃气体在生产、储存、运输和使用过程中由于人为失误、容器和管道的缺陷、外部环境等因素，导致容器管道封闭空间内混入空气等其他助燃性气体，极易发生爆炸，跟单个容器相比，容器管道连通装置中气体爆炸强度更高，爆炸波和燃烧火焰通过管道传播，随着气体压缩和湍流化程度的提高，将会发生二次爆炸，由于“压力累积效应”，二次爆炸产生比一次爆炸更高的压强，常常会导致灾难性的后果。当管道较长时，长、径比超过40，爆燃就有可能在管道内演变为爆轰，此时爆炸传播速度可达2000m/s，压力达到甚至超过3MPa。国内外学者对预混气体在密闭空间（密闭房间、柱形容器、球形容器、管道等）中发生爆炸事故的机理、条件和规律做了较多的实验研究和理论分析。受实验条件与实验装置的限制，与独立容器及管道方面的研究相比，容器管道装置内爆炸和泄爆的研究不够深入，相关实验数据不多并且比较分散。而且由于连通型结构内部发生爆炸时情况更为复杂、后果更为严重，因此，开展类似于容器管道系统的连通型装置内可燃气体爆炸研究具有很强的科研和实用价值。以往的燃气管道系统气体爆炸的研究中，均以均一浓度为研究对象。在实际生产装置爆炸事故中，由于管道较长、装置结构复杂，发生可燃气体与主燃气体混合过程中，可燃气体混合物在装置内分布不均匀，存在浓度梯度，因此研究具有浓度梯度工况下的可燃气体爆炸过程，更能模拟现实情景，具有重要的理论和工程应用意义。目前，针对独立装置内可燃气体防爆泄压，国内有相对应的标准规范，而连通型装置的爆炸研究起步较晚，还未形成一致结论，针对连通型装置的防爆泄压没有相对应的规范。
国内外常用的气体爆炸装置为20L球形爆炸容器、1立方柱型爆炸容器，容器管道系统气体装置较少见，主要为南京工业大学研制的连通容器气体爆炸装置，而这些装置均以均一浓度的可燃气体为实验对象，不能实现具有浓度梯度的可燃气体配置。因此，具有浓度梯度的容器管道系统气体爆炸实验装置还鲜有报道。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置及使用方法，这种装置和方法，可以自动配置多区域不同浓度的可燃气体，还可以实施具有浓度梯度的可燃气体爆炸实验，从而研究容器管道系统中具有浓度梯度的可燃气体爆炸传播过程的基本规律、演化动力学过程、爆炸波传播机理。
本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，包括控制系统、点火装置、可燃气源、真空泵、空压机、空气气路电磁阀、可燃气气路电磁阀、主管道电磁阀、PCB压力传感器、压力传感器、火焰探测器、安全阀，控制系统由上位机和PLC控制器组成，其特征在于：还包括爆炸反应容器Ⅰ、爆炸反应容器Ⅱ、密封装置、管道支架；
所述爆炸反应容器Ⅰ包括反应容器Ⅰ、法兰盖Ⅰ、连接法兰Ⅰ、容器底座Ⅰ；
所述反应容器Ⅰ固定在容器底座Ⅰ上，所述连接法兰Ⅰ和法兰盖Ⅰ依次固定在容器法兰Ⅰ上；
在反应容器Ⅰ接口Ⅰ上连接安全阀Ⅰ，接口Ⅱ上连接PCB压力传感器Ⅰ，接口Ⅲ上依次连接容器电磁阀Ⅰ和压力传感器Ⅰ，接口Ⅳ上连接容器火焰探测器Ⅰ，在反应容器Ⅰ侧面上设有点火预留装置Ⅰ和点火预留装置Ⅱ，在反应容器Ⅰ底面设有点火预留装置Ⅲ；
所述爆炸反应容器Ⅱ包括反应容器Ⅱ、法兰盖Ⅱ、连接法兰Ⅱ、容器底座Ⅱ；
反应容器Ⅱ固定在容器底座Ⅱ上，所述连接法兰Ⅱ和法兰盖Ⅱ依次固定在容器法兰Ⅱ上；
在反应容器Ⅱ接口Ⅴ上连接安全阀Ⅴ，接口Ⅵ上连接PCB压力传感器Ⅴ，接口Ⅶ上依次连接容器电磁阀Ⅱ和压力传感器Ⅴ，接口Ⅷ上连接容器火焰探测器Ⅱ，在反应容器Ⅱ侧面设有点火预留装置Ⅳ、点火预留装置Ⅴ，在反应容器Ⅱ底面设有点火预留装置Ⅵ；
爆炸反应容器Ⅰ和爆炸反应容器Ⅱ间隔设置，在爆炸反应容器Ⅰ和爆炸反应容器Ⅱ之间设有数个管道支架，主管道一端与爆炸反应容器Ⅰ管道连接法兰Ⅰ连接，主管道另一端依次穿过数个管道支架与爆炸反应容器Ⅱ管道连接法兰Ⅱ连接，在主管道上间隔的连接有四个密封装置，第一个密封装置与爆炸反应容器Ⅰ的反应容器Ⅰ之间构成第一气体浓度受限空间，
第一个密封装置与第二个密封装置之间构成第二气体浓度受限空间，第二个密封装置与第三个密封装置之间构成第三气体浓度受限空间，第三个密封装置与第四个密封装置之间构成第四气体浓度受限空间，第四个密封装置与爆炸反应容器Ⅱ的反应容器Ⅱ之间构成第五气体浓度受限空间；
所述空气气路管道一端通过空气气路电磁阀Ⅰ与反应容器Ⅰ管道接口Ⅰ连接，空气气路管道的另一端通过空气气路电磁阀Ⅴ与反应容器Ⅱ管道接口Ⅲ连接，真空泵通过真空泵电磁阀与空气气路管道连接，空压机通过空压机电磁阀与空气气路管道连接；
所述可燃气气路管道一端通过可燃气气路电磁阀Ⅰ与反应容器Ⅰ管道接口Ⅱ连接，可燃气气路管道另一端通过可燃气气路电磁阀Ⅴ与反应容器Ⅱ管道接口Ⅳ连接，所述可燃气源通过调压阀与可燃气气路管道连接；
在第二气体浓度受限空间内的主管道上，分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅱ、安全阀Ⅱ、点火预留装置Ⅶ、火焰探测器Ⅰ、PCB压力传感器Ⅱ、主管道电磁阀Ⅰ，主管道电磁阀Ⅰ与压力传感器Ⅱ连接，可燃气气路电磁阀Ⅱ与可燃气气路管道连接，空气气路电磁阀Ⅱ与空气气路管道连接；
在第三气体浓度受限空间内的主管道上分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅲ、空气气路电磁阀Ⅲ、安全阀Ⅲ、点火预留装置Ⅷ、火焰探测器Ⅱ、PCB压力传感器Ⅲ、主管道电磁阀Ⅱ，主管道电磁阀Ⅱ与压力传感器Ⅲ连接，可燃气气路电磁阀Ⅲ与可燃气气路管道连接，空气气路电磁阀Ⅲ与空气气路管道连接；
在第四气体浓度受限空间的主管道分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅳ、空气气路电磁阀Ⅳ、安全阀Ⅳ、点火预留装置Ⅸ、火焰探测器Ⅲ、PCB压力传感器Ⅳ、主管道电磁阀Ⅲ，主管道电磁阀Ⅲ与压力传感器Ⅳ连接，可燃气气路电磁阀Ⅳ与可燃气气路管道连接，空气气路电磁阀Ⅳ与空气气路管道连接；
根据实验需要将点火装置安装于点火预留装置Ⅰ、点火预留装置Ⅱ、点火预留装置Ⅲ、点火预留装置Ⅳ、点火预留装置Ⅴ、点火预留装置Ⅵ、点火预留装置Ⅶ、点火预留装置Ⅷ、点火预留装置Ⅸ的任意一装置中，通过点火装置的螺纹结构可以调节点火装置深入点火预留位置的深度；
点火预留装置Ⅰ可实现反应容器Ⅰ上部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅱ可实现反应容器Ⅰ中部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅲ可实现反应容器Ⅰ底部不同深度处的点火，从而实现反应容器Ⅰ不同位置的点火需求；
点火预留装置Ⅳ可实现反应容器Ⅱ上部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅴ可实现反应容器Ⅱ中部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅵ可实现反应容器Ⅱ底部不同深度处的点火，从而实现反应容器Ⅱ不同位置的点火需求；
点火预留装置Ⅶ可实现第二气体浓度受限空间内的主管道上点火预留装置Ⅶ处管道壁面、管道内部位置的点火需求；
点火预留装置Ⅷ可实现第二气体浓度受限空间内的主管道上点火预留装置Ⅷ处管道壁面、管道内部位置的点火需求；
点火预留装置Ⅸ可实现第二气体浓度受限空间内的主管道上点火预留装置Ⅸ处管道壁面、管道内部位置的点火需求；
电路连接为：上位机通过PLC控制器分别与点火装置、真空泵、空压机、空气气路电磁阀、可燃气气路电磁阀、主管道电磁阀、真空泵电磁阀、空压机电磁阀、PCB压力传感器、压力传感器、火焰探测器、密封装置的伺服电机连接；
点火装置的型号为：KTGD-B型可调式点火器。
一种具有浓度梯度的可燃气体爆炸实验装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：
容器电磁阀Ⅰ、主管道电磁阀Ⅰ、主管道电磁阀Ⅱ、主管道电磁阀Ⅲ、容器电磁阀Ⅱ是为了保护压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ压力传感器Ⅲ、压力传感器Ⅳ、压力传感器Ⅴ在实验过程中免受压力冲击而设置的保护措施，在抽真空的配气过程中处于开启状态，实时监测第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间的压力；
安全阀Ⅰ、安全阀Ⅱ、安全阀Ⅲ、安全阀Ⅳ、安全阀Ⅴ在整个实验过程中均处于工作状态，安全阀在压力超过安全阀整定压力时起跳后复位，释放安全阀所在受限空间的内部压力，保证实验过程中的安全；
内部压力低于安全阀的整定压力后依靠安全阀内部的弹簧机构恢复初始状态，此过程安全阀铅封会断开，此时安全阀即为失效状态，需要重新校验确认后才能使用；
第一步，抽真空；
开启真空泵，通过上位机打开真空泵电磁阀、空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、空气气路电磁阀Ⅳ、空气气路电磁阀Ⅴ、容器电磁阀Ⅰ、主管道电磁阀Ⅰ、主管道电磁阀Ⅱ、主管道电磁阀Ⅲ和容器电磁阀Ⅱ；在上位机上读取压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、压力传感器Ⅳ和压力传感器Ⅴ的数据，至第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内为真空时停止抽真空，关闭真空泵、真空泵电磁阀、空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、空气气路电磁阀Ⅳ和空气气路电磁阀Ⅴ；
第二步，负压配比梯度浓度；
此步骤能够在第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间中配比出不同浓度的可燃气体，在通气过程中通过控制系统控制进入受限空间的气体的压力，始终保持第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内部压力均衡；
配置第一至第五气体浓度受限空间可燃气体浓度从低到高的浓度梯度的配比方法如下：
打开实验样品可燃气源，通过调压阀调节输出气体压力，保持气体恒压输出，通过上位机打开可燃气气路电磁阀Ⅰ、可燃气气路电磁阀Ⅱ、可燃气气路电磁阀Ⅲ、可燃气气路电磁阀Ⅳ和可燃气气路电磁阀Ⅴ，向第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内通入可燃气体，读取压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、压力传感器Ⅳ和压力传感器Ⅴ的数据，至第一气体浓度受限空间设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭可燃气气路电磁阀Ⅰ、可燃气气路电磁阀Ⅱ、可燃气气路电磁阀Ⅲ、可燃气气路电磁阀Ⅳ和可燃气气路电磁阀Ⅴ，停止对第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内通入可燃气体；
开启空压机，通过上位机打开空压机电磁阀、空气气路电磁阀Ⅰ、可燃气气路电磁阀Ⅱ、可燃气气路电磁阀Ⅲ、可燃气气路电磁阀Ⅳ和可燃气气路电磁阀Ⅴ，读取压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、压力传感器Ⅳ和压力传感器Ⅴ的数据，至第二气体浓度受限空间设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ、可燃气气路电磁阀Ⅱ、可燃气气路电磁阀Ⅲ、可燃气气路电磁阀Ⅳ和可燃气气路电磁阀Ⅴ，停止对第一气体浓度受限空间通入空气，停止对第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内通入可燃气体；
通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、可燃气气路电磁阀Ⅲ、可燃气气路电磁阀Ⅳ和可燃气气路电磁阀Ⅴ，读取压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、压力传感器Ⅳ、压力传感器Ⅴ的数据，至第三气体浓度受限空间设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、可燃气气路电磁阀Ⅲ、可燃气气路电磁阀Ⅳ和可燃气气路电磁阀Ⅴ，停止对第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间通入空气，停止对第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内通入可燃气体；
通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、可燃气气路电磁阀Ⅳ和可燃气气路电磁阀Ⅴ，读取压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、压力传感器Ⅳ、压力传感器Ⅴ的数据，至第四气体浓度受限空间设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、可燃气气路电磁阀Ⅳ和可燃气气路电磁阀Ⅴ，停止对第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间通入空气，停止对第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内通入可燃气体；
通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、空气气路电磁阀Ⅳ、可燃气气路电磁阀Ⅴ，读取压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、压力传感器Ⅳ、压力传感器Ⅴ的数据，至第五气体浓度受限空间设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、空气气路电磁阀Ⅳ、可燃气气路电磁阀Ⅴ，停止对第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间通入空气，停止对第五气体浓度受限空间内通入可燃气体；
通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、空气气路电磁阀Ⅳ、空气气路电磁阀Ⅴ，读取压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、压力传感器Ⅳ、压力传感器Ⅴ的数据，至大气压时，上位机发出信号，停止对第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内通入空气；
通过上位机关闭空压机、空压机电磁阀、空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、空气气路电磁阀Ⅳ、空气气路电磁阀Ⅴ、容器电磁阀Ⅰ、主管道电磁阀Ⅰ、主管道电磁阀Ⅱ、主管道电磁阀Ⅲ、容器电磁阀Ⅱ，关闭可燃气源，配气完成；
配气后第一气体浓度受限空间容器内有5%可燃气体，第二气体浓度受限空间管道内有7.5%可燃气体，第三气体浓度受限空间管道内有10%可燃气体，第四气体浓度受限空间管道内有12.5%可燃气体，第五气体浓度受限空间容器内有15%可燃气体，以P0代表常压，第一气体浓度受限空间容器内可燃气体的绝对压力为P0/20，第二气体浓度受限空间管道内可燃气体的绝对压力为3P0/40，第三气体浓度受限空间管道内可燃气体的绝对压力为P0/10，第四气体浓度受限空间管道内可燃气体的绝对压力为P0/8，第五气体浓度受限空间容器内可燃气体的绝对压力为3P0/20；
第三步，点火实验；
确认关闭所有电磁阀后，上位机通过同时控制四个密封装置中的四个伺服电机输出轴带动密封板旋转90°，使密封板的通道孔Ⅲ或通道孔Ⅳ与下衬板通道孔Ⅰ和上衬板通道孔Ⅱ相通，使第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间之间同时联通，此时上位机向点火装置发出指令，开始点火实验；
PCB压力传感器Ⅰ、PCB压力传感器Ⅱ、PCB压力传感器Ⅲ、PCB压力传感器Ⅳ、PCB压力传感器Ⅴ感应内部压力的变化，容器火焰探测器Ⅰ、容器火焰探测器Ⅱ、火焰探测器Ⅰ、火焰探测器Ⅱ、火焰探测器Ⅲ探测火焰信号，将监测数据传至上位机进行分析处理；通过分析最大爆炸压力、最大压力上升速率、爆炸波传播速度、火焰演变参数来研究具有浓度梯度的可燃气体爆炸传播机理，分析爆炸的演化动力学过程；
完成实验后，上位机发出指令，同时控制四个密封装置中的四个伺服电机输出轴带动密封板再次旋转90°，使密封板的盲板区域将通道孔Ⅰ和通道孔Ⅱ密封住，进而密封住通道，再开启法兰盖Ⅰ、法兰盖Ⅱ，启动空压机，打开空压机电磁阀、空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、空气气路电磁阀Ⅳ、空气气路电磁阀Ⅴ，吹扫第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内的爆炸后燃烧的余气，5分钟后上位机关闭空气气路电磁阀Ⅰ、空气气路电磁阀Ⅱ、空气气路电磁阀Ⅲ、空气气路电磁阀Ⅳ、空气气路电磁阀Ⅴ、空压机电磁阀、空压机，结束清洁，断开电源，恢复实验前状态。
本发明的有益效果是：本发明可实现多区域不同浓度的可燃气体的自动配置，弥补现有装置无法定量精确实现可燃气体浓度梯度配置的不足，从而为研究更符合工程实际工况的具有浓度梯度的可燃气体爆炸机理而提供理论支撑。
本发明可用以研究具有浓度梯度的容器管道系统可燃气体爆炸传播过程的基本规律、演化动力学过程及爆炸波传播机理。本实验装置和使用方法，可以实现不同位置的点火、不同组合浓度的可燃气体配置等功能，从而研究不同工况条件下，可燃气体爆炸传播机理和规律。
通过改进本实验装置，可以研制具有浓度梯度的容器管道系统可燃气体防爆、抑爆、泄爆实验装置，从而研究具有浓度梯度的典型化工装置可燃气体防爆、抑爆、泄爆方法和技术。
根据本发明专利的内容和思路，研究人员可根据需要研制不同形状、不同尺寸的具有浓度梯度的容器管道可燃气体爆炸实验装置，例如改变爆炸容器的形状（如将中空的圆柱形改为中空的球形）、两个爆炸容器的容积体积比、主管道截面的形状（如方形、圆形等）、主管道截面的尺寸、主管道的长度等，从而研究尺寸效应对具有浓度梯度的容器管道可燃气体爆炸的影响。根据本发明专利的内容和思路，研究人员还可实现其他类型结构装置（如单纯的长方体、单纯的中空圆柱体以及其他复杂结构）的具有浓度梯度的可燃气体的配置。
通过在本实验装置上实施爆炸实验研究，其研究成果可为工业气体爆炸灾害的综合防治、事故调查等提供重要理论支撑，并对相关工业装置的爆炸泄压设计、防爆泄爆标准制修订具有重要指导意义，可切实提高应对和处置典型爆炸事故的能力，预防和减少事故灾害所造成的损失，保障公众生命财产安全和维护社会稳定。
本装置的密封装置、配气系统、点火装置、数据测量均由控制系统集中控制，控制系统通过计算机可实现的主要功能包括：精密比例配气与进样、多路同步数据采集、同步及延迟点火；控制系统采用无线和有线两种数据传输方式，可实现罐体与控制系统的人机分离，同时保障数据传输的安全可靠。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的后视图；
图3为本发明爆炸反应容器Ⅰ的主视图；
图4为本发明爆炸反应容器Ⅰ的后视图；
图5为本发明爆炸反应容器Ⅰ的侧视图；
图6为本发明爆炸反应容器Ⅱ的主视图；
图7为本发明爆炸反应容器Ⅱ的后视图；
图8为本发明爆炸反应容器Ⅱ的侧视图；
图9为本发明密封装置的结构示意图；
图10为本发明密封装置的剖视图；
图11为本发明密封装置的分解示意图；
图12为本发明底板的主视图；
图13为本发明盖板的后视图；
图14为本发明连接法兰Ⅰ的结构示意图；
图15为本发明的气动原理图。
具体实施方式
如图1至图15所示，一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，包括控制系统、点火装置、可燃气源5、真空泵6、空压机7、空气气路电磁阀、可燃气气路电磁阀、主管道电磁阀、PCB压力传感器、压力传感器、火焰探测器、安全阀，控制系统由上位机和PLC控制器组成，还包括爆炸反应容器Ⅰ1、爆炸反应容器Ⅱ2、密封装置3、管道支架4。
空气气路电磁阀包括空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、空气气路电磁阀Ⅴ9-5。
可燃气气路电磁阀包括可燃气气路电磁阀Ⅰ8-1、可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4、可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5。
主管道电磁阀包括主管道电磁阀Ⅰ10-7、主管道电磁阀Ⅱ10-8、主管道电磁阀Ⅲ10-9。
容器电磁阀包括容器电磁阀Ⅰ10-6、容器电磁阀Ⅱ10-10。
压力传感器包括压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5。
PCB压力传感器PCB压力传感器Ⅰ12-1、PCB压力传感器Ⅱ12-2、PCB压力传感器Ⅲ12-3、PCB压力传感器Ⅳ12-4、PCB压力传感器Ⅴ12-5。
火焰探测器包括容器火焰探测器Ⅰ14-1、容器火焰探测器Ⅱ14-2、火焰探测器Ⅲ14-3、火焰探测器Ⅳ14-4、火焰探测器Ⅴ14-5。
安全阀包括安全阀Ⅰ16-1、安全阀Ⅱ16-2、安全阀Ⅲ16-3、安全阀Ⅳ16-4、安全阀Ⅴ16-5。
反应容器Ⅰ1-1为中空的圆柱体状，在反应容器Ⅰ1-1前面依次间隔设有接口Ⅰ1-1-1、接口Ⅱ1-1-2、管道接口Ⅰ1-1-3，在反应容器Ⅰ1-1后面依次间隔设有接口Ⅲ1-1-4、接口Ⅳ1-1-5，在反应容器Ⅰ1-1侧面依次间隔设有点火预留装置Ⅰ1-1-6、点火预留装置Ⅱ1-1-9和管道接口Ⅱ1-1-7，在反应容器Ⅰ1-1另一侧面设有管道连接法兰Ⅰ1-1-8，在反应容器Ⅰ1-1底面设有点火预留装置Ⅲ1-1-10，在反应容器Ⅰ1-1上面设有容器法兰Ⅰ1-1-11。
应容器Ⅱ2-1为中空的圆柱体状，在反应容器Ⅱ2-1前面依次间隔设有接口Ⅴ2-1-1、接口Ⅵ2-1-2、管道接口Ⅲ2-1-3，在反应容器Ⅱ2-1后面依次间隔设有接口Ⅶ2-1-4、接口Ⅷ2-1-5，在反应容器Ⅱ2-1侧面依次间隔设有点火预留装置Ⅳ2-1-6、点火预留装置Ⅴ2-1-9、管道接口Ⅳ2-1-7，在反应容器Ⅱ2-1另一侧面设有管道连接法兰Ⅱ2-1-8，在反应容器Ⅱ2-1底面设有点火预留装置Ⅵ2-1-10，在反应容器Ⅱ2-1上面设有容器法兰Ⅱ2-1-11。
密封装置3包括盖板3-1、底板3-2、下衬板3-3、上衬板3-4、密封板3-5、压板3-6、承压板3-7、固定套3-8、伺服电机3-9。
盖板3-1为圆状，在盖板3-1内面分别设有凹止口3-1-1、伺服电机轴孔3-1-2和通道孔，在盖板3-1外面设有密封装置法兰Ⅰ3-1-3，密封装置法兰Ⅰ3-1-3和通道孔相通；底板3-2为圆状，在底板3-2内面分别设有凸止口3-2-1、圆凹槽3-2-2和通道孔，在底板3-2外面设有密封装置法兰Ⅱ3-2-3，密封装置法兰Ⅱ3-2-3和通道孔相通；下衬板3-3和上衬板3-4结构相同均为圆形板状，在圆形板面上分别设有中孔Ⅰ3-3-1、通道孔Ⅰ3-3-2、中孔Ⅱ3-4-1、通道孔Ⅱ3-4-2；密封板3-5为圆形板状，在密封板3-5面上分别设有固定套孔3-5-1、通道孔Ⅲ3-5-2、通道孔Ⅳ3-5-3，固定套孔3-5-1安装在密封板3-5的中心位置，通道孔Ⅲ3-5-2、通道孔Ⅳ3-5-3和固定套孔3-5-1在密封板3-5的一条轴线上。
将上衬板3-4热熔贴合在盖板3-1内面，中孔Ⅱ3-4-1与伺服电机轴孔3-1-2同心，通道孔Ⅱ3-4-2与密封装置法兰Ⅰ3-1-3孔同心；将下衬板3-3热熔贴合在底板3-2的内面，中孔Ⅰ3-3-1和圆凹槽3-2-2同心，通道孔Ⅰ3-3-2和密封装置法兰Ⅰ3-1-3孔同心；密封板3-5固定套孔3-5-1的一面设有压板3-6，另一面设有承压板3-7，压板3-6和承压板3-7固定在密封板3-5上，固定套3-8轴孔端依次插入压板3-6中孔、固定套孔3-5-1和承压板3-7的中孔中，并分别与压板3-6和承压板3-7固定在一起；将盖板3-1和底板3-2固定在一起，保持下衬板3-3的通道孔Ⅰ3-3-2和上衬板3-4的通道孔Ⅱ3-4-2对应设置，密封板3-5设置在上衬板3-4和下衬板3-3之间，并分别与上衬板3-4和底板3-2滑动配合，将伺服电机3-9固定在盖板3-1外面，伺服电机3-9轴穿过盖板3-1伺服电机轴孔3-1-2置于固定套3-8的轴孔中，并通过销钉与固定套3-8固定在一起；伺服电机3-9做一次90°的旋转，带动密封板3-5相应转动，使密封板3-5的通道孔Ⅲ3-5-2或通道孔Ⅳ3-5-3与通道孔Ⅰ3-3-2和通道孔Ⅱ3-4-2相通，再做一次90°的旋转，带动密封板3-5相应转动，使密封板3-5的盲板区域将通道孔Ⅰ3-3-2和通道孔Ⅱ3-4-2密封住，再做一次90°的旋转，带动密封板3-5相应转动，使密封板3-5的通道孔Ⅳ3-5-3或通道孔Ⅲ3-5-2与通道孔Ⅰ3-3-2和通道孔Ⅱ3-4-2相通，再做一次90°的旋转，带动密封板3-5相应转动，使密封板3-5的盲板区域将通道孔Ⅰ3-3-2和通道孔Ⅱ3-4-2密封住。
下衬板3-3和上衬板3-4都是聚四氟乙烯材料，其材料本身具有塑性与自润滑性；密封板3-5处于下衬板3-3与上衬板3-4之间，通过下衬板3-3与上衬板3-4的变形来密封密封板3-5与下衬板3-3和上衬板3-4之间的间隙，进而密封，而下衬板3-3和上衬板3-4材料的自润滑性，密封板3-5在伺服电机3-9的带动下，更容易旋转，由于伺服电机3-9轴直径较小，密封板3-5较薄，面积相对于伺服电机3-9输出轴直径较大，故而为增加安装强度制作零件压板3-6、承压板3-7，增加与密封板3-5的安装强度，通过固定套3-8使密封板3-5与压板3-6、承压板3-7紧密连接，增加安装强度。
爆炸反应容器Ⅰ1包括反应容器Ⅰ1-1、法兰盖Ⅰ1-2、连接法兰Ⅰ1-3、容器底座Ⅰ1-4；反应容器Ⅰ1-1固定在容器底座Ⅰ1-4上，连接法兰Ⅰ1-3和法兰盖Ⅰ1-2依次固定在容器法兰Ⅰ1-1-11上，在反应容器Ⅰ1-1接口Ⅰ1-1-1上连接安全阀Ⅰ16-1，接口Ⅱ1-1-2上连接PCB压力传感器Ⅰ12-1，接口Ⅲ1-1-4上依次连接容器电磁阀Ⅰ10-6和压力传感器Ⅰ13-1，接口Ⅳ1-1-5上连接容器火焰探测器Ⅰ14-1，在反应容器Ⅰ1-1侧面上设有点火预留装置Ⅰ1-1-6和点火预留装置Ⅱ1-1-9，在反应容器Ⅰ1-1底面设有点火预留装置Ⅲ1-1-10。
爆炸反应容器Ⅱ2包括反应容器Ⅱ2-1、法兰盖Ⅱ2-2、连接法兰Ⅱ2-3、容器底座Ⅱ2-4；反应容器Ⅱ2-1固定在容器底座Ⅱ2-4上，连接法兰Ⅱ2-3和法兰盖Ⅱ2-2依次固定在容器法兰Ⅱ2-1-11上，在反应容器Ⅱ2-1接口Ⅴ2-1-1上连接安全阀Ⅴ16-5，接口Ⅵ2-1-2上连接PCB压力传感器Ⅴ12-5，接口Ⅶ2-1-4上依次连接容器电磁阀Ⅱ10-10和压力传感器Ⅴ13-5，接口Ⅷ2-1-5上连接容器火焰探测器Ⅱ14-2，在反应容器Ⅱ2-1侧面设有点火预留装置Ⅳ2-1-6、点火预留装置Ⅴ2-1-9，在反应容器Ⅱ2-1底面设有点火预留装置Ⅵ2-1-10。
将爆炸反应容器Ⅰ1和爆炸反应容器Ⅱ2间隔设置，在爆炸反应容器Ⅰ1和爆炸反应容器Ⅱ2之间设有数个管道支架4，主管道10一端与爆炸反应容器Ⅰ1管道连接法兰Ⅰ1-1-8连接，主管道10另一端依次穿过数个管道支架4与爆炸反应容器Ⅱ2管道连接法兰Ⅱ2-1-8连接，在主管道10上间隔的连接有四个密封装置3，第一个密封装置3与爆炸反应容器Ⅰ1的反应容器Ⅰ1-1之间构成第一气体浓度受限空间10-1，第一个密封装置3与第二个密封装置3之间构成第二气体浓度受限空间10-2，第二个密封装置3与第三个密封装置3之间构成第三气体浓度受限空间10-3，第三个密封装置3与第四个密封装置3之间构成第四气体浓度受限空间10-4，第四个密封装置3与爆炸反应容器Ⅱ2的反应容器Ⅱ2-1之间构成第五气体浓度受限空间10-5。
将空气气路管道8一端通过空气气路电磁阀Ⅰ9-1与反应容器Ⅰ1-1管道接口Ⅰ1-1-3连接，空气气路管道8的另一端通过空气气路电磁阀Ⅴ9-5与反应容器Ⅱ2-1管道接口Ⅲ2-1-3连接，真空泵6通过真空泵电磁阀6-1与空气气路管道8连接，空压机7通过空压机电磁阀7-1与空气气路管道8连接；将可燃气气路管道9一端通过可燃气气路电磁阀Ⅰ8-1与反应容器Ⅰ1-1管道接口Ⅱ1-1-7连接，可燃气气路管道9另一端通过可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5与反应容器Ⅱ2-1管道接口Ⅳ2-1-7连接，所述可燃气源5通过调压阀5-1与可燃气气路管道9连接；在第二气体浓度受限空间10-2内的主管道10上，分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、安全阀Ⅱ16-2、点火预留装置Ⅶ15-1、火焰探测器Ⅰ14-3、PCB压力传感器Ⅱ12-2、主管道电磁阀Ⅰ10-7，主管道电磁阀Ⅰ10-7与压力传感器Ⅱ13-2连接，可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2与可燃气气路管道9连接，空气气路电磁阀Ⅱ9-2与空气气路管道8连接；在第三气体浓度受限空间10-3内的主管道10上分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、安全阀Ⅲ16-3、点火预留装置Ⅷ15-2、火焰探测器Ⅱ14-4、PCB压力传感器Ⅲ12-3、主管道电磁阀Ⅱ10-8，主管道电磁阀Ⅱ10-8与压力传感器Ⅲ13-3连接，可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3与可燃气气路管道9连接，空气气路电磁阀Ⅲ9-3与空气气路管道8连接；在第四气体浓度受限空间10-4的主管道10分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、安全阀Ⅳ16-4、点火预留装置Ⅸ15-3、火焰探测器Ⅲ14-5、PCB压力传感器Ⅳ12-4、主管道电磁阀Ⅲ10-9，主管道电磁阀Ⅲ10-9与压力传感器Ⅳ13-4连接，可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4与可燃气气路管道9连接，空气气路电磁阀Ⅳ9-4与空气气路管道8连接。
根据实验需要将点火装置安装于点火预留装置Ⅰ1-1-6、点火预留装置Ⅱ1-1-9、点火预留装置Ⅲ1-1-10、点火预留装置Ⅳ2-1-6、点火预留装置Ⅴ2-1-9、点火预留装置Ⅵ2-1-10、点火预留装置Ⅶ15-1、点火预留装置Ⅷ15-2和点火预留装置Ⅸ15-3的任意一装置中，通过点火装置的螺纹结构可以调节点火装置深入点火预留位置的深度；点火预留装置Ⅰ1-1-6可实现反应容器Ⅰ1-1上部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅱ1-1-9可实现反应容器Ⅰ1-1中部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅲ1-1-10可实现反应容器Ⅰ1-1底部不同深度处的点火，从而实现反应容器Ⅰ1-1不同位置的点火需求；点火预留装置Ⅳ2-1-6可实现反应容器Ⅱ2-1上部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅴ2-1-9可实现反应容器Ⅱ2-1中部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅵ2-1-10可实现反应容器Ⅱ2-1底部不同深度处的点火，从而实现反应容器Ⅱ2-1不同位置的点火需求；点火预留装置Ⅶ15-1可实现第二气体浓度受限空间10-2内的主管道10上点火预留装置Ⅶ15-1处管道壁面、管道内部等位置的点火需求；点火预留装置Ⅷ15-2可实现第二气体浓度受限空间10-3内的主管道10上点火预留装置Ⅷ15-2处管道壁面、管道内部等位置的点火需求；点火预留装置Ⅸ15-3可实现第二气体浓度受限空间10-4内的主管道10上点火预留装置Ⅸ15-3处管道壁面、管道内部等位置的点火需求。
电路连接为：上位机通过PLC控制器分别与点火装置、真空泵6、空压机7、空气气路电磁阀、可燃气气路电磁阀、主管道电磁阀、真空泵电磁阀6-1、空压机电磁阀7-1、PCB压力传感器、压力传感器、火焰探测器、密封装置3的伺服电机3-9连接；点火装置的型号为：KTGD-B型可调式点火器。
可燃气源5为可燃气体，可燃气体为甲烷或氢气或乙炔或一氧化碳。
一种具有浓度梯度的可燃气体爆炸实验装置的使用方法，步骤如下：
容器电磁阀Ⅰ10-6、主管道电磁阀Ⅰ10-7、主管道电磁阀Ⅱ10-8、主管道电磁阀Ⅲ10-9、容器电磁阀Ⅱ10-10是为了保护压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5在实验过程中免受压力冲击而设置的保护措施，在抽真空的配气过程中处于开启状态，实时监测第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5的压力；安全阀Ⅰ16-1、安全阀Ⅱ16-2、安全阀Ⅲ16-3、安全阀Ⅳ16-4、安全阀Ⅴ16-5在整个实验过程中均处于工作状态，安全阀在压力超过安全阀的整定压力时安全阀起跳后复位，释放安全阀所在受限空间的内部压力，保证实验过程中的安全；内部压力低于安全阀的整定压力后依靠安全阀内部的弹簧机构恢复初始状态，此过程安全阀铅封会断开，此时安全阀即为失效状态，需要到有资质的校验单位重新校验确认后才能使用；
配气开始之前，封闭装置3处于关闭状态，即密封板3-5的盲板区域将通道孔Ⅰ3-3-2和通道孔Ⅱ3-4-2密封住，封闭装置3将容器管道爆炸反应装置分为独立的五个区域，五个区域分别为第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4、第五气体浓度受限空间10-5。五个区域内分别设有压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5，用以保证配气过程的精度。
第一步，抽真空；开启真空泵6，通过上位机打开真空泵电磁阀6-1、空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、空气气路电磁阀Ⅴ9-5、容器电磁阀Ⅰ10-6、主管道电磁阀Ⅰ10-7、主管道电磁阀Ⅱ10-8、主管道电磁阀Ⅲ10-9和容器电磁阀Ⅱ10-10；在上位机上读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4和压力传感器Ⅴ13-5的数据，至第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内为真空时停止抽真空，关闭真空泵6、真空泵电磁阀6-1、空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4和空气气路电磁阀Ⅴ9-5。
第二步，负压配比梯度浓度；此步骤能够在第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5中配比出不同浓度的可燃气体，在通气过程中通过控制系统控制进入受限空间的气体的压力，始终保持第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内部压力均衡。
配置第一至第五气体浓度受限空间可燃气体浓度从低到高的浓度梯度的配比如下：
打开实验样品可燃气源5，通过调压阀5-1调节输出气体压力，保持气体恒压输出，通过上位机打开可燃气气路电磁阀Ⅰ8-1、可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，向第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4和压力传感器Ⅴ13-5的数据，至第一气体浓度受限空间10-1设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭可燃气气路电磁阀Ⅰ8-1、可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体；开启空压机7，通过上位机打开空压机电磁阀7-1、空气气路电磁阀Ⅰ9-1、可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4和压力传感器Ⅴ13-5的数据，至第二气体浓度受限空间10-2设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ9-1、可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1通入空气，停止对第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体；通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5的数据，至第三气体浓度受限空间10-3设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2通入空气，停止对第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体；通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5的数据，至第四气体浓度受限空间10-4设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3通入空气，停止对第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体；通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5的数据，至第五气体浓度受限空间10-5设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4通入空气，停止对第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体；通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、空气气路电磁阀Ⅴ9-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5的数据，至大气压时，上位机发出信号，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入空气；通过上位机关闭空压机7、空压机电磁阀7-1、空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、空气气路电磁阀Ⅴ9-5、容器电磁阀Ⅰ10-6、主管道电磁阀Ⅰ10-7、主管道电磁阀Ⅱ10-8、主管道电磁阀Ⅲ10-9、容器电磁阀Ⅱ10-10，关闭可燃气源5，配气完成；配气后，第一气体浓度受限空间10-1容器内有5%可燃气体，第二气体浓度受限空间10-2管道内有7.5%可燃气体，第三气体浓度受限空间10-3管道内有10%可燃气体，第四气体浓度受限空间10-4管道内有12.5%可燃气体，第五气体浓度受限空间10-5容器内有15%可燃气体，以P0代表常压，第一气体浓度受限空间10-1容器内可燃气体的绝对压力为P0/20，第二气体浓度受限空间10-2管道内可燃气体的绝对压力为3P0/40，第三气体浓度受限空间10-3管道内可燃气体的绝对压力为P0/10，第四气体浓度受限空间10-4管道内可燃气体的绝对压力为P0/8，第五气体浓度受限空间10-5容器内可燃气体的绝对压力为3P0/20。
第三步，点火实验；确认关闭所有电磁阀后，上位机通过同时控制四个密封装置3中的四个伺服电机3-9输出轴带动密封板3-5旋转90°，使密封板3-5的通道孔Ⅲ3-5-2或通道孔Ⅳ3-5-3与下衬板3-3通道孔Ⅰ3-3-2和上衬板3-4通道孔Ⅱ3-4-2相通，使第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5之间同时联通，此时上位机向点火装置发出指令，开始点火实验；PCB压力传感器Ⅰ12-1、PCB压力传感器Ⅱ12-2、PCB压力传感器Ⅲ12-3、PCB压力传感器Ⅳ12-4、PCB压力传感器Ⅴ12-5感应内部压力的变化，容器火焰探测器Ⅰ14-1、容器火焰探测器Ⅱ14-2、火焰探测器Ⅰ14-3、火焰探测器Ⅱ14-4、火焰探测器Ⅲ14-5探测火焰信号，将监测数据传至上位机进行分析处理；通过分析最大爆炸压力、最大压力上升速率、爆炸波传播速度、火焰演变参数来研究具有浓度梯度的可燃气体爆炸传播机理，分析爆炸的演化动力学过程。
完成实验后，上位机发出指令，同时控制四个密封装置3中的四个伺服电机3-9输出轴带动密封板3-5再次旋转90°，使密封板3-5的盲板区域将通道孔Ⅰ3-3-2和通道孔Ⅱ3-4-2密封住，进而密封住通道，再开启法兰盖Ⅰ1-2、法兰盖Ⅱ2-2，启动空压机7，打开空压机电磁阀7-1、空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、空气气路电磁阀Ⅴ9-5，吹扫第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内的爆炸后燃烧的余气，5分钟后上位机关闭空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、空气气路电磁阀Ⅴ9-5、空压机电磁阀7-1、空压机7，结束清洁，断开电源，恢复实验前状态。
本实验装置的反应容器Ⅰ1-1和反应容器Ⅱ2-1可以为中空的圆柱形、球形以及其他形状，反应容器的体积可根据需要自行设计，如100L或50L，两个容器的体积的比例以1：1-1：6之间为宜，因为过大的的体积比例导致容器管道爆炸实验装置中的压力过大，从而降低容器管道爆炸实验安全性。
本实验装置的反应容器Ⅰ1-1、反应容器Ⅱ2-1和主管道10均应设计为压力容器，具体设计压力根据实验需求确定。
本实验装置的主管道10可以为圆形、方形及其他形状，主管道10的长度可以根据实验需要决定。
根据需要，可以将本反应容器和主管道划分为若干个气体浓度受限空间区域，本实验装置将主管道分成三个区域，两端的反应容器各为一个区域，共分成五个气体浓度受限空间区域。
本实验装置和方法可以实现爆炸装置内不同气体浓度受限空间同一可燃气体相同或不同浓度的配置，可燃气体可为甲烷或氢气或乙炔或一氧化碳等能够被引燃且在常温常压下成气体状态的物质。
实施例1，可燃气体为甲烷，此实施例可以配置第一气体浓度受限空间10-1为5%可燃气体甲烷，第二气体浓度受限空间10-2管道内为7.5%可燃气体甲烷，第三气体浓度受限空间10-3管道内为10%可燃气体甲烷，第四气体浓度受限空间10-4管道内为12.5%可燃气体甲烷，第五气体浓度受限空间10-5容器内为15%可燃气体甲烷。
具体实施方法为：
第一步，抽真空； 开启真空泵6，通过上位机打开真空泵电磁阀6-1、空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、空气气路电磁阀Ⅴ9-5、容器电磁阀Ⅰ10-6、主管道电磁阀Ⅰ10-7、主管道电磁阀Ⅱ10-8、主管道电磁阀Ⅲ10-9和容器电磁阀Ⅱ10-10；在上位机上读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4和压力传感器Ⅴ13-5的数据，至第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内为真空时停止抽真空，关闭真空泵6、真空泵电磁阀6-1、空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4和空气气路电磁阀Ⅴ9-5。
第二步，负压配比梯度浓度；在通气过程中通过控制系统控制进入受限空间的气体的压力，始终保持第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内部压力均衡。
打开实验样品可燃气源甲烷5，通过调压阀5-1调节输出气体压力，保持气体恒压输出，通过上位机打开可燃气气路电磁阀Ⅰ8-1、可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，向第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体甲烷，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4和压力传感器Ⅴ13-5的数据，当数据为P0/20时，上位机发出信号，同时关闭可燃气气路电磁阀Ⅰ8-1、可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体甲烷；开启空压机7，通过上位机打开空压机电磁阀7-1、空气气路电磁阀Ⅰ9-1、可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4和压力传感器Ⅴ13-5的数据，当数据为3P0/40时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ9-1、可燃气气路电磁阀Ⅱ8-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1通入空气，停止对第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体甲烷；通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5的数据，当数据为P0/10时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、可燃气气路电磁阀Ⅲ8-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2通入空气，停止对第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体甲烷；通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5的数据，当数据为P0/8时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、可燃气气路电磁阀Ⅳ8-4和可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3通入空气，停止对第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体甲烷；通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5的数据，当数据为3P0/20时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、可燃气气路电磁阀Ⅴ8-5，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4通入空气，停止对第五气体浓度受限空间10-5内通入可燃气体甲烷；通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、空气气路电磁阀Ⅴ9-5，读取压力传感器Ⅰ13-1、压力传感器Ⅱ13-2、压力传感器Ⅲ13-3、压力传感器Ⅳ13-4、压力传感器Ⅴ13-5的数据，至大气压时，上位机发出信号，停止对第一气体浓度受限空间10-1、第二气体浓度受限空间10-2、第三气体浓度受限空间10-3、第四气体浓度受限空间10-4和第五气体浓度受限空间10-5内通入空气；通过上位机关闭空压机7、空压机电磁阀7-1、空气气路电磁阀Ⅰ9-1、空气气路电磁阀Ⅱ9-2、空气气路电磁阀Ⅲ9-3、空气气路电磁阀Ⅳ9-4、空气气路电磁阀Ⅴ9-5、容器电磁阀Ⅰ10-6、主管道电磁阀Ⅰ10-7、主管道电磁阀Ⅱ10-8、主管道电磁阀Ⅲ10-9、容器电磁阀Ⅱ10-10，关闭可燃气源甲烷5，配气完成。
Claims (6)
1.一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，包括控制系统、点火装置、可燃气源（5）、真空泵（6）、空压机（7）、空气气路电磁阀、可燃气气路电磁阀、主管道电磁阀、PCB压力传感器、压力传感器、火焰探测器、安全阀，控制系统由上位机和PLC控制器组成，其特征在于：还包括爆炸反应容器Ⅰ（1）、爆炸反应容器Ⅱ（2）、密封装置（3）、管道支架（4）；
所述爆炸反应容器Ⅰ（1）包括反应容器Ⅰ（1-1）、法兰盖Ⅰ（1-2）、连接法兰Ⅰ（1-3）、容器底座Ⅰ（1-4）；
所述反应容器Ⅰ（1-1）固定在容器底座Ⅰ（1-4）上，所述连接法兰Ⅰ（1-3）和法兰盖Ⅰ（1-2）依次固定在容器法兰Ⅰ（1-1-11）上；
在反应容器Ⅰ（1-1）接口Ⅰ（1-1-1）上连接安全阀Ⅰ（16-1），接口Ⅱ（1-1-2）上连接PCB压力传感器Ⅰ（12-1），接口Ⅲ（1-1-4）上依次连接容器电磁阀Ⅰ（10-6）和压力传感器Ⅰ（13-1），接口Ⅳ（1-1-5）上连接容器火焰探测器Ⅰ（14-1），在反应容器Ⅰ（1-1）侧面上设有点火预留装置Ⅰ（1-1-6）和点火预留装置Ⅱ（1-1-9），在反应容器Ⅰ（1-1）底面设有点火预留装置Ⅲ（1-1-10）；
所述爆炸反应容器Ⅱ（2）包括反应容器Ⅱ（2-1）、法兰盖Ⅱ（2-2）、连接法兰Ⅱ（2-3）、容器底座Ⅱ（2-4）；
反应容器Ⅱ（2-1）固定在容器底座Ⅱ（2-4）上，所述连接法兰Ⅱ（2-3）和法兰盖Ⅱ（2-2）依次固定在容器法兰Ⅱ（2-1-11）上；
在反应容器Ⅱ（2-1）接口Ⅴ（2-1-1）上连接安全阀Ⅴ（16-5），接口Ⅵ（2-1-2）上连接PCB压力传感器Ⅴ（12-5），接口Ⅶ（2-1-4）上依次连接容器电磁阀Ⅱ（10-10）和压力传感器Ⅴ（13-5），接口Ⅷ（2-1-5）上连接容器火焰探测器Ⅱ（14-2），在反应容器Ⅱ（2-1）侧面设有点火预留装置Ⅳ（2-1-6）、点火预留装置Ⅴ（2-1-9），在反应容器Ⅱ（2-1）底面设有点火预留装置Ⅵ（2-1-10）；
爆炸反应容器Ⅰ（1）和爆炸反应容器Ⅱ（2）间隔设置，在爆炸反应容器Ⅰ（1）和爆炸反应容器Ⅱ（2）之间设有数个管道支架（4），主管道（10）一端与爆炸反应容器Ⅰ（1）管道连接法兰Ⅰ（1-1-8）连接，主管道（10）另一端依次穿过数个管道支架（4）与爆炸反应容器Ⅱ（2）管道连接法兰Ⅱ（2-1-8）连接，在主管道（10）上间隔的连接有四个密封装置（3），第一个密封装置（3）与爆炸反应容器Ⅰ（1）的反应容器Ⅰ（1-1）之间构成第一气体浓度受限空间（10-1），
第一个密封装置（3）与第二个密封装置（3）之间构成第二气体浓度受限空间（10-2），第二个密封装置（3）与第三个密封装置（3）之间构成第三气体浓度受限空间（10-3），第三个密封装置（3）与第四个密封装置（3）之间构成第四气体浓度受限空间（10-4），第四个密封装置（3）与爆炸反应容器Ⅱ（2）的反应容器Ⅱ（2-1）之间构成第五气体浓度受限空间（10-5）；
所述空气气路管道（8）一端通过空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）与反应容器Ⅰ（1-1）管道接口Ⅰ（1-1-3）连接，空气气路管道（8）的另一端通过空气气路电磁阀Ⅴ（9-5）与反应容器Ⅱ（2-1）管道接口Ⅲ（2-1-3）连接，真空泵（6）通过真空泵电磁阀（6-1）与空气气路管道（8）连接，空压机（7）通过空压机电磁阀（7-1）与空气气路管道（8）连接；
所述可燃气气路管道（9）一端通过可燃气气路电磁阀Ⅰ（8-1）与反应容器Ⅰ（1-1）管道接口Ⅱ（1-1-7）连接，可燃气气路管道（9）另一端通过可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5）与反应容器Ⅱ（2-1）管道接口Ⅳ（2-1-7）连接，所述可燃气源（5）通过调压阀（5-1）与可燃气气路管道（9）连接；
在第二气体浓度受限空间（10-2）内的主管道（10）上，分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅱ（8-2）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、安全阀Ⅱ（16-2）、点火预留装置Ⅶ（15-1）、火焰探测器Ⅰ（14-3）、PCB压力传感器Ⅱ（12-2）、主管道电磁阀Ⅰ（10-7），主管道电磁阀Ⅰ（10-7）与压力传感器Ⅱ（13-2）连接，可燃气气路电磁阀Ⅱ（8-2）与可燃气气路管道（9）连接，空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）与空气气路管道（8）连接；
在第三气体浓度受限空间（10-3）内的主管道（10）上分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、安全阀Ⅲ（16-3）、点火预留装置Ⅷ（15-2）、火焰探测器Ⅱ（14-4）、PCB压力传感器Ⅲ（12-3）、主管道电磁阀Ⅱ（10-8），主管道电磁阀Ⅱ（10-8）与压力传感器Ⅲ（13-3）连接，可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）与可燃气气路管道（9）连接，空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）与空气气路管道（8）连接；
在第四气体浓度受限空间（10-4）的主管道（10）分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）、安全阀Ⅳ（16-4）、点火预留装置Ⅸ（15-3）、火焰探测器Ⅲ（14-5）、PCB压力传感器Ⅳ（12-4）、主管道电磁阀Ⅲ（10-9），主管道电磁阀Ⅲ（10-9）与压力传感器Ⅳ（13-4）连接，可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）与可燃气气路管道（9）连接，空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）与空气气路管道（8）连接；
根据实验需要将点火装置安装于点火预留装置Ⅰ（1-1-6）、点火预留装置Ⅱ（1-1-9）、点火预留装置Ⅲ（1-1-10）、点火预留装置Ⅳ（2-1-6）、点火预留装置Ⅴ（2-1-9）、点火预留装置Ⅵ（2-1-10）、点火预留装置Ⅶ（15-1）、点火预留装置Ⅷ（15-2）和点火预留装置Ⅸ（15-3）的任意一装置中，通过点火装置的螺纹结构能够调节点火装置深入点火预留位置的深度；
点火预留装置Ⅰ（1-1-6）可实现反应容器Ⅰ（1-1）上部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅱ（1-1-9）可实现反应容器Ⅰ（1-1）中部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅲ（1-1-10）可实现反应容器Ⅰ（1-1）底部不同深度处的点火，从而实现反应容器Ⅰ（1-1）不同位置的点火需求；
点火预留装置Ⅳ（2-1-6）可实现反应容器Ⅱ（2-1）上部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅴ（2-1-9）可实现反应容器Ⅱ（2-1）中部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅵ（2-1-10）可实现反应容器Ⅱ（2-1）底部不同深度处的点火，从而实现反应容器Ⅱ（2-1）不同位置的点火需求；
点火预留装置Ⅶ（15-1）可实现第二气体浓度受限空间（10-2）内的主管道（10）上点火预留装置Ⅶ（15-1）处管道壁面、管道内部位置的点火需求；
点火预留装置Ⅷ（15-2）可实现第二气体浓度受限空间（10-3）内的主管道（10）上点火预留装置Ⅷ（15-2）处管道壁面、管道内部位置的点火需求；
点火预留装置Ⅸ（15-3）可实现第二气体浓度受限空间（10-4）内的主管道（10）上点火预留装置Ⅸ（15-3）处管道壁面、管道内部位置的点火需求；
电路连接为：上位机通过PLC控制器分别与点火装置、真空泵（6）、空压机（7）、空气气路电磁阀、可燃气气路电磁阀、主管道电磁阀、真空泵电磁阀（6-1）、空压机电磁阀（7-1）、PCB压力传感器、压力传感器、火焰探测器、密封装置（3）的伺服电机（3-9）连接；
点火装置的型号为：KTGD-B型可调式点火器。
2.根据权利要求1所述的一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，其特征在于：所述反应容器Ⅰ（1-1）为中空的圆柱体状，在反应容器Ⅰ（1-1）前面依次间隔设有接口Ⅰ（1-1-1）、接口Ⅱ（1-1-2）、管道接口Ⅰ（1-1-3），在反应容器Ⅰ（1-1）后面依次间隔设有接口Ⅲ（1-1-4）、接口Ⅳ（1-1-5），在反应容器Ⅰ（1-1）侧面依次间隔设有点火预留装置Ⅰ（1-1-6）、点火预留装置Ⅱ（1-1-9）和管道接口Ⅱ（1-1-7），在反应容器Ⅰ（1-1）另一侧面设有管道连接法兰Ⅰ（1-1-8），在反应容器Ⅰ（1-1）底面设有点火预留装置Ⅲ（1-1-10），在反应容器Ⅰ（1-1）上面设有容器法兰Ⅰ（1-1-11）。
3.根据权利要求1所述的一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，其特征在于：所述反应容器Ⅱ（2-1）为中空的圆柱体状，在反应容器Ⅱ（2-1）前面依次间隔设有接口Ⅴ（2-1-1）、接口Ⅵ（2-1-2）、管道接口Ⅲ（2-1-3），在反应容器Ⅱ（2-1）后面依次间隔设有接口Ⅶ（2-1-4）、接口Ⅷ（2-1-5），在反应容器Ⅱ（2-1）侧面依次间隔设有点火预留装置Ⅳ（2-1-6）、点火预留装置Ⅴ（2-1-9）、管道接口Ⅳ（2-1-7），在反应容器Ⅱ（2-1）另一侧面设有管道连接法兰Ⅱ（2-1-8），在反应容器Ⅱ（2-1）底面设有点火预留装置Ⅵ（2-1-10），在反应容器Ⅱ（2-1）上面设有容器法兰Ⅱ（2-1-11）。
4.根据权利要求1所述的一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，其特征在于：所述密封装置（3）包括盖板（3-1）、底板（3-2）、下衬板（3-3）、上衬板（3-4）、密封板（3-5）、压板（3-6）、承压板（3-7）、固定套（3-8）、伺服电机（3-9）；
所述盖板（3-1）为圆状，在盖板（3-1）内面分别设有凹止口（3-1-1）、伺服电机轴孔（3-1-2）和通道孔，在盖板（3-1）外面设有密封装置法兰Ⅰ（3-1-3），密封装置法兰Ⅰ（3-1-3）和通道孔相通；
所述底板（3-2）为圆状，在底板（3-2）内面分别设有凸止口（3-2-1）、圆凹槽（3-2-2）和通道孔，在底板（3-2）外面设有密封装置法兰Ⅱ（3-2-3），密封装置法兰Ⅱ（3-2-3）和通道孔相通；
所述下衬板（3-3）和上衬板（3-4）结构相同均为圆形板状，在圆形板面上分别设有中孔Ⅰ（3-3-1）、通道孔Ⅰ（3-3-2）、中孔Ⅱ（3-4-1）、通道孔Ⅱ（3-4-2）；
所述密封板（3-5）为圆形板状，在密封板（3-5）面上分别设有固定套孔（3-5-1）、通道孔Ⅲ（3-5-2）、通道孔Ⅳ（3-5-3），固定套孔（3-5-1）安装在密封板（3-5）的中心位置，通道孔Ⅲ（3-5-2）、通道孔Ⅳ（3-5-3）和固定套孔（3-5-1）在密封板（3-5）的一条轴线上；
所述上衬板（3-4）热熔贴合在盖板（3-1）内面，中孔Ⅱ（3-4-1）与伺服电机轴孔（3-1-2）同心，通道孔Ⅱ（3-4-2）与密封装置法兰Ⅰ（3-1-3）孔同心；
所述下衬板（3-3）热熔贴合在底板（3-2）的内面，中孔Ⅰ（3-3-1）和圆凹槽（3-2-2）同心，通道孔Ⅰ（3-3-2）和密封装置法兰Ⅰ（3-1-3）孔同心；
所述密封板（3-5）固定套孔（3-5-1）的一面设有压板（3-6），另一面设有承压板（3-7），压板（3-6）和承压板（3-7）固定在密封板（3-5）上，所述固定套（3-8）轴孔端依次插入压板（3-6）中孔、固定套孔（3-5-1）和承压板（3-7）的中孔中，并分别与压板（3-6）和承压板（3-7）固定在一起，所述盖板（3-1）和底板（3-2）固定在一起，保持下衬板（3-3）的通道孔Ⅰ（3-3-2）和上衬板（3-4）的通道孔Ⅱ（3-4-2）对应设置，密封板（3-5）设置在上衬板（3-4）和下衬板（3-3）之间，并分别与上衬板（3-4）和底板（3-2）滑动配合；
所述伺服电机（3-9）固定在盖板（3-1）外面，伺服电机（3-9）轴穿过盖板（3-1）伺服电机轴孔（3-1-2）置于固定套（3-8）的轴孔中，并通过销钉与固定套（3-8）固定在一起；
伺服电机（3-9）做一次90°的旋转，带动密封板（3-5）相应转动，使密封板（3-5）的通道孔Ⅲ（3-5-2）或通道孔Ⅳ（3-5-3）与通道孔Ⅰ（3-3-2）和通道孔Ⅱ（3-4-2）相通；
再做一次90°的旋转，带动密封板（3-5）相应转动，使密封板（3-5）的盲板区域将通道孔Ⅰ（3-3-2）和通道孔Ⅱ（3-4-2）密封住，再做一次90°的旋转，带动密封板（3-5）相应转动，使密封板（3-5）的通道孔Ⅳ（3-5-3）或通道孔Ⅲ（3-5-2）与通道孔Ⅰ（3-3-2）和通道孔Ⅱ（3-4-2）相通；
再做一次90°的旋转，带动密封板（3-5）相应转动，使密封板（3-5）的盲板区域将通道孔Ⅰ（3-3-2）和通道孔Ⅱ（3-4-2）密封住。
5.一种采用权利要求1所述的具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：
容器电磁阀Ⅰ（10-6）、主管道电磁阀Ⅰ（10-7）、主管道电磁阀Ⅱ（10-8）、主管道电磁阀Ⅲ（10-9）、容器电磁阀Ⅱ（10-10）是为了保护压力传感器Ⅰ（13-1）、压力传感器Ⅱ（13-2）压力传感器Ⅲ（13-3）、压力传感器Ⅳ（13-4）、压力传感器Ⅴ（13-5）在实验过程中免受压力冲击而设置的保护措施，在抽真空的配气过程中处于开启状态，实时监测第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）的压力；
安全阀Ⅰ（16-1）、安全阀Ⅱ（16-2）、安全阀Ⅲ（16-3）、安全阀Ⅳ（16-4）、安全阀Ⅴ（16-5）在整个实验过程中均处于工作状态，安全阀在压力超过安全阀整定压力时起跳后复位，释放安全阀所在受限空间的内部压力，保证实验过程中的安全；
内部压力低于安全阀的整定压力后依靠安全阀内部的弹簧机构恢复初始状态，此过程安全阀铅封会断开，此时安全阀即为失效状态，需要重新校验确认后才能使用；
第一步，抽真空；
开启真空泵（6），通过上位机打开真空泵电磁阀（6-1）、空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）、空气气路电磁阀Ⅴ（9-5）、容器电磁阀Ⅰ（10-6）、主管道电磁阀Ⅰ（10-7）、主管道电磁阀Ⅱ（10-8）、主管道电磁阀Ⅲ（10-9）和容器电磁阀Ⅱ（10-10）；在上位机上读取压力传感器Ⅰ（13-1）、压力传感器Ⅱ（13-2）、压力传感器Ⅲ（13-3）、压力传感器Ⅳ（13-4）和压力传感器Ⅴ（13-5）的数据，至第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）内为真空时停止抽真空，关闭真空泵（6）、真空泵电磁阀（6-1）、空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）和空气气路电磁阀Ⅴ（9-5）；
第二步，负压配比梯度浓度；
此步骤能够在第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）中配比出不同浓度的可燃气体，在通气过程中通过控制系统控制进入受限空间的气体的压力，始终保持第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）内部压力均衡；
配置第一至第五气体浓度受限空间可燃气体浓度从低到高的浓度梯度的配比方法如下：
打开实验样品可燃气源（5），通过调压阀（5-1）调节输出气体压力，保持气体恒压输出，通过上位机打开可燃气气路电磁阀Ⅰ（8-1）、可燃气气路电磁阀Ⅱ（8-2）、可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）、可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）和可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），向第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）内通入可燃气体，读取压力传感器Ⅰ（13-1）、压力传感器Ⅱ（13-2）、压力传感器Ⅲ（13-3）、压力传感器Ⅳ（13-4）和压力传感器Ⅴ（13-5）的数据，至第一气体浓度受限空间（10-1）设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭可燃气气路电磁阀Ⅰ（8-1）、可燃气气路电磁阀Ⅱ（8-2）、可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）、可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）和可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），停止对第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）内通入可燃气体；
开启空压机（7），通过上位机打开空压机电磁阀（7-1）、空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、可燃气气路电磁阀Ⅱ（8-2）、可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）、可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）和可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），读取压力传感器Ⅰ（13-1）、压力传感器Ⅱ（13-2）、压力传感器Ⅲ（13-3）、压力传感器Ⅳ（13-4）和压力传感器Ⅴ（13-5）的数据，至第二气体浓度受限空间（10-2）设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、可燃气气路电磁阀Ⅱ（8-2）、可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）、可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）和可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），停止对第一气体浓度受限空间（10-1）通入空气，停止对第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）内通入可燃气体；
通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）、可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）和可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），读取压力传感器Ⅰ（13-1）、压力传感器Ⅱ（13-2）、压力传感器Ⅲ（13-3）、压力传感器Ⅳ（13-4）、压力传感器Ⅴ（13-5）的数据，至第三气体浓度受限空间（10-3）设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）、可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）和可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），停止对第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）通入空气，停止对第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）内通入可燃气体；
通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）和可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），读取压力传感器Ⅰ（13-1）、压力传感器Ⅱ（13-2）、压力传感器Ⅲ（13-3）、压力传感器Ⅳ（13-4）、压力传感器Ⅴ（13-5）的数据，至第四气体浓度受限空间（10-4）设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）和可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），停止对第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）通入空气，停止对第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）内通入可燃气体；
通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）、可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），读取压力传感器Ⅰ（13-1）、压力传感器Ⅱ（13-2）、压力传感器Ⅲ（13-3）、压力传感器Ⅳ（13-4）、压力传感器Ⅴ（13-5）的数据，至第五气体浓度受限空间（10-5）设定的可燃气体的绝对压力时，上位机发出信号，同时关闭空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）、可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5），停止对第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）通入空气，停止对第五气体浓度受限空间（10-5）内通入可燃气体；
通过上位机打开空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）、空气气路电磁阀Ⅴ（9-5），读取压力传感器Ⅰ（13-1）、压力传感器Ⅱ（13-2）、压力传感器Ⅲ（13-3）、压力传感器Ⅳ（13-4）、压力传感器Ⅴ（13-5）的数据，至大气压时，上位机发出信号，停止对第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）内通入空气；
通过上位机关闭空压机（7）、空压机电磁阀（7-1）、空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）、空气气路电磁阀Ⅴ（9-5）、容器电磁阀Ⅰ（10-6）、主管道电磁阀Ⅰ（10-7）、主管道电磁阀Ⅱ（10-8）、主管道电磁阀Ⅲ（10-9）、容器电磁阀Ⅱ（10-10），关闭可燃气源（5），配气完成；
配气后第一气体浓度受限空间（10-1）容器内有5%可燃气体，第二气体浓度受限空间（10-2）管道内有7.5%可燃气体，第三气体浓度受限空间（10-3）管道内有10%可燃气体，第四气体浓度受限空间（10-4）管道内有12.5%可燃气体，第五气体浓度受限空间（10-5）容器内有15%可燃气体，以P0代表常压，第一气体浓度受限空间（10-1）容器内可燃气体的绝对压力为P0/20，第二气体浓度受限空间（10-2）管道内可燃气体的绝对压力为3P0/40，第三气体浓度受限空间（10-3）管道内可燃气体的绝对压力为P0/10，第四气体浓度受限空间（10-4）管道内可燃气体的绝对压力为P0/8，第五气体浓度受限空间（10-5）容器内可燃气体的绝对压力为3P0/20；
第三步，点火实验；
确认关闭所有电磁阀后，上位机通过同时控制四个密封装置（3）中的四个伺服电机（3-9）输出轴带动密封板（3-5）旋转90°，使密封板（3-5）的通道孔Ⅲ（3-5-2）或通道孔Ⅳ（3-5-3）与下衬板（3-3）通道孔Ⅰ（3-3-2）和上衬板（3-4）通道孔Ⅱ（3-4-2）相通，使第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）之间同时联通，此时上位机向点火装置发出指令，开始点火实验；
PCB压力传感器Ⅰ（12-1）、PCB压力传感器Ⅱ（12-2）、PCB压力传感器Ⅲ（12-3）、PCB压力传感器Ⅳ（12-4）、PCB压力传感器Ⅴ（12-5）感应内部压力的变化，容器火焰探测器Ⅰ（14-1）、容器火焰探测器Ⅱ（14-2）、火焰探测器Ⅰ（14-3）、火焰探测器Ⅱ（14-4）、火焰探测器Ⅲ（14-5）探测火焰信号，将监测数据传至上位机进行分析处理；通过分析最大爆炸压力、最大压力上升速率、爆炸波传播速度、火焰演变参数来研究具有浓度梯度的可燃气体爆炸传播机理，分析爆炸的演化动力学过程；
完成实验后，上位机发出指令，同时控制四个密封装置（3）中的四个伺服电机（3-9）输出轴带动密封板（3-5）再次旋转90°，使密封板（3-5）的盲板区域将通道孔Ⅰ（3-3-2）和通道孔Ⅱ（3-4-2）密封住，进而密封住通道，再开启法兰盖Ⅰ（1-2）、法兰盖Ⅱ（2-2），启动空压机（7），打开空压机电磁阀（7-1）、空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）、空气气路电磁阀Ⅴ（9-5），吹扫第一气体浓度受限空间（10-1）、第二气体浓度受限空间（10-2）、第三气体浓度受限空间（10-3）、第四气体浓度受限空间（10-4）和第五气体浓度受限空间（10-5）内的爆炸后燃烧的余气，5分钟后上位机关闭空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）、空气气路电磁阀Ⅴ（9-5）、空压机电磁阀（7-1）、空压机（7），结束清洁，断开电源，恢复实验前状态。
6.根据权利要求5所述的具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置的使用方法，其特征在于，所述可燃气源（5）为可燃气体，可燃气体为甲烷或氢气或乙炔或一氧化碳。
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