CN110018004A - 盘式火焰加速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盘式火焰加速装置及用途，主要解决现有技术中加速效果较差、阻火装置更换成本较高的问题。本发明通过采用一种盘式火焰加速装置，加速装置主体为三节圆形截面管道，其中第一节和第三节管道为一字型，第二节管道为盘式螺旋造型，在第一节管道前端法兰处设有可燃气进气口与助燃气进气口，在第一节管道前端设置有可调式高压脉冲电打火装置，在第一节管道前端和第三节管道末端安装有耐冲击静压监测器和循环接口，在第二节盘式螺旋管道的前部分区域内设置有扰流挡板，在第三节管道的前端、终端和末端位置设置有高速动态压力传感器、火焰传感器的技术方案较好地解决了上述问题，可用于管道火焰加速发生装置测试中。

Description

盘式火焰加速装置

技术领域

本发明涉及一种盘式火焰加速装置。

背景技术

在石油石化工业领域内，大大小小的各类管道是物料输送的重要通道，一方面这些管道相互连通交错，分布在整个厂区范围内；另一方面管道内输送的石化工业物料大多具有易燃易爆特性；一旦在管道内某处发生着火爆炸，爆炸将在管道内不断的发展叠加，最终形成破坏性极强的爆轰火焰波并通过管道窜入相连的其他工艺管道、设备、储罐等，造成更为严重的燃爆事故，爆炸导致的设备碎片还会以极高的速度冲击远处的装置导致事故范围的进一步扩大。石化企业在易燃易爆物料输送管道和储罐等装置内均安装了相应的阻火器装置，防止火焰窜入形成严重事故。但是阻火器长期安装在管道或储罐上，不论是否发生燃爆事故，都应定期进行检测更换。但是目前国内外优良的阻火器费用十分昂贵，而且石化园区阻火器数量较多，如果定期更换，企业成本将难以控制，如果可以利用简易的火焰加速装置定期开展阻火装置的检测，在检测合格之后重新进行利用将极大地节约企业成本。中国专利申请号CN201420654150.X的“火焰加速装置”是为方形大尺寸管道，可以起到火焰加速的功能，但是很难在较短的距离内将火焰速度加速到爆轰状态，并且不适用于圆形管道。中国专利申请号201110370604.1的“一种狭长受限空间的火灾实验模拟装置”构建了一种截面为方形的长方体装置来研究火灾轰燃，但装置耐压差、截面为方形，并不适用于开展火焰加速的检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中加速效果较差、阻火装置更换成本较高的问题，提供一种新的盘式火焰加速装置，具有加速效果较好、阻火装置更换成本较低的优点。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盘式火焰加速装置的用途。

为解决上述问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种盘式火焰加速装置，加速装置主体为三节圆形截面管道，其中第一节和第三节管道为一字型，第二节管道为盘式螺旋造型，在第一节管道前端法兰处设有可燃气进气口与助燃气进气口，通过进气管路分别与高压可燃气气瓶、空气压缩机相连，在第一节管道前端设置有可调式高压脉冲电打火装置，在第一节管道前端和第三节管道末端安装有耐冲击静压监测器和循环接口，在第二节盘式螺旋管道的前部分区域内设置有扰流挡板，在第三节管道的前端、终端和末端位置设置有高速动态压力传感器、火焰传感器，并通过高速动态数据采集器与上位机相连。

上述技术方案中，优选地，第三节管道长度大于第一节管道。

上述技术方案中，优选地，三节管道之间通过高强度法兰连接，并通过金属绕丝垫片进行密封。

上述技术方案中，优选地，在进气管路上分别设有可燃气进气阀门、助燃气进气阀门，在第一节管道上设置有抽真空接口，通过控制阀门与真空泵相连。

上述技术方案中，优选地，循环接口上安装有控制阀门，并通过管道相连，在管道上安装有循环泵。

上述技术方案中，优选地，扰流挡板在管道内分布呈阵列式，径向上挡板分为4阵列、8阵列、12阵列，轴向上挡板间距为管道内径，与管道壁倾斜角度为45°，并且相邻阵列之间互相交错，交错间距为1/2管道内径。

上述技术方案中，优选地，三节管道连接呈U型分布。

为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种盘式火焰加速装置的用途，用于管道火焰加速发生装置测试。

上述技术方案中，优选地，采用所述装置进行盘式火焰加速测试时，首先按照具体工艺流程和要求选择要测试的的预混气组分，连接好相应的可燃气气瓶及其他仪器设备，检查管线、接口处的密封效果，确定测试初始压力、初始浓度及各组分分压，调试并设置好高压脉冲点火装置能量大小，校正高速动态数据采集器；第二步，关闭所有进气、循环阀门，打开真空控制阀门，开启真空泵，对管道内气体进行抽真空作业，当达到规定真空度以后关闭真空控制阀门和真空泵；第三步，根据分压配气原理打开可燃气进气阀门和可燃气气瓶，充装可燃气，当静压监测器达到所需分压后关闭可燃气气瓶和相应的进气阀门，打开助燃气进气阀门和空气压缩机，充装助燃气，当静压监测器达到管道初始设定压力后关闭空气压缩机和相应阀门；第四步，打开循环控制阀门和循环泵，对管道内预混气进行均混作业，然后关闭阀门和循环泵；第五步，启动点火装置，进行管道内预混可燃气点火燃爆，打开高速动态数据采集器和上位机同步采集管道内压力、火焰数据；第六步，燃爆结束后打开真空控制阀门和真空泵，对管道内尾气进行排空作业，排空完毕后关闭真空泵和阀门；最后，分析管道内的压力、火焰速度稳定性，并根据稳定性好坏增加或减少盘式螺旋管长度。

本发明的目的是提供一种简易的能在较短距离内对火焰进行加速的盘式发生装置，通过该装置可以较为便捷地对阻火装置开展定期检测，降低石化企业阻火装置更换成本。与其他加速装置相比，本发明提供了一种盘式螺旋加速装置，占用空间更小，加速管道所需长度更短，加速效果更好，并通过搭配可快速对阻火装置阻火性能开展定量评估，节省阻火装置替换成本，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、一字型管道A；2、盘式螺旋管道；3、一字型管道B；4、高压可燃气气瓶；5、可燃气进气阀门；6、空气压缩机；7、助燃气进气阀门；8、可调式高压脉冲电打火装置；9、真空泵；10、真空控制阀门；11、循环泵；12、控制阀门A；13、控制阀门B；14、耐冲击静压监测器；15、高速动态压力传感器；16、火焰传感器；17、高速动态数据采集器；18、上位机；19、扰流挡板。

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1】

本发明提供一种盘式火焰加速发生装置，如图1所示，加速装置主体为三节圆形截面管道，包括一字型管道A 1和一字型管道B 3，盘式螺旋管道2，三节管道通过法兰连接，并采用金属绕丝垫片进行密封；在第一节管道前端法兰处设有可燃气进气口与助燃气进气口，通过进气管路分别与高压可燃气气瓶4、空气压缩机6相连，在进气管路上分别设有可燃气进气阀门5、助燃气进气阀门7，在第一节管道上还设置有抽真空接口，通过控制阀门10与大流量真空泵9相连；在第一节管道前端设置有可调式高压脉冲电打火装置8；在第一节管道前端和第三节管道末端安装有耐冲击静压监测器14和循环接口，循环接口上安装有控制阀门A 12、控制阀门B 13，并通过管道相连，在管道上安装有大流量循环泵11；在第二节盘式螺旋管道的前部分区域内设置有扰流挡板19，扰流挡板在管道内分布呈阵列式，径向上挡板可以分为4阵列、8阵列、12阵列，轴向上建议挡板间距为管道内径，与管道壁倾斜角度为45°，并且相邻阵列之间互相交错，交错间距建议为1/2管道内径；在第三节管道的前端、终端和末端位置设置有高速动态压力传感器15、火焰传感器16，并通过高速动态数据采集器17与上位机18相连，可实时采集预混可燃气燃爆过程中的压力、火焰速度，对比分析最后一节管道内的压力、火焰速度稳定性，用于确定合适的盘式螺旋管路。

本实施例中预混气采用丙烷-空气混合气，高压脉冲点火器点火能量设置为10J，高速动态压力传感器、火焰传感器采用微妙级响应传感器。

加速测试目的：使丙烷-空气混合气在管道内的燃爆火焰达到爆轰速度。

第一步，连接好丙烷气瓶及其他仪器设备，检查管线、接口处的密封效果，确定测试初始压力、初始浓度及各组分分压，调试并设置好高压脉冲点火装置8的点火能量为10J，校正高速动态数据采集器17；第二步，关闭可燃气进气阀门5和助燃气进气阀门7、控制阀门A 12、控制阀门B 13，打开真空控制阀门10，开启真空泵9，对管道内气体进行抽真空作业，当达到所需真空度以后关闭真空控制阀门10和真空泵9；第三步，根据分压配气原理打开可燃气进气阀门5和高压可燃气气瓶4，充装丙烷气，当静压监测器14达到所需分压后关闭高压可燃气气瓶4和相应的可燃气进气阀门5，打开助燃气进气阀门7和空气压缩机6，充装空气，当静压监测器14达到管道初始设定压力后关闭空气压缩机6和助燃气进气阀门7；第四步，打开控制阀门A 12、控制阀门B 13和循环泵11，对管道内丙烷—空气预混气进行均混作业，一段时间后关闭控制阀门A 12、控制阀门B 13和循环泵11；第五步，启动可调式高压脉冲电打火装置8进行管道内预混可燃气点火燃爆，打开高速动态采集器17和上位机18同步采集管道内压力、火焰数据；第六步，燃爆结束后打开真空控制阀门10和真空泵9，对管道内尾气进行排空作业，排空完毕后关闭真空泵9和控制阀门10；最后，分析管道内的压力、火焰速度稳定性，如果一字型管道B 3前端、中端、末端的动态压力变化、火焰速度变化较小，则可以认为现有盘式螺旋管设计在当前设定初始条件下可以满足火焰加速需求并可以进一步缩短盘式螺旋管长度、减少扰流挡板数量，并进行再次火焰加速测试；如果一字型管道B3前端、中端、末端的动态压力变化、火焰速度变化较大，则需要进一步增加盘式螺旋管长度、增加扰流挡板数量，并进行火焰加速测试，直到测试结果达到较高的压力、火焰速度稳定性。

【实施例2】

本发明提供一种盘式火焰加速发生装置，如图1所示，加速装置主体为三节圆形截面管道，包括一字型管道A 1和一字型管道B 3，盘式螺旋管道2，三节管道通过法兰连接，并采用金属绕丝垫片进行密封；在第一节管道前端法兰处设有可燃气进气口与助燃气进气口，通过进气管路分别与高压可燃气气瓶4、空气压缩机6相连，在进气管路上分别设有可燃气进气阀门5、助燃气进气阀门7，在第一节管道上还设置有抽真空接口，通过控制阀门10与大流量真空泵9相连；在第一节管道前端设置有可调式高压脉冲电打火装置8；在第一节管道前端和第三节管道末端安装有耐冲击静压监测器14和循环接口，循环接口上安装有控制阀门A 12、控制阀门B 13，并通过管道相连，在管道上安装有大流量循环泵11；在第二节盘式螺旋管道的前部分区域内设置有扰流挡板19，扰流挡板在管道内分布呈阵列式，径向上挡板可以分为4阵列、8阵列、12阵列，轴向上建议挡板间距为管道内径，与管道壁倾斜角度为45°，并且相邻阵列之间互相交错，交错间距建议为1/2管道内径；在第三节管道的前端、终端和末端位置设置有高速动态压力传感器15、火焰传感器16，并通过高速动态数据采集器17与上位机18相连，可实时采集预混可燃气燃爆过程中的压力、火焰速度，对比分析最后一节管道内的压力、火焰速度稳定性，用于确定合适的盘式螺旋管路。

本实施例中预混气采用乙烷-空气混合气，高压脉冲点火器点火能量设置为10J，高速动态压力传感器、火焰传感器采用微妙级响应传感器。

加速测试目的：使乙烷-空气混合气在管道内的燃爆火焰达到爆轰速度。

第一步，连接好乙烷气瓶及其他仪器设备，检查管线、接口处的密封效果，确定测试初始压力、初始浓度及各组分分压，调试并设置好高压脉冲点火装置8的点火能量为10J，校正高速动态数据采集器17；第二步，关闭可燃气进气阀门5和助燃气进气阀门7、控制阀门A 12、控制阀门B 13，打开真空控制阀门10，开启真空泵9，对管道内气体进行抽真空作业，当达到所需真空度以后关闭真空控制阀门10和真空泵9；第三步，根据分压配气原理打开可燃气进气阀门5和高压可燃气气瓶4，充装乙烷气，当静压监测器14达到所需分压后关闭高压可燃气气瓶4和相应的可燃气进气阀门5，打开助燃气进气阀门7和空气压缩机6，充装空气，当静压监测器14达到管道初始设定压力后关闭空气压缩机6和助燃气进气阀门7；第四步，打开控制阀门A 12、控制阀门B 13和循环泵11，对管道内乙烷—空气预混气进行均混作业，一段时间后关闭控制阀门A 12、控制阀门B 13和循环泵11；第五步，启动可调式高压脉冲电打火装置8进行管道内预混可燃气点火燃爆，打开高速动态采集器17和上位机18同步采集管道内压力、火焰数据；第六步，燃爆结束后打开真空控制阀门10和真空泵9，对管道内尾气进行排空作业，排空完毕后关闭真空泵9和控制阀门10；最后，分析管道内的压力、火焰速度稳定性，如果一字型管道B 3前端、中端、末端的动态压力变化、火焰速度变化较小，则可以认为现有盘式螺旋管设计在当前设定初始条件下可以满足火焰加速需求并可以进一步缩短盘式螺旋管长度、减少扰流挡板数量，并进行再次火焰加速测试；如果一字型管道B3前端、中端、末端的动态压力变化、火焰速度变化较大，则需要进一步增加盘式螺旋管长度、增加扰流挡板数量，并进行火焰加速测试，直到测试结果达到较高的压力、火焰速度稳定性。

【实施例3】

本发明提供一种盘式火焰加速发生装置，如图1所示，加速装置主体为三节圆形截面管道，包括一字型管道A 1和一字型管道B 3，盘式螺旋管道2，三节管道通过法兰连接，并采用金属绕丝垫片进行密封；在第一节管道前端法兰处设有可燃气进气口与助燃气进气口，通过进气管路分别与高压可燃气气瓶4、空气压缩机6相连，在进气管路上分别设有可燃气进气阀门5、助燃气进气阀门7，在第一节管道上还设置有抽真空接口，通过控制阀门10与大流量真空泵9相连；在第一节管道前端设置有可调式高压脉冲电打火装置8；在第一节管道前端和第三节管道末端安装有耐冲击静压监测器14和循环接口，循环接口上安装有控制阀门A 12、控制阀门B 13，并通过管道相连，在管道上安装有大流量循环泵11；在第二节盘式螺旋管道的前部分区域内设置有扰流挡板19，扰流挡板在管道内分布呈阵列式，径向上挡板可以分为4阵列、8阵列、12阵列，轴向上建议挡板间距为管道内径，与管道壁倾斜角度为45°，并且相邻阵列之间互相交错，交错间距建议为1/2管道内径；在第三节管道的前端、终端和末端位置设置有高速动态压力传感器15、火焰传感器16，并通过高速动态数据采集器17与上位机18相连，可实时采集预混可燃气燃爆过程中的压力、火焰速度，对比分析最后一节管道内的压力、火焰速度稳定性，用于确定合适的盘式螺旋管路。

本实施例中预混气采用丁烷-空气混合气，高压脉冲点火器点火能量设置为10J，高速动态压力传感器、火焰传感器采用微妙级响应传感器。

加速测试目的：使丁烷-空气混合气在管道内的燃爆火焰达到爆轰速度。

第一步，连接好丁烷气瓶及其他仪器设备，检查管线、接口处的密封效果，确定测试初始压力、初始浓度及各组分分压，调试并设置好高压脉冲点火装置8的点火能量为10J，校正高速动态数据采集器17；第二步，关闭可燃气进气阀门5和助燃气进气阀门7、控制阀门A 12、控制阀门B 13，打开真空控制阀门10，开启真空泵9，对管道内气体进行抽真空作业，当达到所需真空度以后关闭真空控制阀门10和真空泵9；第三步，根据分压配气原理打开可燃气进气阀门5和高压可燃气气瓶4，充装丁烷气，当静压监测器14达到所需分压后关闭高压可燃气气瓶4和相应的可燃气进气阀门5，打开助燃气进气阀门7和空气压缩机6，充装空气，当静压监测器14达到管道初始设定压力后关闭空气压缩机6和助燃气进气阀门7；第四步，打开控制阀门A 12、控制阀门B 13和循环泵11，对管道内丁烷—空气预混气进行均混作业，一段时间后关闭控制阀门A 12、控制阀门B 13和循环泵11；第五步，启动可调式高压脉冲电打火装置8进行管道内预混可燃气点火燃爆，打开高速动态采集器17和上位机18同步采集管道内压力、火焰数据；第六步，燃爆结束后打开真空控制阀门10和真空泵9，对管道内尾气进行排空作业，排空完毕后关闭真空泵9和控制阀门10；最后，分析管道内的压力、火焰速度稳定性，如果一字型管道B 3前端、中端、末端的动态压力变化、火焰速度变化较小，则可以认为现有盘式螺旋管设计在当前设定初始条件下可以满足火焰加速需求并可以进一步缩短盘式螺旋管长度、减少扰流挡板数量，并进行再次火焰加速测试；如果一字型管道B3前端、中端、末端的动态压力变化、火焰速度变化较大，则需要进一步增加盘式螺旋管长度、增加扰流挡板数量，并进行火焰加速测试，直到测试结果达到较高的压力、火焰速度稳定性。

本发明提供一种盘式火焰加速发生装置，主要是解决现有的燃爆测试管道内无法在较短的距离内产生高速爆炸火焰的问题。如专利申请号CN201420654150.X的“火焰加速装置”是为方形大尺寸管道，可以起到火焰加速的功能，但是加速结构较为复杂，拼接繁琐，加速后的火焰阵面较为紊乱，如果要达到很大的燃爆火焰速度，则需要相应的延长方形管道长度，占用空间极大，操作复杂性较高；专利申请号CN201110370604.1的“一种狭长受限空间的火灾实验模拟装置”构建了一种截面为方形的长方体装置来研究火灾轰燃，但装置耐压较差，本身设计也并非用于火焰加速，无法在极短的距离内产生高速的燃爆火焰。采用本技术发明的盘式火焰加速装置在火焰初期传播阶段采用盘式管道可以很大程度上避免装置占地问题，通过盘式管道的拼接可以模拟较长的直线管道，对燃爆火焰进行持续加速，其次在盘式管道内部设计有扰流片，通过不对称布置，可以对经过的火焰进行扰动，增加火焰的湍流程度，扩大燃烧反应速率，能量释放也更为迅速，进而推动火焰的加速传播。结合以上两点，采用本技术发明可以在有限的空间内对燃爆火焰进行持续加速，可实现圆形管道内火焰的加速，让火焰快速达到爆轰状态，同时可以基于该装置开展相关阻火装置安全性检测，具有较大的技术优势。

Claims (9)

1.一种盘式火焰加速装置，加速装置主体为三节圆形截面管道，其中第一节和第三节管道为一字型，第二节管道为盘式螺旋造型，在第一节管道前端法兰处设有可燃气进气口与助燃气进气口，通过进气管路分别与高压可燃气气瓶、空气压缩机相连，在第一节管道前端设置有可调式高压脉冲电打火装置，在第一节管道前端和第三节管道末端安装有耐冲击静压监测器和循环接口，在第二节盘式螺旋管道的前部分区域内设置有扰流挡板，在第三节管道的前端、终端和末端位置设置有高速动态压力传感器、火焰传感器，并通过高速动态数据采集器与上位机相连。

2.根据权利要求1所述盘式火焰加速装置，其特征在于第三节管道长度大于第一节管道。

3.根据权利要求1所述盘式火焰加速装置，其特征在于三节管道之间通过高强度法兰连接，并通过金属绕丝垫片进行密封。

4.根据权利要求1所述盘式火焰加速装置，其特征在于在进气管路上分别设有可燃气进气阀门、助燃气进气阀门，在第一节管道上设置有抽真空接口，通过控制阀门与真空泵相连。

5.根据权利要求1所述盘式火焰加速装置，其特征在于循环接口上安装有控制阀门，并通过管道相连，在管道上安装有循环泵。

6.根据权利要求1所述盘式火焰加速装置，其特征在于扰流挡板在管道内分布呈阵列式，径向上挡板分为4阵列、8阵列、12阵列，轴向上挡板间距为管道内径，与管道壁倾斜角度为45°，并且相邻阵列之间互相交错，交错间距为1/2管道内径。

7.根据权利要求1所述盘式火焰加速装置，其特征在于三节管道连接呈U型分布。

8.一种权利要求1-7所述的盘式火焰加速装置的用途，用于管道火焰加速发生装置测试。

9.根据权利要求8所述盘式火焰加速装置的用途，其特征在于采用所述装置进行盘式火焰加速测试时，首先按照具体工艺流程和要求选择要测试的的预混气组分，连接好相应的可燃气气瓶及其他仪器设备，检查管线、接口处的密封效果，确定测试初始压力、初始浓度及各组分分压，调试并设置好高压脉冲点火装置能量大小，校正高速动态数据采集器；第二步，关闭所有进气、循环阀门，打开真空控制阀门，开启真空泵，对管道内气体进行抽真空作业，当达到规定真空度以后关闭真空控制阀门和真空泵；第三步，根据分压配气原理打开可燃气进气阀门和可燃气气瓶，充装可燃气，当静压监测器达到所需分压后关闭可燃气气瓶和相应的进气阀门，打开助燃气进气阀门和空气压缩机，充装助燃气，当静压监测器达到管道初始设定压力后关闭空气压缩机和相应阀门；第四步，打开循环控制阀门和循环泵，对管道内预混气进行均混作业，然后关闭阀门和循环泵；第五步，启动点火装置，进行管道内预混可燃气点火燃爆，打开高速动态数据采集器和上位机同步采集管道内压力、火焰数据；第六步，燃爆结束后打开真空控制阀门和真空泵，对管道内尾气进行排空作业，排空完毕后关闭真空泵和阀门；最后，分析管道内的压力、火焰速度稳定性，并根据稳定性好坏增加或减少盘式螺旋管长度。