CN110044962B - 一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业爆炸防护技术领域，公开了一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置及方法，装置包括测试管道、风机、文丘里湿式除尘器、粉尘送料装置和点火装置,所述测试管道的进口端与风机出口连通，测试管道的出口端与文丘里湿式除尘器连通，所述测试管道沿其进口端至出口端方向依次设置有粉尘送料装置和点火装置；本发明与现有技术相比，通过可调风量的风机和可调发尘量的粉尘送料装置之间的配合，有效满足了在不同流动速度下以及不同粉尘浓度下的粉尘云着火敏感性测试，有效完善了现有可燃粉尘着火敏感性评价指标体系，有效弥补了现有可燃粉尘着火敏感性测试标准的空白。
Description
技术领域
本发明属于工业爆炸防护技术领域，具体涉及一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置及方法。
背景技术
在粉体过程工业的气力输运系统或除尘系统中，含尘气流管道占系统组成的90％以上，且极易吸入所连生产设备滋生的点火源导致管内流动粉尘云爆炸，据统计此类管道粉尘爆炸占粉尘爆炸事故总量的25％。目前国内外常采用单次喷吹分散的方式在爆炸容器内形成悬浮粉尘云，以实验研究粉尘云的着火敏感性。该成云方式因简单易行在大量实验研究中广为采用，粉尘云的流速一般在1m/s左右，现有关于可燃粉尘云着火敏感性的测试标准也均采用了该成云方式，例如CEI IEC 61241-2-3-1994、BS EN 13821-2002、ASTME2019-03-2007等，基于上述标准也涌现了很多的测试装置，例如瑞士的MIKE 3等。
但在实际工业生产中，可燃粉尘云通常在管内以持续流动的状态存在，流速通常在10m/s以上，比上述实验室常采用的悬浮粉尘云有更大的着火爆炸风险。相关研究已经表明管内流动的粉尘云因存在持续湍流对云内颗粒团块的破碎细化更易着火，且着火粉尘云在管内湍流对火焰传播加速作用下更易发展为致灾性较强的爆轰。
然而，目前对于如何测试持续流动状态下可燃粉尘云的爆炸风险，现阶段仍未有相关的测试标准颁布过，更没有基于标准的测试装置，而对于现有的粉尘云着火敏感性测试标准，其均是针对单次喷吹分散条件下的悬浮粉尘云开展的着火敏感性测试，而并不适用于持续流动粉尘云的测试。
因此，亟需设计一套全新的用于连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置及测试方法，其应满足在粉尘云流动工况下的着火敏感性测试，用以完善现有粉尘云着火敏感性测试的评价指标体系，弥补现有粉尘云着火敏感性测试标准的空白。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明提供一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置及方法，技术方案如下：
一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，包括测试管道、风机、文丘里湿式除尘器、粉尘送料装置和点火装置,所述测试管道的进口端与风机出口连通，测试管道的出口端与文丘里湿式除尘器连通，所述测试管道沿其进口端至出口端方向依次设置有粉尘送料装置和点火装置；
所述粉尘送料装置包括粉尘发生器、送料管道、送料螺旋、变频电机和变频器，所述粉尘发生器通过送料管道与测试管道顶部连通，送料螺旋转动装配在送料管道中，且送料螺旋与固定装配在送料管道外部的变频电机的输出轴同轴固定连接，变频电机与变频器电连接；
所述点火装置包括炽热源发生器和电极组,电极组为可替换式钨极,包括两个相对设置的电极，两个电极为针尖-针尖电极、针尖-平板电极或球型-平板电极，两个电极分别与电弧发生器或电火花发生器的正负两极电连接。
所述电极组上设有电极调节螺母。
所述点火装置与粉尘送料装置之间的测试管道上设置有泄爆装置，所述泄爆装置包括开设于测试管道上的开口，所述开口上密封覆盖有一个一端与测试装置外壁铰接、另一端活动的翻盖，翻盖活动的一端通过磁铁与测试管道之间吸合。
所述风机出口与粉尘送料装置之间的测试管道上设置有单向阀，所述单向阀的连通方向为从测试管道的进口端至测试管道的出口端，所述单向阀与粉尘送料装置之间的测试管道内设置有均流板。
所述测试管道从其进口端至出口端方向依次分为第一金属管段、波纹管段、第二金属管段和有机玻璃管段，第一金属管段、波纹管段、第二金属管段和有机玻璃管段之间通过卡箍依次连接，所述粉尘送料装置设置在第一金属管段上，所述泄爆装置设置在第二金属管段上，所述点火装置设置在有机玻璃管段上。
所述文丘里湿式除尘器的旋风分离器顶部设置有雾化喷头。
所述风机的进风口处滑动装配有风量调节板。
所述均流板与粉尘送料装置之间的测试管道内设置有皮托管。
所述点火装置附近设置有高速摄像机和红外热成像仪。
一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试方法，采用前述的一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，包括以下步骤：
步骤1、打开风机，使用皮托管测量测试管道内的气流速度，同时调整风量调节板的位置，以达到实验所需的目标风速；
步骤2、根据风速、管径及目标粉尘浓度计算所需发尘量，打开粉尘送料装置，通过调节变频器调节发尘量，以达到实验所需的目标粉尘浓度，同时打开文丘里湿式除尘器；
步骤3、通过电极调节螺母调节电极组间距至实验设定值，将电弧发生器与电极组相连接，启动电弧发生器，将电弧发生器的输出能量调为10J后进行点火预实验，观察管道中是否发生着火现象，以测试在该目标风速和目标粉尘浓度下能否发生着火行为，若不能，则按顺序依次关闭粉尘送料装置和风机，并结束实验；
步骤4、若在点火预实验中发生着火行为，按顺序依次关闭粉尘送料装置和风机，将电弧发生器从电极组上拆下来后接上电火花发生器；
步骤5、启动电火花发生器，由小到大调节输出电压，选取某一超过最低击穿电压的数值为所设置电极间距对应的实验电压，保证电极之间稳定的出现电火花；
步骤6、依次启动风机和粉尘送料装置，选择电容充电并触发电火花，观测到火焰传播后，认定点火成功，按顺序依次关闭粉尘送料装置和风机，检查用于泄爆的翻盖是否被打开，若其由于爆炸压力过大而被打开，则将其闭合并用磁铁固定；
步骤7、选择更小的电容，重复步骤六，直至连续十次放电均不能成功点火，则能成功点火的最小火花能量即该条件下粉尘的最小点火能，按顺序依次关闭粉尘送料装置和风机，关闭并拆下电火花发生器；
步骤8、启动炽热源发生器，调整炽热棒温度至目标温度，依次打开风机和粉尘送料装置，若点火成功，依次关闭粉尘送料装置和风机，检查用于泄爆的翻盖是否被打开，若由于爆炸压力过大而被打开，则将其闭合并用磁铁固定；
步骤9：将炽热棒的温度调低并重复步骤九，直至连续三次在某一温度下均不能成功点火，则能成功点火的炽热棒的最低温度即该条件下粉尘的最低着火温度，依次关闭粉尘送料装置和风机，关闭并拆下炽热源发生器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明与现有技术相比，通过可调风量的风机和可调发尘量的粉尘送料装置之间的配合，有效满足了在不同流动速度下以及不同粉尘浓度下的粉尘云着火敏感性测试，有效完善了现有可燃粉尘着火敏感性评价指标体系，有效弥补了现有可燃粉尘着火敏感性测试标准的空白。
2、风机与粉尘送料装置相结合，通过调节风量调节板可以有效控制气流速度，通过均流板的设置，同时可以得到浓度稳定的粉尘气流。
3、本发明测试方法科学合理，可以提高实验效率，减少实验中的浪费。
4、管道中设有泄爆装置，既可以防止爆炸压力对仪器的损坏，又可以合理泄爆防止对实验人员造成伤害。
5、所述文丘里湿式除尘器可以有效除去气流中的粉尘，既减少了环境污染，又可以防止周围环境堆积可燃粉尘以产生安全隐患。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：测试管道1；第一金属管段101；波纹管段102；第二金属管段103；有机玻璃管段104；风机2；文丘里湿式除尘器3；喉管31；文丘里管32；旋风分离器33；灰斗34；粉尘送料装置4；粉尘发生器41；送料管道42；送料螺旋43；变频电机44；变频器45；点火装置5；炽热源发生器51；电极组52；泄爆装置6；翻盖61；磁铁62；单向阀7；均流板8；雾化喷头9；风量调节板10；皮托管11。
具体实施方式
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
如图1所示，本发明提供了一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，包括测试管道1、风机2、文丘里湿式除尘器3、粉尘送料装置4和点火装置5,所述测试管道1的进口端与风机2出口连通，测试管道1的出口端与文丘里湿式除尘器3连通，所述测试管道1沿其进口端至出口端方向依次设置有粉尘送料装置4和点火装置5；
所述粉尘送料装置4包括粉尘发生器41、送料管道42、送料螺旋43、变频电机44和变频器45，所述粉尘发生器41通过送料管道42与测试管道1顶部连通，送料螺旋43转动装配在送料管道42中，且送料螺旋43与固定装配在送料管道42外部的变频电机44的输出轴同轴固定连接，变频电机44与变频器45电连接；
具体的，变频器45的可调转速范围是0～1440r/min，通过变频器45调节变频电机44的转速，来控制送料螺旋43的转动速度，从而实现发尘量控制的目的,变频器45具体为ABB ACS510系列变频器,变频电机44具体为YVP系列变频调速电机。
所述点火装置5包括炽热源发生器51和电极组52,电极组52为可替换式钨极,包括两个相对设置的电极，两个电极为针尖-针尖电极、针尖-平板电极或球型-平板电极，分别对应火花放电、刷形放电和传播型刷形放电，两个电极分别与电弧发生器或电火花发生器的正负两极电连接。
为了防止发生高压触电，在电弧发生器或电火花发生器的导线外部以及电极组52上端均包覆有高压绝缘保护套。
具体的，炽热源发生器51可拆卸式装配在测试管道1开设的安装孔中，当不需要炽热发生器进行工作时，可用胶塞或木塞封堵安装孔。
所述电极组52上设有电极调节螺母，用于调节两个电极之间的间距。
所述点火装置5与粉尘送料装置4之间的测试管道1上设置有泄爆装置6，所述泄爆装置6包括开设于测试管道1上的开口，所述开口上密封覆盖有一个一端与测试装置外壁铰接、另一端活动的翻盖61，翻盖61活动的一端通过磁铁62与测试管道1之间吸合，具体的，当测试管道1采用铁磁性材料时，仅在翻盖61的另一端固定磁铁62，当测试管道1采用非铁磁性材料时，在测试管道1和翻盖61上均固定有磁铁，当测试管道1内发生粉尘爆炸时，过大的压力会冲开翻盖61，以达到泄爆的效果。
所述风机2出口与粉尘送料装置4之间的测试管道1上设置有单向阀7，所述单向阀7的连通方向为从测试管道1的进口端至测试管道1的出口端，所述单向阀7与粉尘送料装置4之间的测试管道1内设置有均流板8。
设置单向阀7的目的在于，防止爆炸后火焰传播至风机2内部，对其造成损坏。
设置均流板8的目的在于，减少气流中的湍流因素。
所述测试管道1从其进口端至出口端方向依次分为第一金属管段101、波纹管段102、第二金属管段103和有机玻璃管段104，第一金属管段101、第二金属管段103具体为铁管或不锈钢管；第一金属管段101、波纹管段102、第二金属管段103和有机玻璃管段104之间通过卡箍依次连接，所述粉尘送料装置4设置在第一金属管段101上，所述泄爆装置6设置在第二金属管段103上，所述点火装置5设置在有机玻璃管段104上，以便于观察是否发生着火及捕捉着火后的火焰传播情况和火焰结构。
风机2和粉尘送料装置4中均装有电机，在运行过程中可能发生抖动现象，因此，需要将点火装置5、风机2和粉尘送料装置4分别设置于波纹管的两侧，以防止电机抖动影响实验的观察和结果。
所述文丘里湿式除尘器3的旋风分离器33顶部设置有雾化喷头9，以进一步吸收剩余颗粒物。
所述风机2的进风口处滑动装配有风量调节板10，通过调节风量调节板10的位置来控制测试管道1中的气流速度。
所述均流板8与粉尘送料装置4间的测试管道内设置有皮托管11，皮托管11用于测量测试管道1内的气流速度。
所述点火装置5附近设置有高速摄像机和红外热成像仪，以更好的记录下电火花放电过程中的粉尘云着火过程以及温度分布情况。
本实施例中，文丘里湿式除尘器3由喉管31、文丘里管32、旋风分离器33、灰斗34等部分组成，当含尘气流从管道系统流出后会经过喉管31，喉管31设有出水口，水从出水口喷出后会与高速气体相撞形成雾滴，气流中的粉尘会与雾滴撞击形成大颗粒被沉降下来，由旋风分离器33使气体得到净化，顶部的雾化喷头9会进一步吸收剩余颗粒物，净化后的气体会经由旋风分离器33上端出口排出，而大颗粒粉尘聚合物会落入下方的灰斗34。
一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试方法，采用前述的一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，包括以下步骤：
步骤1、打开风机2，使用皮托管11测量测试管道1内的气流速度，同时调整风量调节板10的位置，以达到实验所需的目标风速；
步骤2、根据风速、管径及目标粉尘浓度计算所需发尘量，打开粉尘送料装置4，通过调节变频器45调节发尘量，以达到实验所需的目标粉尘浓度，同时打开文丘里湿式除尘器3；
步骤3、通过电极调节螺母调节电极组52间距至实验设定值，将电弧发生器与电极组52相连接，启动电弧发生器，将电弧发生器的输出能量调为10J后进行点火预实验，观察管道中是否发生着火现象，以测试在该目标风速和目标粉尘浓度下能否发生着火行为，若不能，则按顺序依次关闭粉尘送料装置4和风机2，并结束实验；
步骤4、若在点火预实验中发生着火行为，按顺序依次关闭粉尘送料装置4和风机2，将电弧发生器从电极组52上拆下来后接上电火花发生器；
步骤5、启动电火花发生器，由小到大调节输出电压，选取某一超过最低击穿电压的数值为所设置电极间距对应的实验电压，保证电极之间稳定的出现电火花；
步骤6、依次启动风机2和粉尘送料装置4，选择电容充电并触发电火花，观测到火焰传播后，认定点火成功，按顺序依次关闭粉尘送料装置4和风机2，检查用于泄爆的翻盖61是否被打开，若其由于爆炸压力过大而被打开，则将其闭合并用磁铁62固定；
步骤7、选择更小的电容，重复步骤六，直至连续十次放电均不能成功点火，则能成功点火的最小火花能量即该条件下粉尘的最小点火能，按顺序依次关闭粉尘送料装置4和风机2，关闭并拆下电火花发生器；
在本实施例中，电火花发生器内高压电源的输出电压为5kV～30kV，电火花发生器内电容组的可选电容为20pF、60pF、200pF、600pF、2nF、6nF、20nF及1μF，电火花发生器的输出能量(点火能量)依次设定为1mJ、3mJ、10mJ、30mJ、100mJ、300mJ、1000mJ及50J，其中，输出能量通过公式E＝CU2/2计算得到，式中，E为输出能量，C为电容，U为输出电压。
步骤8、启动炽热源发生器51，调整炽热棒温度至目标温度，依次打开风机2和粉尘送料装置4，若点火成功，依次关闭粉尘送料装置4和风机2，检查用于泄爆的翻盖61是否被打开，若由于爆炸压力过大而被打开，则将其闭合并用磁铁62固定；
步骤9：将炽热棒的温度调低并重复步骤九，直至连续三次在某一温度下均不能成功点火，则能成功点火的炽热棒的最低温度即该条件下粉尘的最低着火温度，依次关闭粉尘送料装置4和风机2，关闭并拆下炽热源发生器51。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，其特征在于，包括测试管道、风机、文丘里湿式除尘器、粉尘送料装置和点火装置,所述测试管道的进口端与风机出口连通，测试管道的出口端与文丘里湿式除尘器连通，所述测试管道沿其进口端至出口端方向依次设置有粉尘送料装置和点火装置；
所述粉尘送料装置包括粉尘发生器、送料管道、送料螺旋、变频电机和变频器，所述粉尘发生器通过送料管道与测试管道顶部连通，送料螺旋转动装配在送料管道中，且送料螺旋与固定装配在送料管道外部的变频电机的输出轴同轴固定连接，变频电机与变频器电连接；
所述点火装置包括炽热源发生器和电极组, 电极组为可替换式钨极, 包括两个相对设置的电极，两个电极为针尖-针尖电极、针尖-平板电极或球型-平板电极，两个电极分别与电弧发生器或电火花发生器的正负两极电连接；
所述电极组上设有电极调节螺母；
所述点火装置与粉尘送料装置之间的测试管道上设置有泄爆装置，所述泄爆装置包括开设于测试管道上的开口，所述开口上密封覆盖有一个一端与测试装置外壁铰接、另一端活动的翻盖，翻盖活动的一端通过磁铁与测试管道之间吸合；
所述风机出口与粉尘送料装置之间的测试管道上设置有单向阀，所述单向阀的连通方向为从测试管道的进口端至测试管道的出口端，所述单向阀与粉尘送料装置之间的测试管道内设置有均流板；
所述测试管道从其进口端至出口端方向依次分为第一金属管段、波纹管段、第二金属管段和有机玻璃管段，第一金属管段、波纹管段、第二金属管段和有机玻璃管段之间通过卡箍依次连接，所述粉尘送料装置设置在第一金属管段上，所述泄爆装置设置在第二金属管段上，所述点火装置设置在有机玻璃管段上。
2.根据权利要求1 所述的一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，其特征在于，所述文丘里湿式除尘器的旋风分离器顶部设置有雾化喷头。
3.根据权利要求2 所述的一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，其特征在于，所述风机的进风口处滑动装配有风量调节板。
4.根据权利要求 3 所述的一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，其特征在于，所述均流板与粉尘送料装置之间的测试管道内设置有皮托管。
5.根据权利要求 4所述的一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，其特征在于，所述点火装置附近设置有高速摄像机和红外热成像仪。
6.一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试方法，采用如权利要求4 所述的一种连续流动可燃粉尘云着火敏感性的测试装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤 1、打开风机，使用皮托管测量测试管道内的气流速度，同时调整风量调节板的位置，以达到实验所需的目标风速；
步骤 2、根据风速、管径及目标粉尘浓度计算所需发尘量，打开粉尘送料装置，通过调节变频器调节发尘量，以达到实验所需的目标粉尘浓度，同时打开文丘里湿式除尘器；
步骤 3、通过电极调节螺母调节电极组间距至实验设定值，将电弧发生器与电极组相连接，启动电弧发生器，将电弧发生器的输出能量调为 10J 后进行点火预实验，观察管道中是否发生着火现象，以测试在该目标风速和目标粉尘浓度下能否发生着火行为，若不能，则按顺序依次关闭粉尘送料装置和风机，并结束实验；
步骤 4、若在点火预实验中发生着火行为，按顺序依次关闭粉尘送料装置和风机，将电弧发生器从电极组上拆下来后接上电火花发生器；
步骤 5、启动电火花发生器，由小到大调节输出电压，选取某一超过最低击穿电压的数值为所设置电极间距对应的实验电压，保证电极之间稳定的出现电火花；
步骤 6、依次启动风机和粉尘送料装置，选择电容充电并触发电火花，观测到火焰传播后，认定点火成功，按顺序依次关闭粉尘送料装置和风机，检查用于泄爆的翻盖是否被打开，若其由于爆炸压力过大而被打开，则将其闭合并用磁铁固定；
步骤 7、选择更小的电容，重复步骤六，直至连续十次放电均不能成功点火，则能成功点火的最小火花能量即该条件下粉尘的最小点火能，按顺序依次关闭粉尘送料装置和风机，关闭并拆下电火花发生器；
步骤 8、启动炽热源发生器，调整炽热棒温度至目标温度，依次打开风机和粉尘送料装置，若点火成功，依次关闭粉尘送料装置和风机，检查用于泄爆的翻盖是否被打开，若由于爆炸压力过大而被打开，则将其闭合并用磁铁固定；
步骤 9：将炽热棒的温度调低并重复步骤九，直至连续三次在某一温度下均不能成功点火，则能成功点火的炽热棒的最低温度即该条件下粉尘的最低着火温度，依次关闭粉尘送料装置和风机，关闭并拆下炽热源发生器。
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