CN110907525B - 一种基于喷射过程的液体静电安全测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于喷射过程的液体静电安全测试装置及方法，所述测试装置包括测试辅助平台、模拟系统、液体静电起电测量系统；所述模拟系统包括喷射口模拟装置以及密闭储罐内部喷溅模拟装置，所述液体静电起电测量系统包括安装在测试辅助平台上的用于测试循环回路液体电荷密度的油品电荷密度表、两端开口式法拉第筒网以及泄漏电流测试设备。本发明所用模拟测试装置具有结构简单，安装维护便捷，可远离易燃易爆场所安装，使用安全可靠，能实时监测油品静电电荷密度，研究油品储运过程中管道输运、储罐内液体喷溅及液体泄漏喷射时存在的静电放电风险。
Description
技术领域
本发明属于油品静电起电模拟测试领域，特别涉及一种基于喷射过程的液体静电安全测试装置及方法。
背景技术
静电放电是造成易燃物料火灾、爆炸等重大事故的关键因素之一。在油库（罐车）装油/卸油、油品带压管道/容器泄漏喷出、消防泡沫喷出油面、蒸汽灭火系统高压蒸汽喷出等过程中，均可造成液体（油品、水、消防泡沫等）因流动、喷溅、雾化等带电，形成“电荷云（带电云）”，甚至发生静电放电引燃事故。另外，成品油装卸过程中油品从鹤管口高速喷出，油品静电在储罐内积聚过多且周围环境达到放电条件，就可能发生静电闪爆事故。
目前，关于液体喷出过程静电危险性研究较少。可燃液体在喷出过程中静电起电主要是剥离起电，起电可能与管道压力、出口形状及尺寸等有关，同时喷出起电还受混合相组分、工艺条件等多因素影响。开展可燃液体带压喷出过程中静电起电特性测试研究，可为危险场所静电安全管控及燃爆事故调查等提供基础数据支撑。因此，设计一种基于液体喷射（溅）过程的油品静电安全测试方法至关重要，但目前关于液体喷射（溅）过程的油品静电安全测试方法或装置尚无报到。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于喷射过程的液体静电安全测试装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，结构简单，维护方便，使用安全可靠，为油品静电安全研究提供了实验基础，具有良好的效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于喷射过程的液体静电安全测试装置，包括测试辅助平台、液体喷射模拟系统和液体静电起电测量系统；
所述测试辅助平台包括高压氮气瓶、减压阀、第一压力表、密闭储罐、防爆变频泵、过滤器、流量计和第二压力表，所述的高压氮气瓶、减压阀、第一压力表和密闭储罐通过气管依次连接，所述的密闭储罐、防爆变频泵、过滤器、流量计和第二压力表通过管道依次连接并构成液体流动循环回路，所述的高压氮气瓶和减压阀用于控制高压氮气输出压力，利用高压氮气调控测试辅助平台内循环回路液体输送压力；
所述液体喷射模拟系统包括喷射口模拟装置以及密闭储罐内部喷溅模拟装置，过滤器与流量计之间设有短接法兰，在短接法兰处，所述的喷射口模拟装置通过管道和阀门Ⅲ与测试辅助平台的管道连接；
所述液体静电起电测量系统包括安装在测试辅助平台上的用于测试循环回路液体电荷密度的油品电荷密度表、两端开口式法拉第筒网以及泄漏电流测试设备。
优选的是，所述密闭储罐的顶部设有进气口和出气口，进气口与第一压力表、减压阀和高压氮气瓶通过气管连接，出气口通过阀门Ⅳ与空气联通。
优选的是，所述过滤器用于过滤液体内部杂质并保证液体流动起电，同时模拟不同过滤器对液体静电特性的影响；所述流量计用于显示循环回路液体流量。
优选的是，所述喷射口模拟装置采用开设喷射口的法兰。
优选的是，所述油品电荷密度表安装在密闭储罐进油口前端管道上，用于测试进入密闭储罐流动液体电荷密度，所述法拉第筒网通过支架安装在喷射口后端，法拉第筒网包括内网和外网，外网通过绝缘绳固定在支架上，液体喷射时液体从内网中心穿过法拉第筒网，所述泄漏电流测试设备用于测试泄漏电流。
优选的是，所述液体静电安全测试装置还包括计算机，所述油品电荷密度表将测得的数据通过无线通信传输至计算机，所述泄漏电流测试设备测得的电流值传输至计算机。
优选的是，所述密闭储罐内部喷溅模拟装置为安装于密闭储罐顶部的罐内电场或液面电位监测设备。
优选的是，减压阀与密闭储罐之间设有阀门Ⅰ，密闭储罐和防爆变频泵之间设有阀门Ⅱ。
此外，本发明还公开一种基于喷射过程的液体静电安全测试方法，该方法采用上述的基于液体喷射过程的液体静电安全测试装置，按如下步骤进行：
步骤1：密闭储罐内装有待测液体，利用法兰盲板实现对密闭储罐的密闭处理；
步骤2：打开高压氮气瓶和阀门Ⅰ，调节减压阀并根据第一压力表控制密闭储罐压力；
步骤3：打开密闭储罐和防爆变频泵之间的阀门Ⅱ、关闭其它所有阀门，利用防爆变频泵提供的动力，实现液体沿管道流动；
步骤4：通过过滤器去除测试液体中的杂质；
步骤5：通过比较第一压力表和第二压力表实数，并通过减压阀、调节液体输送压力；
步骤6：通过油品电荷密度表，模拟液体经管道或过滤器后静电带电情况，测得的数据经无线发射方式实现远程实时在线监测油品静电电荷密度值；
步骤7：安装固定好法拉第筒网，打开喷射口前端的阀门Ⅲ，使待测液体沿事先安装好的喷射口喷出到法拉第筒网中间，并利用泄漏电流测试设备对法拉第筒内网泄漏电流进行测试，测得电流值直接存储到与泄漏电流测试设备连接的计算机里。
与现有技术相比，本发明优点在于：
（1）本发明密闭储罐体积大，利用高压氮气瓶和减压阀可简单实现对储罐内压力稳定性的控制，可连续模拟石化带压容器泄露、检修过程液体高速喷出过程静电带电测试，本发明喷射口可以模拟多种石化工况下的泄漏喷射形式，如管道腐蚀穿孔、法兰密封不严、球阀未完全关闭状态；可用于研究液体高速喷出过程中液体静电特性受喷射压力、泄漏孔形和孔径、泄漏点材质等的影响。
（2）另外，本发明可用于研究储罐内液体喷溅过程液体静电带电特性及罐内液面电位特性规律。
（3）采用法拉第筒网测试液体的静电量，不受法拉第筒体积限制，可模拟测试大流量、大压力（喷射距离远）工况下液体带电情况。
（4）整个装置内部采用高纯氮气保护，可提高可燃液体，如成品油高速喷射过程的安全性。
（5）本发明所用模拟测试装置结构简单，安装维护便捷，可远离易燃易爆场所安装，使用安全可靠，能实时监测油品静电电荷密度，研究油品储运过程中管道输运、储罐内液体喷溅及液体泄漏喷射时存在的静电放电风险，为研究液体静电特性、预防措施以及静电燃爆事故调查提供基础数据。
附图说明
图1为本发明基于喷射过程的液体静电安全测试装置的结构示意图；
图2为本发明基于喷射过程的液体静电安全测试装置的喷射口设计建构简图；
图3为本发明基于喷射过程的液体静电安全测试装置的两端开口式法拉第筒网装置简图；
图4为本发明中汽油喷射过程中法拉第筒内网测试泄漏电流随喷射压力之间的变化关系。
其中，1-高压氮气瓶；2-减压阀；3-阀门Ⅰ；4-第一压力表；5-密闭储罐；6-阀门Ⅱ；7-防爆变频泵；8-过滤器；9-短接法兰；10-流量计；11-第二压力表；12-油品电荷密度表；13-阀门Ⅲ；14-阀门Ⅳ；16-喷射口模拟装置；1601-固定在管道上的法兰A；1602-中间开孔法兰B；1603-中间开喷射孔的盲板；1604-固定螺栓；17-法拉第筒网；18-泄漏电流测试设备；19-绝缘绳；20-支架。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种基于喷射过程的液体静电安全测试装置，包括测试辅助平台、液体喷射模拟系统和液体静电起电测量系统。
如图1所示，测试辅助平台包括高压氮气瓶1、减压阀2、第一压力表4、密闭储罐5、防爆变频泵7、过滤器8、流量计10和第二压力表11，高压氮气瓶1、减压阀2、第一压力表4和密闭储罐5通过气管依次连接，减压阀2与密闭储罐5之间设有阀门Ⅰ3。密闭储罐5、防爆变频泵7、过滤器8、流量计10和第二压力表11通过管道依次连接并构成液体流动循环回路，密闭储罐5和防爆变频泵7之间设有阀门Ⅱ6，高压氮气瓶1和减压阀2用于控制高压氮气输出压力，利用高压氮气调控测试辅助平台内循环回路液体输送压力。
液体喷射模拟系统包括喷射口模拟装置16以及密闭储罐内部喷溅模拟装置，过滤器8与流量计10之间设有短接法兰9，在短接法兰9处，喷射口模拟装置通过管道和阀门Ⅲ13与测试辅助平台的管道连接。
高压氮气瓶1和减压阀2用于控制密闭储罐5内压力，关闭阀门Ⅳ14和阀门Ⅲ13，打开阀门Ⅰ3可以调控密闭储罐5及管道内液体压力0-0.6MPa。
密闭储罐5容量为500-800L，上端开口且开口处通过法兰盲板密封，密闭储罐5顶部设有进气口和出气口，进气口与第一压力表4、减压阀2和高压氮气瓶1通过气管连接，出气口通过阀门Ⅳ14与空气联通。密闭储罐5及管道上设置有接地夹，密闭储罐5外表面良好接地。
防爆变频泵7为液体在管道内循环流动提供动力，防爆油泵可以通过变频器调节液体流速和流量，实现管道内流速0-7m/s。
过滤器8用于过滤液体内部杂质并保证液体流动起电，同时模拟不同过滤器对液体静电特性的影响。
流量计10用于显示循环回路液体流量，根据液体流量及管道内径可换算管道内液体流速。
如图2所示，喷射口模拟装置16利用与阀门Ⅲ13连接的管道，管道末端固定法兰A1601，法兰B 1602中间开大孔；所述喷射口为利用两片法兰1601和1602通过固定螺栓1604固定中间开喷射口的盲板1603安装而成；选择不同孔径和形状的喷射孔时只需要采用不同开孔盲板固定即可，盲板可选择不锈钢、碳钢、聚四氟乙烯、橡胶等材质。
所述的喷射口也可直接采用球阀安装在法兰A1601上，通过调节球阀的闭合角度获得不同的喷射口。
如图1和图3所示，液体静电起电测量系统包括安装在测试辅助平台上的用于测试循环回路液体电荷密度的油品电荷密度表12、两端开口式法拉第筒网17以及泄漏电流测试设备18。
油品电荷密度表12安装在密闭储罐5进油口前端管道上，用于测试进入密闭储罐5流动液体电荷密度，法拉第筒网17通过支架20安装在喷射口后端，法拉第筒网17为20目不锈钢网，包括内网和外网，圆柱形法拉第筒内网与外网直径通过绝缘陶瓷块固定，外网通过绝缘绳19固定在支架20上，液体喷射时液体从内网中心穿过法拉第筒网，内网感应出电位并向大地产生泄漏电流，泄漏电流测试设备18用于测试泄漏电流，可测试nA量级泄漏电流。油品电荷密度表12将测得的数据通过无线通信传输至计算机，泄漏电流测试设备18测得的电流值传输至计算机。
实施例2
在上述实施例的基础上，此外，本发明还公开一种基于喷射过程的液体静电安全测试方法，按如下步骤进行：
步骤1：密闭储罐5内装有待测液体，利用法兰盲板实现对密闭储罐5的密闭处理；
步骤2：打开高压氮气瓶1和阀门Ⅰ3，调节减压阀2并根据第一压力表4控制密闭储罐5内压力；
步骤3：打开密闭储罐5和防爆变频泵7之间的阀门Ⅱ6、关闭阀门Ⅲ13和阀门Ⅳ14，利用防爆变频泵7提供的动力，实现液体沿管道流动；
步骤4：通过过滤器8去除测试液体中的杂质；
步骤5：通过比较第一压力表4和第二压力表11实数，并通过减压阀2、调节液体输送压力；
步骤6：通过油品电荷密度表12，模拟液体经管道或过滤器后静电带电情况，测得的数据经无线发射方式实现远程实时在线监测油品静电电荷密度值；
步骤7：安装固定好法拉第筒网17，打开喷射口前端的阀门Ⅲ13，使待测液体沿事先安装好的喷射口喷出到法拉第筒网17中间，并利用泄漏电流测试设备18对法拉第筒内网泄漏电流进行测试，测得电流值直接存储到与泄漏电流测试设备18连接的计算机里。
实施例3
在上述实施例1的基础上，此外，本发明还提到一种基于液体喷溅过程的液体静电安全测试方法，该方法采用上述的一种基于液体喷射过程的液体静电安全测试装置，按如下步骤进行模拟储罐内油品喷溅带电特性：
步骤1：根据实施例1，对密闭储罐5的顶盖进行改造，在密闭储罐5的顶盖开孔，安装监测密闭储罐5内电场或液面电位的监测设备；
步骤2：重复实施例2中步骤1-步骤6；
步骤3：通过防爆变频泵7调节不同流速，利用油品电荷密度表12记录进入密闭储罐5内液体电荷密度，利用安装在罐顶的罐内电场或液面电位监测设备测试罐内液体喷溅产生的静电特性。
实施例4
以93#汽油喷射为研究对象，利用直径为1mm圆孔实现油品带压（0-0.3MPa）喷射，并基于吉时利6485测试泄漏电流，如图4所示。
本发明还提到一种基于喷射（溅）过程的液体静电安全测试装置及方法，与现有技术相比，本发明可用于研究过滤器、机泵、杂质、液体速度、管道等管道内液体静电特性的影响，还可定性分析液体带压喷射以及储罐内液体喷溅过程静电特性。
本发明所用模拟测试装置具有结构简单，安装维护便捷，可远离易燃易爆场所安装，使用安全可靠，能实时监测油品静电电荷密度，研究油品储运过程中管道输运、储罐内液体喷溅及液体泄漏喷射时存在的静电放电风险。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于喷射过程的液体静电安全测试装置，其特征在于：包括测试辅助平台、液体喷射模拟系统和液体静电起电测量系统；所述测试辅助平台包括高压氮气瓶、减压阀、第一压力表、密闭储罐、防爆变频泵、过滤器、流量计和第二压力表，所述的高压氮气瓶、减压阀、第一压力表和密闭储罐通过气管依次连接，所述的密闭储罐、防爆变频泵、过滤器、流量计和第二压力表通过管道依次连接并构成液体流动循环回路，所述的高压氮气瓶和减压阀用于控制高压氮气输出压力，利用高压氮气调控测试辅助平台内循环回路液体输送压力；
所述液体喷射模拟系统包括喷射口模拟装置以及密闭储罐内部喷溅模拟装置，过滤器与流量计之间设有短接法兰，在短接法兰处，所述的喷射口模拟装置通过管道和阀门III与测试辅助平台的管道连接，所述喷射口为利用两片法兰通过固定螺栓固定中间开喷射口的盲板安装而成；
所述液体静电起电测量系统包括安装在测试辅助平台上的用于测试循环回路液体电荷密度的油品电荷密度表、两端开口式法拉第筒网以及泄漏电流测试设备；
所述油品电荷密度表安装在密闭储罐进油口前端管道上，用于测试进入密闭储罐流动液体电荷密度，所述法拉第筒网通过支架安装在喷射口后端，法拉第筒网包括内网和外网，外网通过绝缘绳固定在支架上，液体喷射时液体从内网中心穿过法拉第筒网，所述泄漏电流测试设备用于测试泄漏电流。
所述油品电荷密度表将测得的数据通过无线通信传输至计算机，所述泄漏电流测试设备测得的电流值传输至计算机。
2.根据权利要求1所述的基于喷射过程的液体静电安全测试装置，其特征在于：所述密闭储罐的顶部设有进气口和出气口，进气口与第一压力表、减压阀和高压氮气瓶通过气管连接，出气口通过阀门IV与空气联通。
3.根据权利要求1所述的基于喷射过程的液体静电安全测试装置，其特征在于：所述过滤器用于过滤液体内部杂质并保证液体流动起电，同时模拟不同过滤器对液体静电特性的影响；所述流量计用于显示循环回路液体流量。
4.根据权利要求1所述的基于喷射过程的液体静电安全测试装置，其特征在于：所述密闭储罐内部喷溅模拟装置为安装于密闭储罐顶部的罐内电场或液面电位监测设备。
5.根据权利要求1所述的基于喷射过程的液体静电安全测试装置，其特征在于：减压阀与密闭储罐之间设有阀门I，密闭储罐和防爆变频泵之间设有阀门II。
6.一种基于喷射过程的液体静电安全测试方法，该方法采用权利要求5所述的基于液体喷射过程的液体静电安全测试装置，按如下步骤进行：
步骤1：密闭储罐内装有待测液体，利用法兰盲板实现对密闭储罐的密闭处理；
步骤2：打开高压氮气瓶和阀门I，调节减压阀并根据第一压力表控制密闭储罐压力；
步骤3：打开密闭储罐和防爆变频泵之间的阀门II、关闭其它所有阀门，利用防爆变频泵提供的动力，实现液体沿管道流动；
步骤4：通过过滤器去除测试液体中的杂质；
步骤5：通过比较第一压力表和第二压力表实数，并通过减压阀、调节液体输送压力；
步骤6：通过油品电荷密度表，模拟液体经管道或过滤器后静电带电情况，测得的数据经无线发射方式实现远程实时在线监测油品静电电荷密度值；
步骤7：安装固定好法拉第筒网，打开喷射口前端的阀门III，使待测液体沿事先安装好的喷射口喷出到法拉第筒网中间，并利用泄漏电流测试设备对法拉第筒内网泄漏电流进行测试，测得电流值直接存储到与泄漏电流测试设备连接的计算机里。
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