CN111272816A - 一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置及工作方式 - Google Patents

Abstract

一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置及工作方式，其属于爆炸科学领域。该装置包括：球形爆炸容器、加热系统、配气系统、点火系统、时序控制器及数据采集系统。球形爆炸容器通过加热系统控制，使容器中形成需要的温度环境。通过真空泵将球形爆炸容器抽真空，多元液体通过注射器经注液阀注入容器后气化，再通过分压阀通入空气。压力传感器与数据采集器相连用于收集压力数据。在多元液体蒸汽/空气混合物混合均匀后通过时序控制器触发点火系统。通过压力数据和火焰图像可判断是否达到爆炸状态，从而实现测量高温高压条件下多元可燃液体蒸汽的爆炸下限。

Description

一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置及 工作方式

技术领域

本发明涉及一种高温高压条件下多元液体蒸汽爆炸下限测试系统，属于爆炸科学研究领域。

背景技术

工业的生产过程往往会涉及到易燃易爆的液体，受到特殊性的限制，在使用过程中无法做到密封生产，一旦这些物质泄漏、扩散，易与空气混合形成可燃液体蒸气-空气混合物，当这些混合物的浓度达到一定爆炸极限时，遇到火源就会发生爆炸，形成造成严重的人员和经济损失，给工业生产安全带来极大威胁。爆炸极限在一定程度上可以用来评定液体蒸汽的爆炸危险性，爆炸极限范围越宽，发生爆炸的危险性越大。爆炸极限分为爆炸上限和爆炸下限，通常，液体和气体初始泄漏时泄漏量较小，因此爆炸下限成为衡量发生爆炸危险性的一个重要因素。

目前已有的爆炸极限测试装置多为玻璃制12L球形仪器，其主要依据ASTM E 681《化学品(蒸气和气体)爆炸极限标准测试方法》，且多为预先将液体通过加热转化为蒸汽，再通过管道输送至测试容器中。该方法在输送蒸汽时对输气管保温要求较高，容易使液体在管中液化，同时，该装置无法对初始高温高压条件下多元液体蒸汽的爆炸下限进行测量，国内专利CN201010509028.X、CN2012104077997、CN201510493529.6和CN201811114740.2等均未解决此问题。

发明内容

本发明解决现有技术存在的问题，提供一种针对初始高温高压条件下多元液体蒸汽爆炸下限的测试系统，该系统可提供初始压力0~5MPa，初始温度室温-200℃。

本发明的技术方案是：一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置，它包括球形爆炸容器：该装置还包括加热系统、配气系统、点火系统、时序控制器和数据采集系统；所述球形爆炸容器的外侧设置加热铸铝板，加热铸铝板电连接至加热系统；球形爆炸容器两侧的观察窗、法兰用法兰螺栓紧固；球形爆炸容器上还设有热电偶、压力传感器、点火电极和注液阀，点火电极、热电偶和压力传感器通过管接头进行密封；所述热电偶的一端插入到球形爆炸容器近内壁面的位置，另一端电连接至加热系统；压力传感器的一端插入球形爆炸容器，另一端依次电连接至数据采集系统和时序控制器；点火电极的一端插入到球形爆炸容器内，另一端依次电连接至点火系统和时序控制器；所述球形爆炸容器通过输气钢管连接配气系统，输气钢管经过阻火器连接至四通，四通分别连接压力表、真空泵和气体钢瓶。

所述阻火器与四通之间设置阻火器阀，真空泵与四通之间设置真空泵阀，气体钢瓶与四通中间设置气瓶阀门，压力表与四通之间设置压力表阀。

一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置的工作方式：

球形爆炸容器通过配气系统中的真空泵营造真空环境，通过配气系统中的气体钢瓶充入所需空气进行加压，测试液体利用注射器通过注液阀注入，充入球形爆炸容器的空气量由压力表的示数及气瓶阀门控制加压，实现在球形爆炸容器中营造出所需初始压力的易燃液体蒸汽/空气混合环境；

加热系统上有液晶显示器及温度调节按钮，加热系统通过控制加热铸铝板对球形爆炸容器进行加热，热电偶通过与加热系统连接对球形爆炸容器的温度进行控制，实现在球形爆炸容器内营造出可调节的温度环境；热电偶通过管接头插入球形爆炸容器近内壁面位置，通过热电偶的温度反馈，从而实现球形爆炸容器中温度环境的精确控制；

点火系统一端与点火电极连接，另一端通过时序控制器连接触发，球形爆炸容器两侧的装有观察窗，直接观测到点火电极点火后球形爆炸容器内液体蒸汽/空气混合物爆炸燃烧及火焰传播情况，通过该情况可判断是否爆炸来测量爆炸下限；

数据采集系统一端与压力传感器连接，另一端与时序控制器连接，数据采集系统在时序控制器触发后，通过压力传感器采集爆炸压力数据，从而实现球形爆炸容器内液体蒸汽/空气混合物爆炸压力的记录。

球形爆炸容器两侧被热铸铝板夹持，热铸铝板一端连接加热系统，另一端连接热电偶，热电偶的另一端插入球形爆炸容器中；压力传感器的一端插入球形爆炸容器中，另一端与数据采集系统相连，数据采集系统另一端与时序控制器相连；球形爆炸容器前后两侧固定有两块石英玻璃；球形爆炸容器一端安有注液阀，用于将液体通过针管或移液计注入球形爆炸容器；球形爆炸容器一端接有输气钢管，钢管的另一端通过一个四通连有一个压力表及两个输气管，一根输气管的另一端与气体钢瓶连接，另一根输气管的另一端与真空泵连接；两根点火电极一端通过球形爆炸容器两端口分别插入其中，另一端连接时序控制器。

本发明的有益效果如下：该装置结构合理、体积较小、操作简便、功能强大。通过将多元液体和空气注入设定好温度的球形爆炸容器中使得容器中形成高压高温的多元液体蒸汽和空气混合物，混合物的温度可达200℃，压力可达5MPa。通过数据采集系统及石英玻璃可判断容器中是否发生爆炸以测量爆炸下限，同时可以收集压力、升压速率等数据，此外还可通过预留的石英玻璃捕捉火焰图像和纹影图像。

附图说明

图1是根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置简化示意图。

图2是本发明系统中球形爆炸容器主视结构示意图。

图3是本发明系统中球形爆炸容器剖面结构示意图。

图中：1、球形爆炸容器，2、加热系统，3、配气系统，4、点火系统，5、时序控制器，6、数据采集系统，7、注液阀，8、加热铸铝板，9、压力表，9a、压力表阀，10、观察窗，11、点火电极，12、法兰，13、热电偶，14、压力传感器，15、管接头，16、阻火器，16a、阻火器阀，17、真空泵，17a、真空泵阀，18、气瓶阀门，19、气体钢瓶，20、法兰螺栓，21、输气钢管，22、四通。

具体实施方式

下面参照附图来详细说明根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置。

参照图1、图2和图3，根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置包括球形爆炸容器1、加热系统2、配气系统3、点火系统4、时序控制器5和数据采集系统6。球形爆炸容器1两侧被加热铸铝板8夹持，热铸铝板8连接至加热系统2；加热系统2连接热电偶13的一端，热电偶13的另一端插入球形爆炸容器中1；压力传感器14的一端插入球形爆炸容器1中，另一端与数据采集系统6相连，数据采集系统6再与时序控制器5相连；球形爆炸容器1前后两侧固定有两块观察窗10；球形爆炸容器1一端安有注液阀7，用于实现将液体通过针管或移液计注入球形爆炸容器1；球形爆炸容器1上接有输气钢管21，钢管通过一个四通22连有一个压力表9及两个输气管，一根输气管与气体钢瓶19连接，另一根输气管与真空泵17连接；两根点火电极一端通过球形爆炸容器1两端口分别插入其中，另一端经过点火系统4后再连接时序控制器5。

在根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置中，参照图1，加热铸铝板8通过加热系统2设定的温度对球形爆炸容器1进行加热，热电偶13通过与加热系统2连接对球形爆炸容器1的温度进行控制，从而实现在球形爆炸容器1内营造出可调节的温度环境。

在根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置中，参照图1，球形爆炸容器1通过配气系统3中的真空泵17营造真空环境，球形爆炸容器1通过配气系统3中的气体钢瓶19充入所需空气，测试液体利用注射器通过连接在球形爆炸容器1上的注液阀7注入球形爆炸容器1，充入球形爆炸容器1的空气量可由压力表9的示数及阀门18控制对其加压，通过阻火器16起到阻燃作用，防止火焰逆流发生回火现象，从而实现在球形爆炸容器1中营造出所需初始压力的易燃液体蒸汽/空气混合环境。

在根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置中，参照图1，点火电极11一端插入球形爆炸容器1，另一端与点火系统4连接，点火系统4通过时序控制器5触发，通过球形爆炸容器1两侧的观察窗10，从而可以直接观测到点火电极11点火后球形爆炸容器1内液体蒸汽/空气混合物爆炸燃烧及火焰传播情况，通过该情况可判断是否爆炸来测量爆炸下限。

在根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置中，参照图1，数据采集系统6一端与压力传感器14连接，另一端与时序控制器5连接，数据采集系统6在时序控制器5触发后，通过压力传感器14采集爆炸压力数据，从而实现球形爆炸容器1内液体蒸汽/空气混合物爆炸压力的记录。

在根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置中，参照图1、图2和图3，观察窗10通过法兰12和法兰螺栓20进行密封，点火电极11、热电偶13和压力传感器14通过管接头15进行密封，注液阀7通过钢管与球形爆炸容器1密封连接，配气系统3通过钢管与球形爆炸容器1密封连接，从而保证容器的密封性，最高可达5MPa的高压环境。

在根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置中，参照图1，加热系统2上有液晶显示器及温度调节按钮，热电偶13通过管接头15插入球形爆炸容器1近内壁面位置，通过热电偶13的温度反馈，从而实现球形爆炸容器1中温度环境的精确控制，最高可达200℃的高温环境。

在根据本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置中还可包括：高速纹影系统，用于观测爆炸火焰结构及发展情况，从而获取火焰燃烧速度等参数。

最后补充说明的是，本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置属于小尺度装置，在实验过程中测试液体用量极少，且快速简单，在正确的操作下不会发生危险，安全可靠。此外，本发明的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置可以运用于研究各种低闪点液体在高温高压环境下的爆炸下限、火焰结构及发展情况。

以上内容是结合优选技术方案对本发明做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置，它包括球形爆炸容器（1），其特征在于：该装置还包括加热系统（2）、配气系统（3）、点火系统（4）、时序控制器（5）和数据采集系统（6）；所述球形爆炸容器（1）的外侧设置加热铸铝板（8），加热铸铝板（8）电连接至加热系统（2）；球形爆炸容器（1）两侧的观察窗（10）、法兰（12）用法兰螺栓（20）紧固；球形爆炸容器（1）上还设有热电偶（13）、压力传感器（14）、点火电极（11）和注液阀（7），点火电极（11）、热电偶（13）和压力传感器（14）通过管接头（15）进行密封；所述热电偶（13）的一端插入到球形爆炸容器（1）近内壁面的位置，另一端电连接至加热系统（2）；压力传感器（14）的一端插入球形爆炸容器（1），另一端依次电连接至数据采集系统（6）和时序控制器（5）；点火电极（11）的一端插入到球形爆炸容器（1）内，另一端依次电连接至点火系统（4）和时序控制器（5）；所述球形爆炸容器（1）通过输气钢管（21）连接配气系统（3），输气钢管（21）经过阻火器（16）连接至四通（22），四通（22）分别连接压力表（9）、真空泵（17）和气体钢瓶（19）。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置，其特征在于：所述阻火器（16）与四通（22）之间设置阻火器阀（16a），真空泵（17）与四通（22）之间设置真空泵阀（17a），气体钢瓶（19）与四通（22）中间设置气瓶阀门（18），压力表（9）与四通（22）之间设置压力表阀（9a）。

3.根据权利要求1所述的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置，其特征在于：所述观察窗（10）为透明石英玻璃。

4.根据权利要求1所述的一种高温高压条件下多元可燃液体蒸汽爆炸下限测试装置的工作方式，其特征在于：

（a）球形爆炸容器（1）通过配气系统（3）中的真空泵（17）营造真空环境，通过配气系统（3）中的气体钢瓶（19）充入所需空气进行加压，测试液体利用注射器通过注液阀（7）注入，充入球形爆炸容器（1）的空气量由压力表（9）的示数及气瓶阀门（18）控制加压，实现在球形爆炸容器（1）中营造出所需初始压力的易燃液体蒸汽/空气混合环境；

（b）加热系统（2）通过控制加热铸铝板（8）对球形爆炸容器（1）进行加热，通过热电偶（13）对球形爆炸容器（1）的温度进行控制，实现在球形爆炸容器（1）内营造出可调节的温度环境；再通过热电偶（13）的温度反馈，实现球形爆炸容器（1）中温度环境的精确控制；

（c）时序控制器（5）连接触发两个点火电极（11），再通过观察窗（10）直接观测点火电极（11）点火后球形爆炸容器（1）内液体蒸汽/空气混合物爆炸燃烧及火焰传播情况，判断是否爆炸来测量爆炸下限；

（d）数据采集系统（6）在时序控制器（5）触发后，通过压力传感器（14）采集爆炸压力数据，实现球形爆炸容器（1）内液体蒸汽/空气混合物爆炸压力的记录。

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