CN111505400B - 用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法 - Google Patents

用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，该测试方法包括：S1：截取适当长度的待测管道，并对所述待测管道进行预处理；S2：将法拉第筒套于待测管道的外部，并使法拉第筒的内筒与待测管道的外壁之间留有间隙；再将待测管道的两端分别与气流调节管道的两端连接，使待测管道与气流调节管道相通形成环形通道；S3：根据测试所需的含尘气流参数，调节环形通道内的含尘气流的气流速度、温度、湿度以及粉尘含量，模拟的含尘气流工况；S4：当环形通道内的含尘气流参数达到测试条件后，通过静电荷采集模块实时采集待测管道表面静电荷数值，并将采集的数据发送至数据处理终端进行显示、存储和处理，检测时间直至监测到的静电荷稳定为止。

Description

用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法
技术领域
本发明涉及一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法。
背景技术
含尘气体输送涉及的领域主要是煤炭行业，我国95％以上的煤炭为井工开采，且超过半数为高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，瓦斯已经成为煤矿重特大事故发生的主要根源。为治理矿井瓦斯，我国提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的治理方针，对矿井瓦斯进行抽采利用成为矿井煤炭开采的重要环节。在矿井抽采过程中，大量的金属及非金属管道在瓦斯抽采系统中用于输送抽采瓦斯气体；由于瓦斯抽放管道气体中含有煤尘，煤尘在输送过程中不断与输送管壁摩擦碰撞将产生静电，若瓦斯输送管道不具备抗静电性能或产生静电积聚，在一定的温湿度条件下，输送管道壁面将由于静电积聚而产生静电放电，当放电火花能量达到0.28mJ时将引爆管道瓦斯而引发瓦斯煤尘爆炸事故。
含尘气体输送过程中，特别是瓦斯抽采中输送管道内不可避免会有煤尘，瓦斯气体输送过程中，一是煤矿粉尘自身由于外部激励而带有静电，二是粉尘与输送管道壁面摩擦而产生静电，静电荷的大小主要受到气流温湿度、气流速度、粉尘浓度、管道抗静电性能的影响。为此气体输送管道抗静电性能显得尤为重要，而含尘气体输送过程中静电测试也是确保瓦斯抽采安全的重要环节。
目前，我国对非金属瓦斯输送管材抗静电性能试验的执行标准是AQ 1071-2009《煤矿用非金属瓦斯输送管材安全技术要求》，通过截取1200mm长管道测量1000mm间距内管材表面电阻值的形式评判其抗静电性能。现有文献及专利也表明，含尘气流输送系统特别是瓦斯抽采系统管道静电测试仅依靠静电电压探头随机探测测量管道外表面电压值，测量数据带有很大的随机性，测量准确性不高，且数据重现性不强。并且，目前的测试装置不能直观的反映出含尘气体在不同的输送参数和环境条件下管道的抗静电安全性能，表面电阻测试的方式不足以反映煤尘与输送管道壁面摩擦后静电产生的难易，这里静电产生的难易主要指静电荷的多少，目前没有相关装置及方法可以测试含尘气体输送过程中管道壁面静电荷。此外，目前的方法仅针对非金属管道，无法对金属管道的静电产生难易进行考核；但根据摩擦生电原理，不同类型的粉尘与管道摩擦产生电荷的多少与两者在静电序列表中的远近有关，与是否为金属或非金属无关，而相关文献表明金属材料积聚静电后的放电点燃能力远大于相同电压等级的非金属材料静电放电。
因此，为解决以上问题，亟需设计一种含尘气体输送管道壁面静电的测试装置及方法，其应能够较为准确地模拟含尘气体工况和准确测量管道壁面静电荷，较为直观的反映含尘气体在不同的输送参数和环境条件下管道的抗静电安全性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，该测试方法通过模拟不同类型的含尘气流温湿度、流动速度、粉尘浓度等工况参数，同时测量不同输送工况时含尘气流与管道壁面摩擦所产生的静电荷。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，包括以下步骤：
S1：截取适当长度的待测管道，并对所述待测管道进行预处理；
S2：将法拉第筒套于待测管道的外部，并使法拉第筒的内筒与待测管道的外壁之间留有间隙；再将待测管道的两端分别与气流调节管道的两端连接，使待测管道与气流调节管道相通形成环形通道；
S3：根据测试所需的含尘气流参数，利用含尘气流调节装置调节环形通道内的含尘气流的气流速度、温度、湿度以及粉尘含量，模拟的含尘气流工况；
S4：当环形通道内的含尘气流参数达到测试条件后，通过静电荷采集模块实时采集待测管道表面静电荷数值，并将采集的数据发送至数据处理终端进行显示、存储和处理，检测时间直至监测到的静电荷稳定为止。
进一步地，所述测试方法还包括步骤：
S5：测试结束后，关闭含尘气流调节装置，将环形管道中的气流流速调节到30m/s，通过气压平衡装置调节环形通道内的气压，然后启动除尘装置对环形通道内部进行除尘处理。
进一步地，步骤S1中所述对所述待测管道进行预处理所采用的具体方法包括：清洁待测管道内外表面，将待测管道放置在温度为25±5℃、相对湿度65±5%环境中至少2小时。
进一步地，所述含尘气流调节装置包括用于采集气流调节管道内的气流工况的气体环境参数采集模块，以及分别与所述气流调节管道连通的通风机、温度控制装置、湿度控制装置、粉尘预混装置、除尘装置和气压平衡装置。
进一步地，所述法拉第筒通过法兰连接的方式固定在连接管路上；所述法拉第筒的两端设有法拉第法兰，所述连接管路上设有与所述法拉第法兰相配合的管路法兰。
进一步地，所述待测管道的两端分别连接有一个连接管路，所述连接管路通过可变径接头与气流调节管道连接，所述连接管路与气流调节管道之间设有绝缘垫片。
进一步地，所述法拉第筒的内筒与待测管道的外壁之间的间隙根据被测管道直径设置为10mm～200mm。
进一步地，所述气流调节管道和法拉第筒上均设有安全防爆装置，所述安全防爆装置包括分别安装在连接管路上的第一防爆门、安装在所述气流调节管道上的第二防爆门以及分别安装在所述气流调节管道的两端的自动阻爆装置。
本发明的有益效果为：本申请可更为真实的模拟含尘气流输送管路系统、特别是煤矿瓦斯抽采系统在灾变环境下的静电安全性能，同时也可为静电所引发事故的灾变过程模拟、调查分析提供技术支撑；同时弥补了通过测试输送管道表面电阻的传统方式无法判定静电产生难易的不足，同时也克服了依靠静电电压探头随机探测测量含尘气流输送系统管道外表面电压值数值不准确的缺点，测量准确性更高，重现性更强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明一个实施例的步骤流程图；
图2为本发明一个实施例的所采用的测试装置的结构示意图；
图3为本发明一个实施例的法拉第筒的安装结构示意图。
其中：1、气流调节管道1；2、气压平衡装置；3、除尘装置；4-1、第一电磁阀；4-2、第二电磁阀；4-3、第三电磁阀；4-4、第四电磁阀；5、通风机；6、粉尘预混装置；7、温度控制装置；8、湿度控制装置；9、气体环境参数采集模块；10-1、第一防爆门；10-2、第二防爆门；11、自动阻爆装置；12、可变径接头；13、聚四氟乙烯材料接头；14、法拉第筒14；15、系统接地装置；16、控制模块；17、静电荷采集模块；18、数据处理终端；19、连接管路；20、聚四氟材料绝缘垫片；21、连接螺孔；22、管路法兰；23、法拉第法兰（与13同）；24、外筒；25、内筒；26、法拉第接线孔、27待测管道。
具体实施方式
如图1所示的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，测试方法包括以下步骤：
S1：对待测样品进行预处理；截取适当长度的待测管道27作为待测样品，并对所述待测管道27进行预处理；预处理方法具体包括：对待测管道27内外表面进行清洁，再将清洁过的待测管道27放置在温度为25±5℃、相对湿度65±5%环境中至少2小时。
S2：安装待测管道27及静电测试装置；将法拉第筒14套于待测管道27的外部，并使法拉第筒14的内筒与待测管道27的外壁之间留有10mm～200mm的间隙；再将待测管道27的两端分别与连接管路19连接，使待测管道27与气流调节管道1相通形成环形通道；具体地，如图3所示，所述法拉第筒14可通过法兰连接的方式固定在连接管路19上；所述法拉第筒14的两端设有法拉第法兰23，所述连接管路19上设有与所述法拉第法兰23相配合的管路法兰22。管路法兰22和法拉第法兰23上设有相互配合的连接螺孔21，法兰连接方式拆卸方便、强度高、密封性能好。所述待测管道27的两端分别连接有一个连接管路19，所述连接管路19通过可变径接头与12气流调节管道1连接，所述连接管路19与气流调节管道1之间设有绝缘垫片20。
S3：调节含尘气流参数；根据测试所需的含尘气流参数，利用含尘气流调节装置调节环形通道内的含尘气流的气流速度、温度、湿度以及粉尘含量，模拟的含尘气流工况；如图2所示，所述含尘气流调节装置包括用于采集气流调节管道1内的气流工况的气体环境参数采集模块9，以及分别与所述气流调节管道1连通的通风机5、温度控制装置7、湿度控制装置8、粉尘预混装置6、除尘装置3和气压平衡装置2。其中，通风机5用于提供动力，使含尘气体的流速，其调节范围为（0～50）m/s；温度控制装置7用于调节含尘气体的温度，其调节范围为（0～70）℃；湿度控制装置8用于调节含尘气体的湿度，其调节范围为（5～98）%；粉尘预混装置6用于调节含尘气体的粉尘浓度，其调节范围为(0～10000)mg/m3；气压平衡装置2用于调节环形通道内的气压；各含尘气流参数可任意组合，以模拟不同类型的含尘气流温湿度、流动速度、粉尘浓度等工况参数以及输送工况。
S4：采集待测管道27表面的静电荷；当环形通道内的含尘气流参数达到测试条件后，通过静电荷采集模块实时采集待测管道27表面静电荷数值，并将采集的数据发送至数据处理终端进行显示、存储和处理，检测时间直至监测到的静电荷稳定为止。
S5：测试结束后，关闭含尘气流调节装置以及相应的第二电磁阀4-2、第三电磁阀4-3和第四电磁阀4-4，将环形管道中的气流流速调节到30m/s，通过气压平衡装置调节环形通道内的气压，然后启动除尘装置和第一电磁阀4-1对环形通道内部进行除尘处理。
此外，所述气流调节管道1和法拉第筒14上均设有安全防爆装置，所述安全防爆装置包括分别安装在连接管路19上的第一防爆门、安装在所述气流调节管道1上的第二防爆门以及分别安装在所述气流调节管道1的两端的自动阻爆装置。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：截取适当长度的待测管道，并对所述待测管道进行预处理；
S2：将法拉第筒套于待测管道的外部，并使法拉第筒的内筒与待测管道的外壁之间留有间隙；再将待测管道的两端分别与气流调节管道的两端连接，使待测管道与气流调节管道相通形成环形通道；
S3：根据测试所需的含尘气流参数，利用含尘气流调节装置调节环形通道内的含尘气流的气流速度、温度、湿度以及粉尘含量，模拟的含尘气流工况；所述含尘气流调节装置包括用于采集气流调节管道内的气流工况的气体环境参数采集模块，以及分别与所述气流调节管道连通的通风机、温度控制装置、湿度控制装置、粉尘预混装置、除尘装置和气压平衡装置；
S4：当环形通道内的含尘气流参数达到测试条件后，通过静电荷采集模块实时采集待测管道表面静电荷数值，并将采集的数据发送至数据处理终端进行显示、存储和处理，检测时间直至监测到的静电荷稳定为止。
2.根据权利要求1所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括步骤：
S5：测试结束后，关闭含尘气流调节装置，将环形管道中的气流流速调节到30m/s，通过气压平衡装置调节环形通道内的气压，然后启动除尘装置对环形通道内部进行除尘处理。
3.根据权利要求1所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，其特征在于，步骤S1中所述对所述待测管道进行预处理所采用的具体方法包括：清洁待测管道内外表面，将待测管道放置在温度为25±5℃、相对湿度65±5%环境中至少2小时。
4.根据权利要求1所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，其特征在于，所述法拉第筒通过法兰连接的方式固定在连接管路上；所述法拉第筒的两端设有法拉第法兰，所述连接管路上设有与所述法拉第法兰相配合的管路法兰。
5.根据权利要求4所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，其特征在于，所述待测管道的两端分别连接有一个连接管路，所述连接管路通过可变径接头与气流调节管道连接，所述连接管路与气流调节管道之间设有绝缘垫片。
6.根据权利要求1所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，其特征在于，所述法拉第筒的内筒与待测管道的外壁之间的间隙根据被测管道直径设置为10mm～200mm。
7.根据权利要求1所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的测试方法，其特征在于，所述气流调节管道和法拉第筒上均设有安全防爆装置，所述安全防爆装置包括分别安装在连接管路上的第一防爆门、安装在所述气流调节管道上的第二防爆门以及分别安装在所述气流调节管道的两端的自动阻爆装置。
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