CN111595899A - 一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统及试验方法，该系统通过在试验房间内放置移动式气瓶和打火装置，移动式气瓶内设置装载有丙烷气体，使得整个试验房间内能够模拟天然气气瓶爆炸的情况，同时为了监控爆炸所产生的影响，在试验房间内放置热辐射计、气体浓度计和压力传感器，使得能够监控爆炸瞬间产生的热量，气体的浓度和压力；该装置通过电磁阀模拟了由于阀门失效而导致气瓶内储存介质泄漏，遇明火后发生燃爆的过程，形成移动式气瓶致灾实物模拟试验及后果评估方法，可为移动式气瓶风险评估和事故调查提供技术支撑与工具；其中的热辐射计、气体浓度计和压力传感器同时和试验房间外部的数据采集系统连接，能够实时收集数据，为计算机模拟与理论分析提供详实可靠的数据支撑。
Description
【技术领域】
本发明属于危险化学品储存设施的安全评估领域，具体涉及一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统及试验方法。
【背景技术】
在近30年来，液化石油气钢瓶作为生活燃气的载体，已在城乡得到广泛使用。进入二十一世纪以来，随着油气田的开发，能源利用的形式更加多样化，天然气作为一种清洁能源，通过管道进入千家万户，民用气利用的便捷性和安全性都有极大提高，但是天然气的使用并未使民用液化气完全淘汰，在广大的中小城市的老旧居民小区、流动餐饮摊贩中，使用液化石油气钢瓶作为燃气的载体仍然是主要选择。
由于液化石油气瓶具有流动的特性，管控难度较大，且目前市面上还存在大量老旧气瓶，这些气瓶的使用年限均在10年以上，且多年未经过检验，由于燃气的易燃易爆的危险性以及气瓶长期处于高压状态，气瓶在服役与运输过程中，由于人为失误、外界环境、气瓶自身质量、安全管理等问题，使得气瓶火灾爆炸事故易于发生，不仅危害民众生命财产安全，而且危害公共安全和影响社会稳定。
气瓶最常见的失效模式为阀门失效，由于长时间使用，且不进行检验维护，阀门处的橡胶密封圈极易发生老化失效，若未及时发现，便会导致瓶内储存介质发生泄漏，若遇明火，极易发生爆炸，通过对已有的事故统计分析来看，此类在密闭空间的爆炸往往危害性极大，极易造成人员伤亡。因此，开展气瓶阀门失效后泄漏导致的燃爆试验研究，评估灾害毁伤范围及程度，为开展气瓶等危化品的防灾减灾措施的制定具有十分重要的意义。
由于开展移动式气瓶致灾领域的试验研究危险性较大，使得关于这方面的研究工作在气瓶的安全评价与事故模拟试验方面的研究尚属空白。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统及试验方法；该系统实现对试验过程中相关参数的采集，对燃爆造成的毁伤程度进行评估，从而为后续的气瓶的安全评估提供详实可靠的参考依据。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，包括试验房间，试验房间内部地面的中心部分固定设置有移动式气瓶，移动式气瓶上开设有孔洞，孔洞连接有管道，管道的终端连接有电磁阀，移动式气瓶内装载有丙烷气体；
移动式气瓶旁设置有电打火器，移动式气瓶的上方设置有若干个热辐射计，热辐射计距离地面的高度相等，热辐射计沿试验房间的长度方向布置；试验房间的上下每一个角落处固定设置有一个气体浓度计；试验房间内固定设置有若干个压力传感器；
试验房间的外部设置有数据采集处理系统，热辐射计、气体浓度计和压力传感器均将数据传递至数据采集处理系统。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述电打火器和移动式气瓶之间的直线距离＜0.5m。
优选的，所述热辐射计的数量为7个，中间的热辐射计在移动式气瓶的正上方，中间的热辐射计的两侧各设置有三个热辐射计，相邻的热辐射计之间的距离相等。
优选的，热辐射计和地面之间的距离为1.7m。
优选的，设定平行于试验房间长度方向的中心平面和墙壁相交形成的平面为中心长方形，所有的压力传感器设置在中心长方形的两个对角线上。
优选的，中心长方形的中心位置设置有一个压力传感器；沿中心长方形的任一个对角线，中心位置的压力传感器的两侧各设置有三个压力传感器；在同一对角线上相邻的两个压力传感器之间的距离为0.5m。
优选的，所述数据采集处理系统包括热辐射数据采集处理器、压力数据采集处理器和气体浓度数据采集处理器；
热辐射数据采集系统用于无线接收并实时显示热辐射计的数据，压力数据采集处理器用于无线接收并实时显示压力传感器的数据，气体浓度数据采集处理器用于无线接收并实时显示气体浓度计的数据。
优选的，所述数据采集处理系统设置在水泥坑内，水泥坑在试验房间的外部，水泥坑的上部覆盖有防护盖板。
优选的，水泥坑内设置有监控系统，在试验房间外设置有红外成像仪。
一种基于权利要求1所述的液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统的试验方法，包括以下步骤：
步骤1，将电磁阀置于关闭状态，焊死移动式气瓶原有的阀门；
步骤2，在移动式气瓶内充装丙烷气体，充装量为移动式气瓶的最大容量；
步骤3，将装满丙烷气体的移动式气瓶放置于试验房间内地面的中心位置；
步骤4，调节气体浓度计、热辐射计和压力传感器，使得气体浓度计、热辐射计和压力传感器均和数据采集处理系统无线连接；
步骤5，打开数据采集处理系统，开始进行数据采集和显示；
步骤6，将试验房间的门窗关闭，同时遥控打开电磁阀，移动式气瓶内的丙烷气体开始泄漏；
步骤7，实时观测数据采集处理系统中记录的试验房间中气体浓度的数据，当试验房间内的丙烷气体浓度数值达到丙烷爆炸的下限值时，关闭电磁阀；
步骤8，使用电打火器远程点火起爆；
步骤9，燃爆结束后保存各项试验数据，同时确认燃爆对建筑物的毁伤程度，试验结束。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，该系统通过在试验房间内放置移动式气瓶和打火装置，移动式气瓶内设置装载有丙烷气体，使得整个试验房间内能够模拟天然气气瓶爆炸的情况，同时为了监控爆炸所产生的影响，在试验房间内放置热辐射计、气体浓度计和压力传感器，使得能够监控爆炸瞬间产生的热量，气体的浓度和压力；该装置通过电磁阀模拟了由于阀门失效而导致气瓶内储存介质泄漏，遇明火后发生燃爆的过程，形成移动式气瓶致灾实物模拟试验及后果评估方法，可为移动式气瓶风险评估和事故调查提供技术支撑与工具；其中的热辐射计、气体浓度计和压力传感器同时和试验房间外部的数据采集系统连接，能够实时收集数据，为计算机模拟与理论分析提供详实可靠的数据支撑。
进一步的，电打火器和移动式气瓶之间的直线距离小于0.5m，保证能够模拟居民厨房中的燃气灶。
进一步的，热辐射计设置在移动式气瓶的上方，同时热辐射计距离地面的距离为1.7m，能够模拟一个成年人在厨房站立时所受气体燃爆产生热辐射的程度，热辐射计并列成一排，能够采集爆炸时热辐射量沿房间长度方向的分布数据，进而通过数据判断其分布规律。
进一步的，压力传感器设置在平行于长度方向的中心平面上，同时以中心位置的压力传感器为基准，在该压力传感器的两侧等分布置，使得能够对整个屋子各个空间的冲击波超压数据进行采集，进而通过采集数据研判其在整个房间的分布规律。
进一步的，数据采集处理系统对应不同的数据测量装置，设置有对应的数据收集装置。
进一步的，数据采集处理系统设置在水泥坑内部，对采集处理系统进行防护，防止燃爆过程产生的破片损坏设备。
进一步的，水泥坑内设置有监控系统，用于试验人员对所采集的数据进行远程实时观测和记录；试验房间外部设置有红外成像仪，用以拍摄记录燃爆火球的发展过程及温度变化。
本发明还公开了一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆的试验方法，该方法通过模拟天然气的泄露过程，同时通过记录实时数据，能够有效的模拟天然气燃爆的过程，同时记录过程数据，形成移动式气瓶致灾实物模拟试验及后果评估技术，可为移动式气瓶风险评估和事故调查提供技术支撑与工具。
【附图说明】
图1为本发明的液化石油气瓶阀门密封失效泄漏燃爆毁伤试验系统图；
图2为本发明的移动式气瓶瓶体改装示意图；
图3为本发明的热辐射计布置示意图；
图4为本发明的压力传感器布置示意图；
图5为本发明的气体浓度计布置示意图；
其中：1-移动式气瓶；2-电磁阀；3-气体浓度计；4-压力传感器；5-热辐射计；6-电打火器；7-门；8-窗户；9-试验房间；10-热辐射数据采集处理器；11-压力数据采集处理器；12-气体浓度数据采集处理器；13-防护盖板；14-监控系统；15-红外成像仪；16-水泥坑；17-中心长方形。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述；本发明公开了一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统及试验方法；该装置包括移动式气瓶1、电磁阀2、气体浓度计3、自由场压力传感器4、热辐射计5、电打火器6、门7、窗户8、试验房间9、热辐射数据采集处理器10、压力数据采集处理器11、气体浓度数据采集处理器12、防护盖板13、监控系统14、红外成像仪15和水泥坑16。
参见图1，所述移动式气瓶1、电磁阀2、气体浓度计3、自由场压力传感器4、热辐射计5和电打火器6均设置在试验房间9内，试验房间9完全模拟普通居民厨房设计制造，为砖混结构，房间尺寸为4m×2.5m×2.5m(长×宽×高)，房间墙体为常见的24墙(即墙体厚度为24mm)，房间墙体上设置有门7和窗户8，使得整个试验房间9内的密封程度和气体流通规律和普通居民厨房相似；参见图2，移动式气瓶1为液化石油气气瓶，布置在试验房间9地面的中心位置，移动式气瓶1的中部开设有Φ30mm的孔洞，以模拟在外力作用下对气瓶瓶体造成的损伤，在孔洞上连接有管道，在管道的终端上安装电磁阀2；所述点火系统为电打火器6，固定设置在试验房间9内，电打火器6距离移动式气瓶1的直线距离小于0.5m，该装置设置的目的是为了模拟居民厨房中的燃气灶，通过电打火器6所激发产生的电火花来引燃试验房间9中所泄漏的液化石油气。参见图3，热辐射计5共设置有7个，中间位置的热辐射计5设置在移动式气瓶1的正上方，剩余的6个热辐射计5均匀的分布设置在中间热辐射计5的两侧，相邻两个热辐射计5之间的距离为0.5m，每一个热辐射计5和试验房间9的地面之间的距离为1.7m，1.7m的高度是为了模拟一个成年人在厨房站立时所受气体燃爆产生热辐射的程度，7个热辐射计5形成并联的一排，热辐射计5的布置方向为试验房间9的长度方向，其目的是为了采集爆炸时热辐射量沿房间长度方向的分布数据，进而通过数据判断其分布规律。参见图5，气体浓度计3的布置位置如图5所示，分布在房间的八个角上，其目的是为了对气瓶泄漏后，对房间内各位置的气体浓度进行数据采集。压力传感器4的分布位置如图4所示，其中一个压力传感器4为中心位置的压力传感器4，中心位置的压力传感器4在移动式气瓶1的正上方，距离地面的高度为1.25m，中心位置的压力传感器4在房间的中心位置，其余压力传感器4以中心位置的压力传感器4为基准，以0.5m的间距布置(见图4)，具体来说，设定穿过中心位置的压力传感器4的平面为中心平面，该中心平面为平行于试验房间9长度方向的平面，所有压力传感器4设置在该中心平面上；中心平面同时穿过试验房间9宽度方向的中心线，因为中心平面与试验房间9相交形成一个中心长方形17，压力传感器4沿中心长方形17的对角线布置，中心位置的压力传感器4在该中心长方形17的中心位置。以中心位置的压力传感器4为基准，沿着每一个对角线，在该压力传感器4的两侧布置其他的压力传感器4，同一对角线上，相邻的两个压力传感器4之间的距离为0.5m，一条对角线上布置有7个压力传感器4，因此整个压力传感器4在房间内为均匀布置，其目的是为了对整个屋子各个空间的冲击波超压数据进行采集，进而通过采集数据研判其在整个房间的分布规律。所述热辐射计5、气体浓度计3和压力传感器4均通过无线网络传递到数据采集处理系统中，数据采集处理系统包括热辐射数据采集处理器10、压力数据采集处理器11和气体浓度数据采集处理器12，热辐射数据采集系统10用于无线接收并实时显示7个热辐射计5的数据，压力数据采集处理器11用于无线接收并实时显示压力传感器4的数据，气体浓度数据采集处理器12用于无线接收并实时显示气体浓度计3的数据。所有采集到的热辐射数据、压力数据及气体浓度数据均以txt文本的形式储存在处理器中，试验结束后，所储存的数据用于后续作图分析燃爆发生前后密闭空间不同位置上热辐射数据、压力数据与气体浓度数据的变化情况，为灾害损伤范围的评估、计算机模拟的验证与理论分析提供详实可靠的数据支撑。数据采集处理系统位于屋外深度为0.5m的水泥坑16里，水泥坑16位于试验房间9外的周围，水泥坑16和试验房间9外墙之间的直线距离为(50-100)m，水泥坑16和试验房间9的外墙之间不接触，该设置方式能够保证数据采集处理系统内的处理器能够稳定而准确的接收数据，同时防止接触过近而损坏设备，水泥坑16的上部加盖水泥防护盖板13，目的是为了对采集处理系统进行防护，防止燃爆过程产生的破片损坏设备，在水泥坑16中设置有监控系统14，可使试验人员在远程对所采集的数据进行实时观测和记录。在试验房间9外设置有红外成像仪15，红外成像仪15距离试验房间9外墙之间的距离为150m，用以拍摄记录燃爆火球的发展过程及温度变化，同时从外部实时观察试验房间9的情况。
通过上述装置进行移动式气瓶泄露燃爆试验方法，包括以下步骤：
步骤1：对移动式气瓶1的瓶体进行改装。在移动式气瓶1的中部任一点钻Φ30mm的孔洞，以模拟在外力作用下对气瓶瓶体造成的损伤。在孔洞上连接管道，在管道上安装电磁阀2，并将电磁阀2置于关闭状态，并将移动式气瓶1原有的阀门彻底焊死，做到充分密封。
步骤2：在移动式气瓶1内充装丙烷气体，充装量为该移动式气瓶的最大容量。
步骤3：将装满丙烷气体的气瓶放置于试验房间9内的中心位置。
步骤4：调节气体浓度计3、热辐射计5和压力传感器4，使得气体浓度计3和气体浓度数据采集处理器12无线连接，热辐射计5和热辐射数据采集处理器10无线连接，压力传感器4和压力数据采集处理器11无线连接；保证上述的数据传输路径保持通畅，同时确认电打火器6处于正常的工作状态。
步骤5：打开各项数据监测采集系统，使其开始进行数据采集。
步骤6：启动红外成像仪15开始录像。
步骤7：将门7和窗户8关闭，同时遥控打开电磁阀2，瓶内丙烷气体开始泄漏。
步骤8：通过监控系统14观察气体浓度数据采集处理器12中所记录的试验房间9中气体浓度的实时数据，当所显示的浓度数值达到丙烷爆炸的下限值(2.1％vol，体积浓度)时，关闭电磁阀2。
步骤9：使用电打火器6远程点火起爆。
步骤10：燃爆结束后保存各项试验数据，同时确认燃爆对建筑物的毁伤程度，试验结束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，其特征在于，包括试验房间(9)，试验房间(9)内部地面的中心部分固定设置有移动式气瓶(1)，移动式气瓶(1)上开设有孔洞，孔洞连接有管道，管道的终端连接有电磁阀(2)，移动式气瓶(1)内装载有丙烷气体；
移动式气瓶(1)旁设置有电打火器(6)，移动式气瓶(1)的上方设置有若干个热辐射计(5)，热辐射计(5)距离地面的高度相等，热辐射计(5)沿试验房间(9)的长度方向布置；试验房间(9)的上下每一个角落处固定设置有一个气体浓度计(3)；试验房间(9)内固定设置有若干个压力传感器(4)；
试验房间(9)的外部设置有数据采集处理系统，热辐射计(5)、气体浓度计(3)和压力传感器(4)均将数据传递至数据采集处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，其特征在于，所述电打火器(6)和移动式气瓶(1)之间的直线距离＜0.5m。
3.根据权利要求1所述的一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，其特征在于，所述热辐射计(5)的数量为7个，中间的热辐射计(5)在移动式气瓶(1)的正上方，中间的热辐射计(5)的两侧各设置有三个热辐射计(5)，相邻的热辐射计(5)之间的距离相等。
4.根据权利要求1所述的一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，其特征在于，热辐射计(5)和地面之间的距离为1.7m。
5.根据权利要求1所述的一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，其特征在于，设定平行于试验房间(9)长度方向的中心平面和墙壁相交形成的平面为中心长方形(17)，所有的压力传感器(4)设置在中心长方形(17)的两个对角线上。
6.根据权利要求5所述的一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，其特征在于，中心长方形(17)的中心位置设置有一个压力传感器(4)；沿中心长方形(17)的任一个对角线，中心位置的压力传感器(4)的两侧各设置有三个压力传感器(4)；在同一对角线上相邻的两个压力传感器(4)之间的距离为0.5m。
7.根据权利要求1所述的一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，其特征在于，所述数据采集处理系统包括热辐射数据采集处理器(10)、压力数据采集处理器(11)和气体浓度数据采集处理器(12)；
热辐射数据采集系统(10)用于无线接收并实时显示热辐射计(5)的数据，压力数据采集处理器(11)用于无线接收并实时显示压力传感器(4)的数据，气体浓度数据采集处理器(12)用于无线接收并实时显示气体浓度计(3)的数据。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，其特征在于，所述数据采集处理系统设置在水泥坑(16)内，水泥坑(16)在试验房间(9)的外部，水泥坑(16)的上部覆盖有防护盖板(13)。
9.根据权利要求8所述的一种液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统，其特征在于，水泥坑(16)内设置有监控系统(14)，在试验房间(9)外设置有红外成像仪(15)。
10.一种基于权利要求1所述的液化石油气瓶密封失效泄漏燃爆试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将电磁阀(2)置于关闭状态，焊死移动式气瓶(1)原有的阀门；
步骤2，在移动式气瓶(1)内充装丙烷气体，充装量为移动式气瓶(1)的最大容量；
步骤3，将装满丙烷气体的移动式气瓶(1)放置于试验房间(9)内地面的中心位置；
步骤4，调节气体浓度计(3)、热辐射计(5)和压力传感器(4)，使得气体浓度计(3)、热辐射计(5)和压力传感器(4)均和数据采集处理系统无线连接；
步骤5，打开数据采集处理系统，开始进行数据采集和显示；
步骤6，将试验房间(9)的门窗关闭，同时遥控打开电磁阀(2)，移动式气瓶(1)内的丙烷气体开始泄漏；
步骤7，实时观测数据采集处理系统中记录的试验房间(9)中气体浓度的数据，当试验房间(9)内的丙烷气体浓度数值达到丙烷爆炸的下限值时，关闭电磁阀(2)；
步骤8，使用电打火器(6)远程点火起爆；
步骤9，燃爆结束后保存各项试验数据，同时确认燃爆对建筑物的毁伤程度，试验结束。
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