CN111781238A - 粉尘层阴燃模拟研究装置及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉尘层阴燃模拟研究装置及其用途，主要解决现有技术中缺乏能对涉及粉尘层阴燃的几个主要影响因素进行全面评估的装置的问题。本发明通过采用一种粉尘层阴燃模拟研究装置，包括数字采集控制系统、粉尘层阴燃试验炉、气体采样分析系统、进气控制系统，数字采集控制系统包括电脑、热电偶、电磁阀、阴燃拍摄点，气体采样分析系统包括气体成分分析仪、储气装置，进气控制系统包括鼓风机、风量控制阀、空气湿度控制器；粉尘层阴燃试验炉包括炉体、炉盖、保温层、加热盘、排气口、温度传感器、进气口的技术方案较好地解决了上述问题，可用于粉尘层阴燃模拟研究中。

Description

粉尘层阴燃模拟研究装置及其用途
技术领域
本专利涉及一种粉尘层阴燃模拟研究装置，属于工业粉尘爆炸防护技术领域，主要用 于对各种工业粉尘在生产储存中的阴燃危险性进行评估，能全面记录温度、湿度、气流、 燃烧产物在整个粉尘层阴燃过程中的变化情况。
背景技术
随着现代工业的发展，粉尘种类不断扩大，使用量不断增加，使粉尘爆炸潜在的危险 大为增加。据统计，世界上平均每天有一起粉尘爆炸事故发生。粉尘阴燃是可燃粉尘在一 定条件下发生的缓慢氧化放热反应.是诱发粉尘爆炸事故的重要因素。
在GB/T 16430-1996《粉尘层最低着火温度测定方法》和《VDI 2263》两个标准中规定了如何测试特定厚度粉尘层阴燃温度。但是目前缺乏一种能对涉及粉尘层阴燃的几个主要影响因素进行全面评估的装置，无法方便的对粉尘层的阴燃危险性进行研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中缺乏能对涉及粉尘层阴燃的几个主要 影响因素进行全面评估的装置的问题，提供一种新的粉尘层阴燃模拟研究装置，具有能对 涉及粉尘层阴燃的几个主要影响因素进行全面评估的装置的优点。本发明所要解决的技术 问题之二是提供一种与解决的技术问题之一相对应的粉尘层阴燃模拟研究装置的用途。
为解决上述问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种粉尘层阴燃模拟研究装置， 包括数字采集控制系统、粉尘层阴燃试验炉、气体采样分析系统、进气控制系统，数字采 集控制系统包括电脑、热电偶、电磁阀、阴燃拍摄点，气体采样分析系统包括气体成分分析仪、储气装置，进气控制系统包括鼓风机、风量控制阀、空气湿度控制器；粉尘层阴燃 试验炉包括炉体、炉盖、保温层、加热盘、排气口、温度传感器、进气口，加热盘置于可 升降的多孔托盘上，粉尘层阴燃试验炉由耐火材料制成的立式圆筒形燃烧室，外覆不锈钢 保护壳，内衬岩棉保温层，炉盖与炉体密封，炉盖上中心及一侧有可调节的排气孔，侧边 的排气孔连接气体成分分析仪。
上述技术方案中，优选地，气体成分分析仪、储气罐、阴燃测试试验炉、鼓风机通过气路管线相连，由电磁阀控制接通，在整个试验过程中根据试验进程通入空气、排出或收集废气，使用气体成分分析仪对排出的废气进行分析。
上述技术方案中，优选地，试验所用的粉尘样品通过可打开的炉盖加入到粉尘层阴燃 试验炉中，粉尘层阴燃试验炉中有至少两组温度传感器，一组用于测试粉尘层外缘的温度， 另一组用于测试粉尘层中心的温度；在试验过程中，通过控制加热盘托盘支架的升降、顶 部和底部空气阀的开关来决定空气的进入位置和速度，设备能分别模拟不同气流流速下的 顺风阴燃和逆风阴燃。
上述技术方案中，优选地，试验开始前，需要先将空气湿度控制器打开，在空气湿度 达到设定值后方可进行试验。
上述技术方案中，优选地，数字采集控制系统功能是通过与电脑相连接的各个温度传 感器、电磁阀、气体流量计、摄像头来实现的，实时监控系统中各部分的温度、气流变化 情况，及时反馈相关数据，根据预先设置好的程序控制试验参数。
上述技术方案中，优选地，加热盘为多孔加电加热盘，作为粉尘层阴燃的热源，置于 可升降的多孔陶瓷托盘上，当陶瓷托盘降下时，使从底部进入的气流在燃烧室内均匀分布； 当陶瓷托盘升起紧贴加热盘时，气流无法从燃烧室底部进入；加热盘内装有金属热电阻， 加热温度在室温～500℃的范围内进行控制，精度为0.1℃。
上述技术方案中，优选地，使用直径不大于1mm的镍铬热电偶记录不同厚度粉尘层的阴燃温升历程，分别测试粉尘层的中心和外缘温度。
上述技术方案中，优选地，气体成分分析仪置于粉尘层阴燃试验炉的顶部，检测包括 O2、N2、CO、CO2、SO2的浓度。
上述技术方案中，优选地，鼓风机通过进气孔向阴燃试验炉持续通入空气，并能通过 控制阀门对气流速度进行控制；空气湿度控制器主要由传感器、控制器、加热器三部分组 成，放置于设备工作的通风橱内，用以控制进入阴燃炉的气体湿度；阴燃拍摄点即一个摄 像头连接在电脑上，当待测粉尘样品发生阴燃时，能明显的观察到试验现象。
为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种粉尘层阴燃模拟研究装置的 用途，用于粉尘层阴燃模拟研究中。
本专利是一套专门用于研究粉尘层阴燃过程的试验装置，以往的粉尘层阴燃试验装置 都只能测试特定厚度的粉尘层阴燃温度这一个参数。而本专利所设计的试验装置能全面记 录分析不同厚度的粉尘层在阴燃过程中温度、湿度、气流、燃烧产物的变化情况，模拟真 实环境下的粉尘阴燃，不仅可以有效地对影响粉尘层阴燃的各个因素进行有效的研究，而 且还便于操作，极大的方便了相关科研工作的展开，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述粉尘层阴燃试验炉结构示意图。
图1中，1.炉盖中心排气口；2.炉盖侧边排气口；3.炉盖；4.顶部进气阀；5.保温层；6.中心温度传感器；7.边缘温度传感器；8.底部部进气阀；9.加热盘及支架；10.金属滤网及炉箅；11.进气口；12.摄像头。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种粉尘层阴燃模拟研究装置，由数字采集控制系统、粉尘层阴燃试验炉、气体采样 分析系统、进气控制系统四部分组成。
1、各系统组成：
数字采集控制系统：电脑、热电偶、电磁阀、阴燃拍摄点等。
粉尘层阴燃试验炉：炉体、炉盖、保温隔层、多孔电加热盘等
气体采样分析系统：气体成分分析仪、储气装置等
进气控制系统：鼓风机、风量控制阀、空气湿度控制器等。
2、各部件连接关系：
气体成分分析仪、储气罐、阴燃测试炉、鼓风机通过钢制气路管相连，由电磁阀控制 接通。在整个试验过程中根据试验进程通入空气、排出或收集废气。使用气体成分分析仪 对排出的废气进行分析。
试验所用的粉尘样品通过可打开的炉盖加入到粉尘层阴燃试验炉中。试验炉中有两组 温度传感器，一组用于测试粉尘层外缘的温度，另一组用于测试粉尘层中心的温度。在试 验过程中，可以通过控制加热盘托盘支架的升降、顶部和底部空气阀的开关来决定空气的 进入位置和速度，设备能分别模拟不同气流流速下的顺风阴燃和逆风阴燃。
在试验开始前，需要先将空气湿度控制器打开，在空气湿度达到设定值后方可进行试 验。
数字采集控制系统功能是通过各个温度传感器、电磁阀、气体流量计、摄像头等来实 现的，它们直接与电脑相连接，实时监控系统中各部分的温度、气流变化情况，及时反馈相关数据，根据预先设置好的程序控制试验参数。
粉尘层阴燃试验炉(如图1所示)主要仪器设备介绍：
1、多孔加电加热盘：作为粉尘层阴燃的热源，直径10cm置于可升降的多孔陶瓷托盘 上。当陶瓷托盘降下时，可使从底部进入的气流在燃烧室内均匀分布；当陶瓷托盘 升起紧贴加热盘时，气流无法从燃烧室底部进入。加热盘内装有金属热电阻，加热 温度可以在室温～500℃的范围内进行控制，精度为0.1℃。
2、温度感应装置：使用40个直径不大于1mm的镍铬热电偶以记录不同厚度粉尘层的 阴燃温升历程。40个热电偶分为20组，每组2个，分别测试粉尘层的中心和外缘 温度。
3、气体成分分析仪：置于燃烧室的顶部，可检测O2、N2、CO、CO2、SO2等气 体浓度。阴燃炉炉体：由耐火材料制成的立式圆筒形燃烧室，外覆不锈钢保护壳， 内衬岩棉保温材料。阴燃炉的炉体高度18cm，直径15cm。炉盖与炉体密封性好， 炉盖上中心及一侧有可调节的排气孔，侧边的排气孔可连接气体成分分析仪
4、鼓风机：可通过进气孔向阴燃炉持续通入空气，并能通过控制阀门对气流速度进行 控制。实验风速可控制在0.3m/s。
5、空气湿度控制器：主要由传感器、控制器、加热器三部分组成。放置于设备工作的 通风橱内，用以控制进入阴燃炉的气体湿度。
6、阴燃拍摄点：即一个摄像头连接在电脑上，当待测粉尘样品发生阴燃时，能明显的 观察到试验现象。
使用本发明装置时，需要在通风橱内进行试验，排风系统应适合于吸收有毒的烟气， 实验人员在操作前必须穿戴好防爆头盔、护目镜、防护手套，然后按照下列步骤进行试验：
1、连接好装置各部件，打开控制软件，预设好加热温度、粉尘层厚度、样品质量、气流方向、气流流量、气流湿度等各项参数。
2、打开测试炉盖，根据设置的样品参数加入适量的粉尘样品(加入粉尘样品的高度不 低于5mm,不大于100mm，粉尘层直径为100mm)。
3、启动测试装置，加热炉盘开始给样品粉尘加热。
4、观察各个记录点粉尘样品温度的随时间变化情况。查看并记录粉尘的阴燃(或自热) 情况。
5、当粉尘层阴燃发生以后打开气体收集分析装置，对收集的气体进行成分分析。
6、根据研究需要，重新调整各项参数，重复上述操作步骤，直至得到满意的试验结果。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，将所述装置用于中位粒径为100um的小麦粉尘层阴 燃模拟，研究分析其燃烧后产生的特征气体，包括如下步骤：
1、连接好装置各部件，打开控制软件，预设加热温度为300℃、粉尘层厚度为60mm、样品质量、气流方向为正向、气流流速为15cm/min。
2、打开测试炉盖，根据设置的样品参数加入适量的小麦粉尘样品至测试炉60mm刻度 线处。
3、启动测试装置，加热炉盘开始给样品粉尘加热。
4、观察各个记录点粉尘样品温度的随时间变化情况。查看并记录粉尘的阴燃情况。
5、当粉尘层阴燃发生(当各粉尘层温度记录点最大温度超过加热温度200℃时视为粉 尘层为开始发生阴燃)以后打开气体收集分析装置，对收集的气体进行成分分析。
6、根据研究需要，将气流流速调整为30cm/min，其它参数不变，重复上述操作步骤， 记录的试验结果，如表1所示。
表1小麦粉尘样品在不同气流流速下阴燃60min分钟时的特征气体成分
风速 N<sub>2</sub>/％ O<sub>2</sub>/％ CO<sub>2</sub>/％ CO/％ CH<sub>4</sub>/％
15cm/min 70.1 2.2 19.1 3.0 0.2
30cm/min 70.8 5.8 16.2 3.7 0.4
【实施例3】
按照实施例1所述的条件和步骤，将所述装置用于中位粒径为75um石松子粉尘层阴 燃模拟，研究在整个过程中粉尘层不同厚度处温度的变化，包括如下步骤：
1、连接好装置各部件，打开控制软件，预设加热温度为300℃、粉尘层厚度为60mm、样品质量、气流方向为正向、气流流速为15cm/min。
2、打开测试炉盖，根据设置的样品参数加入适量的小麦粉尘样品至测试炉60mm刻度 线处。
3、启动测试装置，加热炉盘开始给样品粉尘加热。
4、观察各个记录点粉尘样品温度的随时间变化情况。查看并记录粉尘的阴燃情况。
5、当粉尘层阴燃发生(当各粉尘层温度记录点最大温度超过加热温度200℃时视为粉 尘层为开始发生阴燃)。得到各个记录点粉尘样品温度的随时间变化曲线并进行分析。
【比较例】
现在市面上主流的粉尘层阴燃测试装置只是简单的用来满足在GB/T 16430-1996《粉尘层最低着火温度测定方法》和《VDI 2263》两个标准的测试要求，只能用来测定粉 尘在特定的温度和厚度下是否发生阴燃。远远不如本发明提供的分析全面、翔实。能全面 记录温度、湿度、气流、燃烧产物在整个粉尘层阴燃过程中的变化情况。

Claims (10)

1.一种粉尘层阴燃模拟研究装置，包括数字采集控制系统、粉尘层阴燃试验炉、气体采样分析系统、进气控制系统，数字采集控制系统包括电脑、热电偶、电磁阀、阴燃拍摄点，气体采样分析系统包括气体成分分析仪、储气装置，进气控制系统包括鼓风机、风量控制阀、空气湿度控制器；粉尘层阴燃试验炉包括炉体、炉盖、保温层、加热盘、排气口、温度传感器、进气口，加热盘置于可升降的多孔托盘上，粉尘层阴燃试验炉由耐火材料制成的立式圆筒形燃烧室，外覆不锈钢保护壳，内衬岩棉保温层，炉盖与炉体密封，炉盖上中心及一侧有可调节的排气孔，侧边的排气孔连接气体成分分析仪。
2.根据权利要求1所述粉尘层阴燃模拟研究装置，其特征在于气体成分分析仪、储气罐、阴燃测试试验炉、鼓风机通过气路管线相连，由电磁阀控制接通，在整个试验过程中根据试验进程通入空气、排出或收集废气，使用气体成分分析仪对排出的废气进行分析。
3.根据权利要求1所述粉尘层阴燃模拟研究装置，其特征在于试验所用的粉尘样品通过可打开的炉盖加入到粉尘层阴燃试验炉中，粉尘层阴燃试验炉中有至少两组温度传感器，一组用于测试粉尘层外缘的温度，另一组用于测试粉尘层中心的温度；在试验过程中，通过控制加热盘托盘支架的升降、顶部和底部空气阀的开关来决定空气的进入位置和速度，设备能分别模拟不同气流流速下的顺风阴燃和逆风阴燃。
4.根据权利要求1所述粉尘层阴燃模拟研究装置，其特征在于试验开始前，需要先将空气湿度控制器打开，在空气湿度达到设定值后方可进行试验。
5.根据权利要求1所述粉尘层阴燃模拟研究装置，其特征在于数字采集控制系统功能是通过与电脑相连接的各个温度传感器、电磁阀、气体流量计、摄像头来实现的，实时监控系统中各部分的温度、气流变化情况，及时反馈相关数据，根据预先设置好的程序控制试验参数。
6.根据权利要求1所述粉尘层阴燃模拟研究装置，其特征在于加热盘为多孔加电加热盘，作为粉尘层阴燃的热源，置于可升降的多孔陶瓷托盘上，当陶瓷托盘降下时，使从底部进入的气流在燃烧室内均匀分布；当陶瓷托盘升起紧贴加热盘时，气流无法从燃烧室底部进入；加热盘内装有金属热电阻，加热温度在室温～500℃的范围内进行控制，精度为0.1℃。
7.根据权利要求1所述粉尘层阴燃模拟研究装置，其特征在于使用直径不大于1mm的镍铬热电偶记录不同厚度粉尘层的阴燃温升历程，分别测试粉尘层的中心和外缘温度。
8.根据权利要求1所述粉尘层阴燃模拟研究装置，其特征在于气体成分分析仪置于粉尘层阴燃试验炉的顶部，检测包括O2、N 2、CO、CO 2、SO 2的浓度。
9.根据权利要求1所述粉尘层阴燃模拟研究装置，其特征在于鼓风机通过进气孔向阴燃试验炉持续通入空气，并能通过控制阀门对气流速度进行控制；空气湿度控制器主要由传感器、控制器、加热器三部分组成，放置于设备工作的通风橱内，用以控制进入阴燃炉的气体湿度；阴燃拍摄点即一个摄像头连接在电脑上，当待测粉尘样品发生阴燃时，能明显的观察到试验现象。
10.一种权利要求1-9所述粉尘层阴燃模拟研究装置，用于粉尘层阴燃模拟研究中。
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