CN112129812B - 一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气体爆炸安全的技术领域，具体涉及一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置。包括舱体、加氢机构、氢气循环机构和控制测量机构；舱体为方舱结构，舱体上设有泄爆口，舱体的一端面上设有气密门，舱体的上部设有两个以上的进气口，舱体的下部设有两个以上的排气口，加氢机构包括两个以上并联的氢气瓶和控制阀，氢气循环机构包括循环风机和一对电动阀，控制测量机构包括测量机构、数据采集器、电脑和控制器；点火器通过点火导线连接有点火电极，所述控制器发出同步TTL电平信号，同时触发点火器、电脑数据采集软件和高速摄像机，以确保位移、爆炸超压、火焰图像数据的同步采集。本发明适用于均匀氢爆炸泄压实验和非均匀氢爆炸泄压实验。
Description
技术领域
本发明属于气体爆炸安全的技术领域，具体涉及一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置。
背景技术
化石能源，如煤炭、石油、天然气等，是当今社会的能源消耗主体，当前正日益枯竭。全球变暖和环境污染也对能源的使用提出了新的要求，控制温室气体和治理环境已迫在眉睫。氢能，被公认为21 世纪最具发展前景的清洁能源，它有助于缓解化石燃料消耗导致的能源危机、全球变暖以及环境污染等倍受世界瞩目的问题。由于无污染,氢能源引起了世界各国的研究热潮,尤其是氢燃料汽车研究等。进而，促进了加氢站等基础设施的快速发展。撬装式加氢站结构紧凑，工厂制造安装质量容易得到保证，且节约大量土地、减少投资成本，并有利于操作和维护，受到国内外的青睐。但氢气易泄漏扩散、可燃范围宽、燃烧热值高、点火能量小、爆炸压力上升速率高且材料遇氢易氢脆，因此撬装式加氢站具有潜在的氢气泄漏和爆炸危险。而爆炸泄压是被广泛应用的一种爆炸减灾技术，即在爆炸初始或发展阶段，将受限空间内高温高压的爆炸产物和未燃物，通过受限空间预设强度最薄弱部位（即泄爆口），向安全方向泄出，使受限空间结构免遭破坏。对于新兴出现的撬装式加氢站，且氢不同于其它可燃气体，目前针对其爆炸泄压防护技术不成熟，迫切需要一套相对完善的模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置，开展相关的实验研究来解决撬装式加氢站爆炸泄压关键技术问题。
发明内容
为了解决撬装式加氢站爆炸泄压关键技术问题，本发明提供一种新型的模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置。具体技术方案如下：
一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置，包括舱体1、加氢机构、氢气循环机构和控制测量机构；
所述舱体1为方舱结构，底部设置有四只以上的滚轮9，所述舱体1上开设有泄爆口2，泄爆口2上配合安装有泄爆片，舱体1的一端面上设有气密门4，舱体1的上部设有两个以上的进气口8，舱体1的下部设有两个以上的排气口25，舱体1内设置有内置障碍物32；
所述加氢机构包括两个以上并联的氢气瓶13和控制阀12；两个以上并联的氢气瓶13的出气口通过输氢管11分别连通着两个以上的进气口8；
所述氢气循环机构包括循环风机30和一对电动阀31，所述循环风机30的进、出口通过风管29分别连通着一对电动阀31，且一个电动阀连通着舱体1一端的进气口，另一个电动阀连通着舱体1另一端的出气口；
所述控制测量机构包括测量机构、数据采集器20、电脑17和控制器16；
所述测量机构包括间隔且均匀布设在所述舱体1侧面同一水平线上的压力传感器27和位移传感器26，和均匀布设在所述舱体1侧面同一垂直线上的氢浓度传感器7；且每个压力传感器27、每个位移传感器26和每个氢浓度传感器7均通过信号线连通着数据采集器20的入口，数据采集器20的出口通过信号线连通着电脑17，电脑17的输出端通过信号线连通着控制器16入口，控制器16输出口通过信号线分别连通有摄像机24和点火器14；
所述点火器通过点火导线10连接有点火电极5，且点火电极5固定设于开设有气密门4的舱体1端面的中间；
工作时，所述控制器16发出同步TTL电平信号，同时触发点火器14、电脑17数据采集软件和高速摄像机24，以确保位移、爆炸超压、火焰图像数据的同步采集。
进一步，所述舱体1的耐压不小于2MPa，变形不大于10mm，可重复氢气爆炸泄压实验。
进一步，每个所述电动阀均为三通电动阀。
进一步，所述舱体1的顶部均匀分隔为20个窗口，所述泄爆口2位于舱体1的顶部，由1～20个窗口组成，且泄爆口2面积为0.6～11.5m2。
进一步，所述泄爆口2位于舱体1的一端的端面上，舱体1的另一端的端面上设有气密门4和点火电极5，且泄爆口2面积为0～6.5m2。
进一步，所述泄爆片为金属片或塑料薄膜。
进一步，所述内置障碍物32为障碍物，所述障碍物为储氢罐模型或压缩机模型。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
本发明的模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置最大可实现泄爆超压为无泄爆超压的1/100，同时实验装置集测压、测壁面变形位移、测氢浓度于一体，两个以上并联的氢气瓶内的高压氢经控制阀进入输氢管，输氢管在舱体附近分三路与舱体上部的三个不同位置的进气口相连，原舱体内的空气经挤压由排气口排出以平衡舱体内外的气体，当加氢完成后，当启动循环风机将舱体内的气体循环混合至少15分钟，使得舱体内氢气浓度均匀，可用于开展均匀氢爆炸泄压的实验，此时泄爆口开设于舱体的顶部，由15个窗口组成，泄爆片为塑料薄膜；当加氢完成后，不启动循环风机，仅仅静置舱体内氢气-空气混合物若干分钟，采用氢浓度传感器、数据采集装置和数据采集电脑实时测量舱体内沿高度方向的氢浓度，可用于开展非均匀氢爆炸泄压的实验，此时泄爆口开设于舱体的一端的端面上，舱体的另一端的端面上设有气密门和点火电极，泄爆片为塑料薄膜，舱体的顶部密封；上述实验得到的数据来检测和评价泄爆片的泄爆能力，为撬装式加氢站超压预测和泄压面积设计提供理论依据和数据支撑。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为循环系统示意图。
图3为本发明结构的俯视图。
上图中序号：1舱体、2泄爆口、4气密门、5点火电极、6导轨、7氢浓度传感器、8进气口、9滚轮、10点火导线、11输氢管、12控制阀、13氢气瓶、14火器、16控制器、17电脑、20数据采集器、24高速摄像机、25排气口、26位移传感器、27压力传感器、29风管、30循环风机、31一对电动阀、32障碍物。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
均匀氢爆炸泄压实验：
一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置，包括舱体1、加氢机构、氢气循环机构和控制测量机构；泄爆口2位于舱体1的顶部，由15个窗口组成，泄爆口2上配合设有泄爆片，泄爆片为塑料薄膜。
所述舱体1为方舱结构，底部设置有四只以上的滚轮9，每只滚轮9滑动配合设有导轨6上，舱体1的一端面上设有气密门4，舱体1的上部设有两个以上的进气口8，舱体1的下部设有两个以上的排气口25，舱体1内设置有内置障碍物32；
所述加氢机构包括两个以上并联的氢气瓶13和控制阀12；两个以上并联的氢气瓶13的出气口通过输氢管11分别连通着两个以上的进气口8；
所述氢气循环机构包括循环风机30和一对电动阀31，所述循环风机30的进、出口通过风管29分别连通着一对电动阀31，且一个电动阀连通着舱体1一端的进气口，另一个电动阀连通着舱体1另一端的出气口；
所述控制测量机构包括测量机构、数据采集器20、电脑17和控制器16；
所述测量机构包括间隔且均匀布设在所述舱体1侧面同一水平线上的压力传感器27和位移传感器26，和均匀布设在所述舱体1侧面同一垂直线上的氢浓度传感器7；且每个压力传感器27、每个位移传感器26和每个氢浓度传感器7均通过信号线连通着数据采集器20的入口，数据采集器20的出口通过信号线连通着电脑17，电脑17的输出端通过信号线连通着控制器16入口，控制器16输出口通过信号线分别连通有摄像机24和点火器14；
所述点火器通过点火导线10连接有点火电极5，且点火电极5固定设于开设有气密门4的舱体1端面的中间；
工作时，所述控制器16发出同步TTL电平信号，同时触发点火器14、电脑17数据采集软件和高速摄像机24，以确保位移、爆炸超压、火焰图像数据的同步采集。
所述舱体1的耐压不小于2MPa，变形不大于10mm，可重复氢气爆炸泄压实验。
每个所述电动阀均为三通电动阀。
所述内置障碍物32为障碍物，所述障碍物为储氢罐模型。
均匀氢爆炸泄压实验具体包括以下步骤：
1）参见图1，上述模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置准备就绪，舱体1尺寸为12m×2、5m×2、5m，一对电动阀31与舱体1连接处封闭，与外界环境导通。
2）两个以上并联的氢气瓶13内的高压氢经控制阀12进入输氢管11，输氢管11在舱体1附近分三路与舱体1上部的三个不同位置的进气口8相连，原舱体1内的空气经挤压由排气口25排出以平衡舱体1内外的气体。
3）加氢完成后，一对电动阀31分别与舱体1连通，即与外界隔离，启动循环风机30将舱体1内的气体循环混合不少于15分钟；得到舱体1内氢气浓度为10%。
循环完成后，将一对电动阀31与舱体1连接处封闭，连通大气，并利用循环风机30将管道内的氢气排空，目的是防止管道内的氢气-空气混合物发生意外爆炸。
4）启动同步控制器16发出同步TTL电平信号，同时触发点火器14、电脑17数据采集软件和高速摄像机24，以确保位移、爆炸超压、火焰图像数据的同步采集。
点火器14送出30KV高压经点火导线10、点火电极5点燃舱体1内的氢气-空气混合气体；同时数据采集电脑17采集舱内爆炸压力、舱壁的变形位移，高速摄像机24采集舱体1内火焰经泄爆口2向外传播的火焰图像。
5）实验结束，开启气密门4，处理压力、变形位移和图像等数据，检测和评价泄爆口2的泄爆能力。
6）可重复步骤（1）～步骤（5）进行多组实验，并改变步骤（3）中，得到舱体1内氢气浓度为20%或30%。
实施例2
非均匀氢爆炸泄压实验：
一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置，包括舱体1、加氢机构、氢气循环机构和控制测量机构；泄爆口2位于舱体1的一端的端面上，且面积为5m2,，舱体1的另一端的端面上设有气密门4和点火电极5，泄爆口2上配合安装有泄爆片，泄爆片为塑料薄膜，舱体1的顶部密封。
所述舱体1为方舱结构，底部设置有四只以上的滚轮9，每只滚轮9滑动配合设有导轨6上，舱体1的一端面上设有气密门4，舱体1的上部设有两个以上的进气口8，舱体1的下部设有两个以上的排气口25，舱体1内设置有内置障碍物32；
所述加氢机构包括两个以上并联的氢气瓶13和控制阀12；两个以上并联的氢气瓶13的出气口通过输氢管11分别连通着两个以上的进气口8；
所述氢气循环机构包括循环风机30和一对电动阀31，所述循环风机30的进、出口通过风管29分别连通着一对电动阀31，且一个电动阀连通着舱体1一端的进气口，另一个电动阀连通着舱体1另一端的出气口；
所述控制测量机构包括测量机构、数据采集器20、电脑17和控制器16；
所述测量机构包括间隔且均匀布设在所述舱体1侧面同一水平线上的压力传感器27和位移传感器26，和均匀布设在所述舱体1侧面同一垂直线上的氢浓度传感器7；且每个压力传感器27、每个位移传感器26和每个氢浓度传感器7均通过信号线连通着数据采集器20的入口，数据采集器20的出口通过信号线连通着电脑17，电脑17的输出端通过信号线连通着控制器16入口，控制器16输出口通过信号线分别连通有摄像机24和点火器14；
所述点火器通过点火导线10连接有点火电极5，且点火电极5固定设于开设有气密门4的舱体1端面的中间；
工作时，所述控制器16发出同步TTL电平信号，同时触发点火器14、电脑17数据采集软件和高速摄像机24，以确保位移、爆炸超压、火焰图像数据的同步采集。
所述舱体1的耐压不小于2MPa，变形不大于10mm，可重复氢气爆炸泄压实验。
每个所述电动阀均为三通电动阀。
所述内置障碍物32为障碍物，所述障碍物为储氢罐模型或压缩机模型。
非均匀氢爆炸泄压实验具体包括以下步骤：
1）参见图1，上述模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置准备就绪，舱体1尺寸为12m×2、5m×2、5m，一对电动阀31与舱体1连接处封闭，与外界环境导通。
2）两个以上并联的氢气瓶13内的高压氢经控制阀12进入输氢管11，输氢管11在舱体1附近分三路与舱体1上部的三个不同位置的进气口8相连，原舱体1内的空气经挤压由排气口25排出以平衡舱体1内外的气体。
3）加氢完成后，静置舱体1内氢气-空气混合物5分钟；同时采用氢浓度传感器7、数据采集装置20和数据采集电脑17实时测量舱体1内沿高度方向的氢浓度。
4）启动同步控制器16发出同步TTL电平信号，同时触发点火器14、电脑17数据采集软件和高速摄像机24，以确保位移、爆炸超压、火焰图像数据的同步采集。
点火器14送出30KV高压经点火导线10、点火电极5点燃舱体1内的氢气-空气混合气体；同时数据采集电脑17采集舱内爆炸压力、舱壁的变形位移，高速摄像机24采集舱体1内火焰经泄爆口2向外传播的火焰图像。
5）实验结束，开启气密门4，处理压力、变形位移和图像等数据，检测和评价泄爆口2的泄爆能力。
6）可重复步骤（1）～步骤（5）进行多组实验，并改变步骤（2）通入的氢气浓度。
Claims (5)
1.一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置，其特征在于：包括舱体（1）、加氢机构、氢气循环机构和控制测量机构；
所述舱体（1）为方舱结构，底部设置有四只以上的滚轮（9），所述舱体（1）上设有泄爆口（2），泄爆口（2）上配合安装有泄爆片，舱体（1）的一端面上设有气密门（4），舱体（1）的上部设有两个以上的进气口（8），舱体（1）的下部设有两个以上的排气口（25），舱体（1）内设置有内置障碍物（32）；
所述舱体（1）的耐压不小于2MPa，变形不大于10mm，可重复氢气爆炸泄压实验；
所述加氢机构包括两个以上并联的氢气瓶（13）和控制阀（12）；两个以上并联的氢气瓶（13）的出气口通过输氢管（11）分别连通着两个以上的进气口（8）；
所述氢气循环机构包括循环风机（30）和一对电动阀（31），所述循环风机（30）的进、出口通过风管（29）分别连通着一对电动阀（31），且一个电动阀连通着舱体（1）一端的进气口，另一个电动阀连通着舱体（1）另一端的出气口；每个所述电动阀均为三通电动阀；
所述控制测量机构包括测量机构、数据采集器（20）、电脑（17）和控制器（16）；
所述测量机构包括间隔且均匀布设在所述舱体（1）侧面同一水平线上的压力传感器（27）和位移传感器（26），和均匀布设在所述舱体（1）侧面同一垂直线上的氢浓度传感器（7）；且每个压力传感器（27）、每个位移传感器（26）和每个氢浓度传感器（7）均通过信号线连通着数据采集器（20）的入口，数据采集器（20）的出口通过信号线连通着电脑（17），电脑（17）的输出端通过信号线连通着控制器（16）入口，控制器（16）输出口通过信号线分别连通有摄像机（24）和点火器（14）；
所述点火器通过点火导线（10）连接有点火电极（5），且点火电极（5）固定设于开设有气密门（4）的舱体（1）端面的中间；
工作时，所述控制器（16）发出同步TTL电平信号，同时触发点火器（14）、电脑（17）数据采集软件和高速摄像机（24），以确保位移、爆炸超压、火焰图像数据的同步采集。
2.根据权利要求1所述的一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置，其特征在于：所述舱体（1）的顶部均匀分隔为20个窗口，所述泄爆口（2）开设于舱体（1）的顶部，由1～20个窗口组成，且泄爆口（2）面积为0.6～11.5m2。
3.根据权利要求1所述的一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置，其特征在于：所述泄爆口（2）开设于舱体（1）的一端的端面上，舱体（1）的另一端的端面上设有气密门（4）和点火电极（5），且泄爆口（2）面积为0～6.5m2。
4.根据权利要求1或2或3任一所述的一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置，其特征在于：所述泄爆片为金属片或塑料薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种模拟撬装式加氢站爆炸泄压的实验装置，其特征在于：所述内置障碍物（32）为障碍物，所述障碍物为储氢罐模型或压缩机模型。
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-
2020
- 2020-10-30 CN CN202011197148.0A patent/CN112129812B/zh active Active
Patent Citations (7)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112129812A (zh) | 2020-12-25 |
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