CN112630265B - 一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，包括：储气容器，储有测试气体；加湿组件，用于对从所述储气容器排出的所述测试气体加湿；第一加热组件，用于对从所述储气容器排出的所述测试气体加热；储粉容器，储有粉体，经加湿加热后的所述测试气体进入所述储粉容器与所述粉体混合成气粉杂混物；反应容器，与所述储粉容器连通，混合后的所述气粉杂混物进入所述反应容器内；第二加热组件，用于加热反应容器；真空发生组件，用于向所述反应容器内抽真空；点火组件，设于反应容器且用于点燃其内的所述气粉杂混物；数据采集组件，用于采集气粉杂混物点燃后的爆炸特性。该装置可测试出气粉杂混物在不同数量、温度、湿度和压力下的爆炸特性。

Description

一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置及方法

技术领域

本发明属于测试装置技术领域，尤其涉及一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置及方法。

背景技术

粉体爆炸是工业灾害中发生最频繁的爆炸，尤其是气粉杂混物的爆炸。在工业灾害防护措施中，会将爆炸介质的爆炸浓度、最小点火能、最低着火温度、比电阻等爆炸参数作为设计车间通风量、采取静电防护、与散热设备间距、设置粉体浓度报警值等的重要依据。粉体爆炸参数不仅受粉体本身粒径影响，还受到环境中温度、湿度、压力、气体介质的影响，只有综合考虑这些因素，才能得到更有效的爆炸参数，采取更周全的粉体爆炸防护措施。

现有技术中对气粉杂混物爆炸特性的测试装置并不能测试出不同温度、湿度、压力和气粉杂混物数量下的爆炸特性。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置及方法，该装置可测试出气粉杂混物在不同数量、温度、湿度和压力下的爆炸特性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，包括：

储气容器，储有测试气体；

加湿组件，用于对从所述储气容器排出的所述测试气体加湿；

第一加热组件，用于对从所述储气容器排出的所述测试气体加热；

储粉容器，储有粉体，经加湿加热后的所述测试气体进入所述储粉容器与所述粉体混合成气粉杂混物；

反应容器，与所述储粉容器连通，混合后的所述气粉杂混物进入所述反应容器内；

第二加热组件，用于加热所述反应容器；

真空发生组件，用于向所述反应容器内抽真空；

点火组件，设于所述反应容器且用于点燃其内的所述气粉杂混物；

数据采集组件，用于采集所述气粉杂混物点燃后的爆炸特性。

根据本发明一实施例，所述加湿组件包括内部储有水的密封箱，所述密封箱通过第一气管与所述储气容器连通、通过第二气管与所述储粉容器连通，所述第一气管的进口位于所述密封箱的液面之下，所述第二气管的出口位于所述密封箱的液面之上。

根据本发明一实施例，所述第一加热组件包括：

液体循环加热器，储有工作液，所述液体循环加热器设有给液口和回液口，所述液体循环加热器用于加热所述工作液并使其在所述给液口和所述回液口之间循环流动；

第一夹套，设于所述密封箱，所述第一夹套的进液口和出液口通过管路分别与所述给液口和所述回液口连通，所述工作液通过所述第一夹套加热所述密封箱以加热所述测试气体。

根据本发明一实施例，所述第二加热组件为设于所述反应容器的第二夹套，所述第二夹套的进液口和出液口通过管路分别与所述给液口和所述回液口连通，所述工作液通过所述第一夹套加热所述反应容器。

根据本发明一实施例，所述密封箱内设有热电偶和湿度仪。

根据本发明一实施例，所述点火组件包括点火电极和点火发生装置，所述点火电极一端伸入所述反应容器内、另一端与所述点火发生装置电连接。

根据本发明一实施例，所述数据采集组件包括：

摄像装置，用于拍摄所述反应容器内的爆炸场；

温湿度传感器，用于检测所述反应容器内的温度和湿度；

压力传感器，用于检测所述反应容器内的压力。

根据本发明一实施例，所述反应容器设有泄压装置。

根据本发明一实施例，所述储粉容器设有第一压力表，所述储粉容器与所述反应容器连通的管路上设有第一阀，所述储气容器的出口设有减压阀。

基于相同的构思，本发明还提供一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试方法，包括上述任意一项所述的高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，包括如下步骤：

Step1：调节所述储气容器出口的所述测试气体至实验所需压力；

Step2：通过所述加湿组件将所述测试气体加湿至实验所需湿度；

Step3：通过第一加热组件和第二加热组件分别加热所述测试气体和所述反应容器，使两者温度一致且达到实验所需温度；

Step4：通过所述真空发生组件向所述反应容器内抽真空至实验所需真空度；

Step5：向所述储粉容器中通入加热加湿后的所述测试气体；

Step6：当所述储粉容器中的所述气粉杂混物压力达到实验所需压力时，所述数据采集组件开始采集数据，然后将所述气粉杂混物通入所述反应容器内；

Step7：所述点火组件点燃所述气粉杂混物使其爆炸。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明实施例中设置储气容器、加湿组件、第一加热组件、储粉容器、反应容器、第二加热组件、真空发生组件、点火组件和数据采集组件，使得可以实现测试出气粉杂混物在不同数量、温度、湿度和压力下的爆炸特性。

(2)本发明实施例中第一气管的进口位于密封箱的液面之下，第二气管的出口位于密封箱的液面之上，可将测试气体通入水中以实现加湿，结构简单实用。

(3)本发明实施例中通过液体循环加热器的工作液间接加热测试气体和反应容器，使得加热温度可控性高且更加安全。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明的一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置整体示意图；

图2为本发明的一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置局部放大图。

附图标记说明：

1：气瓶；2：储粉容器；3：球型反应釜；4：密封箱；5：第一气管；6：第二气管；7：液体循环加热器；8：第一夹套；9：第二夹套；10：第二夹套进液口；11：第二夹套出液口；12：热电偶；13：湿度仪；14：真空泵；15：点火电极；16：点火发生装置；17：摄像头；18：温湿度传感器；19：压力传感器；20：喷嘴；21：安全阀；22：爆破片；23：第一压力表；24：第一阀；25：减压阀；26：观察窗；27：第三气管；28：真空口；29：排放口；30：第四阀；31：计算机控制器；32：第二压力表；33：第三阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

实施例1

参看图1至2，本发明的核心是提供一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，包括储气容器、加湿组件、第一加热组件、储粉容器2、反应容器、第二加热组件、真空发生组件、点火组件和数据采集组件。储气容器储有测试气体；加湿组件用于对从储气容器排出的测试气体加湿；第一加热组件用于对从储气容器排出的测试气体加热；储粉容器2储有粉体，经加湿加热后的测试气体进入储粉容器2与粉体混合成气粉杂混物；反应容器与储粉容器2连通，混合后的气粉杂混物进入反应容器内；第二加热组件用于加热反应容器；真空发生组件用于向反应容器内抽真空；点火组件设于反应容器且用于点燃其内的所述气粉杂混物；数据采集组件用于采集气粉杂混物点燃后的爆炸特性。

通过上述设置可以实现测试出气粉杂混物在不同数量、温度、湿度和压力下的爆炸特性。

下面对本发明的高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置作详细说明：

储气容器为储有压缩测试气体的气瓶1，可根据实验要求更换气瓶1中测试气体的种类，或增加气瓶1的数量，以研究测试不同浓度、种类、数量的气粉杂混物爆炸特性。

加湿组件包括内部储有水的密封箱4，密封箱4的强度可承受实验所需的高压，密封箱4通过第一气管5与气瓶1连通，且第一气管5的插入密封箱4内的水中，使其出口位于液面之下，测试气体经第一气管5通入水中，以实现加湿，整体结构简单实用。

第一气管5上设有减压阀25，通过减压阀25可调整气瓶1出口测试气体的气压。

密封箱4还通过第二气管6与储粉容器2连通，且第二气管6的出口位于密封箱4内的液面之上。密封箱4内还设有湿度仪13，用于检测测试气体的湿度，且湿度仪13位于密封箱4内的液面之上。

第一加热组件包括液体循环加热器7和第一夹套8。液体循环加热器7储有工作液，液体循环加热器7设有给液口和回液口，液体循环加热器7用于加热工作液并使其在给液口和回液口之间循环流动。具体的，液体循环加热器7设有用于加热工作液的加热器和用于工作液流动循环的循环泵，通过加热器和循环泵不断加热循环工作液。

第一夹套8套设于在密封箱4外壁，第一夹套8的进液口和出液口通过管路分别与给液口和回液口连通，工作液从第一夹套8的进液口进入并从其出液口排出，工作液通过第一夹套8加热密封箱4内腔，且使内腔温度保持一段时间的恒温，以加热其内的测试气体，且通过液体循环加热器7调节工作液的温度以实现调节测试气体的温度。密封箱4内还设有热电偶12，用于检测测试气体的温度，且热电偶12位于密封箱4内的液面之上。

第二气管6上设有第二阀，当密封箱4内的测试气体温度和湿度达到实验要求时，打开第二阀将测试气体通入储粉容器2。测试气体进入储粉容器2后与其内的粉体混合成气粉杂混物。

储粉容器2通过第三气管27与反应容器连通，本实施例中反应容器为球型反应釜3，其外壁设有用于保温的保温棉，球型反应釜3侧壁设有连通其内部的喷嘴20，设于球型反应釜3设于右下45°中心轴线处，喷嘴20与第三气管27连通。且第三气管27上设有第一阀24，第一阀24为电磁阀，储粉容器2设有检测其内部气粉杂混物压力的第一压力表23，当第一压力表23检测到的压力达到实验要求以及球型反应釜3内温度达到要求时，打开第一阀24，将气粉杂混物通入第三气管27，并通过喷嘴20将其喷入球型反应釜3内，通过喷嘴20使得气粉杂混物在反应容器内分布更加均匀，实验效果更好。

第二加热组件为套设于球型反应釜3的第二夹套9，第二夹套进液口10和出液口通过管路分别与液体循环加热器7的给液口和回液口连通，工作液通过第二夹套进液口10进入第二夹套9内，并通过第二夹套出液口11排出，工作液通过第二夹套9加热球型反应釜3，可使球型反应釜3内腔保持一段时间的恒温。

真空发生组件为真空泵14，球型反应釜3侧壁设有真空口28，且真空泵14连接真空口28的管路上设有第二压力表32和第三阀33，通过真空泵14抽真空控制球型反应釜3内腔的初始压力。

点火组件包括点火电极15和点火发生装置16，点火电极15一端伸入球型反应釜3内、另一端与点火发生装置16电连接，通过点火发生装置16控制点火电极15产生火花以点燃气粉杂混物。且点火电极15通过螺纹连接在球型反应釜3顶部中心轴线处，螺纹连接处为绝缘材料方便拆卸，点火位置为中心点火，点火发生装置16可调节点火能量。

数据采集组件包括摄像装置、温湿度传感器18和压力传感器19。摄像装置为摄像头17，且对准球型反应釜3的观察窗26，以拍摄球型反应釜3内气粉杂混物的爆炸场及火焰传播情况。温湿度传感器18设于球型反应釜3侧壁且检测端伸入其内部，且设于球型反应釜3左上方中心轴线处，用于采集整个爆炸过程中球型反应釜3内的温度和湿度及其变化。压力传感器19设于球型反应釜3侧壁且检测端伸入其内部，且设于球型反应釜3右边水平中心轴线处，用于采集整个爆炸过程中球型反应釜3内的压力及其变化。通过采集到的爆炸场图像、温度、湿度和压力，综合分析出温度、湿度、压力对气粉杂混物爆炸特性的影响。

球型反应釜3还设有泄压装置，用于泄放爆炸过程产生的超压，泄压装置设于球型反应釜3的左前方。泄压装置包括安全阀21和爆破片22，爆破片22一端通过螺纹与球型反应釜3垂直连接，另一端通过螺纹与安全阀21连接且设于其出口。

通过爆破片22和安全阀21组合的泄压装置，避免了实验介质对安全阀21的腐蚀，延长安全设施的使用寿命，确保实验安全。

球型反应釜3还设有排放口29，设于球型反应釜3底部中心轴线处，排放口29设有第四阀30，排放口29用于排放实验结束后的球型反应釜3内的积液和残余粉样，实验过程中通过第四阀30关闭。

还包括计算机控制器31，计算机控制器31与摄像头17、温湿度传感器18、点火发生装置16、压力传感器19、第一阀24、热电偶12、湿度仪13电连接，计算机控制器31用于控制摄像头17、点火发生装置16和第一阀24开关，以控制点火时间、点火能量和喷粉时间，并接收温湿度传感器18、压力传感器19、热电偶12和湿度仪13的检测反馈信号。

实施例2

本发明的另一核心是提供一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试方法，其基于实施例1的高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，包括如下步骤：

Step1：调节储气容器出口的测试气体至实验所需压力。

具体的，通过减压阀25调整气瓶1出口测试气体的气压，使其符合实验所需压力。

Step2：通过加湿组件将测试气体加湿至实验所需湿度。

具体的，通过第一气管5将测试气体通过密封箱4的水中，以实现对测试气体的加湿，并通过湿度仪13实时检测测试气体的湿度是否达到实验所需湿度。

Step3：通过第一加热组件和第二加热组件分别加热测试气体和反应容器，使两者温度一致且达到实验所需温度。

具体的，通过液体循环加热器7将加热后的工作液在第一夹套8和第二夹套9中循环流动，以实现加热测试气体和球型反应釜3，并通过热电偶12和温湿度传感器18实时检测测试气体的温度和球型反应釜3内的温度是否达到实验所需要求。

Step4：通过真空发生组件向反应容器内抽真空至实验所需真空度。

具体的，通过真空泵14对球型反应釜3内抽真空，并通过第二压力表32实时检测球型反应釜3内的真空度，当真空度达到实验所需时关闭第三阀33和真空泵14，以保持球型反应釜3内的真空度不变。

Step5：向储粉容器2中通入加热加湿后的测试气体。

具体的，在储粉容器2中预先加入指定数量的粉体，当热电偶12和湿度仪13检测到测试气体的温度和湿度达到实验要求时，打开第二阀，将测试气体通入储粉容器2，使其与粉体混合成气粉杂混物，且只需调整储粉容器2中的粉体数量和测试气体的通入量即可调节气粉杂混物的数量。

Step6：当储粉容器2中的气粉杂混物压力达到实验所需压力时，数据采集组件开始采集数据，然后将气粉杂混物通入反应容器内；

具体的，当第一压力表23检测到储粉容器2内的气粉杂混物压力以及球型反应釜3内温度和真空度达到实验要求时，打开摄像头17，使其开始拍摄，并同时激活温湿度传感器18检测球型反应釜3内的温度和湿度变化，以及激活压力传感器19检测球型反应釜3内的压力变化。然后打开第一阀24，将气粉杂混物通过喷嘴20喷入球型反应釜3内。

Step7：点火组件点燃气粉杂混物使其爆炸。

具体的，点火发生装置16控制点火电极15产生火花以点燃球型反应釜3内的气粉杂混物，使其发生爆炸。在此过程中数据采集组件持续采集数据。

本发明的一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置及方法可研究高压、高湿、-30℃-300℃温度范围的气粉杂混物爆炸特性，可实现湿度、温度、压力、气粉杂混物数量的同时改变，并能直观、清晰的观察到气粉杂混物的爆炸及火焰传播特性。为研究贴合实际生产中高温、高湿气粉杂混物的爆炸特性提供了可靠数据，提高了工业灾害防护措施的有效性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，其特征在于，包括：

储气容器，储有测试气体；

加湿组件，用于对从所述储气容器排出的所述测试气体加湿；

第一加热组件，用于对从所述储气容器排出的所述测试气体加热；

储粉容器，储有粉体，经加湿加热后的所述测试气体进入所述储粉容器与所述粉体混合成气粉杂混物；

反应容器，与所述储粉容器连通，混合后的所述气粉杂混物进入所述反应容器内；

第二加热组件，用于加热所述反应容器；

真空发生组件，用于向所述反应容器内抽真空；

点火组件，设于所述反应容器且用于点燃其内的所述气粉杂混物；

数据采集组件，用于采集所述气粉杂混物点燃后的爆炸特性；

所述加湿组件包括内部储有水的密封箱，所述密封箱通过第一气管与所述储气容器连通、通过第二气管与所述储粉容器连通，所述第一气管的进口位于所述密封箱的液面之下，所述第二气管的出口位于所述密封箱的液面之上；

所述第一加热组件包括：

液体循环加热器，储有工作液，所述液体循环加热器设有给液口和回液口，所述液体循环加热器用于加热所述工作液并使其在所述给液口和所述回液口之间循环流动；

第一夹套，设于所述密封箱，所述第一夹套的进液口和出液口通过管路分别与所述给液口和所述回液口连通，所述工作液通过所述第一夹套加热所述密封箱以加热所述测试气体；

所述第二加热组件为设于所述反应容器的第二夹套，所述第二夹套的进液口和出液口通过管路分别与所述给液口和所述回液口连通，所述工作液通过所述第一夹套加热所述反应容器。

2.根据权利要求1所述的高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，其特征在于，所述密封箱内设有热电偶和湿度仪。

3.根据权利要求1所述的高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，其特征在于，所述点火组件包括点火电极和点火发生装置，所述点火电极一端伸入所述反应容器内、另一端与所述点火发生装置电连接。

4.根据权利要求1所述的高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，其特征在于，所述数据采集组件包括：

摄像装置，用于拍摄所述反应容器内的爆炸场；

温湿度传感器，用于检测所述反应容器内的温度和湿度；

压力传感器，用于检测所述反应容器内的压力。

5.根据权利要求1所述的高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，其特征在于，所述反应容器设有泄压装置。

6.根据权利要求1所述的高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，其特征在于，所述储粉容器设有第一压力表，所述储粉容器与所述反应容器连通的管路上设有第一阀，所述储气容器的出口设有减压阀。

7.一种高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试方法，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的高温高湿气粉杂混物爆炸特性测试装置，包括如下步骤：

Step1：调节所述储气容器出口的所述测试气体至实验所需压力；

Step2：通过所述加湿组件将所述测试气体加湿至实验所需湿度；

Step3：通过第一加热组件和第二加热组件分别加热所述测试气体和所述反应容器，使两者温度一致且达到实验所需温度；

Step4：通过所述真空发生组件向所述反应容器内抽真空至实验所需真空度；Step5：向所述储粉容器中通入加热加湿后的所述测试气体；

Step6：当所述储粉容器中的所述气粉杂混物压力达到实验所需压力时，所述数据采集组件开始采集数据，然后将所述气粉杂混物通入所述反应容器内；

所述点火组件点燃所述气粉杂混物使其爆炸。