CN113049633A - 一种金属粉尘遇水自燃测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属粉尘遇水自燃测试装置及方法，属于金属粉尘堆积状态下自燃测试实验领域，包括供气装置模块、供水装置模块、加热组件模块、反应装置模块和关键参数测试模块，所述反应装置模块设置在加热组件模块内，所述反应装置模块分别与供气装置模块、供水装置模块和关键参数测试模块相连接。本发明能解决遇水容易发生自燃的金属粉尘的测试，可以完成不同影响因素的改变情况下的自燃温度测试，同时利用温度和气体测试参数，计算得到综合温度和气体参数判据，将堆积状态活泼金属粉尘的自燃倾向性分为四个程度，可更加科学的对不同堆积状态下金属粉尘的自燃倾向进行判断，对活泼金属粉尘实际现场的燃爆防控工作提供数据支撑和理论指导。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉尘堆积状态下自燃测试实验领域，具体涉及一种金属粉尘 遇水自燃测试装置及方法。
背景技术
如今随着工业精细化加工技术的发展，生产或处理过程中的可燃性粉尘伴生 也越来越多，特别是在冶金、金属加工抛光及金属粉末生产等行业，安全生产事 故发生有增长趋势，由于粉尘自燃引发的火灾爆炸事故也时有发生。与粮食、煤 粉等有机物的自燃相比，活泼金属粉自燃要剧烈很多，不容易扑灭，因为活泼金 属粉遇水会使反应变得更加剧烈，并放出氢气引发气体爆炸，如何防止其自燃， 从源头上防止事故发生便成为重要的研究方向，这就需要弄清楚其自燃的机理， 明确其随条件变化发生自燃的倾向性和机制，找到其发生自燃的临界条件，从理 论上指导铝粉自燃的防治工作，为消防灭火提供支撑，避免不必要的伤亡。
从活泼金属诸如铝镁粉尘自燃研究来看。未建立针对活泼金属粉尘自燃系 统理论，目前热自燃理论也并未在金属粉尘自燃中充分应用。特别是在实验还 原和测试方面，对于可能影响金属粉尘自燃的因素影响程度和特征没有系统的 实验研究，各方面实验数据积累有限，理论研究显得相对空洞。因此基于金属 粉尘自燃理论研究受限和实验研究的不足，本发明研究意义很大，通过设计的 实验装置来模拟各种工业条件下可能影响金属粉尘自燃的各类因素，建立了实 验途径。
从测试粉尘自燃的实验平台来看。目前对于堆积粉尘的测试设备较少，主要 是针对和空气发生氧化反应的固体物质的自燃点进行设计，在一定程度上对于相 关固体类粉尘物质自燃温度测试进行了探索，但是考虑的影响因素较为单一，不 能全面的反应粉尘自燃的本质，特别是对于活泼金属粉尘自燃，多数容易发生与 水反应自燃加速过程，上述几类设备无法实现在有水存在时发生反应的参数测试， 本发明针对包括颗粒度大小、堆积量、初始环境温度、含水量以及液体成分等影 响因素进行了设计，使其更接近于真实的金属粉尘自燃影响条件，可以反映出堆 积活泼金属粉尘的自燃特性，同时对自燃过程的参数测试和倾向性判断方法进行 了创新，使堆积金属粉尘自燃判断更加科学充分。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种金属粉尘遇水自燃测 试方法及装置。
本发明的技术方案如下：一种金属粉尘遇水自燃测试装置，包括供气装置模 块、供水装置模块、加热组件模块、反应装置模块和关键参数测试模块，所述反 应装置模块设置在加热组件模块内，所述反应装置模块分别与供气装置模块、供 水装置模块和关键参数测试模块相连接。
所述供气装置模块包括空气压缩机、空气瓶、流量计、气瓶稳压阀、气体稳 流阀、气体升温系统，空气瓶的出气口与气体升温系统进气口相连接，气体升温 系统的出气口与恒温箱内室连接，所述空气瓶上设有气瓶稳压阀，所述气瓶稳压 阀分别与空气压缩机和气体稳流阀相连接，所述气体稳流阀与流量计相连接，所 述流量计与温控系统相连接，所述供气装置模块的气体升温系统内部设有温度传 感器、气体管路和加热装置，能够设定进入内室气体温度。
所述供水装置模块包括蓄液装置、温控系统、流量控制器，蓄液装置出口通 过管道与温控系统入口连接，温控系统出液口通过管道连接到内室托盘，所述蓄 液装置和温控系统之间设有单向阀和流量控制器，所述流量控制器与数据采集测 控系统相连接，蓄液装置装设有液位计和在线PH测试装置，所述温控系统内设 有温度传感器、电热装置和联动保温调制器，能够调节进入内室托盘中液体的温 度。
所述加热组件模块包括恒温箱、电加热装置、温控装置和内室保温系统，所 述恒温箱内设有内室、电加热装置和温控装置，通过电加热促使内室气体环境温 升，所述内室内设有内室保温系统，用于调节内室内外的温差。
所述反应装置模块包括内室、托盘支架、托盘、液位高度联锁装置、样品承 装装置、压力表、安全阀，所述内室内设有托盘，所述托盘通过托盘支架固定在 内室底面的上方，所述托盘上设有样品承装装置，所述托盘内侧设有液位传感器， 所述液位传感器与数据采集测控系统相连接，所述样品承装装置为长方体网状结 构。
所述内室为不锈钢材质，外表面具有保温层，高为20cm，底面为15X15cm 的长方体，所述内室的前侧设有透明防爆观察窗和电子门锁，透明防爆观察窗为 可移动开关的设计，内室固定在恒温箱底部中央，所述内室底部设置有进气口， 顶部设置有两个出气口、安全阀和压力表。
所述关键参数测试模块包括集气装置、数据采集测控系统以及在恒温箱和内 室设置多个温度传感器、多个氢气传感器，所述氢气传感器安装在内室上部和内 室几何中心处，并与数据采集测控系统相连接，所述温度传感器布置在恒温箱、 内室上部中部和下部以及样品中心和两侧，并与数据采集测控系统相连接，所述 数据采集测控系统与计算机、温控系统和液位传感器相连接，所述计算机与红外 摄像机相连接，所述红外摄像机对准恒温箱的内室。
所述数据采集测控系统与集气装置相连接，所述集气装置通过单向阀与内室 相连通，所述集气装置上设有安全阀、出气口、压力表和氢气传感器。
一种基于金属粉尘遇水自燃测试装置的测试方法，包括以下步骤：
第一步，确定试验条件：确定金属粉尘自燃温度测试初始条件，包括初始环境温度、测试粉尘量、粉尘粒径大小、托盘中液位高度、蓄液装置内液体酸碱状态等 参数条件；
第二步，试验测试准备：筛分样品粉尘粒径，称重测试粉尘样品质量，选择符合 粉尘粒径的筛网承装装置，设置托盘内液位高度，设置相应的初始液体温度，设 置进气气体温度，设置气体液体流量，打开并检查关键参数测试模块；
第三步，放置样品测试：打开内室前侧移门，放置承装粉尘样品的样品承装装置，关闭恒温箱，设置恒温箱温度到初始环境温度，并通过内室保温系统使内室气体 温度上升，恒温箱和内室温度传感器温度相同并达到设定初始环境温度后，内室 移门温度联锁开关作用使内室关闭；打开外部气体、液体控制阀门和各测控系统， 开始实验；
第四步，实验操作、数据记录分析以及粉尘自燃倾向性判断：观测红外摄像机的相关影像，关注内室压力值和托盘内水位状况，观察样品状态；查看数据分析单 元的区内外室温度记录和气体记录曲线变化，基于嵌入计算分析软件中的温度和 气体的粉尘自燃综合算法，记录粉尘样品自燃状况、自燃发生时间，适时改变实 验条件和和停止试验过程。
所述温度和气体的粉尘自燃综合算法为：环境温度为t环，试样温度为t样(为 试样潮湿粉尘层中心温度t1、干燥粉尘层中心温度t2平均值)，设 k1＝(t样-t环)＝(t1+t2/2-t环)/60；通过抽取的方式利用氢气测试传感器测试金属粉 尘遇水产生的氢气量，每隔五分钟进行一次测试，设前后相近四次测试的氢气浓 度分别为a1、a2、a3、a4，那么相同时间间隔内氢气的产生速率为s1＝a2-a1、s2＝a3-a1、 s3＝a4-a1，那么氢气产生速率的变化率为k2＝(s3-s2)/(s2-s1)；基于上述表述，判 断某种状态下金属粉尘自燃倾向性大小，按照以下综合判据：当k1≥1时，判断 金属粉尘自燃倾向性很高，已发生自燃；当0.5≤k1＜1且k2≥2时，判断判断金 属粉尘自燃倾向性高，已发生自燃；当0.5≤k1＜1，1≤k2＜2时，判断活泼金属 粉尘自燃倾向性程度较高；当0.5≤k1＜1，k2＜1时，判断活泼金属粉尘自燃倾向 性较低；当k2≥3，判断判断金属粉尘自燃倾向性高，已发生自燃；当k1＜0.5， 2≤k2＜3，判断活泼金属粉尘自燃倾向性较高；当k1＜0.5，1≤k2＜2，判断活 泼金属粉尘自燃倾向性较低；当k1＜0.5，k2＜1时，判断活泼金属粉尘自燃倾向 性低，不会发生自燃。
本发明能解决遇水容易发生自燃的金属粉尘的测试，可以完成不同影响因素 (包括颗粒度大小、堆积量、初始环境温度、含水量以及液体成分与性质等)的 改变情况下的自燃温度测试，并且气体、水的温度和流量可控，可利用相关温度、 高度联锁完成设备部分自动化操作，保证了试验过程的操作便捷性和准确性。同 时利用温度和气体测试参数，计算得到综合温度和气体参数判据，将堆积状态活 泼金属粉尘的自燃倾向性分为高、较高、较低和低四个程度，可更加科学的对不 同堆积状态下金属粉尘的自燃倾向进行判断，对活泼金属粉尘实际现场的燃爆防 控工作提供数据支撑和理论指导。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为金属粉尘自燃测试流程图；
图3为不同影响因素影响条件下自燃倾向性判断方法框图；
图中：1-供气装置模块、2-供水装置模块、3-加热组件模块、4-反应装置模块、5-关键参数测试模块、6-空气压缩机、7-空气瓶、8-流量计、9-气瓶稳压阀、10- 气体稳流阀、11-气体升温系统、12-蓄液装置、13-温控系统、14-流量控制器、 15-内室、16-支架、17-托盘、18-液位传感器、19-样品承装装置、20-出气口、 21-压力表、22-安全阀、23-恒温箱、24-内室保温系统、25-温度传感器、26- 氢气传感器、27-电子门锁、28-集气装置、29-数据采集测控系统、30-红外摄像 机、31-计算机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种金属粉尘遇水自燃测试装置，包括供气装置模块1、供水 装置模块2、加热组件模块3、反应装置模块4和关键参数测试模块5，所述反 应装置模块4设置在加热组件模块3内，所述反应装置模块4分别与供气装置模 块1、供水装置模块2和关键参数测试模块3相连接。反应装置模块4主要通过 内置的不同体积的样品承装装置19承装样品，样品承装装置19放置于托盘17 上；供气装置模块1通过内室底部对反应装置模块进行供气，供气装置模块1 通过设置的气瓶稳压阀9、气体升温系统等装置可以实现一定温度的气流稳定输 入；供水装置模块2与反应装置模块4内室托盘17内侧的液体高度联锁装置进 行了联锁，可以根据设置的托盘17内水面高度进行水量调节，保持一定的水量， 同时供水装置模块2可以通过内部结构来实现供水的酸碱度和温度调节，满足不 同试验影响因素的需求。加热组件模块3主要包括恒温箱23及其电加热装置和 温控装置、内室保温系统，能够通过加热温升和保温联锁等进行恒温箱23和内 室15的温度调节，满足温度因素对自燃过程影响的试验测试；关键参数测试模 块5主要包括温度传感器25、氢气传感器26、数据采集测控系统29等，主要分 布在恒温箱23、内室15、堆积粉尘、集气装置内部，能够完成相关温度参数、 气体参数采集和数据处理分析和展示，并具有相关连锁报警安全装置，保护特殊 状况下设备和操作人员的安全。本发明主要是针对活泼金属粉尘堆积状态下各种 影响金属粉尘自燃状态变化的条件，能够满足诸如金属粉尘粒径变化、堆积厚度 变化、初始环境温度变化、温度上升速率变化、含水量、酸碱度、液体成分变化 等不同影响因素的试验测试，同时根据金属粉尘自燃发生机理，利用本发明装置 中不同影响因素和物质状态下的温度、气体参数测试结果，通过建立基于温升和 气体产生速率变化基础上的综合分析判断准则，得到与现状较为吻合的不同影响 因素条件下堆积粉尘自燃倾向性大小量值。
所述供气装置模块1包括空气压缩机6、空气瓶7、流量计8、气瓶稳压阀9、 气体稳流阀10、气体升温系统11，空气瓶7的出气口与气体升温系11统进气口 相连接，气体升温系统11的出气口与内室15连接，所述空气瓶7上设有气瓶稳 压阀9，所述气瓶稳压阀9分别与空气压缩机6和气体稳流阀9相连接，所述气 体稳流阀9与流量计8相连接，所述流量计8与温控系统13相连接。气体升温 系统11内部设有温度传感器和加热装置，能够设定进入内室气体温度。
所述供水装置模块2包括蓄液装置12、温控系统13、流量控制器14，蓄液 装置12出口通过管道与温控系统13的入口连接，温控系统13出液口通过管道 连接到托盘17，所述蓄液装置12和温控系统13之间设有单向阀和流量控制器 14，所述流量控制器14与数据采集测控系统29相连接，蓄液装置2装设有液位 计和在线PH测试装置，所述温控系统13内设有温度传感器、电热装置和联动 保温调制器，能够调节进入托盘17中液体的温度。
所述加热组件模块4包括恒温箱23、电加热装置、温控装置和内室保温系 统24，所述恒温箱23内设有内室15、电加热装置和温控装置，通过电加热促使 内室气体环境温升，所述内室15内设有内室保温系统24，用于调节内室15内 外的温差。所述内室保温系统与恒温箱23内、内室15内温度传感器信号连接， 用于放置样品过程中通过内室15局部迅速升温，保持与恒温箱23温度相同。
所述反应装置模块3包括内室15、托盘支架16、托盘17、液位高度联锁装 置18、样品承装装置19、出气口20、压力表21、安全阀22，内室15为不锈钢 材质，外表面具有保温层，高为20cm，底面为15X15cm的长方体，所述内室15 的前侧设有透明防爆观察窗和电子门锁27，透明防爆观察窗为可移动开关的设 计，电子锁与测控系统中的温度传感器信号连接可实现自动关闭，且关闭后能保 证密封且具有和整体结构相同的防爆等级。内室15固定在恒温箱23底部中央， 所述内室15底部设置有进气口，顶部设置有两个出气口20、安全阀22和压力 表21。所述内室内设有托盘17，所述托盘17通过托盘支架16固定在内室15 底面的上方，托盘支架17高度为5cm。所述托盘17有不同规格大小，底面为圆 形围合成一定高度。所述托盘17上设有样品承装装置19，所述托盘17内侧设 有液位传感器18，所述液位传感器18与数据采集测控系统29相连接，测试参 数数据并与蓄液装置的控制系统连接，通过液位高度控制调节流量。所述样品承 装装置19为不同规格长方体网状结构，所述网状结构为不同级别目数网筛，可 以满足不同粒径级别的粉尘承装，样品承装装置19置于托盘中，可与底部水等 液体接触。
所述关键参数测试模块5包括集气装置28、数据采集测控系统29以及在恒 温箱23和内室15设置多个温度传感器25、湿度传感器和多个氢气传感器26， 所述氢气传感器26安装在内室15上部和内室15几何中心处，并与数据采集测 控系统29相连接，所述氢气传感器26同时具有联锁报警功能，超过设置的浓度 极限会报警并联锁打开内室全部出气口和内室15前侧移动门。所述内室15上的 压力表与测控系统数据相连接，可实时观察内部压力变化，并设置超压极限，超 过会报警并打开全部出气口，必要时会打开内室移门。所述综合分析算法可对于 实验条件下粉尘自燃情况进行判断。湿度传感器用于测试内室空气湿度。所述温 度传感器25布置在恒温箱23、内室15的上部中部和下部以及样品中心和两侧， 并与数据采集测控系统29相连接，所述数据采集测控系统29与计算机31、温 控系统13和液位传感器18相连接，所述计算机31与红外摄像机30相连接，所 述红外摄像机30对准恒温箱的内室15，所述红外摄像机30主要通过内外两层 观察口拍摄整个过程内部温度场变化。所述数据采集测控系统29包括数据采集 单元、数据分析单元、控制面板和数据结果展示单元。所述数据采集测控系统 29与集气装置28相连接，所述集气装置28通过单向阀与内室15相连通，所述 集气装置28上设有安全阀、出气口、压力表和氢气传感器26。
如图2所示，一种基于金属粉尘遇水自燃测试装置的测试方法，包括以下步 骤：
第一步，确定试验条件：确定金属粉尘自燃温度测试初始条件，包括初始环境温度、测试粉尘量、粉尘粒径大小、托盘17中液位高度、蓄液装置12内液体酸碱 状态等参数条件；
第二步，试验测试准备：筛分样品粉尘粒径，称重测试粉尘样品质量，选择符合 粉尘粒径的筛网承装装置，设置托盘17内液位高度，设置相应的初始液体温度， 设置进气气体温度，设置气体液体流量，打开并检查关键参数测试模块5；
第三步，放置样品测试：打开内室15前侧移门，放置承装粉尘样品的样品承装 装置19，关闭恒温箱23，设置恒温箱温23度到初始环境温度，并通过内室保温 系统使内室气体温度上升，恒温箱23和内室15上的温度传感器温度相同并达到 设定初始环境温度后，内室移门的电子门锁27温度联锁开关作用下内室15关闭； 打开外部气体、液体控制阀门和数据采集测控系统29，开始实验；
第四步，实验操作、数据记录分析以及粉尘自燃倾向性判断：观测红外摄像机 30的相关影像，关注内室压力值和托盘17内水位状况，观察样品状态；查看数 据分析单元的区内外室温度记录和气体记录曲线变化，基于嵌入计算分析软件中 的温度和气体的粉尘自燃综合算法，记录粉尘样品自燃状况、自燃发生时间，适 时改变实验条件和和停止试验过程。
如图3所示，所述温度和气体的粉尘自燃综合算法为：环境温度为t环，试 样温度为t样(为试样潮湿粉尘层中心温度t1、干燥粉尘层中心温度t2平均值)， 设k1＝(t样-t环)＝(t1+t2/2-t环)/60；通过抽取的方式利用氢气测试传感器测试金属 粉尘遇水产生的氢气量，每隔五分钟进行一次测试，设前后相近四次测试的氢气 浓度分别为a1、a2、a3、a4，那么相同时间间隔内氢气的产生速率为s1＝a2-a1、s2＝a3-a1、 s3＝a4-a1，那么氢气产生速率的变化率为k2＝(s3-s2)/(s2-s1)。基于上述表述，判 断某种状态下金属粉尘自燃倾向性大小，按照以下综合判据：当k1≥1时，判断 金属粉尘自燃倾向性很高，已发生自燃；当0.5≤k1＜1且k2≥2时，判断判断金 属粉尘自燃倾向性高，已发生自燃；当0.5≤k1＜1，1≤k2＜2时，判断活泼金属 粉尘自燃倾向性程度较高；当0.5≤k1＜1，k2＜1时，判断活泼金属粉尘自燃倾向 性较低；当k2≥3，判断判断金属粉尘自燃倾向性高，已发生自燃；当k1＜0.5， 2≤k2＜3，判断活泼金属粉尘自燃倾向性较高；当k1＜0.5，1≤k2＜2，判断活 泼金属粉尘自燃倾向性较低；当k1＜0.5，k2＜1时，判断活泼金属粉尘自燃倾向 性低，不会发生自燃。
实施例一：不同初始温度环境下金属铝粉尘自燃测试及其自燃倾向性分析。 初始环境温度的高低对于堆积粉尘的自燃有较大的影响，为了实现初始环境温度 对于堆积金属铝粉尘自燃过程的影响程度测试，需保证不同组试验中其他影响参 数的一致，结合前述的金属粉尘自燃测试系统、测试分析方法以及附图对本发明 做进一步的描述。本实施案例中不同初始环境温度对于金属铝粉尘自燃影响测试 包括以下步骤：
1)确定试验条件。本次试验的变量为不同的初始环境温度，其他可能影响 堆积铝粉尘自燃的因素为常量，需要在每次试验中保持不变。
2)试验测试准备。确定本次进行测试的金属铝粉尘量为10g，测试粉尘过 200目筛；选择底部长宽为30mmX30mm，网筛大于200目的盛装装置，将粉尘 较为松散的盛装在内部，保持一定的高度30mm；同时将盛装的装置放在装有相 同量水的内室托盘中，通过设置供水装置模块进行联动保持一定的浸润深度为 10mm；设定进入内室的气体固定流量为100ml/min；打开相关测控系统。
3)放置样品测试。本次试验初始环境温度测试设置为3个温度梯度，分别 为常温25℃、50℃和75℃。首先测试初始环境为室温25℃时堆积金属铝粉尘的 自燃变化，打开内室前侧移门，放置承装粉尘样品的承装装置，将温度传感器放 置于潮湿的粉尘层中心处、干燥的粉尘层中心处以及两侧，关闭恒温箱，设置恒 温箱温度到初始环境温度，一段时间后恒温箱和内室温度相同并达到设定初始环 境温度25℃后，内室移门温度联锁开关作用，内室关闭；调节供气装置模块和 供水装置模块的温控装置，调节进入内室的气体和水的温度为25℃，打开外部 气体、液体控制阀门，开始试验测试。本次试验结束后，重复上述步骤进行其他 两组初始环境温度试验。
4)实验操作、数据记录分析以及粉尘自燃倾向性判断。观测红外摄像机相 关影像，关注内室压力值和托盘内水位状况，观察样品状态；查看数据分析单元 的区内外室温度记录和气体记录曲线变化，基于嵌入计算分析软件中的温度和气 体的粉尘自燃综合算法，记录粉尘样品自燃状况、自燃发生时间，适时改变实验 条件和和停止试验过程。本次初始环境温度的改变时，数据记录中同一时间段内， k1和k2最大分别为0.2,0.8；0.4,1.1；0.6,1.2；根据上述判断条件，初始环境温度分 别为25℃、50℃和75℃时，堆积金属铝粉尘的自燃倾向性分别为低，较低和较 高。
实施例二：不同堆积量下金属铝粉尘自燃测试及其自燃倾向性分析。不同粉 尘堆积量可以影响放热和散热的速率，从而对堆积粉尘的自燃温度和时间造成影 响。为了实现单一的不同堆积量对于粉尘自燃倾向性影响程度的测试，要尽量保 证除此因素之外的其他可能影响其自燃状态的因素保持一致，结合前述的金属粉 尘自燃测试系统、测试分析方法以及附图对本发明做进一步的描述。本实施案例 中不同初堆积量对于金属铝粉尘自燃影响测试包括以下步骤：
1)确定试验条件。本次试验的变量为不同的初始环境温度，其他可能影响 堆积铝粉尘自燃的因素为常量，需要在每次试验中保持不变。
2)试验测试准备。确定本次进行测试的金属铝粉尘量为4g，9g，16g，25g， 测试粉尘过200目筛；选择大小为20mmX20mm、30mmX30mm、40mmX40mm、 50mmX550mm底部网筛大于200目的盛装装置，将粉尘较为松散的盛装在内部， 保持相同高度；同时将盛装的装置放在装有相同量水的内室托盘中，通过设置供 水装置模块进行联动保持一定的浸润深度为5mm；设定进入内室的气体固定流 量为100ml/min；选择初始环境温度为75℃；打开相关测控系统。
3)放置样品测试。本次试验初始环境温度测试设置为4种质量的金属铝粉 尘，质量分别为4g，9g，16g，25g。首先测试粉尘质量为4g时堆积金属铝粉尘 的自燃变化，打开内室前侧移门，放置承装粉尘样品的承装装置，将温度传感器 放置于潮湿的粉尘层中心处、干燥的粉尘层中心处以及两侧，关闭恒温箱，设置 恒温箱温度到初始环境温度，一段时间后恒温箱和内室温度相同并达到设定初始 环境温度75℃后，内室移门温度联锁开关作用，内室关闭；调节供气装置模块 和供水装置模块的温控装置，调节进入内室的气体和水的温度为75℃，打开外 部气体、液体控制阀门，开始试验测试。本次试验结束后，重复上述步骤进行其 他三组不同质量粉尘的试验。
4)实验操作、数据记录分析以及粉尘自燃倾向性判断。观测红外摄像机相 关影像，关注内室压力值和托盘内水位状况，观察样品状态；查看数据分析单元 的区内外室温度记录和气体记录曲线变化，基于嵌入计算分析软件中的温度和气 体的粉尘自燃综合算法，记录粉尘样品自燃状况、自燃发生时间，适时改变实验 条件和和停止试验过程。本次初始环境温度的改变时，数据记录中同一时间段内， k1和k2最大分别为0.12,0.7；0.3,1.0；0.6,1.1；1.0,1.2根据上述判断条件，金属 铝粉尘质量分别为4g，9g，16g，25g时，堆积金属铝粉尘的自燃倾向性分别为 低，较低，较高和高。
显然，本发明的上述实例仅仅是为清楚的说明本发明所做的举例，而并非是 对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的 基础上可以做出其他不同形式的变化和变动，诸如上面列举的以及潜在的可能造 成堆积活泼金属粉尘自燃变化的因素。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡 是属于本发明的技术方案所引申的显而易见的变化人属于本发明的保护范围。
本发明针对活泼金属粉尘堆积状态下各种影响金属粉尘自燃状态变化的条 件，设计了可以方便实施影响因素的变化和多种参数测试的实验平台，对于过程 中流量、进入测试装置的气体液体温度控制、内室保温设计、多种安全防护在内 参数联锁以及机械自动化等进行了充分考虑，能够满足诸如金属粉尘粒径变化、 堆积厚度变化、初始环境温度变化、温度上升速率变化、含水量、酸碱度、液体 成分变化等不同影响因素的试验测试；另外根据金属粉尘自燃发生机理，利用不 同的温度、气体参数测试结果，综合分析判断与现状较为吻合的不同影响因素条 件下堆积粉尘自然的可能性和倾向性大小，改变了以往自燃测试过程中判断方法 不科学，参照测试结果不符合实际的现状。满足从事相关专业的科研机构和测试 单位对于此类粉尘自燃的测试、研究和再开发的需求。
Claims (10)
1.一种金属粉尘遇水自燃测试装置，包括供气装置模块(1)、供水装置模块(2)、加热组件模块(3)、反应装置模块(4)和关键参数测试模块(5)，其特征在于：所述反应装置模块(4)设置在加热组件模块(3)内，所述反应装置模块(4)分别与供气装置模块(1)、供水装置模块(2)和关键参数测试模块(3)相连接。
2.如权利要求1所述的一种金属粉尘遇水自燃测试装置，其特征在于：所述供气装置模块(1)包括空气压缩机(6)、空气瓶(7)、流量计(8)、气瓶稳压阀(9)、气体稳流阀(10)、气体升温系统(11)，空气瓶(7)的出气口与气体升温系统(11)进气口相连接，气体升温系统(11)的出气口与内室(15)连接，所述空气瓶(7)上设有气瓶稳压阀(9)，所述气瓶稳压阀(9)分别与空气压缩机(6)和气体稳流阀(10)相连接，所述气体稳流阀(10)与流量计(8)相连接，所述流量计(8)与温控系统(11)相连接，所述供气装置模块的气体升温系统(11)内部设有温度传感器、气体管路和加热装置，能够设定进入内室气体温度。
3.如权利要求1所述的一种金属粉尘遇水自燃测试装置，其特征在于：所述供水装置模块(2)包括蓄液装置(12)、温控系统(13)、流量控制器(14)，蓄液装置(12)出口通过管道与温控系统(13)的入口连接，温控系统(13)出液口通过管道连接到托盘(17)，所述蓄液装置(12)和温控系统(13)之间设有单向阀和流量控制器(14)，所述流量控制器(14)与数据采集测控系统(29)相连接，蓄液装置(2)装设有液位计和在线PH测试装置，所述温控系统(13)内设有温度传感器、电热装置和联动保温调制器，能够调节进入托盘(17)中液体的温度。
4.如权利要求1所述的一种金属粉尘遇水自燃测试装置，其特征在于：所述加热组件模块(4)包括恒温箱(23)、电加热装置、温控装置和内室保温系统(24)，所述恒温箱(23)内设有内室(15)、电加热装置和温控装置，通过电加热促使内室气体环境温升，所述内室(15)内设有内室保温系统(24)，用于调节内室(15)内外的温差。
5.如权利要求1所述的一种金属粉尘遇水自燃测试装置，其特征在于：所述反应装置模块(3)包括内室(15)、托盘支架(16)、托盘(17)、液位高度联锁装置(18)、样品承装装置(19)、压力表(21)、安全阀(22)，所述内室内设有托盘(17)，所述托盘(17)通过托盘支架(16)固定在内室(15)底面的上方，所述托盘(17)上设有样品承装装置(19)，所述托盘(17)内侧设有液位传感器(18)，所述液位传感器(18)与数据采集测控系统(29)相连接，所述样品承装装置(19)为长方体网状结构。
6.如权利要求5所述的一种金属粉尘遇水自燃测试装置，其特征在于：所述内室(15)为不锈钢材质，外表面具有保温层，高为20cm，底面为15X15cm的长方体，所述内室(15)的前侧设有透明防爆观察窗和电子门锁(27)，透明防爆观察窗为可移动开关的设计，内室(15)固定在恒温箱(23)底部中央，所述内室(15)底部设置有进气口，顶部设置有两个出气口(20)、安全阀(22)和压力表(21)。
7.如权利要求1所述的一种金属粉尘遇水自燃测试装置，其特征在于：所述关键参数测试模块(5)包括集气装置(28)、数据采集测控系统(29)以及在恒温箱和内室设置多个温度传感器(25)、多个氢气传感器(26)，所述氢气传感器安装在内室上部和内室几何中心处，并与数据采集测控系统(29)相连接，所述温度传感器(25)布置在恒温箱(23)、内室(15)的上部中部和下部以及样品中心和两侧，并与数据采集测控系统(29)相连接，所述数据采集测控系统(29)与计算机(31)、温控系统(13)和液位传感器(18)相连接，所述计算机(31)与红外摄像机(30)相连接，所述红外摄像机(30)对准恒温箱的内室(15)。
8.如权利要求1所述的一种金属粉尘遇水自燃测试装置，其特征在于：所述数据采集测控系统(29)与集气装置(28)相连接，所述集气装置(28)通过单向阀与内室(15)相连通，所述集气装置(28)上设有安全阀、出气口、压力表和氢气传感器(26)。
9.一种基于金属粉尘遇水自燃测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，确定试验条件：确定金属粉尘自燃温度测试初始条件，包括初始环境温度、测试粉尘量、粉尘粒径大小、托盘(17)中液位高度、蓄液装置(12)内液体酸碱状态等参数条件；
第二步，试验测试准备：筛分样品粉尘粒径，称重测试粉尘样品质量，选择符合粉尘粒径的筛网承装装置，设置托盘(17)内液位高度，设置相应的初始液体温度，设置进气气体温度，设置气体液体流量，打开并检查关键参数测试模块(5)；
第三步，放置样品测试：打开内室(15)前侧移门，放置承装粉尘样品的样品承装装置(19)，关闭恒温箱(23)，设置恒温箱(23)温度到初始环境温度，并通过内室保温系统使内室气体温度上升，恒温箱(23)和内室(15)上的温度传感器温度相同并达到设定初始环境温度后，内室移门的电子门锁(27)使内室(15)关闭；打开外部气体、液体控制阀门和数据采集测控系统(29)，开始实验；
第四步，实验操作、数据记录分析以及粉尘自燃倾向性判断：观测红外摄像机(30)的相关影像，关注内室压力值和托盘(17)内水位状况，观察样品状态；查看数据分析单元的区内外室温度记录和气体记录曲线变化，基于嵌入计算分析软件中的温度和气体的粉尘自燃综合算法，记录粉尘样品自燃状况、自燃发生时间，适时改变实验条件和和停止试验过程。
10.如权利要求9所述的一种基于金属粉尘遇水自燃测试装置的测试方法，其特征在于：所述温度和气体的粉尘自燃综合算法为：环境温度为t环，试样温度为t样(为试样潮湿粉尘层中心温度t1、干燥粉尘层中心温度t2平均值)，设k1＝(t样-t环)＝(t1+t2/2-t环)/60；通过抽取的方式利用氢气测试传感器测试金属粉尘遇水产生的氢气量，每隔五分钟进行一次测试，设前后相近四次测试的氢气浓度分别为a1、a2、a3、a4，那么相同时间间隔内氢气的产生速率为s1＝a2-a1、s2＝a3-a1、s3＝a4-a1，那么氢气产生速率的变化率为k2＝(s3-s2)/(s2-s1)；基于上述表述，判断某种状态下金属粉尘自燃倾向性大小，按照以下综合判据：当k1≥1时，判断金属粉尘自燃倾向性很高，已发生自燃；当0.5≤k1＜1且k2≥2时，判断判断金属粉尘自燃倾向性高，已发生自燃；当0.5≤k1＜1，1≤k2＜2时，判断活泼金属粉尘自燃倾向性程度较高；当0.5≤k1＜1，k2＜1时，判断活泼金属粉尘自燃倾向性较低；当k2≥3，判断判断金属粉尘自燃倾向性高，已发生自燃；当k1＜0.5，2≤k2＜3，判断活泼金属粉尘自燃倾向性较高；当k1＜0.5，1≤k2＜2，判断活泼金属粉尘自燃倾向性较低；当k1＜0.5，k2＜1时，判断活泼金属粉尘自燃倾向性低，不会发生自燃。
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