CN113834853B - 油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置及方法，涉及受限空间爆炸研究技术领域，解决了现有缺乏对油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性研究的技术问题。该装置包括管道系统、配气系统、供水系统和供油系统，管道系统包括密封的水平管道、点火系统和数据采集系统，配气系统包括油气配气系统和可燃气体配气系统，且油气配气系统和可燃气体配气系统分别与水平管道相连接，用于分别向水平管道内通入油气和可燃气体，供水系统与水平管道相连接，供油系统与水平管道相连接，点火系统包括设置在水平管道内的点火杆和计算机控制系统，数据采集系统与计算机控制系统相连接，用于采集水平管道爆炸时的爆炸数据并传输至计算机控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及受限空间可燃气体爆炸研究技术领域，尤其是涉及一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置及方法。
背景技术
污水管网是一种典型的受限空间，其内部容易积聚可燃气体并存在气体爆炸事故风险。同时城市地下输油管道因泄漏极有可能泄入污水管网，从而在污水管网内形成油-水-可燃性气体共存的爆炸环境。
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：目前有研究者针对受限空间内气体爆炸特性开展了相关研究。其中，在甲烷、氢气、乙烯等单一气体爆炸特性方面，研究者探讨了气体浓度、初始压力、初始温度、点火位置、障碍物、受限空间体积及形状、细水雾等因素的影响规律。在氢气-甲烷、一氧化碳-甲烷、甲烷-一氧化碳-乙烯等多元气体爆炸特性方面，研究者分析了多元气体组分、气体浓度、受限空间结构、障碍物、惰性气体等因素的影响。然而对于蓄水或蓄油条件下受限空间可燃气体爆炸特性研究较少涉及，且尚未开展油-水共存受限空间多元气体爆炸特性方面的研究。由于油、水共存时，在气体爆炸过程中存在液态油和水的蒸发，生成的气体将直接参与或影响爆炸进程，油-水耦合作用机理不明且亟待揭示，因此对油-水-气共存受限空间可燃气体爆炸特性开展研究尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置及方法，以解决现有技术中缺乏对油-水-气共存受限空间可燃气体爆炸特性研究的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置，包括管道系统、配气系统、供水系统和供油系统，其中，所述管道系统包括密封的水平管道、点火系统和数据采集系统，所述配气系统包括油气配气系统和可燃气体配气系统，且所述油气配气系统和所述可燃气体配气系统分别与所述水平管道相连接，用于分别向所述水平管道内通入油气和可燃气体，所述供水系统与所述水平管道相连接，用于向所述水平管道内通入水，所述供油系统与所述水平管道相连接，用于向所述水平管道内通入油，所述点火系统包括设置在所述水平管道内的点火杆和计算机控制系统，所述计算机控制系统能够控制所述点火杆以点燃所述水平管道内的可燃气体，所述数据采集系统与所述计算机控制系统相连接，用于采集所述水平管道爆炸时的爆炸数据并传输至所述计算机控制系统。
根据一种优选实施方式，所述数据采集系统包括设置在所述水平管道顶部的多个压力/温度传感器，多个所述压力/温度传感器分别沿所述水平管道的长度方向间隔设置，且每个所述压力/温度传感器均与所述计算机控制系统相连接，以将所述水平管道爆炸时压力和温度数据传输至所述计算机控制系统。
根据一种优选实施方式，所述数据采集系统还包括正对所述水平管道且在所述水平管道上方设置的高速摄像机，所述高速摄像机与所述计算机控制系统相连接，以对所述水平管道爆炸时进行拍摄，并将采集的火焰数据传输至所述计算机控制系统。
根据一种优选实施方式，所述油气配气系统包括油气配气室、油气雾化装置和循环泵，所述循环泵通过管路连接在所述油气配气室和所述油气雾化装置之间，在所述油气配气室与所述循环泵之间的管路设置有第十阀门，在所述油气雾化装置和所述油气配气室之间的管路上设置有第十一阀门，在所述循环泵和所述油气雾化装置之间的管路上设置有第十二阀门；
所述油气配气室通过管路与所述水平管道相连接，在所述油气配气室和所述水平管道之间的管路上设置有第三阀门；
在所述油气配气室上设置有第二压力表和油气浓度探测仪。
根据一种优选实施方式，所述可燃气体配气系统包括可燃气体存储罐，所述可燃气体存储罐通过管路与所述水平管道相连接，在所述可燃气体存储罐与所述水平管道之间的管路上连接有第四阀门；
所述供水系统包括水箱，所述水箱通过管路与所述水平管道相连接，在所述水箱与所述水平管道之间的管路上设置有第七阀门；
所述供油系统包括油箱，所述油箱通过管路与所述水平管道相连接，在所述油箱与所述水平管道之间的管路上设置有第八阀门。
根据一种优选实施方式，还包括循环系统，所述循环系统包括循环泵，所述循环泵的两端分别通过管路连接所述水平管道的左右两端口，在所述循环泵与第一端口之间的管路上设置有第六阀门，在所述循环泵与第二端口之间的管路上设置有第五阀门，以使所述水平管道内的多元气体经过所述循环泵后进行均匀混合。
根据一种优选实施方式，还包括废液收集系统，所述废液收集系统包括废液箱，所述废液箱通过管路与所述水平管道相连接，在所述废液箱与所述水平管道之间的管路上设置有第九阀门。
根据一种优选实施方式，还包括抽真空系统，所述抽真空系统包括真空泵，所述真空泵通过管路与所述水平管道相连接，用于对所述水平管道进行抽真空操作，在所述真空泵与所述水平管道之间的管路上设有第二阀门；
在所述水平管道上安装有第一阀门和第一压力表，所述第一阀门用于使所述水平管道内的气压保持至大气压，所述第一压力表用于监测所述水平管道内的压力。
根据一种优选实施方式，所述水平管道的纵截面呈正方形结构，所述水平管道采用透明防爆玻璃制作而成。
本发明还提供了一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试方法，其特征在于，所述测试方法采用前述所述的测试装置来完成，所述测试方法包括如下步骤：
对水平管道进行抽真空操作，同时保持油气配气室和所述水平管道相连通，并实时监测所述水平管道和所述油气配气室内的压力变化，待所述油气配气室内的压力下降至第一预定压力时，关闭所述油气配气室与所述水平管道之间的连通；继续对所述水平管道进行抽真空操作且待所述水平管道内的压力下降至第二预定压力时，停止对所述水平管道抽真空；
向所述水平管道内配置油气；
向所述水平管道内配置可燃气体；
将所述水平管道内的气体进行混合；
向所述水平管道内注水；
向所述水平管道内注油；以便在所述水平管道内形成油-水-气共存的受限空间爆炸环境；
通过点火系统点燃水平管道内的可燃气体；
采集水平管道爆炸时的爆炸数据并通过计算机控制系统进行整理和分析；
打开废液收集系统以排出所述水平管道内的废液。
基于上述技术方案，本发明的油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置及测试方法至少具有如下技术效果：
本发明提供的一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置，包括管道系统、配气系统、供水系统和供油系统，其中，管道系统包括密封的水平管道、点火系统和数据采集系统，配气系统包括油气配气系统和可燃气体配气系统，且油气配气系统和可燃气体配气系统分别与水平管道相连接，用于分别向水平管道内通入油气和可燃气体，以便在水平管道内通入多元气体。供水系统与水平管道相连接，用于向水平管道内通入水。供油系统与水平管道相连接，用于向水平管道内通入油，通过向水平管道内通入油气、可燃气体、油和水进而在水平管道内能够形成油水气共存的受限空间爆炸环境。点火系统包括设置在水平管道内的点火杆和计算机控制系统，通过计算机控制系统能够控制点火杆以点燃水平管道内的可燃气体使得水平管道发生爆炸。数据采集系统与计算机控制系统相连接，用于采集水平管道爆炸时的爆炸数据并传输至计算机控制系统，通过计算机控制系统对爆炸数据例如水平管道内的压力/温度数据、火焰形态变化数据进行整理和分析，以研究油-水耦合作用机理，为典型受限空间可燃气体爆炸灾害评估和事故预防提供依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的油水气共存受限空间可燃气体爆炸测试装置的结构示意图。
图中：1-水平管道；2-点火杆；3-计算机控制系统；4-第一压力/温度传感器；5-第二压力/温度传感器；6-第三压力/温度传感器；7-第四压力/温度传感器；8-第五压力/温度传感器；9-第一压力表；10-第一阀门；11-第二阀门；12-真空泵；13-第三阀门；14-第四阀门；15-第五阀门；16-油气配气室；17-可燃气体存储罐；18-第六阀门；19-循环泵；20-第七阀门；21-第八阀门；22-第九阀门；23-水箱；24-油箱；25-废液箱；26-油气雾化装置；27-第二压力表；28-油气浓度探测仪；29-第十阀门；30-第十一阀门；31-第十二阀门；32-高速摄像机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置，包括管道系统、配气系统、供水系统和供油系统。其中，管道系统包括密封的水平管道1、点火系统和数据采集系统，配气系统包括油气配气系统和可燃气体配气系统，且油气配气系统和可燃气体配气系统分别与水平管道1相连接，用于分别向水平管道1内通入油气和可燃气体，供水系统与水平管道1相连接，用于向水平管道1内通入水，供油系统与水平管道1相连接，用于向水平管道1内通入油，通过向水平管道内通入油气、可燃气体、油和水进而在水平管道内能够形成油水气共存的受限空间爆炸环境。优选的，点火系统包括设置在水平管道1内的点火杆2和计算机控制系统3，计算机控制系统3能够控制点火杆2以点燃水平管道1内的可燃气体，数据采集系统与计算机控制系统3相连接，用于采集水平管道1爆炸时的爆炸数据并传输至计算机控制系统3。通过计算机控制系统对爆炸数据例如水平管道内的压力/温度数据、火焰形态变化数据进行整理和分析，以研究油-水耦合作用机理，为典型受限空间可燃气体爆炸灾害评估和事故预防提供依据。
优选的，如图1所示，数据采集系统包括设置在水平管道1顶部的多个压力/温度传感器，多个压力/温度传感器包括第一压力/温度传感器4、第二压力/温度传感器5、第三压力/温度传感器6、第四压力/温度传感器7和第五压力/温度传感器8。第一压力/温度传感器4、第二压力/温度传感器5、第三压力/温度传感器6、第四压力/温度传感器7和第五压力/温度传感器8分别沿水平管道1的长度方向间隔设置，且第一压力/温度传感器4、第二压力/温度传感器5、第三压力/温度传感器6、第四压力/温度传感器7和第五压力/温度传感器8均与计算机控制系统3相连接，以将水平管道1爆炸时压力和温度数据传输至计算机控制系统3。通过沿水平管道顶部设置多个不同位置的压力/温度传感器，以便测定爆炸时不同位置水平管道内的爆炸压力和温度。
优选的，计算机控制系统3为计算机。通过计算机来控制接收第一压力/温度传感器4、第二压力/温度传感器5、第三压力/温度传感器6、第四压力/温度传感器7和第五压力/温度传感器8的压力/温度信号。需要说明的是，压力/温度传感器的数量可以根据水平管道的长度进行设置。
优选的，如图1所示，数据采集系统还包括正对水平管道1且设置在水平管道1上方的高速摄像机32。高速摄像机32与计算机控制系统3相连接，以对水平管道1爆炸时进行拍摄，并将采集的火焰数据传输至计算机控制系统3。高速摄像机32能够对水平管道1的火焰进行拍摄，并收集火焰相关数据。优选的，计算机控制系统3能够接收高速摄像机32传输的火焰数据并进行保存。优选的，火焰数据为火焰形状变化数据。
优选的，如图1所示，油气配气系统包括油气配气室16、油气雾化装置26和循环泵19。循环泵19通过管路连接在油气配气室16和油气雾化装置26之间，在油气配气室16与循环泵19之间的管路设置有第十阀门29，在油气雾化装置26和油气配气室16之间的管路上设置有第十一阀门30，在循环泵19和油气雾化装置26之间的管路上设置有第十二阀门31。优选的，油气配气室的纵截面为正方形，边长为0.1m，长度为1m。优选的，油气配气室16的体积为10L。在使用时，开启第十阀门29、第十一阀门30和第十二阀门31，启动循环泵19，通过油气雾化装置26将汽油液体雾化后进入油气配气室16中。优选的，在油气配气室16上设置有第二压力表27和油气浓度探测仪28。优选的，第二压力表27安装在油气配气室16的顶部，第二压力表27用于监测油气配气室16中的压力值。油气浓度探测仪28安装在油气配气室16的下方，油气浓度探测仪28用于监测油气配气室16中的油气浓度。
优选的，油气配气室16通过管路与水平管道1相连接，在油气配气室16和水平管道1之间的管路上设置有第三阀门13。优选的，油气配气室16的管路末端连接至水平管道1的与设置点火杆2相对的第二端口上。点火杆2设置在水平管道1的第一端口上。
优选的，如图1所示，可燃气体配气系统包括可燃气体存储罐17，可燃气体存储罐17通过管路与水平管道1相连接，在可燃气体存储罐17与水平管道1之间的管路上连接有第四阀门14。优选的，可燃气体为甲烷。通过第四阀门14控制自可燃气体存储罐17流入水平管道1内的可燃气体量。优选的，可燃气体存储罐17的管路末端连接至水平管道1的与设置点火杆2相对的第二端口上。
优选的，供水系统包括水箱23，水箱23通过管路与水平管道1相连接，在水箱23与水平管道1之间的管路上设置有第七阀门20；进而通过第七阀门20控制自水箱23进入水平管道1内的水量。优选的，供油系统包括油箱24，油箱24通过管路与水平管道1相连接，在油箱24与水平管道1之间的管路上设置有第八阀门21。进而通过第八阀门21控制自油箱24进入水平管道内的油量。
优选的，如图1所示，本发明的装置还包括循环系统，循环系统包括循环泵19，循环泵19的两端分别通过管路连接水平管道1的左右端口，在循环泵19与第一端口之间的管路上设置有第六阀门18，在循环泵19与第二端口之间的管路上设置有第五阀门15，以使水平管道1内的多元气体经过循环泵19后进行均匀混合。其中，第一端口和第二端口分别是指水平管道1的左右端口。
优选的，本发明的装置还包括废液收集系统，废液收集系统包括废液箱25，废液箱25通过管路与水平管道1相连接，在废液箱25与水平管道1之间的管路上设置有第九阀门22。废液收集系统用于在爆炸测试结束之后，通过第九阀门22将水平管道1内的废液排出到废液箱25内。
优选的，如图1所示，本发明的装置还包括抽真空系统。优选的，抽真空系统设置在水平管道1远离点火杆2的一端。优选的，抽真空系统包括真空泵12，真空泵12通过管路与水平管道1相连接，用于对水平管道1进行抽真空操作。在真空泵12与水平管道1之间的管路上设有第二阀门11，通过第二阀门11控制真空泵12对水平管道1进行抽真空操作。优选的，在水平管道1上安装有第一阀门10和第一压力表9，第一阀门10用于使水平管道1内的气压保持至大气压，第一压力表9用于监测水平管道1内的压力。
优选的，水平管道1的纵截面呈正方形结构，水平管道1采用透明防爆玻璃制作而成。以便能够从外部观测管道内的充水量、充油量和爆炸传播过程。优选的，水平管道的纵截面边长为0.1m，长度为5m。
本发明的油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置在使用时，通过抽真空系统对水平管道进行抽真空操作，通过油气配气系统向水平管道内通入油气，通过可燃气体配气系统向水平管道内通入可燃气体，通过注水系统向水平管道1内注水；通过注油系统向水平管道1内注油；以便在水平管道1内形成油-水-气共存的受限空间爆炸环境，为研究油水气共存受限空间内可燃气体爆炸特性提供了有效的爆炸环境。
实施例2
本实施例提供了一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试方法，该测试方法采用实施例1所述测试装置来完成，并且该测试方法包括如下步骤：
对水平管道1进行抽真空操作，同时保持油气配气室和水平管道相连通，并实时监测水平管道1和油气配气室16内的压力变化，待油气配气室16内的压力下降至第一预定压力时，关闭油气配气室与水平管道之间的连通；继续对水平管道1进行抽真空操作且待水平管道1内的压力下降至第二预定压力时，停止对水平管道1抽真空；
向水平管道1内配置油气；
向水平管道1内配置可燃气体；
将水平管道1内的气体进行混合；
向水平管道1内注水；
向水平管道1内注油；以便在水平管道1内形成油-水-气共存的受限空间爆炸环境；
通过点火系统点燃水平管道内的可燃气体；
采集水平管道爆炸时的爆炸数据并通过计算机控制系统进行整理和分析；
打开废液收集系统以排出水平管道1内的废液。
实施例3
本实施例以在水平管道1内配置1％油气、9.5％甲烷并注入高度分别为2cm水和1cm油为例，开展常压条件下油-水共存受限空间可燃气体爆炸特性测试。其中，相关符号含义说明如下：
V管道：水平管道的体积；
V配气室：油气配气室的体积；
V水：充入水平管道水的体积；
V油：充入水平管道油的体积；
V混合气：充入水、油后混合气在水平管道中所占体积；
V甲烷：油、水存在时混合气中甲烷体积；
X1甲烷：油、水存在时混合气中甲烷体积分数；
Y1油气：油、水存在时混合气中油气体积分数；
V空气：油、水存在时混合气中空气体积；
V油气：油、水存在时混合气中油气体积；
X2甲烷：混合气单独存在于水平管道中时甲烷体积分数；
Y2油气：混合气单独存在于管道中时油气体积分数；
Y3油气：油气配气室中油气体积分数；
P1：充入水、油后管道内压强；
P2：充入水、油前管道内压强；
P3：充入甲烷气体后管道内压强；
P甲烷：配置所需体积分数甲烷时水平管道内压强变化值；
P4：充入甲烷气体前管道内压强；
P5：管道内充入油气后压强；
P配气室：油气混合物进入管道后油气配气室内压强；
△P管道：充入油气混合物后管道内压强变化值；
△P配气室：油气混合物进入管道后油气配气室内压强变化值；
P6：配置油气混合物后油气配气室内压强；
P7：充入油气混合物前管道内压强；
△V配气室：从油气配气室中流入到管道内的油气混合物体积；
△P油气：配置所需体积分数油气混合物时油气配气室内压强变化值；
P8：配置油气混合物前油气配气室内压强；
P9：管道内初始压强。
其中：V管道＝50L，V配气室＝10L，V水＝10L，V油＝5L，V混合气＝V管道-V水-V油＝35L，V甲烷＝V混合气×X1甲烷＝3.325L，V油气＝V混合气×Y1油气＝0.35L，V空气＝V混合气-V甲烷-V油气＝31.325L，X2甲烷＝V甲烷÷V管道＝6.65％，Y2油气＝V油气÷V管道＝0.7％。
1、相关参数的计算。
①管道内充水、充油：
管道充水、充油后，管道内为常压状态，此时P1＝100kPa。
管道充水、充油前，由P1V混合气＝P2V管道得管道内压强P2＝70kPa。
②管道内充甲烷：
管道充入甲烷气体后，管道内压强即为充水、充油前管道内压强，则P3＝P2＝70kPa。
管道充入甲烷气体前，由于充入甲烷气体前后管道总体积为50L不变，由道尔顿分压定律P甲烷＝P1×X2甲烷＝6.65kPa，则管道内压强P4＝P3-P甲烷＝63.35kPa。
③管道内充油气：
管道充入油气后，管道内压强与油气配气室内压强相等，即为充入甲烷气体前管道内压强，则P5＝P配气室＝P4＝63.35kPa。
管道充入油气前，由于V管道：V配气室＝5：1，则管道和油气配气室同体积压强损失率为△P管道：△P配气室＝1：5，由于油气配气室内配置油气后其内部压强P6＝100kPa，则△P配气室＝P6-P配气室＝36.65kPa，△P管道＝△P配气室÷5＝7.33kPa，充入油气前管道内压强P7＝P5-△P管道＝56.02kPa。
④油气配气室内配置油气：
油气配气室内配置油气后，油气配气室内压强P6＝100kPa。
油气配气室内配置油气前，由道尔顿分压定律△V配气室＝V配气室×36.65％＝3.665L，则Y3油气＝V油气÷△V配气室＝9.5％，由道尔顿分压定律△P油气＝P6×Y3油气＝9.5kPa，则配置油气混合物前油气配气室内压强P8＝P6-△P油气＝90.5kPa。
⑤管道内抽真空：
管道内初始压强即为充入油气前压强，则P9＝P7＝56.02kPa。
2、对实施例1的测试装置进行安装和调试。
安装并连接水平管道1、点火系统、数据采集系统、油气配气系统、可燃气体配气系统、循环系统、供水系统、供油系统、抽真空系统和废液收集系统，并对各部分进行调试，确保管道密封良好并保证各系统正常运行。
3、对水平管道1进行抽真空操作。
开启第二阀门11、第三阀门13并保持其他阀门关闭，启动真空泵12对水平管道进行抽真空。通过第二压力表27观察油气配气室16内压力变化，当第二压力表27数值下降至90.5kPa时，关闭第三阀门13，观察第一压力表9，当第一压力表数值下降至56.02kPa时，关闭第二阀门11，关闭真空泵12。
4、向水平管道内配置油气。
开启第十阀门29、第十一阀门30、第十二阀门31并保持其他阀门关闭，启动循环泵19，油气雾化装置26中的汽油液体被雾化进入到油气配气室16中。通过油气浓度探测仪28确定油气的浓度，当油气浓度达到9.5％时，关闭第十阀门29、第十一阀门30、第十二阀门31，关闭循环泵19。打开第三阀门13，将油气配气室16中的油气充入到水平管道1，待第二压力表27数值下降至63.35kPa时，关闭第三阀门13。
5、向水平管道内配置甲烷。
开启第四阀门14并保持其他阀门关闭，基于分压法，将甲烷气瓶中的甲烷气体充入到水平管道1，观察第一压力表9，当其数值上升至70kPa时，关闭第四阀门14。甲烷气体配置完毕。
6、将水平管道内气体混合。
打开第五阀门15、第六阀门18，保持其它阀门关闭，启动循环泵19，将管道内多元气体混合均匀。关闭第五阀门15和第六阀门18。
7、向水平管道内注水。
打开第七阀门20，保持其他阀门关闭，将水箱23中的水充入到水平管道1，通过透明管道观测液位高度上升至2cm时，关闭第七阀门20，管道内注水完毕。
8、向水平管道内注油。
打开第八阀门21，保持其他阀门关闭，将油箱24中的油充入到水平管道1，通过透明管道观测液位高度上升至3cm时，关闭第八阀门21，管道内注油完毕。
9、点火。
通过计算机控制系统3控制设置一定的点火能量、点火延迟时间，使点火杆2高压放电产生电火花，进而点燃水平管道内的可燃气体。
10、数据采集。
通过计算机控制系统3、第一压力/温度传感器4、第二压力/温度传感器5、第三压力/温度传感器6、第四压力/温度传感器7和第五压力/温度传感器8采集管道内爆炸压力和温度数据。通过计算机控制系统3、高速摄像机32采集爆炸火焰在管道中的传播数据，并将数据保存到计算机控制系统3。
11、关闭电源和测试系统。
12、排出管道内废液。
打开第一阀门10，将水平管道恢复常压，打开第九阀门22，将爆炸后的废液排入到废液箱25，关闭第一阀门10，关闭第九阀门22。
13、对计算机控制系统记录的压力、温度、火焰数据进行整理和分析。
本发明为了研究油、水介质对受限空间可燃气体爆炸特性影响的耦合作用机理，提出了一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置及测试方法。并以油气-甲烷混合气体为例，开展了管道内油水共存条件下的多元气体爆炸实验，通过高速摄像机对气体爆炸过程中的油、水相态变化及爆炸发展演变进行分析，并通过管道内爆炸压力、温度和火焰形态变化研究油水耦合作用机理，为典型受限空间可燃气体爆炸灾害评估和事故预防提供了依据。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置，其特征在于，包括管道系统、配气系统、供水系统和供油系统，其中，所述管道系统包括密封的水平管道(1)、点火系统和数据采集系统，所述配气系统包括油气配气系统和可燃气体配气系统，且所述油气配气系统和所述可燃气体配气系统分别与所述水平管道(1)相连接，用于分别向所述水平管道(1)内通入油气和可燃气体，所述供水系统与所述水平管道(1)相连接，用于向所述水平管道(1)内通入水，所述供油系统与所述水平管道(1)相连接，用于向所述水平管道(1)内通入油，所述点火系统包括设置在所述水平管道(1)内的点火杆(2)和计算机控制系统(3)，所述计算机控制系统(3)能够控制所述点火杆(2)以点燃所述水平管道(1)内的可燃气体，所述数据采集系统与所述计算机控制系统(3)相连接，用于采集所述水平管道(1)爆炸时的爆炸数据并传输至所述计算机控制系统(3)；
所述油气配气系统包括油气配气室(16)、油气雾化装置(26)和循环泵(19)，所述循环泵(19)通过管路连接在所述油气配气室(16)和所述油气雾化装置(26)之间，在所述油气配气室(16)与所述循环泵(19)之间的管路设置有第十阀门(29)，在所述油气雾化装置(26)和所述油气配气室(16)之间的管路上设置有第十一阀门(30)，在所述循环泵(19)和所述油气雾化装置(26)之间的管路上设置有第十二阀门(31)；
所述油气配气室(16)通过管路与所述水平管道(1)相连接，在所述油气配气室(16)和所述水平管道(1)之间的管路上设置有第三阀门(13)；
在所述油气配气室(16)上设置有第二压力表(27)和油气浓度探测仪(28)。
2.根据权利要求1所述的油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置，其特征在于，所述数据采集系统包括设置在所述水平管道(1)顶部的多个压力/温度传感器，多个所述压力/温度传感器分别沿所述水平管道(1)的长度方向间隔设置，且每个所述压力/温度传感器均与所述计算机控制系统(3)相连接，以将所述水平管道(1)爆炸时压力和温度数据传输至所述计算机控制系统(3)。
3.根据权利要求1所述的油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置，其特征在于，所述数据采集系统还包括正对所述水平管道(1)且在所述水平管道(1)上方设置的高速摄像机(32)，所述高速摄像机(32)与所述计算机控制系统(3)相连接，以对所述水平管道(1)爆炸时进行拍摄，并将采集的火焰数据传输至所述计算机控制系统(3)。
4.根据权利要求1所述的油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置，其特征在于，所述可燃气体配气系统包括可燃气体存储罐(17)，所述可燃气体存储罐(17)通过管路与所述水平管道(1)相连接，在所述可燃气体存储罐(17)与所述水平管道(1)之间的管路上连接有第四阀门(14)；
所述供水系统包括水箱(23)，所述水箱(23)通过管路与所述水平管道(1)相连接，在所述水箱(23)与所述水平管道(1)之间的管路上设置有第七阀门(20)；
所述供油系统包括油箱(24)，所述油箱(24)通过管路与所述水平管道(1)相连接，在所述油箱(24)与所述水平管道(1)之间的管路上设置有第八阀门(21)。
5.根据权利要求1所述的油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置，其特征在于，还包括循环系统，所述循环系统包括循环泵(19)，所述循环泵(19)的两端分别通过管路连接所述水平管道(1)的左右两端口，在所述循环泵(19)与第一端口之间的管路上设置有第六阀门(18)，在所述循环泵(19)与第二端口之间的管路上设置有第五阀门(15)，以使所述水平管道(1)内的多元气体经过所述循环泵(19)后进行均匀混合。
6.根据权利要求1所述的油水气共存受限空间可燃气体爆炸特征测试装置，其特征在于，还包括废液收集系统，所述废液收集系统包括废液箱(25)，所述废液箱(25)通过管路与所述水平管道(1)相连接，在所述废液箱(25)与所述水平管道(1)之间的管路上设置有第九阀门(22)。
7.根据权利要求1所述的油水气共存受限空间可燃气体爆炸特征测试装置，其特征在于，还包括抽真空系统，所述抽真空系统包括真空泵(12)，所述真空泵(12)通过管路与所述水平管道(1)相连接，用于对所述水平管道(1)进行抽真空操作，在所述真空泵(12)与所述水平管道(1)之间的管路上设有第二阀门(11)；
在所述水平管道(1)上安装有第一阀门(10)和第一压力表(9)，所述第一阀门(10)用于使所述水平管道(1)内的气压保持至大气压，所述第一压力表(9)用于监测所述水平管道(1)内的压力。
8.根据权利要求1所述的油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试装置，其特征在于，所述水平管道(1)的纵截面呈正方形结构，所述水平管道(1)采用透明防爆玻璃制作而成。
9.一种油水气共存受限空间可燃气体爆炸特性测试方法，其特征在于，所述测试方法采用前述权利要求1至8任一项所述的测试装置来完成，所述测试方法包括如下步骤：
对水平管道(1)进行抽真空操作，同时保持油气配气室(16)和所述水平管道(1)相连通，并实时监测所述水平管道(1)和所述油气配气室(16)内的压力变化，待所述油气配气室(16)内的压力下降至第一预定压力时，关闭所述油气配气室(16)与所述水平管道(1)之间的连通；继续对所述水平管道(1)进行抽真空操作且待所述水平管道(1)内的压力下降至第二预定压力时，停止对所述水平管道(1)抽真空；
向所述水平管道(1)内配置油气；
向所述水平管道(1)内配置可燃气体；
将所述水平管道(1)内的气体进行混合；
向所述水平管道(1)内注水；
向所述水平管道(1)内注油；以便在所述水平管道(1)内形成油-水-气共存的受限空间结构；
通过点火系统点燃水平管道内的可燃气体；
采集水平管道爆炸时的爆炸数据并通过计算机控制系统进行整理和分析；
打开废液收集系统以排出所述水平管道(1)内的废液。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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