CN114377319A - 一种管廊燃气爆炸抑爆方法、装置以及管廊抑爆模拟实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管廊抑爆方法以及装置，通过采用传感器对火焰及烟雾信号进行探测，并通过设置不同的探测阈值，设置不同级别的报警信号，有效地实现了有针对性地对爆炸形态的控制，并且有效地保证燃气爆炸的阻爆抑爆；同时还提供了一种管廊抑爆模拟实验系统，通过搭建管道装置模拟管廊发生起火时的情况，以及监测抑爆装置的灭火情况，以对抑爆效果进行检验，从而为研究管廊空间内燃气爆炸的抑制响应事件以及效果提供了有效的试验数据。
Description
技术领域
本发明涉及狭窄空间的防火抑爆技术领域，尤其涉及一种管廊燃气爆炸抑爆方法、装置以及管廊抑爆模拟实验系统。
背景技术
由于燃气属于特殊的一类传输介质，《建筑设计防火规范》中规定，天然气的火灾特性为甲类，爆炸极限很低，属于易燃易爆危险气体，极易引发爆炸、火灾等危害城市公共安全的恶性事件，造成不良影响。我国《城市综合管廊工程技术规范》规定天然气管道独立分舱入廊，并规定天然气管道舱采用机械通风方式定时通风换气，天然气舱中布置了天然气管道、管道支柱、灭火器箱、电缆线架等多种设备设施。
燃气管道进入地下综合管廊后，在铺设和使用过程中，燃气管道因施工、锈蚀腐蚀老化和人为破坏等原因造成燃气泄漏，会构成重大事故隐患。地下综合管廊燃气舱中发生天然气管线泄漏事故后，受动态间歇通风换气和舱内多种设备设施等障碍物影响，天然气管道泄漏喷出的高速天然气射流的扩散过程及动力学特性较为复杂，与传统直埋、架空管线天然气泄漏扩散问题和持续通风情况下煤矿瓦斯负压抽采管道泄漏扩散等问题显著不同。
现阶段我国地下管廊都是根据规范将燃气管道铺设在独立的管廊舱内，并且依据《照明防爆设计规范》进行舱内照明等系统的设计，按要求合理设置监控、报警系统等，这些措施在一定程度上降低了燃气舱内所泄漏的燃气发生爆炸的概率，但由于地下综合管廊属于间歇通风的特殊受限空间，当这些泄漏的可燃气体与空气混合在地下综合管廊受限空间内累积到可爆炸浓度后，遇到拨打电话、开关电气设备产生的电火花、摩擦引起的静电、明火等引火源仍然会有引起燃气爆炸的重大风险。燃气舱受限空间内燃气爆炸产生的高温、高压冲击波对地下综合管廊内相邻的高压电力舱、综合舱以及地面构筑物等危害性和破坏性极大，将会造成严重的经济损失、人员伤亡和不良的社会影响。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种管廊抑爆方法及装置，通过采用不同形态的灭火物质，实现对爆炸形态的控制，保证燃气爆炸的阻爆抑爆，并提供了管廊抑爆模拟实验系统，以对抑爆效果进行检验。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种管廊燃气爆炸抑爆方法，包括步骤：
采用火焰传感器和烟雾传感器探测火焰信号和烟雾信号；
根据所探测到的火焰信号或者烟雾信号，触发电磁阀和报警装置动作；
所述电磁阀控制抑爆装置喷出气固混合灭火物质，以抑制爆炸。
进一步的，所述采用火焰传感器和烟雾传感器探测火焰信号和烟雾信号，包括：
采用至少一个火焰传感器探测火焰信号；
采用至少三个烟雾传感器探测烟雾信号，并且所述至少三个烟雾传感器设置不同的探测阈值。
进一步的，所述至少三个烟雾传感器设置不同的探测阈值，包括：
设置至少第一阈值、第二阈值、第三阈值，并且所述第一阈值<第二阈值<第三阈值；
其中，对应第一阈值的烟雾传感器输出第一烟雾检测信号，对应第二阈值的烟雾传感器输出第二烟雾检测信号，对应第三阈值的烟雾传感器输出第三烟雾检测信号。
进一步的，所述根据所探测到的火焰信号或者烟雾信号，触发电磁阀和报警装置动作，包括：
当收到第一烟雾检测信号时，触发报警装置输出第一报警信号，所述第一报警信号提示对管廊进行检查；
当收到第二烟雾检测信号时，触发报警装置输出第二报警信号，所述第二报警信号提示对管廊进行检查，并进行抑爆准备；
当收到第三烟雾检测信号时，触发报警装置输出第三报警信号并控制抑爆装置动作，所述第三报警信号提示人员撤离；
当收到火焰信号时，无论是否接收到烟雾检测信号，触发报警装置输出第三报警信号并控制抑爆装置动作，所述第三报警信号提示人员撤离。
进一步的，所述电磁阀控制抑爆装置喷出气固混合灭火物质，包括：
控制抑爆装置喷出干粉灭火剂和气体灭火剂，以形成高压气固混喷幕，与火焰面充分接触，使火焰熄灭，从而终止爆炸火焰的传播；其中，
控制抑爆装置持续喷射惰性气体以稀释燃气浓度；
所述干粉灭火剂沉降在管廊底部，抑制二次爆炸继续向前传播。
进一步的，还包括步骤：
根据管廊的角度、深度、以及环境条件，对抑爆装置的制备与安装进行调整。
进一步的，所述根据管廊的角度、深度以及环境条件，对抑爆装置的制备与安装进行调整，包括：
根据不同灭火物质在不同物理空间和环境条件下的抑爆效果，结合管廊的角度、深度以及环境条件，制备抑爆装置内的混合灭火物质。
根据本发明的第二个方面，提供了一种管廊抑爆装置，包括探测模块、控制模块和抑爆模块；其中，
所述探测模块，采用火焰传感器和烟雾传感器探测火焰信号和烟雾信号；
所述控制模块，根据所探测到的火焰信号或者烟雾信号，触发电磁阀和报警装置动作；
所述抑爆模块，通过电磁阀控制抑爆装置喷出气固混合灭火物质，以抑制爆炸。
根据本发明的第三个方面，提供了一种管廊抑爆模拟实验系统，包括点火装置、管道装置、配气装置、真空泵、管廊抑爆装置、管廊报警装置以及监测装置；其中，
所述监测装置用于检测所述管廊抑爆装置的抑爆效果；
所述管廊报警装置用于发出报警信号；
所述管道装置的封闭端中心设置点火装置；
所述真空泵用于将管道装置抽成真空；
所述配气装置用于将预混合气体按不同当量比泄放至管道装置中，并对所述管道装置中的燃气浓度进行检测，以符合实验标准；
所述管廊抑爆装置对管道装置发生的点火事件进行抑爆，并根据所述不同当量比的预混可燃气体，确定出抑爆装置的临界触发时间及达到完全抑爆的气固混合物质最小施加量，该管廊抑爆装置包括如权利要求8所述的管廊抑爆装置。
进一步的，所述配气装置包括气囊、高压气源、空气压缩机、以及气体检测仪；
所述监测装置包括示波器和高速摄像机，所述示波器和高速摄像机监测管廊抑爆装置的触发响应时间，确定燃气爆炸火焰距爆炸源的安装距离与其动作时间和抑爆剂云雾持续时间的关系。
综上所述，本发明提供了一种管廊抑爆方法以及装置，通过采用传感器对火焰及烟雾信号进行探测，并通过设置不同的探测阈值，设置不同级别的报警信号，有效地实现了有针对性地对爆炸形态的控制，并且有效地保证燃气爆炸的阻爆抑爆；同时还提供了一种管廊抑爆模拟实验系统，通过搭建管道装置模拟管廊发生起火时的情况，以及监测抑爆装置的灭火情况，以对抑爆效果进行检验，从而为研究管廊空间内燃气爆炸的抑制响应事件以及效果提供了有效的试验数据。
附图说明
图1是本发明管廊抑爆方法的流程图；
图2是本发明管廊抑爆装置的构成框图；
图3是本发明管廊抑爆模拟实验系统的构成框图；
图4是燃气爆炸超压变化曲线图；
图5是不同填充长度下的最大超压变化曲线图。
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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种管廊抑爆方法，该方法的流程图如图1所示，包括如下步骤：
当地下综合管廊燃气舱发生燃气爆炸时，采用火焰传感器和烟雾传感器探测火焰信号和烟雾信号。对于传感器的设置，可以采用如下方式：采用至少一个火焰传感器探测火焰信号；采用至少三个烟雾传感器探测烟雾信号，并且所述至少三个烟雾传感器设置不同的探测阈值，例如设置至少第一阈值、第二阈值、第三阈值，并且所述第一阈值<第二阈值<第三阈值，当设置更多个传感器时，可以设置更多阈值。对应第一阈值的烟雾传感器输出第一烟雾检测信号，对应第二阈值的烟雾传感器输出第二烟雾检测信号，对应第三阈值的烟雾传感器输出第三烟雾检测信号。
根据所探测到的火焰信号或者烟雾信号，触发电磁阀和报警装置动作。当收到第一烟雾检测信号时，触发报警装置输出第一报警信号，所述第一报警信号提示对管廊进行检查；当收到第二烟雾检测信号时，触发报警装置输出第二报警信号，所述第二报警信号提示对管廊进行检查，并进行抑爆准备；当收到第三烟雾检测信号时，触发报警装置输出第三报警信号并控制抑爆装置动作，所述第三报警信号提示人员撤离；当收到火焰信号时，无论是否接收到烟雾检测信号，触发报警装置输出第三报警信号并控制抑爆装置动作，所述第三报警信号提示人员撤离。也就是说，通常来说，当仅有少量烟雾被探测到时，发生火灾或者爆炸的可能性比较小，此时发出第一报警信号，所述第一报警信号提示对管廊进行检查，当发生火灾或者爆炸的可能性比较小时，暂时不需要执行灭火或者抑爆步骤，有针对性地针对报警信号进行处理，节约了人力和物力。当有大量烟雾被探测到时，或者即使还没有烟雾被探测到已经有火焰被探测到时，说明已经有重大情况发生，则需要发出高级别的报警信号，提示相关人员撤离，并及时采取灭火和抑爆措施。
所述电磁阀控制抑爆装置喷出气固混合灭火物质，以抑制爆炸。控制抑爆装置喷出干粉灭火剂和气体灭火剂，以形成高压气固混喷幕，与火焰面充分接触，使火焰熄灭，从而终止爆炸火焰的传播；其中，控制抑爆装置持续喷射惰性气体以稀释燃气浓度；干粉灭火剂沉降在管廊底部，抑制二次爆炸继续向前传播。
还可以根据管廊的不同角度和深度，对抑爆装置的制备与安装进行调整，例如，可以根据不同灭火物质在不同物理空间和环境条件下的抑爆效果，结合管廊的角度、深度以及环境条件，制备抑爆装置内的混合灭火物质。其中，气固混合灭火物质可以包括高压FM-200灭火气体以及ABC干粉灭火剂，通过控制抑爆装置同时喷出干粉灭火剂和气体灭火剂，在综合管廊燃气舱内快速形成高压气固混喷幕，可以大量吸收火焰的能量并终止基元反应链，使火焰熄灭，从而终止爆炸火焰在燃气舱内的传播。进一步的，控制抑爆装置持续喷射气体灭火剂以稀释燃气浓度，使燃气浓度低于爆炸浓度极限，剩余的干粉灭火剂沉降在管廊底部，抑制二次爆炸继续向前传播。对于FM-200灭火气体与ABC干粉混喷幕的制备，针对不同角度、不同深度等管廊特征，需要采用不同的FM-200灭火气体与ABC干粉混喷幕制备与安装方法，从而实现对爆炸形态的控制，以保证燃气爆炸的有效阻爆抑爆。
除此之外，还可根据抑爆装置内不同粉体及气体介质的抑爆效果，选取能够对爆炸进行有效抑爆的最佳粉体及气体介质，除了采用FM-200灭火气体外，常用的气相抑制剂还有N2和CO2；除了采用ABC干粉灭火剂外，常用的粉体抑爆剂还有NaHCO3、KHCO3、SiO2和赤泥等。
根据本发明的第二个实施例，提供了一种管廊抑爆装置，该装置的构成框图如图2所示，该管廊抑爆装置包括探测模块、控制模块和抑爆模块。
探测模块，采用火焰传感器和烟雾传感器探测火焰信号和烟雾信号；
控制模块，根据所探测到的火焰信号或者烟雾信号，触发电磁阀和报警装置动作；
抑爆模块，通过电磁阀控制抑爆装置喷出气固混合灭火物质，以抑制爆炸；通过报警装置输出报警信号。
该装置中各个模块的功能和具体工作方式与本发明第一个实施例中的相同，在此不再赘述。
根据本发明的第三个实施例，提供了一种管廊抑爆模拟实验系统，该系统的构成框图如图3所示，包括点火装置、管道装置、配气装置、真空泵、管廊抑爆装置、管廊报警装置以及监测装置。
管廊报警装置用于发出报警信号。
管道装置的封闭端中心设置点火装置。
真空泵用于将管道装置抽成真空。
管廊抑爆装置对管道装置发生的点火事件进行抑爆，并根据所述不同当量比的预混可燃气体，确定出抑爆装置的临界触发时间及达到完全抑爆的气固混合物质最小施加量，该管廊抑爆装置可以采用如本发明第二个实施例所述的管廊抑爆装置。
配气装置用于将预混合气体按不同当量比泄放至管道装置中，并对所述管道装置中的燃气浓度进行检测，以符合实验标准。该配气装置可以包括气囊、高压气源、空气压缩机、以及气体检测仪，可以配置各种浓度的燃气和空气预混气体。将预先配置好的燃气空气预混气体泄放到爆炸管道中，并用气体检测仪读取管道中的燃气浓度，保证每次实验的燃气浓度符合配置要求。甲烷气瓶里充装纯度为99.99％的高纯甲烷气体，标准杂质含量为：C2H6≤25ppm、O2(Ar)≤10ppm、N2≤35ppm、H2≤10ppm、H2O≤l5ppm。通过改变甲烷与空气的混合比例从而实现不同燃气浓度的爆炸试验，可获得燃气浓度对爆炸后的压力、爆炸烈度、爆炸指数和爆炸反应时间等因素变化的影响。改变燃气与空气预混气体的填充长度，可获得燃气泄漏量对爆炸后的最大压力、平均升压速率、爆炸压力达到峰值时间和温度等因素的影响。在管道顶部设置压力传感器，温度传感器及速度传感器用于监测爆炸过程中压力、温度及气体流速等各种参数的变化。图4，图5分别示出了燃气爆炸超压变化曲线图及不同填充长度下的最大超压变化曲线图。所述管廊抑爆装置对管道装置发生的点火事件进行抑爆，通过对不同燃气浓度的爆炸进行抑爆，可以获得抑爆装置的触发时间、不同粉体及气体介质施加量(抑爆剂浓度)、不同抑爆剂的抑爆效果和抑制难度等特征数参数。其中，所述抑爆剂的抑爆效果取决于抑爆装置的临界触发时间和最小粉体及气体介质施加量，即对燃气泄爆的抑制存在最佳配比，进一步的，可获得两者之间的耦合关系，形成有效的经验公式，为抑爆装置的临界触发时间和最小粉体及气体介质施加量的选取提供理论依据。该管廊抑爆装置可以采用第二个实施例所提供的管廊抑爆装置。
监测装置用于检测所述管廊抑爆装置的抑爆效果，并研究FM-200气体灭火剂与ABC干粉两相混合物对爆炸超压和火焰速度的抑制作用，采用该系统进行不同积聚体积量条件下的抑爆与未抑爆对比实验，在同一条件下，抑爆实验至少重复3次，以至少2次重复性好的某一实验数据作为有效数据。该监测装置可以包括示波器和高速摄像机，所述示波器和高速摄像机监测管廊抑爆装置的触发响应时间，确定燃气爆炸火焰距爆炸源的安装距离与其动作时间和抑爆剂云雾持续时间的关系。在本实施例中利用两通道示波器和高速摄像机监测抑爆装置触发探测器、控制器和抑爆器的响应时间，确定燃气爆炸火焰距爆炸源的安装距离与其动作时间和抑爆剂云雾持续时间关系。抑爆装置的响应时间用接受到前一组件信号与输出可用信号的时间间隔来表示，组件前后两个信号均为电压信号，响应时间可以采用两通道示波器进行测试。同时采用高速摄像机测试示波器无法直接监测的其它组件响应时间，利用Phantom Camera Control Application软件得到组件前后两个信号之间的图像数，乘以摄录图像的时间间隔即得到该组件的响应时间。
综上所述，本发明涉及一种管廊抑爆方法以及装置，通过采用传感器对火焰及烟雾信号进行探测，并通过设置不同的探测阈值，设置不同级别的报警信号，有效地实现了有针对性地对爆炸形态的控制，并且有效地保证燃气爆炸的阻爆抑爆；同时还提供了一种管廊抑爆模拟实验系统，通过搭建管道装置模拟管廊发生起火时的情况，以及监测抑爆装置的灭火情况，以对抑爆效果进行检验，从而为研究管廊空间内燃气爆炸的抑制响应事件以及效果提供了有效的试验数据。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种管廊燃气爆炸抑爆方法，其特征在于，包括步骤：
采用火焰传感器和烟雾传感器探测火焰信号和烟雾信号；
根据所探测到的火焰信号或者烟雾信号，触发电磁阀和报警装置动作；
所述电磁阀控制抑爆装置喷出气固混合灭火物质，以抑制爆炸；所述报警装置输出报警信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用火焰传感器和烟雾传感器探测火焰信号和烟雾信号，包括：
采用至少一个火焰传感器探测火焰信号；
采用至少三个烟雾传感器探测烟雾信号，并且所述至少三个烟雾传感器设置不同的探测阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少三个烟雾传感器设置不同的探测阈值，包括：
设置至少第一阈值、第二阈值、第三阈值，并且所述第一阈值<第二阈值<第三阈值；
其中，对应第一阈值的烟雾传感器输出第一烟雾检测信号，对应第二阈值的烟雾传感器输出第二烟雾检测信号，对应第三阈值的烟雾传感器输出第三烟雾检测信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所探测到的火焰信号或者烟雾信号，触发电磁阀和报警装置动作，包括：
当收到第一烟雾检测信号时，触发报警装置输出第一报警信号，所述第一报警信号提示对管廊进行检查；
当收到第二烟雾检测信号时，触发报警装置输出第二报警信号，所述第二报警信号提示对管廊进行检查，并进行抑爆准备；
当收到第三烟雾检测信号时，触发报警装置输出第三报警信号并控制抑爆装置动作，所述第三报警信号提示人员撤离；
当收到火焰信号时，无论是否接收到烟雾检测信号，触发报警装置输出第三报警信号并控制抑爆装置动作，所述第三报警信号提示人员撤离。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电磁阀控制抑爆装置喷出气固混合灭火物质，包括：
控制抑爆装置喷出干粉灭火剂和气体灭火剂，以形成高压气固混喷幕，与火焰面充分接触，使火焰熄灭，从而终止爆炸火焰的传播；其中，
控制抑爆装置持续喷射惰性气体以稀释燃气浓度；
所述干粉灭火剂沉降在管廊底部，抑制二次爆炸继续向前传播。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤：
根据管廊的角度、深度、以及环境条件，对抑爆装置的制备与安装进行调整。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据管廊的角度、深度以及环境条件，对抑爆装置的制备与安装进行调整，包括：
根据不同灭火物质在不同物理空间和环境条件下的抑爆效果，结合管廊的角度、深度以及环境条件，制备抑爆装置内的混合灭火物质。
8.一种管廊抑爆装置，其特征在于，包括探测模块、控制模块和抑爆模块；其中，
所述探测模块，采用火焰传感器和烟雾传感器探测火焰信号和烟雾信号；
所述控制模块，根据所探测到的火焰信号或者烟雾信号，触发电磁阀和报警装置动作；
所述抑爆模块，通过电磁阀控制抑爆装置喷出气固混合灭火物质，以抑制爆炸；通过报警装置输出报警信号。
9.一种管廊抑爆模拟实验系统，其特征在于，包括点火装置、管道装置、配气装置、真空泵、管廊抑爆装置、管廊报警装置以及监测装置；其中，
所述监测装置用于检测所述管廊抑爆装置的抑爆效果；
所述管廊报警装置用于发出报警信号；
所述管道装置的封闭端中心设置点火装置；
所述真空泵用于将管道装置抽成真空；
所述配气装置用于将预混合气体按不同当量比泄放至管道装置中，并对所述管道装置中的燃气浓度进行检测，以符合实验标准；
所述管廊抑爆装置对管道装置发生的点火事件进行抑爆，并根据所述不同当量比的预混可燃气体，确定出抑爆装置的临界触发时间及达到完全抑爆的气固混合物质最小施加量，该管廊抑爆装置包括如权利要求8所述的管廊抑爆装置。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
所述配气装置包括气囊、高压气源、空气压缩机、以及气体检测仪；
所述监测装置包括示波器和高速摄像机，所述示波器和高速摄像机监测管廊抑爆装置的触发响应时间，确定燃气爆炸火焰距爆炸源的安装距离与其动作时间和抑爆剂云雾持续时间的关系。
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