CN114878712A - 一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，属于高原爆破技术领域，包括罐体、制冷系统、真空系统、集气系统、取样机构和有毒气体处理装置，罐体的顶部设有密封门，密封门上设有点火极、走线口和PCB压力传感器，罐体的外侧设有温度湿度监测器，集气系统和真空系统均与罐体的内部相互连通，罐体上设有空气进气管。本发明通过气瓶中的氩气排气将内罐内部的有毒气体送至气囊内，能有效避免外界空气的混入，从而提高了实验数据的准确性也避免了收集时混入空气中微量的有毒气体，影响气相色谱仪检测分析的结果，而且通过取样机构的设置，还能够方便气相色谱仪取样器进行取样，从而方便对样本进行气相色谱分析。

Description

一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置
技术领域
本发明涉及一种气体分析装置，特别是涉及一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，属于高原爆破技术领域。
背景技术
炸药元素组成通常是由碳、氢、氧、氮四种元素组成，其中碳、氢是可燃元素，氧是助燃的，氮一般是载氧体。炸药爆炸的过程就是可燃元素与助燃元素发生极其迅速和猛烈的氧化燃烧反应，反应的结果必然出现三种情况：有时氧较多而剩余，称为正氧平衡；有时碳、氢元素较多而氧不足，称为负氧平衡；有时正好吻合，即氧完全氧化，与碳原子生成CO2，与氢原子生成水，则称为零氧平衡。正氧平衡过大的炸药爆炸时，过剩的氧将使氮元素氧化成氧化氮；负氧平衡过大的炸药爆炸时，由于氧不足，碳原子不能完全氧化因而生成较多的一氧化碳。
我国的高原地区广袤无垠，随着国民经济的日益发展，对于西部的开发愈加被重视，像新疆、西藏这些拥有丰富矿产资源的地区都为高原地区，但高原的环境比较恶劣，显著的特征是海拔高、气压低、气温低、贫氧，与平原地区环境差异巨大，零氧平衡的炸药在这样恶劣的环境中使用并非是零氧平衡的，这就会造成炸药爆炸产生有毒气体，因此，在工程爆破中，使用零氧平衡的炸药，产生的有毒气体最少，考虑到这些因素，通过对炸药在低温与负压耦合条件下爆炸的有毒气体检测分析，进而对高原爆破炸药配方设计与改进是非常必要的。
理想的高原爆破炸药爆炸有毒气体的分析是在高原环境下进行的，但是直接在高原环境中进行实验将会面临着实验周期长、耗费巨大、爆破场地受限、有毒气体收集困难和实验可重复性差的问题，尤其在高原爆破中使用零氧平衡配比的炸药，依然会产生许多有毒气体，这些有毒气体不仅会污染环境，而且会影响作业人员的生命安全，如何解决这些问题已经成为高原爆破技术领域面临的重要课题，本发明针对以上问题提出了一种新的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决目前高原爆破中使用零氧平衡配比的炸药，依然会产生许多有毒气体，这些有毒气体不仅会污染环境，而且会影响作业人员的生命安全的问题，而提供的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，包括罐体、制冷系统、真空系统、集气系统、取样机构和有毒气体处理装置，所述罐体的顶部设有密封门，所述密封门上设有点火极、走线口和PCB压力传感器，所述罐体的外侧设有温度湿度监测器，所述集气系统和所述真空系统均与所述罐体的内部相互连通，所述罐体上设有空气进气管。
优选的，所述罐体采用不锈钢-高锰钢复合板制成，述罐体由方形外罐与柱形内罐组成，所述内罐焊接固定于所述外罐内部，所述外罐采用双层结构，所述外罐的夹层设有保温吸音材料，所述内罐顶部设有开口。
优选的，所述密封门上设有多个备用传感器口，所述走线口与所述备用传感器口均采用密封塞密封。
优选的，所述制冷系统包括安装于所述内罐和所述外罐之间的蒸发器、流体循环泵和储液罐，所述蒸发器、所述流体循环泵和所述储液罐之间相互连通，所述蒸发器采用奥氏体不锈钢制成。
优选的，所述真空系统包括安装于所述密封门上的真空压力表和与所述内罐相互连通的真空泵。
优选的，所述集气系统包括气瓶和气囊，所述气瓶和所述气囊均独立与所述内罐的内部相互连通，所述气瓶上设有压力表。
优选的，所述取样机构包括与所述气囊和有毒气体处理装置相互连通的取样管，所述取样管的外侧设有保护壳，所述取样管顶部设有气相色谱仪进样器取样口，所述取样管的内部设有弹簧，所述弹簧的顶部设有用于密封所述气相色谱仪进样器取样口的垫片。
优选的，所述有毒气体处理装置包括吸收罐、底座和密封盖，所述吸收罐的两侧分别连接有出气管和进气管。
优选的，所述吸收罐的底部设有出液孔，所述吸收罐的内部设有毒气吸收液，所述出液孔的内部设有橡胶塞。
优选的，所述毒气吸收液由浓度20％～35％NaOH、饱和Ca(OH)2溶液、浓度12％～16％氨水和聚四氟乙烯薄膜包覆的0.5～1.5g氯化钯颗粒制成。
按照本发明的用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置的有益技术效果：
1、本发明中通过罐体、密封门、制冷系统和真空系统的设置，实现了爆炸环境中真空度、温度、湿度范围的调整，从而能够对高原环境的模拟。
2、本发明解决了前往高原地区实地实验交通不便等众多问题，节约了大量人力物力资源，避免了高原的低温负压贫氧环境和有毒气体对人体的伤害，大大提高了工作效率。
3、本发明通过集气系统和取样机构的设置，能够收集炸药在低温与负压耦合条件下爆炸的有毒气体，避免有毒气体用其他方法收集时产生溢出的情况，同时通过气瓶中的氩气排气将内罐内部的有毒气体送至气囊内，能有效避免外界空气的混入，从而提高了实验数据的准确性也避免了收集时混入空气中微量的有毒气体，影响气相色谱仪检测分析的结果，而且通过取样机构的设置，还能够方便气相色谱仪取样器进行取样，从而方便对样本进行气相色谱分析。
4、本发明可提供多种不同实验环境，分别是负压环境、低温环境、不同湿度环境、自由耦合环境，可以根据不同实验的需求，选择不同的实验环境，如在负压环境下进行机械波传播规律研究。
附图说明
图1为按照本发明的用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置的一优选实施例的整体结构示意图；
图2为按照本发明的用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置的一优选实施例的部分结构示意图；
图3为按照本发明的用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置的一优选实施例的气相色谱仪进样器取样口结构示意图；
图4为按照本发明的用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置的一优选实施例的有毒气体处理装置结构示意图；
图5为按照本发明的用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置的一优选实施例的取样管结构示意图。
图中：1、罐体；2、储液罐；3、流体循环泵；4、真空泵；5、密封门；6、真空压力表；7、PCB压力传感器；8、走线口；9、点火极；11、温度湿度监测器；12、气瓶；13、压力表；14、有毒气体处理装置；14a、密封盖；14b、吸收罐；14c、底座；14d、出气管；14e、进气管；14f、橡胶塞；15、气相色谱仪进样器取样口；16、空气进气管；17、内罐；18、蒸发器；19、气囊；20、保护壳；21、取样管。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1-图5所示，本实施例提供的用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，包括罐体1、制冷系统、真空系统、集气系统、取样机构和有毒气体处理装置14，罐体1的顶部设有密封门5，通过罐体1、密封门5、制冷系统和真空系统的设置，实现了爆炸环境中真空度、温度、湿度范围的调整，能够对高原环境进行模拟，而且通过取样机构的设置，还能够方便气相色谱仪进样器进行取样，从而方便对样本进行气相色谱分析；密封门5上设有点火极9、走线口8和PCB压力传感器7，在距离PCB压力传感器7下方20cm处的内罐17中悬挂10g乳化炸药，利用PCB压力传感器7测量不同真空度下的冲击波超压，以研究高原不同海拔的负压环境对爆炸冲击波的影响；罐体1的外侧设有温度湿度监测器11，使用时通过温度湿度监测器11监测的数据，对流体循环泵3功率进行调节，进一步调节储液罐2内部液氮的流速与流量，将内罐17内的温度控制在-30℃～常温之间；集气系统和真空系统均与罐体1的内部相互连通，罐体1上设有空气进气管16，通过打开空气进气管16上的阀门，能够够使罐体1恢复常压；通过对环境的模拟，解决了前往高原地区实地实验交通不便等众多问题，节约了大量人力物力资源，避免了高原的低温负压贫氧环境和有毒气体对人体的伤害，大大提高了工作效率；本发明通过集气系统和取样机构的设置，能够收集炸药在低温与负压耦合条件下爆炸的有毒气体，避免有毒气体用其他方法收集时产生溢出的情况，同时通过气瓶12中的氩气排气将内罐17内部的有毒气体送至气囊内，能有效避免外界空气的混入，从而提高了实验数据的准确性也避免了收集时混入空气中微量的有毒气体，影响气相色谱仪检测分析的结果，而且本发明还能够提供多种不同实验环境，分别是负压环境、低温环境、不同湿度环境、自由耦合环境，可以根据不同实验的需求，选择不同的实验环境，如在负压环境下进行机械波传播规律研究，通过人为创设可用于爆炸试验及工程应用的高原环境，适合长期反复承受低温负压环境，该装置可快速建立低温负压环境，温度在-30℃～常温范围内可调节，真空度在1×105～1×10-1Pa范围内可调节，同时利用炸药进行实验的操作规范及方法，使其摆脱试验场地的限制，可解决由于试验场地建在高原地区中，所带来的人力物力资源的浪费和交通不便等问题。
在本实施例中，如图1和图2所示，罐体1采用不锈钢-高锰钢复合板制成，罐体1由方形外罐与柱形内罐17组成，内罐17焊接固定于外罐的内部，外罐采用双层结构，外罐的夹层设有保温吸音材料，内罐17顶部设有开口，密封门5上设有多个备用传感器口，走线口8与备用传感器口均采用密封塞密封，未启用时采用配套密封塞密封，启用时如果发生漏气采用真空泥密封；通过制冷系统和罐体1的设置，能够进行炸药的抗冻性能测试，也可以能够在罐体1中测爆速，避免了炸药取出后升温的影响，提高了实验数据的准确性，也提高了实验效率，制冷系统包括安装于内罐17和外罐之间的蒸发器18、流体循环泵3和储液罐2，循环泵采用多档调节磁力流体循环泵，可实现高效制冷；储液罐2材料采用奥氏体不锈钢材料制成，储液罐2外层覆盖玻璃棉进行保温；蒸发器18、流体循环泵3和储液罐2之间相互连通，蒸发器18采用奥氏体不锈钢制成，呈方形螺旋管状结构；真空系统包括安装于密封门5上的真空压力表6和与内罐17相互连通的真空泵4，真空泵4设为罗茨泵，真空度范围在1×105～1×10-1Pa之间；集气系统包括气瓶12和气囊19，气瓶12和气囊19均独立与内罐17内部相互连通，气瓶12上设有压力表13，气瓶12的内部装有氩气，通过先充入氩气再抽真空，形成的负压环境没有空气的存在，能有效避免外界空气参与爆轰反应，通过氩气排气进行有毒气体的收集，能有效避免外界空气的混入，从而提高了实验数据的准确性，气囊19采用柔性橡胶材料制成，容纳气体体积0.36m3～0.8m3。
在本实施例中，如图1、图2、图3和图5所示，取样机构包括与气囊19和有毒气体处理装置14相互连通的取样管21，取样管21的外侧设有保护壳20，取样管21顶部设有气相色谱仪进样器取样口15，取样管21的内部设有弹簧，弹簧的顶部设有用于密封气相色谱仪进样器取样口15的垫片，取样时通过气相色谱仪进样器取样口15将取样器插入取样管21的内部，此时弹簧会在挤压力的作用下收缩，使垫片远离气相色谱仪进样器取样口15，然后对气体进行抽取，抽取结束时弹簧会在自身的弹力作用下顶住垫片对气相色谱仪进样器取样口15进行密封，避免出现常规取样方式的费时费力和有毒气体泄漏的问题，通过气相色谱仪对收集的有毒气体检测分析，指导炸药配方的设计与改进。
在本实施例中，如图1、图2和图4所示，有毒气体处理装置14采用高纯铁素体不锈钢制成，有毒气体处理装置14包括吸收罐14b、底座14c和密封盖14a，吸收罐14b的两侧分别连接有出气管14d和进气管14e，吸收罐14b的底部设有出液孔，吸收罐14b的内部设有毒气吸收液，出液孔的内部设有橡胶塞14f，通过制取并收集炸药在低温与负压耦合条件下爆炸的有毒气体，将对环境的污染和人体的伤害降到最小；毒气吸收液由浓度20％～35％NaOH、饱和Ca(OH)2溶液、浓度12％～16％氨水和聚四氟乙烯薄膜包覆的0.5～1.5g氯化钯颗粒制成；有毒气体处理装置更换有毒气体吸收液方法如下：
步骤1：将废液缸置于毒气体处理装置14的吸收罐14b下方；
步骤2：打开吸收罐密封盖14a，拔出橡胶塞14f，收集废液；
步骤3：塞上橡胶塞14f，将混合好的炸药爆炸有毒气体吸收液倒入吸收罐14b，盖上密封盖14a。
在本实施例中，如图1-图5所示，本实施例提供的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置的工作过程如下：
步骤1：当进行用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析实验时，将温度设定为-10℃，运行制冷系统，待温度下降至设定温度时，将20g用于高原爆破的乳化炸药插入雷管并置于内罐17中，雷管脚线连上点火极9，关闭密封门5；
步骤2：打开气瓶12的阀门向内罐17内部充入氩气，关闭气瓶12的阀门，打开真空泵4将罐中空气抽至真空，关闭真空泵4和所有阀门，再打开气瓶12向内罐17中充入氩气，使内罐17内的压力调节到-0.03MPa，点火起爆，关闭制冷系统；
步骤3：打开罐体通往气囊19的阀门和气瓶12的阀门，收集气体，关闭所有阀门，使用气相色谱仪进样器在气相色谱仪进样器取样口15取样，打开有毒气体处理装置14与气囊19之间管道上的阀门，挤压气囊19将有毒气体挤入有毒气体处理装置14的内部，关闭所有阀门后打开空气进气管上的阀门，使罐体1恢复常压，将所取的样本进行气相色谱分析。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，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所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，包括罐体(1)、制冷系统、真空系统、集气系统、取样机构和有毒气体处理装置(14)，所述罐体(1)的顶部设有密封门(5)，所述密封门(5)上设有点火极(9)、走线口(8)和PCB压力传感器(7)，所述罐体(1)的外侧设有温度湿度监测器(11)，所述集气系统和所述真空系统均与所述罐体(1)的内部相互连通，所述罐体(1)上设有空气进气管(16)。
2.如权利要求1所述的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，所述罐体(1)由方形外罐与柱形内罐(17)组成，所述内罐(17)顶部设有开口。
3.如权利要求1所述的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，所述密封门(5)上设有多个备用传感器口，所述走线口(8)与所述备用传感器口均采用密封塞密封。
4.如权利要求2所述的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，所述制冷系统包括安装于所述内罐(17)和所述外罐之间的蒸发器(18)、流体循环泵(3)和储液罐(2)，所述蒸发器(18)、所述流体循环泵(3)和所述储液罐(2)之间相互连通。
5.如权利要求2所述的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，所述真空系统包括安装于所述密封门(5)上的真空压力表(6)和与所述内罐(17)相互连通的真空泵(4)。
6.如权利要求2所述的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，所述集气系统包括气瓶(12)和气囊(19)，所述气瓶(12)和所述气囊(19)均独立与所述内罐(17)的内部相互连通，所述气瓶(12)上设有压力表(13)。
7.如权利要求6所述的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，所述取样机构包括与所述气囊(19)和有毒气体处理装置(14)相互连通的取样管(21)，所述取样管(21)的外侧设有保护壳(20)，所述取样管(21)顶部设有气相色谱仪进样器取样口(15)，所述取样管(21)的内部设有弹簧，所述弹簧的顶部设有用于密封所述气相色谱仪进样器取样口(15)的垫片。
8.如权利要求1所述的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，所述有毒气体处理装置(14)包括吸收罐(14b)、底座(14c)和密封盖(14a)，所述吸收罐(14b)的两侧分别连接有出气管(14d)和进气管(14e)。
9.如权利要求8所述的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，所述吸收罐(14b)的底部设有出液孔，所述吸收罐(14b)的内部设有毒气吸收液，所述出液孔的内部设有橡胶塞(14f)。
10.如权利要求9所述的一种用于高原爆破炸药配方设计的有毒气体分析装置，其特征在于，所述毒气吸收液由浓度20％～35％NaOH、饱和Ca(OH)2溶液、浓度12％～16％氨水和聚四氟乙烯薄膜包覆的0.5～1.5g氯化钯颗粒制成。
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