CN117491554A - 热侵蚀的模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油化工火灾安全领域，具体公开一种热侵蚀的模拟装置。其包括供气单元，供气单元包括与气源连接的第一阀组件；喷射单元，喷射单元包括燃烧器；测试单元，测试单元包括用于固定样品的夹持机构，以及设置在样品上并用于实时监测的采集机构；控制机构，其分别与燃烧器和第一阀组件连接。其中，控制机构构造成能够控制燃烧器向样品喷射火焰。采集机构构造成能够通过样品的实时状态来记录火焰的热物理特性。本发明能够对样品进行长时间的热侵蚀模拟实验，并且能够通过改变喷射火焰的距离、方向与尺寸来更好地模拟实际管道内燃烧的情况。

Description

热侵蚀的模拟装置

技术领域

本发明涉及石油化工火灾安全领域，具体地涉及一种热侵蚀的模拟装置。

背景技术

近年来，燃气广泛应用于各个领域。为了解决长距离燃气输送的问题通常采用燃气管道进行连通。由于长时间的使用，燃气管道容易受到多方面问题的影响，例如环境的侵蚀、材料的老化以及人为的损害等问题。燃气管道在上述问题的影响下极易发生断裂，从而引发燃气泄露，进一步地导致发生严重的火灾事故。此外，由于燃气管道的空间有限，极易使火焰在管道内形成回流，从而以更快地燃烧速度不断地侵蚀着生产设施。因此，研究喷射火焰热侵蚀的过程是十分必要的。

CN111739398A公开了一种角度和间距可调的可燃气体管道喷射火焰实验装置，其包括下支撑件和喷头，下支撑件的上方设有距离调节装置，喷头可拆卸地连接于距离调节装置，距离调节装置用于调节喷头与喷射目标之间距离，距离调节装置一端铰接于下支撑件一端，距离调节装置另一端活动连接于下支撑件另一端，下支撑件一侧固接有角度调节装置，距离调节装置转动连接于角度调节装置一侧，沿距离调节装置转动行程，角度调节装置依次设有多个用于固定距离调节装置和角度调节装置的角度锁止位。该装置虽然提供了喷射火喷头的布局方式，但是并未对喷射火热侵蚀实验进行全面的模拟。

然而，在现有技术中仍没有能够解决上述问题的装置。

发明内容

本发明的目的在于提出一种热侵蚀的模拟装置，其能够对样品进行长时间的热侵蚀模拟实验，并且能够通过改变喷射火焰的距离、方向与尺寸来更好地模拟实际管道内燃烧的情况。此外，本发明采用了集储气系统、喷射系统与固定系统的一体化布局，具有更为完善的实验装置，由此使喷射火焰模拟实验的环境更接近于实际管道内燃烧的情况。

根据本发明，提供了一种热侵蚀的模拟装置，包括供气单元，所述供气单元包括与气源连接的第一阀组件；

喷射单元，所述喷射单元包括与所述第一阀组件连接的燃烧器；

测试单元，所述测试单元包括用于固定样品的夹持机构，以及设置在所述样品上并用于实时监测的采集机构；

控制机构，其分别与所述燃烧器和所述第一阀组件连接，

其中，所述控制机构构造成能够控制所述燃烧器向所述样品喷射火焰；所述采集机构构造成能够通过所述样品的实时状态来记录火焰的热物理特性。

在一个实施例中，所述夹持机构包括构造成框状结构的第一固定座，以及与所述第一固定座连接的第一支架，所述第一固定座构造成能够接收来自所述燃烧器所喷射的火焰，并且使所述火焰在内部形成循环以满足对所述样品热侵蚀模拟的要求。

在一个实施例中，所述夹持机构包括构造成箱体结构的第二固定座，以及与所述第二固定座连接的第二支架。

在一个实施例中，所述样品包括板件，以及设置在所述板件上的若干个沿径向分布的通孔，其中，相邻的所述通孔之间等距分布。

在一个实施例中，所述第一固定座与所述板件的第一外表面贴合；所述第二固定座与所述板件的第二外表面贴合。

在一个实施例中，所述样品包括管道，以及设置在所述管道上的若干个沿周向分布的通孔，其中，相邻的所述通孔之间等距分布。

在一个实施例中，所述第一固定座与所述第二固定座形成接合，所述管道通过固定件安装在所述第一固定座上。

在一个实施例中，所述采集机构包括用于安装在所述通孔内的热电偶和热流计，其中，在所述通孔内的所述热电偶和所述热流计均与所述样品的外表面平齐。

在一个实施例中，所述喷射单元还包括转动部，以及与所述转动部连接的第三支架，其中，所述转动部与设置在所述燃烧器的连接端的软管连接。

在一个实施例中，所述转动部的转动范围处于1度到180度之间。

在一个实施例中，所述热侵蚀的模拟装置还包括点火器，以及用于实时监测火焰燃烧状态的报警器，其中，所述点火器与所述报警器均与所述控制机构连接。

在一个实施例中，所述热侵蚀的模拟装置还包括用于实时记录火焰形态的第一摄像机，以及用于实时记录并形成火焰温度云图的第二摄像机。

附图说明

下面将结合附图来对本发明进行详细地描述，在图中：

图1为根据本发明的热侵蚀的模拟装置的第一状态的结构示意图；

图2为根据本发明的热侵蚀的模拟装置的第二状态的结构示意图；

图3为根据本发明的热侵蚀的模拟装置中的样品的示意图，其显示了安装有热流计的板件样品；

图4为根据本发明的热侵蚀的模拟装置中的样品的示意图，其显示了安装有热电偶的板件样品；

图5为根据本发明的热侵蚀的模拟装置中的样品的示意图，其显示了安装有热流计和热电偶的管道样品。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

附图中的各附图标记的含义如下：

1.第一摄像机、

2.第二摄像机、

10.供气单元、

20.第一阀组件、

21.流量控制阀、

22.减压阀、

30.喷射单元、

31.燃烧器、

311.软管、

32.点火器

33.转动部

34.第三支架

40.夹持机构、

411.第一固定座、

412.第一支架、

413.第二固定座

414.第二支架

43.样品

431.通孔

44.采集机构

441.热电偶

442.热流计

50.报警器

60.压缩气瓶

70.测试单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1为根据本发明的热侵蚀的模拟装置100的第一状态的结构示意图。如图 1所示，根据本发明的热侵蚀的模拟装置100主要包括供气单元10、喷射单元30 以及测试单元70。其中，供气单元10与喷射单元30连接，用于为喷射单元30 提供形成喷射火焰的燃料。测试单元70设置在喷射单元30的前方，用于接收喷射单元30所形成的喷射火焰，由此实现了对喷射火热侵蚀过程的模拟。

根据本发明，如图1所示，供气单元10包括第一阀组件20。第一阀组件20 与气源直接连接。通过这种方式，使得第一阀组件20能够控制气体的流量，从而模拟亚音速喷射火焰与超音速喷射火焰，进而更真实地还原燃气管道发生火灾的热侵蚀过程。

根据本发明的一个实施例，在如上所述的喷射的过程中，喷射出的火焰先形成火球，之后由火球转变为稳定的喷射火，进一步地满足实际工程场景中高压气体泄漏的现象。

在本发明的一个实施例中，气源为容纳有丙烷的压缩气瓶60。容易理解，丙烷能够产生明度较高的火焰，从而便于后续对火焰形态的记录与拍摄。

根据本发明，如图1所示，喷射单元30包括燃烧器31。燃烧器31通过管道与第一阀组件20连接，用于接收通过第一阀组件20所释放出的燃料气体。优选地，燃烧器31可拆卸的安装在管道上。这样，就能够实现对具有不同喷嘴尺寸、长度以及形状的燃烧器31进行更换，进一步地满足喷射火热侵蚀模拟实验的要求。

在本发明的一个实施例中，燃烧器31的整体长度设置为0.45m，燃烧器31 的出口处直径处于5mm到30mm的范围内，由此能够满足工程验证的喷射火热侵蚀实验要求，进一步地符合实际管道的常见泄漏孔径情况。

根据本发明，热侵蚀的模拟装置100还包括控制机构。控制机构分别与第一阀组件20和燃烧器31连接。由此，控制机构就能够根据燃烧器31喷射火焰的大小，从而调节第一阀组件20的开度以实现对喷射火热侵蚀过程的模拟。

根据本发明，如图1所示，测试单元70包括夹持机构40。夹持机构40能够固定样品43，从而使燃烧器31所喷射的火焰能够更容易地对准样品43。此外，燃烧器31能够对样品43进行火焰喷射以实现对热侵蚀过程的模拟。

根据本发明，如图1所示，测试单元70包括采集机构44。采集机构44设置在样品43内。另外，采集机构44构造成能够在样品43进行模拟热侵蚀实验的过程中记录喷射火焰的热物理特性。

根据本发明，如图1所示，夹持机构40包括第一固定座411和第一支架412。其中，第一固定座411构造成框状结构。通过这种方式，一方面燃烧器31所喷射的火焰能够更容易地穿过第一固定座411，从而能够更充分地喷射到样品43 的表面以实现对喷射火焰热侵蚀过程的模拟。另一方面燃烧器31所喷射的火焰在接触到第一固定座411的内壁时发生反弹，使得喷射火焰能够在第一固定座 411内进行循环燃烧，从而使该过程更接近于实际的热侵蚀过程。

根据本发明，如图1所示，夹持机构40包括第一支架412。第一支架412构造成方形结构，并且与如上所述的第一固定座411固定连接，用于支撑第一固定座411。

在本发明的一个实施例中，第一支架412由耐高温不锈钢材质制成，并且在表面缠覆防火棉，由此提高了第一支架412的防火性。

根据本发明，如图1所示，夹持机构40包括第二固定座413。第二固定座 413构造成箱体结构，用于隔绝空气以实现对喷射火焰的吸收。

根据本发明的一个实施例，由于第二固定座413的内部能够有效地起到隔绝空气的作用。由此，当燃烧器31所喷射的火焰在经过第一固定座411后向第二固定座413运动时，喷射火焰因缺乏氧气而得以熄灭。通过这种方式，使热侵蚀的模拟装置100具有良好且高效地保护措施。

根据本发明，如图1所示，夹持机构40包括第二支架414。第二支架414构造成方形结构，并且与第二固定座413固定连接，用于支撑第二固定座413。

在本发明的一个实施例中，第二支架414由耐高温不锈钢材质制成，并且在表面缠覆防火棉，由此提高了第二支架414的防火性。

图3为根据本发明的热侵蚀的模拟装置100中的样品43的示意图，其显示了安装有热流计442的板件样品。在本发明的第一实施例中，如图3所示，样品 43例如是板件，并且在该板件上设置有若干个用于安装采集机构44的通孔431。

根据本发明的一个实施例，通孔431均沿径向分布，并且通孔431均等距分布。这样，能够有效地扩大对进行热侵蚀模拟实验过程中的样品43的表面的热物理特性的监测范围，从而降低模拟实验的误差。

在本发明的一个实施例中，第一固定座411与板件样品的第一外表面贴合；第二固定座413与板件样品的第二外表面贴合。这样，在第一固定座411与第二固定座413的共同作用下能够将板件样品有效地固定住，从而便于后续进行的热侵蚀模拟实验。

此外，采用如上述的固定方式，一方面燃烧器31所喷射的火焰能够在第一固定座411内进行循环燃烧，进一步地使得板件样品能够得到更充分地燃烧；另一方面喷射火焰在穿过板件样品后接触到第二固定座413时能够快速的熄灭，这样，使得热侵蚀的模拟装置100在工作的过程中具备了一定地安全保障。

在本发明的一个的实施例中，板件样品与第一固定座411和第二固定座413 的接合处均设置有耐热垫圈(未示出)，从而有效地避免热侵蚀的过程中喷射火焰外泄。

在本发明的一个未示出的实施例中，样品43例如是梁架，并且在该梁架上设置有若干个用于安装采集机构44的通孔431。

根据本发明的一个实施例，通孔431均沿径向分布，并且通孔431均等距分布。这样，能够有效地扩大对进行热侵蚀模拟实验过程中的样品43的表面的热物理特性的监测范围，从而降低模拟实验的误差。

在本发明的一个实施例中，第一固定座411与梁架样品的第一外表面贴合；第二固定座413与梁架样品的第二外表面贴合。这样，在第一固定座411与第二固定座413的共同作用下能够将梁架样品有效地固定住，从而便于后续进行的热侵蚀模拟实验。

此外，采用如上述的固定方式，一方面燃烧器31所喷射的火焰能够在第一固定座411内进行循环燃烧，进一步地使得梁架样品能够得到更充分地燃烧；另一方面喷射火焰在穿过梁架样品后接触到第二固定座413时能够快速的熄灭，这样，使得热侵蚀的模拟装置100在工作的过程中具备了一定地安全保障。

图2为根据本发明的热侵蚀的模拟装置的第二状态的结构示意图。在本发明的另一个实施例中，如图2所示，样品43例如是管道，并且在管道上设置有若干个用于安装采集机构44的通孔431。

根据本发明的一个实施例，通孔431均沿周向分布，并且通孔431均等距分布。这样，能够有效地扩大对进行热侵蚀模拟实验过程中的样品43的表面的热物理特性的监测范围，从而有效地降低实验误差。

在该实施例中，第一固定座411与第二固定座413形成接合，并且管道样品通过固定件(在图中未示出)安装在第一固定座411上。

在本发明的一个实施例中，固定件包括不锈钢钢条(在图中未示出)以及与钢条相适配的螺钉(在图中未示出)。这样，通过钢条将管道样品在第一固定座 411上进行初步地固定，然后再配合螺钉将管道样品在第一固定座411上进行二次固定，从而保证管道样品在热侵蚀的过程中始终处于稳定的状态。

图4为根据本发明的热侵蚀的模拟装置100中的样品43的示意图，其显示了安装有热电偶441的板件样品。图5为根据本发明的热侵蚀的模拟装置中的样品的示意图，其显示了安装有热流计442和热电偶441的管道样品。根据本发明，如图3到图5所示，采集机构44包括热电偶441和热流计442。其中，热电偶441与热流计442均布置在通孔431中，用于实时监测热侵蚀模拟实验过程中的样品43的表面的热物理特性。

在本发明的一个实施例中，当在热流计442上加盖蓝宝石视窗的时，热流计 442能够测量热辐射，这是本领域技术人员所熟知的。

根据本发明，在第一实施例和第二实施例中，安装在通孔431内的热电偶 441和热流计442均与样品的外表面平齐。这样，能够使得测量的样品43的表面的热物理特性能够更接近于真实环境，从而有效地降低模拟实验的误差。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，热侵蚀的模拟装置100还包括第一摄像机1。第一摄像机1例如是高清摄像机，用于实时记录火焰形态。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，热侵蚀的模拟装置100还包括第二摄像机2。第二摄像机2例如是红外摄像仪，用于实时记录并形成火焰温度云图。

在本发明的第三实施例中，当实验专注研究喷射火本身的火焰形态或热辐射特性时，可以采用陶瓷纤维堵住样品43上的通孔431。由此，就能够通过第一摄像机1与第二摄像机2实时记录火焰形态以及形成火焰温度云图。

根据本发明，如图1所示，第一阀组件20包括流量控制阀21。流量控制阀 21用于控制燃烧气体的流量，从而保证热侵蚀的模拟装置100的工作安全。。

根据本发明，如图1所示，第一阀组件20包括减压阀22。减压阀22能够为压缩气瓶60进行安全泄压，从而保证热侵蚀的模拟装置100的工作安全。

根据本发明，如图1所示，喷射单元30还包括转动部33和第三支架34。其中，转动部33与设置在燃烧器31的连接端的软管311连接。

另外，转动部33还与第三支架34连接，并且能够在第三支架34上进行转动，从而调节燃烧器31的喷射角度。

根据本发明的一个实施例，转动部33的转动范围处于1度到180度之间。这样，使得能够热侵蚀的模拟装置100模拟多种不同状态下的热侵蚀实验。

在本发明的一个实施例中，软管311设置为金属软管。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，热侵蚀的模拟装置100还包括与控制机构连接的点火器32。点火器32用于为燃烧器31点火。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，热侵蚀的模拟装置100还包括与控制机构连接的警报器50。警报器50与如上所述的燃烧器31连接，用于实时监测火焰燃烧的状态，并且根据火焰燃烧的状态做出反应。

具体地说，当点火器32对燃烧器31进行点火后未发现火焰或火焰异常燃烧时，警报器5就能够自动报警并切断气流，进一步地熄灭火源。

根据本发明的热侵蚀的模拟装置100，其工作过程如下所述。

预备工作：

首先，根据实际场景提炼计算实验工况，并且确认气体流量控制装置数值以调整变角度喷射火实验装置角度值。

然后，进行气密性检测，从而确保所有装置安全可靠且符合安全实验要求。

之后，安装测试样品。如果测量样品为板件或梁架，则安装在第一固定座411 与第二固定座413之间并检查其密封性；如果测量样品为管道，则通过固定件固定在第一固定座411上。

之后，确定好样品，根据实际场景选择高度，使样品43能够正对喷射火焰。

之后，移动第一摄像机1与第二摄像机2的位置并确保视窗能够包含全部实验场景，开始试运行。

最后，拍摄并记录测试样品43的初始特征，用于在后续比较和评估样品抗侵蚀性能。

实验过程：

首先，依次打开一摄像机1、第二摄像机2以及采集机构44，进行实时记录。

然后，依次打开减压阀22和打开流量控制阀21。

之后，由点火器32对燃烧器31进行点火。

具体地说，若报警器50监测到未燃烧或火焰异常燃烧，即切断气源重新点火；若报警器50监测到火焰正常燃烧，即为点火成功。

之后，通过流量控制阀21先小幅度增加可燃气体的流量，后逐渐增大可燃气体的流量直至实验工况设定值。

之后，通过第一摄像机1与第二摄像机2对燃烧火焰实时监测，并记录火焰形态以及形成火焰温度云图。

最后，在实验结束后，先关闭减压阀，再关闭流量控制阀，至此火焰逐渐熄灭。

在本发明的一个实施例中，当一组实验结束后需更换样品，必要时进行三组重复实验，以便于后续的误差分析。另外，重复实验要求测试样品的特征参数、规格一致以及不同的测试样品所处的实验工况需一致。

本发明能够对样品43进行长时间的热侵蚀模拟实验，并且能够通过改变喷射火焰的距离、方向与尺寸来更好地模拟实际管道内燃烧的情况。

此外，本发明采用了集储气系统、喷射系统与固定系统的一体化布局，具有更为完善的实验装置，由此使喷射火焰模拟实验的环境更接近于实际管道内燃烧的情况。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以是两个元件内部的连通。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员在本发明的公开范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化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权利要求书的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种热侵蚀的模拟装置(100)，包括：

供气单元(10)，所述供气单元(10)包括与气源连接的第一阀组件(20)；

喷射单元(30)，所述喷射单元(30)包括与所述第一阀组件(20)连接的燃烧器(31)；

测试单元(70)，所述测试单元(70)包括用于固定样品(43)的夹持机构(40)，以及设置在所述样品(43)上并用于实时监测的采集机构(44)；

控制机构，其分别与所述燃烧器(31)和所述第一阀组件(20)连接，

其中，所述控制机构构造成能够控制所述燃烧器(31)向所述样品(43)喷射火焰；所述采集机构(44)构造成能够通过所述样品(43)的实时状态来记录火焰的热物理特性。

2.根据权利要求1所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述夹持机构(40)包括构造成框状结构的第一固定座(411)，以及与所述第一固定座(411)连接的第一支架(412)，所述第一固定座(411)构造成能够接收来自所述燃烧器(31)所喷射的火焰，并且使所述火焰在内部形成循环以满足对所述样品(43)热侵蚀模拟的要求。

3.根据权利要求2所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述夹持机构(40)包括构造成箱体结构的第二固定座(413)，以及与所述第二固定座(413)连接的第二支架(414)。

4.根据权利要求3所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述样品(43)包括板件，以及设置在所述板件上的若干个沿径向分布的通孔(431)，其中，所述通孔(431)均等距分布。

5.根据权利要求4所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述第一固定座(411)与所述板件的第一外表面贴合；所述第二固定座(413)与所述板件的第二外表面贴合。

6.根据权利要求3所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述样品(43)包括管道，以及设置在所述管道上的若干个沿周向分布的通孔(431)，其中，所述通孔(431)均等距分布。

7.根据权利要求6所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述第一固定座(411)与所述第二固定座(413)形成接合，所述管道通过固定件安装在所述第一固定座(411)上。

8.根据权利要求4或6所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述采集机构(44)包括用于安装在所述通孔(431)内的热电偶(441)和热流计(442)，其中，在所述通孔(431)内的所述热电偶(441)和所述热流计(442)均与所述样品(43)的外表面平齐。

9.根据权利要求1到3中任一项所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述喷射单元(30)还包括转动部(33)，以及与所述转动部(33)连接的第三支架(34)，其中，所述转动部(33)与设置在所述燃烧器(31)的连接端的软管(311)连接。

10.根据权利要求9所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述转动部(33)的转动范围处于1度到180度之间。

11.根据权利要求1到3中任一项所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述热侵蚀的模拟装置(100)还包括点火器(32)，以及用于实时监测火焰燃烧状态的报警器(50)，其中，所述点火器(32)与所述报警器(50)均与所述控制机构连接。

12.根据权利要求1到3中任一项所述的热侵蚀的模拟装置，其特征在于，所述热侵蚀的模拟装置(100)还包括用于实时记录火焰形态的第一摄像机(1)，以及用于实时记录并形成火焰温度云图的第二摄像机(2)。