CN202870017U

CN202870017U - 一种油气爆炸临界参数测试装置

Info

Publication number: CN202870017U
Application number: CN 201220550391
Authority: CN
Inventors: 汪映标; 吴明军
Original assignee: SICHUAN WEITELONG FIRE FIGHTING EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: SICHUAN WEITELONG FIRE FIGHTING EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-10-25

Abstract

本实用新型公开了一种油气爆炸临界参数测试装置，包括爆炸反应管、惰性气体供应装置、真空泵、气体分析仪以及点火装置，本实用新型针对现有爆炸测试装置存在的检测数据缺乏指导性和实用价值等问题，提供一种模拟油罐内油气实际挥发状态，采用在线气体分析仪测试爆炸临界参数，并具有高能点火源的爆炸临界参数测试装置，装置用一个截面积与现有10万立方米储油罐一、二次密封之间面积相当的密封管道作为爆炸反应管，分别通入氮气和油气控制管道内混合气体氧气和油气的浓度，然后进行电火花击发引燃试验，测试混合气体的爆炸强度及发生爆炸前的氧气浓度值和油气浓度值，从而找到不同氧气浓度下油气爆炸的上限和下限，以找到油气混合气体的安全区间。

Description

一种油气爆炸临界参数测试装置

技术领域

本实用新型涉及爆炸测试技术领域，具体涉及一种用于测试油气爆炸临界状态下油气浓度和氧气浓度的测试装置。

背景技术

油罐是油料的重要储存装置，由于油料的易燃易爆性及油罐的受限空间特点，近年来，由于油气爆炸所导致的油罐事故不断发生，研究油气爆炸发生的临界参数对油罐安全防护具有重要意义。

油气爆炸的基本条件是必须存在油气和氧气，油气是指从油料挥发或逸出而生成的气体，主要是气态的C1-C6等烃类碳氢化合物，具体组分与油料品种、环境温度有关。当油罐内油气与空气（或氧气）在一定浓度范围内均匀混合时遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限（简称为爆炸极限，包括爆炸下限和爆炸上限），爆炸极限受临界氧气含量（即在爆炸范围边缘发生爆炸的混合气体所需要氧浓度的临界值）影响。通过测试装置测试油气爆炸发生的爆炸极限和临界氧气含量，并采用科学分析方法找到油气爆炸规律，可以有效预防油罐爆炸。

目前，国内外至今尚没有制定出统一的测定可燃性气体(液体蒸气)爆炸特性参数的装置，至今爆炸极限仍参考K??纳伯尔特编写的《可燃性气体和蒸汽的安全技术参数手册》，最小点火能仍参照Blanc，Guest，Vonelbe和Lewis等人的测试数据，由于各国采用测试装置均采用体积分压法配制混合气体且测试条件不同（如点火能量、温度等），测试结果也大相径庭。在实际应用中，通常采用可燃气体报警仪或在线分析仪检测混合气体中的总碳氢当量作为判定是否发生油气爆炸的依据，因此采用体积分压法配制混合气体的爆炸测试装置所检测的油气爆炸极限参数缺乏指导性。同时，油罐爆炸的主要原因是雷击起火，雷电的放电能量远大于现有测试系统的点火能量，如果点火能量太低则测试结果也缺乏指导性。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对现有爆炸测试装置存在的检测数据缺乏指导性和实用价值等问题，提供了一种模拟油罐内油气实际挥发状态，采用在线气体分析仪测试爆炸临界参数，并具有高能点火源的爆炸临界参数测试装置。

本实用新型技术的技术方案是这样实现的：一种油气爆炸临界参数测试装置，其特征在于：包括爆炸反应管、惰性气体供应装置、真空泵、气体分析仪以及点火装置，所述爆炸反应管的一端通过管道与真空泵的一端连通，所述爆炸反应管的另一端通过设置有控制阀五的管道与真空泵的另一端连通，所述惰性气体供应装置通过设置有控制阀二的管道与爆炸反应管连通，所述气体分析仪通过设置有单向阀的管道与真空泵连通，所述真空泵通过设置有控制阀四的管道与原油罐内、原油液面上方形成的油气储存空间连通，所述油气储存空间通过设置有控制阀六的管道与连通控制阀五和爆炸反应管之间的管道连通，所述爆炸反应管通过排气阀与大气连通，所述点火装置的点火电极置于爆炸反应管内，在所述爆炸反应管内设置有传感器总成。

本实用新型所述的油气爆炸临界参数测试装置，其在连通所述爆炸反应管两端的管道上分别设置有控制阀一和控制阀三，所述控制阀一设置在爆炸反应管与真空泵之间，所述控制阀三设置在爆炸反应管与控制阀五之间，所述设置有控制阀二的管道与连通控制阀三和爆炸反应管之间的管道连通。

本实用新型所述的油气爆炸临界参数测试装置，其所述气体分析仪通过设置有控制阀七的管道与连通控制阀五和爆炸反应管之间的管道连通。

本实用新型所述的油气爆炸临界参数测试装置，其所述传感器总成包括温度传感器、压力传感器、火焰传感器和信号采集及处理系统，所述温度传感器、压力传感器和火焰传感器分别通过信号传输电缆与信号采集及处理系统连接。

本实用新型所述的油气爆炸临界参数测试装置，其所述爆炸反应管、惰性气体供应装置、真空泵、气体分析仪以及点火装置均置于恒温箱内，所述恒温箱上设置有恒温控制器。

本实用新型所述的油气爆炸临界参数测试装置，其在所述原油罐内设置有用于监测原油温度的温度计。

本实用新型参照国家标准GB/T 12474-2008《空气中可燃气体爆炸极限测定方法》，用一个截面积与现有10万立方米储油罐一、二次密封之间面积相当的密封管道作为爆炸反应管，先用氮气作为惰化剂通入密闭管道内，控制管道内混合气体的氧气浓度，使其达到试验所需要氧气浓度值，再通入油气调节混合气体中的油气浓度，然后进行电火花击发引燃试验，从而测试混合气体的爆炸强度以及发生爆炸前的氧气浓度值和油气浓度值，从而找到不同氧气浓度下油气爆炸的上限和下限，以找到油气混合气体的安全区间。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的控制系统示意图。

图3是油气爆炸范围分布图。

图中标记：1为爆炸反应管，2为惰性气体供应装置，3为真空泵，4为气体分析仪，5为点火装置，6为控制阀五，7为控制阀二，8为单向阀，9为控制阀四，10为原油罐，11为油气储存空间，12为控制阀六，13为排气阀，14为点火电极，15为控制阀一，16为控制阀三，17为控制阀七，18为恒温箱，19为恒温控制器，20为温度计。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1和2所示，一种油气爆炸临界参数测试装置，包括爆炸反应管1、惰性气体供应装置2、真空泵3、气体分析仪4以及点火装置5，所述爆炸反应管1的一端通过管道与真空泵3的一端连通，所述爆炸反应管1的另一端通过设置有控制阀五6的管道与真空泵3的另一端连通，所述惰性气体供应装置2通过设置有控制阀二7的管道与爆炸反应管1连通，所述气体分析仪4通过设置有单向阀8的管道与真空泵3连通，所述气体分析仪4通过设置有控制阀七17的管道与连通控制阀五6和爆炸反应管1之间的管道连通，所述真空泵3通过设置有控制阀四9的管道与原油罐10内、原油液面上方形成的油气储存空间11连通，所述油气储存空间11通过设置有控制阀六12的管道与连通控制阀五6和爆炸反应管1之间的管道连通，所述爆炸反应管1通过排气阀13与大气连通，所述点火装置5的点火电极14置于爆炸反应管1内，在所述爆炸反应管1内设置有传感器总成。

在连通所述爆炸反应管1两端的管道上分别设置有控制阀一15和控制阀三16，所述控制阀一15设置在爆炸反应管1与真空泵3之间，所述控制阀三16设置在爆炸反应管1与控制阀五6之间，所述设置有控制阀二7的管道与连通控制阀三16和爆炸反应管1之间的管道连通。

其中，所述传感器总成包括温度传感器、压力传感器、火焰传感器和信号采集及处理系统，所述温度传感器、压力传感器和火焰传感器分别通过信号传输电缆与信号采集及处理系统连接；所述爆炸反应管1、惰性气体供应装置（2）、真空泵3、气体分析仪4以及点火装置5均置于恒温箱18内，所述恒温箱18上设置有恒温控制器19；在所述原油罐10内设置有用于监测原油温度的温度计20。

本实用新型的测试方法，主要包括以下步骤：

a)、根据测试需要调节氧气浓度，在该步骤中，控制阀一、控制阀二、控制阀三、控制阀五、控制阀七以及单向阀处于打开状态，控制阀四、控制阀六以及排气阀处于关闭状态，惰性气体供应装置通过控制阀二向爆炸反应管内充入惰性气体以调节氧气的浓度。所述惰性气体采用氮气，此时，控制阀一、爆炸反应管、控制阀三、控制阀五以及真空泵形成一循环管路系统，气体分析仪通过管道采集所述循环管路系统中的气体，判断循环管路系统中气体的氧气浓度是否符合测试要求，当氧气浓度达到实验要求时，关闭控制阀二停止通入惰性气体，完成爆炸反应管内气体的氧气浓度的调节；通过控制氮气的供应量，调节每一次试验中爆炸反应管内气体的氧气含量，使氧气含量分别在20%及以上、19～20%、18～19%、17～18%、16～17%、15～16%、14～15%、13～14%、12～13%、11～12%、10～11%、10%及以下进行。

b）、根据测试需要配送油气，在该步骤中，控制阀一、控制阀三、控制阀四、控制阀六、控制阀七以及单向阀处于打开状态，控制阀二、控制阀五以及排气阀处于关闭状态，此时，控制阀一、爆炸反应管、控制阀三、控制阀六、油气储存空间、控制阀四以及真空泵形成一循环管路系统，气体分析仪通过管道采集所述循环管路系统中的气体。

c）、循环混合，在该步骤中，控制阀一、控制阀三、控制阀五、控制阀七以及单向阀处于打开状态，控制阀二、控制阀四、控制阀六以及排气阀处于关闭状态，此时，控制阀一、爆炸反应管、控制阀三、控制阀五以及真空泵形成一循环管路系统，在该循环管路系统中，氧气和油气充分混合均匀，气体分析仪通过管道采集所述循环管路系统中的混合气体，并检测混合气体中油气浓度和氧气浓度；

在上述步骤中，当经过混合后，若氧气浓度或/和油气浓度未达到设定值时，需要进行微调，具体为：当要求的氧气浓度低于大气中氧气浓度情况下，若实际氧气浓度低于试验要求的氧气浓度，则打开排气阀进行微调，若实际氧气浓度高于试验要求的氧气浓度，则打开控制阀二充入惰性气体；若实际油气浓度低于试验要求的油气浓度，则打开控制阀四和控制阀六补充油气，若实际油气浓度高于试验要求的油气浓度，则打开排气阀进行微调。

d）、点火测试，在该步骤中，控制阀一、控制阀三、控制阀七以及单向阀处于打开状态，控制阀二、控制阀四、控制阀五、控制阀六、真空泵以及排气阀处于关闭状态，传感器总成采集爆炸反应管内的各参数，气体分析仪采集爆炸后的气体，检测爆炸后气体的成分和浓度并记录数据。

e）、清理，在该步骤中，控制阀一、控制阀三、控制阀五、控制阀七、单向阀以及排气阀处于打开状态，控制阀四以及控制阀六处于关闭状态，此时，真空泵将管道内爆炸后的气体排出，同时管道内通入空气，待管道内的气体恢复到初始状态时再重复上述步骤进行下一次试验。

在整个试验过程中，为了提高实验数据可靠性，对影响本实验的可变因素均从最不利于原则进行设置，使可变因素尽量处于最容易引起油气爆炸的状态，基于爆炸极限浓度范围会随着环境温度的上升而变宽的规律，储油罐现场环境温度有可能达到50℃，故将油气爆炸临界参数测试装置置于50℃的恒温箱中来模拟现场环境温度，同时有效防止油气在爆炸管道内凝结。其中，由于石油储罐着火多因雷击引起，因此试验中点火装置采用点火电压为30KV，点火能量为40J的拉弧点火电极作为点火源，远高于GB/T 12474-2008的规定，并更加接近雷击效果，并且强于是有爆炸事故中常见的电火花点火电源，也强于引发油气二次爆炸的火星、阴燃物能量。

对同样的气体在相同条件下进行重复性实验，误差不大于0.5%则满足要求。否则应调整仪器，并对装置的气密性进行检测，直至满足要求。

在实验中出现以下现象均认为发生了爆炸：

1）火焰以一定的速度缓慢传播；

2）在放电电极出现火焰然后熄灭；

3）反应管内压力发生突变；

4）反应管内CO₂和 CO气体浓度发生突变；

5）反应管内温度传感器的温度突然变化。

通过对不同油气混合气体进行高能点火实验，并提取监视器的数据，包括压力及管道爆炸前后温度、原油温度等，对数据进行初步分析和归纳，得出如图3所示的油气爆炸范围分布图。

对数据的整理与初步分析，基于油气爆炸物理和化学的特性，可以得出如下结论：

（1）实验表明原油油气浓度在1～2%，氧气含量为标准大气压下空气中氧气含量时，混合气体最易被点燃，点燃时发生的爆炸燃烧最剧烈。

（2）当混合气体中氧气含量在10%以下时，无论油气含量多高，整个混合气体处于不被点燃状态。

（3）当混合气体中油气含量达到5%及以上时，氧气含量在0～21%之间，混合气体都处于不被点燃状态。此即油气爆炸的最高上限值。

（4）当混合气体中油气含量在0.5%及以下时，氧气含量在0～21%之间，混合气体都处于不被点燃状态。此即油气爆炸的最低下限值。

（5）实验表明，不同的氧气含量（在实验过程中氧气含量每取1个百分点做一次油气爆炸上限和下限实验），对应油气爆炸的上、下限不同，随氧气的升高油气爆炸的上限、下限都会升高。如下表所示：

由此可见，在充有原油油气和空气的混合气体的密闭空间中，当氧气浓度达到饱和时极易被点燃并爆炸，当氧气浓度在爆炸下限及以下时该空间则处于不能被点燃或引爆炸的状态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种油气爆炸临界参数测试装置，其特征在于：包括爆炸反应管（1）、惰性气体供应装置（2）、真空泵（3）、气体分析仪（4）以及点火装置（5），所述爆炸反应管（1）的一端通过管道与真空泵（3）的一端连通，所述爆炸反应管（1）的另一端通过设置有控制阀五（6）的管道与真空泵（3）的另一端连通，所述惰性气体供应装置（2）通过设置有控制阀二（7）的管道与爆炸反应管（1）连通，所述气体分析仪（4）通过设置有单向阀（8）的管道与真空泵（3）连通，所述真空泵（3）通过设置有控制阀四（9）的管道与原油罐（10）内、原油液面上方形成的油气储存空间（11）连通，所述油气储存空间（11）通过设置有控制阀六（12）的管道与连通控制阀五（6）和爆炸反应管（1）之间的管道连通，所述爆炸反应管（1）通过排气阀（13）与大气连通，所述点火装置（5）的点火电极（14）置于爆炸反应管（1）内，在所述爆炸反应管（1）内设置有传感器总成。

2.根据权利要求1所述的油气爆炸临界参数测试装置，其特征在于：在连通所述爆炸反应管（1）两端的管道上分别设置有控制阀一（15）和控制阀三（16），所述控制阀一（15）设置在爆炸反应管（1）与真空泵（3）之间，所述控制阀三（16）设置在爆炸反应管（1）与控制阀五（6）之间，所述设置有控制阀二（7）的管道与连通控制阀三（16）和爆炸反应管（1）之间的管道连通。

3.根据权利要求2所述的油气爆炸临界参数测试装置，其特征在于：所述气体分析仪（4）通过设置有控制阀七（17）的管道与连通控制阀五（6）和爆炸反应管（1）之间的管道连通。

4.根据权利要求1、2或3所述的油气爆炸临界参数测试装置，其特征在于：所述传感器总成包括温度传感器、压力传感器、火焰传感器和信号采集及处理系统，所述温度传感器、压力传感器和火焰传感器分别通过信号传输电缆与信号采集及处理系统连接。

5.根据权利要求4所述的油气爆炸临界参数测试装置，其特征在于：所述爆炸反应管（1）、惰性气体供应装置（2）、真空泵（3）、气体分析仪（4）以及点火装置（5）均置于恒温箱（18）内，所述恒温箱（18）上设置有恒温控制器（19）。

6.根据权利要求5所述的油气爆炸临界参数测试装置，其特征在于：在所述原油罐（10）内设置有用于监测原油温度的温度计（20）。