CN212031605U - 用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，该测试装包括待测管道以及与待测管道首尾相接形成环形通道的气流调节管道；所述待测管道上安装有用于测试待测管道壁面产生的静电荷的静电测试装置，所述静电测试装置包括套设在所述待测管道外的法拉第筒，法拉第筒的内筒与待测管道的管壁之间设有间隙，法拉第筒的内筒中的静电计通过导电连接线与静电荷采集模块连接；所述气流调节管道上安装有用于模拟含尘气流工况的含尘气流调节装置，所述气流调节管道和法拉第筒上均设有安全防爆装置。

Description

用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置。

背景技术

含尘气体输送涉及的领域主要是煤炭行业，我国95％以上的煤炭为井工开采，且超过半数为高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，瓦斯已经成为煤矿重特大事故发生的主要根源。为治理矿井瓦斯，我国提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的治理方针，对矿井瓦斯进行抽采利用成为矿井煤炭开采的重要环节。在矿井抽采过程中，大量的金属及非金属管道在瓦斯抽采系统中用于输送抽采瓦斯气体；由于瓦斯抽放管道气体中含有煤尘，煤尘在输送过程中不断与输送管壁摩擦碰撞将产生静电，若瓦斯输送管道不具备抗静电性能或产生静电积聚，在一定的温湿度条件下，输送管道壁面将由于静电积聚而产生静电放电，当放电火花能量达到0.28mJ时将引爆管道瓦斯而引发瓦斯煤尘爆炸事故。

含尘气体输送过程中，特别是瓦斯抽采中输送管道内不可避免会有煤尘，瓦斯气体输送过程中，一是煤矿粉尘自身由于外部激励而带有静电，二是粉尘与输送管道壁面摩擦而产生静电，静电荷的大小主要受到气流温湿度、气流速度、粉尘浓度、管道抗静电性能的影响。为此气体输送管道抗静电性能显得尤为重要，而含尘气体输送过程中静电测试也是确保瓦斯抽采安全的重要环节。

目前，我国对非金属瓦斯输送管材抗静电性能试验的执行标准是AQ 1071-2009《煤矿用非金属瓦斯输送管材安全技术要求》，通过截取1200mm长管道测量1000mm间距内管材表面电阻值的形式评判其抗静电性能。现有文献及专利也表明，含尘气流输送系统特别是瓦斯抽采系统管道静电测试仅依靠静电电压探头随机探测测量管道外表面电压值，测量数据带有很大的随机性，测量准确性不高，且数据重现性不强。并且，目前的测试装置不能直观的反映出含尘气体在不同的输送参数和环境条件下管道的抗静电安全性能，表面电阻测试的方式不足以反映煤尘与输送管道壁面摩擦后静电产生的难易，这里静电产生的难易主要指静电荷的多少，目前没有相关装置及方法可以测试含尘气体输送过程中管道壁面静电荷。此外，目前的方法仅针对非金属管道，无法对金属管道的静电产生难易进行考核；但根据摩擦生电原理，不同类型的粉尘与管道摩擦产生电荷的多少与两者在静电序列表中的远近有关，与是否为金属或非金属无关，而相关文献表明金属材料积聚静电后的放电点燃能力远大于相同电压等级的非金属材料静电放电。

因此，为解决以上问题，亟需设计一种含尘气体输送管道壁面静电的测试装置及方法，其应能够较为准确地模拟含尘气体工况和准确测量管道壁面静电荷，较为直观的反映含尘气体在不同的输送参数和环境条件下管道的抗静电安全性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，该装置能够模拟不同类型的含尘气流温湿度、流动速度、粉尘浓度等工况参数，同时测量不同输送工况时含尘气流与管道壁面摩擦所产生的静电荷。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，包括待测管道以及与待测管道首尾相接形成环形通道的气流调节管道；所述待测管道上安装有用于测试待测管道壁面产生的静电荷的静电测试装置，所述静电测试装置包括套设在所述待测管道外的法拉第筒，法拉第筒的内筒与待测管道的管壁之间设有间隙，法拉第筒的内筒中的静电计通过导电连接线与静电荷采集模块连接；所述气流调节管道上安装有用于模拟含尘气流工况的含尘气流调节装置，所述气流调节管道和法拉第筒上均设有安全防爆装置。

进一步地，所述待测管道的两端分别连接有一个连接管路，所述连接管路通过可变径接头与气流调节管道连接，所述连接管路与气流调节管道之间设有绝缘垫片。

进一步地，所述法拉第筒通过法兰连接的方式固定在连接管路上；所述法拉第筒的两端设有法拉第法兰，所述连接管路上设有与所述法拉第法兰相配合的管路法兰。

进一步地，所述法拉第筒的内筒与待测管道的外壁之间的间隙根据被测管道直径设置为10mm～200mm可调。

进一步地，所述含尘气流调节装置包括用于采集气流调节管道内的气流工况的气体环境参数采集模块，以及分别与所述气流调节管道连通的通风机、温度控制装置、湿度控制装置、粉尘预混装置、除尘装置和气压平衡装置。

进一步地，所述安全防爆装置包括分别安装在连接管路上的第一防爆门。

进一步地，所述安全防爆装置还包括安装在所述气流调节管道上的第二防爆门。

进一步地，所述安全防爆装置还包括分别安装在所述气流调节管道的两端的自动阻爆装置。

进一步地，该测试装置还包括分别与所述静电荷采集模块和气体环境参数采集模块连接的数据处理终端。

进一步地，所述数据处理终端通过控制模块控制通风机、温度控制装置、湿度控制装置、粉尘预混装置、除尘装置和气压平衡装置的启闭。

本实用新型的有益效果为：本申请可更为真实的模拟含尘气流输送管路系统、特别是煤矿瓦斯抽采系统在灾变环境下的静电安全性能，同时也可为静电所引发事故的灾变过程模拟、调查分析提供技术支撑；同时弥补了通过测试输送管道表面电阻的传统方式无法判定静电产生难易的不足，同时也克服了依靠静电电压探头随机探测测量含尘气流输送系统管道外表面电压值数值不准确的缺点，测量准确性更高，重现性更强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的法拉第筒的安装结构示意图。

其中：1、气流调节管道；2、气压平衡装置；3、除尘装置；4-1、第一电磁阀；4-2第二电磁阀；4-3、第三电磁阀；4-4、第四电磁阀；5、通风机；6、粉尘预混装置；7、温度控制装置；8、湿度控制装置；9、气体环境参数采集模块；10-1、第一防爆门；10-2、第二防爆门；11、自动阻爆装置；12、可变径接头；13、聚四氟乙烯材料接头；14、法拉第筒；15、系统接地装置；16、控制模块；17、静电荷采集模块；18、数据处理终端；19、连接管路；20、聚四氟材料绝缘垫片；21、连接螺孔；22、管路法兰；23、法拉第法兰；24、外筒；25、内筒；26、法拉第接线孔、27待测管道。

具体实施方式

如图1所示的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，该测试装置包括待测管道27以及与待测管道27首尾相接形成环形通道的气流调节管道1；所述待测管道27上安装有用于测试待测管道27壁面产生的静电荷的静电测试装置，所述静电测试装置包括套设在所述待测管道27外的法拉第筒14，法拉第筒14的内筒25与待测管道27的管壁之间设有间隙，法拉第筒14的内筒25中的静电计通过导电连接线与静电荷采集模块17连接；所述气流调节管道1上安装有用于模拟含尘气流工况的含尘气流调节装置，所述气流调节管道1和法拉第筒14上均设有安全防爆装置。

本实用新型通过含尘气流调节装置模拟不同类型的含尘气流温湿度、流动速度、粉尘浓度等工况参数以及输送工况，并实时准确测定含尘气流输送过程中冲击摩擦输送管道壁面所产生的静电荷，为含尘气体输送管网静电安全评判提供依据；通过测量不同输送工况时含尘气流与管道壁面摩擦所产生的静电荷，可为不同类型的含尘气流输送系统、特别是煤矿瓦斯抽放系统气流参数选择提供技术支撑；通过将法拉第筒14直接安装在输送含尘气流的管道外壁，直接测定粉尘冲击摩擦不同管道材料所产生静电荷，可为含尘气流输送管道材料的研发生产、含尘气流输送系统管道选择提供技术支撑；通过设置安全防爆装置，在爆炸初期探测到爆炸的信息后能自动地，及时地喷出消焰物质,抑制爆炸。

所述待测管道27的两端分别连接有一个连接管路19，所述连接管路19通过可变径接头与12气流调节管道1连接，所述连接管路19与气流调节管道1之间设有绝缘垫片20。整个测试管道为环状管路形式，待测管道27适应管道直径范围为63mm～1000mm；通过相适应的可变径接头12、连接管路19将待测管道27与气流调节管道1连接。

所述法拉第筒14的内筒25与待测管道27的外壁之间的间隙根据被测管道直径设置为10mm～200mm。如图2所示，所述法拉第筒14通过法兰连接的方式固定在连接管路19上；所述法拉第筒14的两端设有法拉第法兰23，所述待测管道27上设有与所述法拉第法兰(23、13)相配合的管路法兰22。管路法兰22和法拉第法兰(23、13)上设有相互配合的连接螺孔21，拆卸方便、强度高、密封性能好。

所述含尘气流调节装置包括用于采集气流调节管道1内的气流工况的气体环境参数采集模块9，以及分别与所述气流调节管道1连通的通风机5、温度控制装置7、湿度控制装置8、粉尘预混装置6、除尘装置3和气压平衡装置2。其中，通风机5用于提供动力，使含尘气体的流速，其调节范围为(0～50)m/s；温度控制装置7用于调节含尘气体的温度，其调节范围为(0～70)℃；湿度控制装置8用于调节含尘气体的湿度，其调节范围为(5～98)％；粉尘预混装置6用于调节含尘气体的粉尘浓度，其调节范围为(0～10000)mg/m3；气压平衡装置2用于调节环形通道内的气压；各含尘气流参数可任意组合，以模拟不同类型的含尘气流温湿度、流动速度、粉尘浓度等工况参数以及输送工况。测试结束后，关闭温度控制装置7、湿度控制装置8和粉尘预混装置6，将环形管道流速调节到30m/s，启动除尘装置3及对应电磁阀，对环形风道内进行净化处理。

所述安全防爆装置包括分别安装在连接管路19上的第一防爆门10-1、安装在所述气流调节管道1上的第二防爆门10-2以及分别安装在所述气流调节管道1的两端的自动阻爆装置11。

该测试装置还包括分别与所述静电荷采集模块17和气体环境参数采集模块9连接的数据处理终端18。当含尘气流参数达到设置试验条件后，开始通过静电荷采集模块17实时监测并读取测试管道样品表面静电荷数值，并经数据处理终端18进行显示、存储和处理，试验时间以监测到的静电荷稳定为止。气体环境参数采集模块9用于采集含尘气流工况参数，并将采集到的参数发送到数据处理终端18，以便于通过控制模块16控制通风机5、温度控制装置7、湿度控制装置8、粉尘预混装置6、除尘装置3和气压平衡装置2的启闭。

本申请可更为真实的模拟含尘气流输送管路系统、特别是煤矿瓦斯抽采系统在灾变环境下的静电安全性能，同时也可为静电所引发事故的灾变过程模拟、调查分析提供技术支撑；同时弥补了通过测试输送管道表面电阻的传统方式无法判定静电产生难易的不足，同时也克服了依靠静电电压探头随机探测测量含尘气流输送系统管道外表面电压值数值不准确的缺点，测量准确性更高，重现性更强。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，包括待测管道以及与待测管道首尾相接形成环形通道的气流调节管道；

所述待测管道上安装有用于测试待测管道壁面产生的静电荷的静电测试装置，所述静电测试装置包括套设在所述待测管道外的法拉第筒，法拉第筒的内筒与待测管道的管壁之间设有间隙，法拉第筒的内筒中的静电计通过导电连接线与静电荷采集模块连接；

所述气流调节管道上安装有用于模拟含尘气流工况的含尘气流调节装置，所述气流调节管道和法拉第筒上均设有安全防爆装置。

2.根据权利要求1所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，所述待测管道的两端分别连接有一个连接管路，所述连接管路通过可变径接头与气流调节管道连接，所述连接管路与气流调节管道之间设有绝缘垫片。

3.根据权利要求2所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，所述法拉第筒通过法兰连接的方式固定在连接管路上；所述法拉第筒的两端设有法拉第法兰，所述连接管路上设有与所述法拉第法兰相配合的管路法兰。

4.根据权利要求1所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，所述法拉第筒的内筒与待测管道的外壁之间的间隙根据被测管道直径设置为10mm～200mm可调。

5.根据权利要求1所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，所述含尘气流调节装置包括用于采集气流调节管道内的气流工况的气体环境参数采集模块，以及分别与所述气流调节管道连通的通风机、温度控制装置、湿度控制装置、粉尘预混装置、除尘装置和气压平衡装置。

6.根据权利要求1所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，所述安全防爆装置包括分别安装在连接管路上的第一防爆门。

7.根据权利要求6所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，所述安全防爆装置还包括安装在所述气流调节管道上的第二防爆门。

8.根据权利要求7所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，所述安全防爆装置还包括分别安装在所述气流调节管道的两端的自动阻爆装置。

9.根据权利要求5所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，该测试装置还包括分别与所述静电荷采集模块和气体环境参数采集模块连接的数据处理终端。

10.根据权利要求9所述的用于测试含尘气体输送管道壁面静电的模拟试验装置，其特征在于，所述数据处理终端通过控制模块控制通风机、温度控制装置、湿度控制装置、粉尘预混装置、除尘装置和气压平衡装置的启闭。

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