CN220270691U - 模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于高压易燃易爆型气体安全技术领域，公开了一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，压气瓶、高压储气罐、抽真空装置、受限实验箱体、温湿度控制器、数据采集仪、鼓风机、红外激光检测器和PLC控制器，受限实验箱体上设有视化玻璃视窗和通风窗、湿度喷射调节控制喷头，受限实验箱体内部设有加热元件、温度传感器、湿度传感器和气体浓度传感器。本实用新型适用于模拟受限空间内高压易燃易爆性气体泄漏后在不同工况条件下的扩散行为，可以随时调整受限实验箱体内的模拟环境以满足试验需求。

Description

模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置

技术领域

本实用新型属于高压易燃易爆型气体安全技术领域，涉及一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置。

背景技术

目前化工园区生产的易燃易爆危险性气体，在生产、储运、加注以及使用的过程通常是通过高压形式进行存储和运输，在这一过程中由于高压气体本身的性质，极易发生意外泄漏进而引发火灾爆炸事故，例如氢气储罐由于氢脆问题容易发生泄漏。高压气体在运输和使用过程中如发生泄漏，在受限空间内遇通风限制，易在局部区域形成燃爆危险区域，遇外界点火源易发生燃烧或爆炸事故，严重制约着高压气体的使用及推广。因此，及时的消释受限空间内高压气体的扩散积聚，对预防高压气体燃爆灾害以及高压气体安全利用等具有重要现实意义。

例如申请公布号为CN113624405A的中国发明专利，公开了一种受限空间内氢气泄漏扩散试验装置，包括高压气瓶、开关阀、输气管路、稳压阀、压力表、质量流量控制器、喷嘴、受限空间模型、气体浓度传感器、数据采集仪等，该装置虽然可以用于研究不同泄漏速率、不同泄漏口大小、不同泄漏位置、不同泄漏方向等因素对受限空间内氢气泄漏扩散特性和规律的影响，但是在试验前期没有设置检验输气管路气密性的装置，受限空间模型内的模拟环境也不能随时调整以满足试验需求，因此该装置进行泄漏扩散试验时模拟条件会受到限制，测试精确度会受到影响。

实用新型内容

本实用新型的目的，是要提供一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，以提高测试精度，进行泄漏扩散试验时能够满足不同的模拟条件。

本实用新型为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，它包括高压气瓶、高压储气罐、抽真空装置、受限实验箱体、温湿度控制器、数据采集仪、鼓风机、红外激光检测器和PLC控制器；

所述高压气瓶的出气口通过第一气体输出管路与高压储气罐的进气口连接，高压气瓶的出气口设有第一控制阀，第一气体输出管路上设有第一压力传感器；所述高压储气罐的出气口通过第二气体输出管路与高压气动球阀组的进气口连接，第二气体输出管路通过抽真空管路与抽真空装置连接，抽真空管路上设有第三压力传感器和安全阀；所述高压气动球阀组的出气口与气体输入管路连接，气体输入管路的另一端设有气体喷射控制喷头并穿过受限实验箱体底部的进气口延伸至受限实验箱体的内部，气体输入管路上设有第二控制阀、气体调节阀、气体转子流量计和第二压力传感器；

所述受限实验箱体的侧壁设有可视化玻璃视窗和通风窗，受限实验箱体的顶部内侧设有湿度喷射调节控制喷头，受限实验箱体内部设有加热元件、温度传感器、湿度传感器和气体浓度传感器，气体浓度传感器通过电缆连接形成传感器网络，受限实验箱体的底部设有进风口，进风口通过送风管路与鼓风机的出气口连接；

所述抽真空装置、温湿度控制器、数据采集仪、鼓风机、红外激光检测器、第一控制阀、第二控制阀、高压气动球阀组、安全阀、气体调节阀、气体转子流量计、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、气体喷射控制喷头、温度传感器、湿度传感器和气体浓度传感器均与PLC控制器通信连接；所述湿度喷射调节控制喷头和加热元件均与温湿度控制器通信连接；温度传感器、湿度传感器、气体浓度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器均与数据采集仪通信连接。

作为限定，它还包括气体防爆箱，所述受限实验箱体的出气口与气体防爆箱的进气口连接。

作为第二种限定，所述抽真空装置包括用于抽真空的真空泵和用于缓冲的缓冲瓶，真空泵通过管路与缓冲瓶连接，缓冲瓶通过抽真空管路与第二气体输出管路连接；所述真空泵与PLC控制器通信连接。

作为第三种限定，所述高压气动球阀组包括N，1≤N≤5个高压气动球阀；

当N＝1时，高压气动球阀的进气口与第二气体输出管路连接，高压气动球阀的出气口与气体输入管路连接；

当2≤N≤5时，高压气动球阀并列设置，高压气动球阀的进气口均与第二气体输出管路连接，高压气动球阀的出气口均与气体输入管路连接；

所述高压气动球阀与PLC控制器通信连接。

作为进一步限定，每个所述高压气动球阀的两端分别设有第三控制阀和第四控制阀，高压气动球阀的进气口通过第三控制阀与第二气体输出管路连接，高压气动球阀的出气口通过第四控制阀与气体输入管路连接，第三控制阀和第四控制阀均与PLC控制器通信连接。

作为第四种限定，所述加热元件为电热丝。

作为第五种限定，所述受限实验箱体底部设有带有滚轮的可移动支架。

作为第六种限定，所述受限实验箱体顶部内侧还设有纳米吸收材料控制喷头，纳米吸收材料控制喷头均与PLC控制器通信连接。

本实用新型由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

(1)本实用新型通过高压气瓶、高压储气罐、抽真空装置能够检验输气管路的气密性，提高测试精度，通过温湿度控制器、数据采集仪和鼓风机等，可以随时调整受限空间模型内的模拟环境以满足试验需求；

(2)本实用新型通过气体浓度传感器可以对释放到受限实验箱体内各布点的高压易燃易爆性气体浓度进行检测，用来检测气体在受限实验箱体内的运移规律，开启通风窗后，可以进一步记录通风后各布点的气体浓度；

(3)本实用新型用于模拟高压易燃易爆型气体产生的泄漏扩散行为，掌握不同工况条件下实验箱内可燃气体的扩散运移规律，对于后期预防和治理高压易燃易爆型气体在受限空间内泄漏后产生的积聚行为提供了必要的前提条件。

本实用新型适用于模拟受限空间内高压易燃易爆性气体泄漏后在不同工况条件下的扩散行为，对及时的消释受限空间内高压气体的扩散积聚，预防高压气体燃爆灾害以及高压气体安全利用等具有重要现实意义。

附图说明

图1所示为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2所示为本实用新型实施例2的结构示意图；

图3所示为本实用新型实施例3的结构示意图；

图中：1、高压气瓶；2、第一气体输出管路；3、高压储气罐；4、第二气体输出管路；5、抽真空管路；6、气体输入管路；7、气体喷射控制喷头；8、受限实验箱体；9、第一控制阀；10、第一压力传感器；11、第二控制阀；12、气体调节阀；13、气体转子流量计；14、第二压力传感器；15、高压气动球阀；16、第三控制阀；17、第四控制阀；18、第三压力传感器；19、安全阀；20、可视化玻璃视窗；21、通风窗；22、湿度喷射调节控制喷头；23、温度传感器；24、湿度传感器；25、气体浓度传感器；26、送风管路；27、鼓风机；28、可移动支架；29、数据采集仪；30、气体防爆箱；31、纳米吸收材料控制喷头，32、真空泵；33、缓冲瓶；34、温湿度控制器。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

实施例1一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置

如图1所示，本实施例为一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，包括高压气瓶1、高压储气罐3、抽真空装置、受限实验箱体8、温湿度控制器34、数据采集仪29、鼓风机27、红外激光检测器和PLC控制器。

高压气瓶1的出气口通过第一气体输出管路2与高压储气罐3的进气口连接，高压储气罐3的出气口通过第二气体输出管路4与高压气动球阀组的进气口连接，第二气体输出管路4通过抽真空管路5与抽真空装置连接，高压气动球阀组的出气口与气体输入管路6连接，气体输入管路6的另一端设有气体喷射控制喷头7并穿过受限实验箱体8底部的进气口延伸至受限实验箱体8的内部。其中，高压气瓶1的出气口处设有第一控制阀9，第一气体输出管路2上设有第一压力传感器10；气体输入管路6上设有第二控制阀11、气体调节阀12、气体转子流量计13和第二压力传感器14；抽真空管路5上设有第三压力传感器18和安全阀19。

如图1所示，本实施例中高压气瓶1设置有两个，高压气瓶1均为氢气气瓶，两个高压气瓶1的出气口处均设有第一控制阀9。

高压气动球阀组包括五个并列设置的高压气动球阀15，每个高压气动球阀15的两端分别设有第三控制阀16和第四控制阀17，每个高压气动球阀15的进气口通过对应的第三控制阀16均与第二气体输出管路4连接，每个高压气动球阀15的出气口通过对应的第四控制阀17均与气体输入管路6连接。通过设置多组高压气动球阀15能够实现分段控制，防止气体输送时管路内部的泄漏，使实验操作过程中安全性得到保障。

抽真空装置包括用于抽真空的真空泵32和用于缓冲的缓冲瓶33，真空泵32通过管路与缓冲瓶33连接，缓冲瓶33通过抽真空管路5与第二气体输出管路4连接。

本实施例中，受限实验箱体8的侧壁设有可视化玻璃视窗20和通风窗21，受限实验箱体8的顶部内侧设有湿度喷射调节控制喷头22，受限实验箱体8内部设有加热元件、温度传感器23、湿度传感器24和气体浓度传感器25。其中，加热元件为电热丝，气体浓度传感器25通过电缆连接形成传感器网络，受限实验箱体8的底部设有进风口，进风口通过送风管路26与鼓风机27的出气口连接，受限实验箱体8底部设有带有滚轮的可移动支架28。

本实施例中，真空泵32、温湿度控制器34、数据采集仪29、鼓风机27、红外激光检测器、第一控制阀9、第二控制阀11、高压气动球阀15、第三控制阀16、第四控制阀17、安全阀19、气体调节阀12、气体转子流量计13、第一压力传感器10、第二压力传感器14、第三压力传感器18、气体喷射控制喷头7、温度传感器23、湿度传感器24和气体浓度传感器25均与PLC控制器通信连接，由PLC控制器根据设定程序控制。湿度喷射调节控制喷头22和加热元件均与温湿度控制器34通信连接。温度传感器23、湿度传感器24、气体浓度传感器25、第一压力传感器10、第二压力传感器14和第三压力传感器18均与数据采集仪29通信连接。

其中，本实施例的受限实验箱体8为矩形箱体，长为160cm，宽为150cm，高度为120cm，受限实验箱体8的材质为加厚型不锈钢，承压1Mpa，可以防止冲击压力过大导致受限实验箱体8破裂；可视化玻璃视窗20为光学可视窗，材质为蓝宝石，用于观测高压气体泄漏时激波的传播特性以及激波的结构演化规律；通风窗21可以采用不同大小和不同位置，用于模拟受限实验箱体8内不同开口大小和不同位置的通风窗21对高压气体扩散到受限实验箱体8的影响程度；湿度喷射调节控制喷头22通过软管与外部储水罐连接，用于调节受限实验箱体8内的湿度。

本实施例中，高压气动球阀组包括五个并列设置的高压气动球阀15，实际应用中，高压气动球阀15个数可以根据情况调整。

本实施例的工作过程为：

步骤a、在试验开始前，PLC控制器关闭气体喷射控制喷头7和第一控制阀9，开启真空泵32、安全阀19、第三压力传感器18、第一压力传感器10、第三控制阀16、高压气动球阀15、第四控制阀17、第二控制阀11、气体调节阀12、气体转子流量计13和第二压力传感器14，利用真空泵32以及缓冲瓶33对整套管路和高压储气罐3抽离真空；

完成抽真空后进行气密性检查，PLC控制器关闭安全阀19、真空泵32，开启第一控制阀9和数据采集仪29，使得高压气瓶1中的气体通向第一气体输出管路2，流经第一压力传感器10和高压储气罐3，随后通过第三控制阀16、高压气动球阀15、第四控制阀17、第二控制阀11、气体调节阀12、第二压力传感器14和气体转子流量计13，通过对比观察第一压力传感器10和第二压力传感器14的实时数据用来检测和判定管路的气密性；

步骤b、检查气密性后，调节和记录受限实验箱体8中的环境参数，首先PLC控制器开启温度传感器23和湿度传感器24，PLC控制器接收温度和湿度数据后控制温湿度控制器34通过湿度喷射调节控制喷头22、加热元件对受限实验箱体8内的温度、湿度进行调节，并通过鼓风机27进一步调节，直至调到需要的温度和湿度；

如受限实验箱体8内的湿度较小，则温湿度控制器34开启湿度喷射调节控制喷头22增加受限实验箱体8内的湿度，湿度较大，则开启加热元件升高温度降低受限实验箱体8内的湿度；如受限实验箱体8内的温度较低，则开启加热元件升高受限实验箱体8内的温度，温度较高，则PLC控制器开启鼓风机27通过送风管路26向受限实验箱体8内通风，对受限实验箱体8内的热量进行调节等；

步骤c、根据试验需求调整好受限实验箱体8内的环境后，开始试验，首先PLC控制器继续关闭安全阀19，开启第一控制阀9和数据采集仪29，使得高压气瓶1中的气体通向第一气体输出管路2，流经第一压力传感器10和高压储气罐3，通过第一压力传感器10测量高压储气罐3内气体的压力，随后通过第三控制阀16、高压气动球阀15、第四控制阀17、第二控制阀11、气体调节阀12、第二压力传感器14和气体转子流量计13，通过气体调节阀12、第二压力传感器14和气体转子流量计13控制进入受限实验箱体8内气体的流量和压力；

步骤d、PLC控制器开启高气体浓度传感器25、数据采集仪29、红外激光检测器，然后打开气体喷射控制喷头7，当气体经气体转子流量计13通过气体喷射控制喷头7向受限实验箱体8内释放高压气体后，红外激光检测器通过可视化玻璃视窗20观测气体喷射控制喷头7在喷射瞬间的激波的演变规律发送至数据采集仪29，气体浓度传感器25对释放到受限实验箱体8内各布点的气体浓度进行检测发送至数据采集仪29，用来研究高压危险性气体在受限实验箱体8内的运移规律；

步骤e、开启通风窗21，重复上述步骤c、d，进一步记录通风后受限实验箱体8各布点的气体浓度；

步骤f、开启鼓风机27，重复上述步骤c、d、e，对受限实验箱体8内的气体进行稀释，记录受限实验箱体8各布点的气体浓度变化规律。

实施例2一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置

如图2所示，本实施例为一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其与实施例1在结构上的区别仅在于：还包括气体防爆箱30，受限实验箱体8的出气口与气体防爆箱30的进气口连接。

其中，气体防爆箱30从材质上可以分为不锈钢材质、钢板材质、铸铝合金材质等。若在试验过程中，受限实验箱体8内的压力超过设定值，则可以借助气体防爆箱30进行泄爆。

实施例3一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置

如图3所示，本实施例为一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其与实施例2在结构上的区别仅在于：受限实验箱体8的顶部内侧还设有纳米吸收材料控制喷头31，纳米吸收材料控制喷头均与PLC控制器通信连接，纳米吸收材料控制喷头31通过软管与外部纳米吸收材料储存罐连接。

其中，纳米吸收材料包括纳米石墨烯，纳米氧化锌，磁性吸附材料如纳米铁粉，纳米四氧化三铁等。当试验结束后，可以通过纳米吸收材料控制喷头31向受限实验箱体8内喷射纳米吸收材料，对受限实验箱体8内的气体进行吸收。

需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其特征在于，它包括高压气瓶、高压储气罐、抽真空装置、受限实验箱体、温湿度控制器、数据采集仪、鼓风机、红外激光检测器和PLC控制器；

所述高压气瓶的出气口通过第一气体输出管路与高压储气罐的进气口连接，高压气瓶的出气口设有第一控制阀，第一气体输出管路上设有第一压力传感器；所述高压储气罐的出气口通过第二气体输出管路与高压气动球阀组的进气口连接，第二气体输出管路通过抽真空管路与抽真空装置连接，抽真空管路上设有第三压力传感器和安全阀；所述高压气动球阀组的出气口与气体输入管路连接，气体输入管路的另一端设有气体喷射控制喷头并穿过受限实验箱体底部的进气口延伸至受限实验箱体的内部，气体输入管路上设有第二控制阀、气体调节阀、气体转子流量计和第二压力传感器；

所述受限实验箱体的侧壁设有可视化玻璃视窗和通风窗，受限实验箱体的顶部内侧设有湿度喷射调节控制喷头，受限实验箱体内部设有加热元件、温度传感器、湿度传感器和气体浓度传感器，气体浓度传感器通过电缆连接形成传感器网络，受限实验箱体的底部设有进风口，进风口通过送风管路与鼓风机的出气口连接；

所述抽真空装置、温湿度控制器、数据采集仪、鼓风机、红外激光检测器、第一控制阀、第二控制阀、高压气动球阀组、安全阀、气体调节阀、气体转子流量计、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、气体喷射控制喷头、温度传感器、湿度传感器和气体浓度传感器均与PLC控制器通信连接；所述湿度喷射调节控制喷头和加热元件均与温湿度控制器通信连接；温度传感器、湿度传感器、气体浓度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器均与数据采集仪通信连接。

2.根据权利要求1所述的模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其特征在于，它还包括气体防爆箱，所述受限实验箱体的出气口与气体防爆箱的进气口连接。

3.根据权利要求1或2所述的模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其特征在于，所述抽真空装置包括用于抽真空的真空泵和用于缓冲的缓冲瓶，真空泵通过管路与缓冲瓶连接，缓冲瓶通过抽真空管路与第二气体输出管路连接；所述真空泵与PLC控制器通信连接。

4.根据权利要求1或2所述的模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其特征在于，所述高压气动球阀组包括N，1≤N≤5个高压气动球阀；

当N＝1时，高压气动球阀的进气口与第二气体输出管路连接，高压气动球阀的出气口与气体输入管路连接；

当2≤N≤5时，高压气动球阀并列设置，高压气动球阀的进气口均与第二气体输出管路连接，高压气动球阀的出气口均与气体输入管路连接；

所述高压气动球阀与PLC控制器通信连接。

5.根据权利要求4所述的模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其特征在于，每个所述高压气动球阀的两端分别设有第三控制阀和第四控制阀，高压气动球阀的进气口通过第三控制阀与第二气体输出管路连接，高压气动球阀的出气口通过第四控制阀与气体输入管路连接；第三控制阀和第四控制阀均与PLC控制器通信连接。

6.根据权利要求1或2所述的模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其特征在于，所述加热元件为电热丝。

7.根据权利要求1或2所述的模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其特征在于，所述受限实验箱体底部设有带有滚轮的可移动支架。

8.根据权利要求1或2所述的模拟高压气体泄漏扩散的实验测试装置，其特征在于，所述受限实验箱体顶部内侧还设有纳米吸收材料控制喷头，纳米吸收材料控制喷头均与PLC控制器通信连接。