一种多参数影响下气体-粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种多参数影响下气体

【技术实现步骤摘要】
一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置


[0001]本专利技术创造属于石化企业安全领域，尤其是涉及一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置测试方法。

技术介绍

[0002]爆炸泄放作为一种有效的防护技术广泛应用于具有爆炸风险的容器和设备上。其本质是当爆炸发生导致压力积聚时安装在容器上的泄放装置优先于容器破裂，高温气体、火焰和压力波通过泄放口泄放至容器外部，避免爆炸压力达到容器爆破压力而发生整体破坏。随着工业的发展和社会的进步，爆炸事故变得愈加频繁且复杂，更多的是由气体和粉尘两种可燃性物质组成的复合爆炸。气固两相复合爆炸机理更加复杂且爆炸强度更大，带来的损失也更加严重。鉴于气固两相特殊的爆炸特性以及由此引发的爆炸事故对工业生产造成的威胁，应对两相复合爆炸特性开展相关研究并采取有效的防护措施，避免引发衍生事故灾害。
[0003]气体
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粉尘复合爆炸泄放过程涉及到多相态可燃物质燃烧、爆炸流场湍流流动和相间传热传质等耦合过程，与单相爆炸泄放过程相比更加复杂且危害性更大，使前人对其研究较少，更多是开展气体或煤尘单相爆炸泄放研究，这使得对气固两相复合爆炸的泄放防护缺乏相对完善的理论指导。爆炸泄放基础研究不完善导致无法揭示爆炸泄放机理及本质模型的建立，尚有的研究不能形成完善的理论。如何进行有效的气固两相复合爆炸泄放防护并建立准确的泄放准则，这需要掌握准确且详实的气固两相复合爆炸泄放特性，不同泄放条件下爆炸超压、火焰形态、火焰温度和火焰速度在泄放过程中的演变机制作为依据。同时，深入研究气体
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粉尘复合爆炸泄放过程中的基础问题，探究诸多参数包括泄放过程中压力、火焰、温度和气体/粉尘的泄放动力学特性，火焰泄放至外界空间未燃气体与粉尘相互作用引起二次爆炸的发生机理及其对泄放过程的影响规律，以及与单相可燃介质爆炸泄放的异同，对揭示气固两相复合爆炸泄放机理，从本质上发展多相爆炸泄放技术具有重要的理论和实际意义。
[0004]目前，多集中于气体或粉尘单相爆炸过程的泄放研究工作，主要关注于容器内部、外部压力变化规律以及爆炸火焰传播特性，初步明确了容器内部压力升高和泄放火焰诱导容器外部二次爆炸的机理。粉尘爆炸泄放具有与气体泄放相似特性，也具有其独特性，是一种包含诸多影响因素且耦合了湍流流动与多相态可燃介质振荡燃烧的复杂过程。两相复杂的燃烧过程必将导致其复杂的爆炸泄放特性，然而对于气体
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粉尘复合爆炸泄放特性的研究鲜有报道，缺少气固两相复合爆炸泄放的理论基础，特别是不同泄放条件下容器内外爆炸超压、火焰结构形态、火焰温度和火焰速度在泄放过程中的演变机制，以及火焰泄放至外流场后未燃气体与粉尘相互作用引起的二次爆炸发生机理及其对泄放过程的影响等。气固两相复合爆炸泄放基础研究的不完善导致无法揭示两相复合爆炸泄放机理及本质模型的建立。因此，本项目开展气固两相复合爆炸泄放特性研究具有重要的研究意义，在一定程度
上完善爆炸泄放理论，为气固两相爆炸泄放技术的研发提供科学思路和理论依据。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，包括：可视化爆炸系统、点火系统、供气系统、喷粉系统、泄爆系统、压力采集系统、温度采集系统、图像采集系统、纹影采集系统、油浴加热系统、同步控制器17、程序控制与数据采集系统18。
[0006]所述可视化爆炸系统由可视化爆炸容器1、容器端盖法兰2
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1和2
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2组成，并通过螺栓连接。可视化爆炸容器1为方形容器结构，其前后安装可视化视窗；可视化爆炸容器1上端安装容器端盖法兰2
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1，下端安装容器端盖法兰2
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2。容器端盖法兰2
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1上端安装真空压力表22
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2，监测可视化爆炸系统内部初始压力，并在其连接处安装球阀进行保护。可视化爆炸容器1左上侧连接球阀并与真空泵20相连，实现容器内部设定的真空度，进而调控起爆时的初始压力和喷粉压力。可视化爆炸容器1左下侧连接球阀并与压缩机21相连，进而实现起爆时不同初始压力，以及对爆炸后产物的吹扫，实现外界新鲜空气与容器内部产物的置换。
[0007]所述点火系统由点火电极4、可调高压点火器11、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成；点火电极4、可调高压点火器11、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18依次通过线路连接；点火电极4通过螺纹连接安装于可视化爆炸容器1左侧壁面中心位置，通过电极丝置于可视化爆炸容器1内部进行高压放电点火；通过调节电极丝长度可改变点火位置；通过可调高压点火器11控制点火能量；通过程序控制与数据采集系统18和同步控制器17实现点火电极4的开启与关闭。
[0008]所述供气系统由气瓶气源23
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1和23
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2，预混罐15和真空压力表22
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1组成。预混罐15顶部安装真空压力表22
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1测定其内部预混气体压力，通过道尔顿分压定律可配置容器内部所需预混气体的浓度。侧壁开有螺纹孔与气瓶气源23
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1、23
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2和喷粉系统相连。
[0009]所述喷粉系统由哈特曼喷粉装置3、单向阀16、电磁阀25、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18及管路组成。哈特曼喷粉装置3安装于容器端盖法兰2
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2上，通过管路与单向阀16和电磁阀25相连。电磁阀25通过球阀与预混罐15连接，粉尘置于哈特曼喷粉装置3的粉尘槽内部，通过电磁阀的开启与关闭，实现高压预混气体通过管路将粉尘槽内粉尘扬起并均匀弥散于可视化爆炸容器1内部，形成气固均匀分布的可燃爆炸混合介质。
[0010]所述泄爆系统由泄爆导管26、泄爆膜5、端面泄爆法兰6、可视化泄爆管道7
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1、7
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2和7
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3以及泄爆装置10组成。可视化爆炸容器1右侧开孔设置泄爆导管26，在泄爆导管26的端口安装泄爆膜5，并通过端面泄爆法兰6将其压紧。可视化泄爆管道可由第一可视化泄爆管道7
‑
1或第二可视化泄爆管道7
‑
2或第三可视化泄爆管道7
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3中的一个或多个通过螺栓连接组成，其具体长度根据实际试验需求选择安装；可视化泄爆管道的一侧端口安装有泄爆装置10。
[0011]所述压力采集系统由高频压力传感器8
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1~8
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8、同步控制器17和程序控制与数据采集系统18组成。高频压力传感器8
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1安装于容器端盖法兰2
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1上中心区域，采集泄爆过程中可视化爆炸容器1内部压力变化过程。高频压力传感器8
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2安装于泄爆导管26壁面上，采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于，包括：可视化爆炸系统、点火系统、供气系统、喷粉系统、泄爆系统、压力采集系统、温度采集系统、图像采集系统、纹影采集系统、油浴加热系统、同步控制器(17)、程序控制与数据采集系统(18)。2.根据权利要求1所述的一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于：所述可视化爆炸系统由可视化爆炸容器(1)、容器端盖法兰(2
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1、2
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2)组成，并通过螺栓连接；可视化爆炸容器(1)为方形容器结构，其前后安装可视化视窗；可视化爆炸容器(1)上端安装第一容器端盖法兰(2
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1)，下端安装第二容器端盖法兰(2
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2)；第一容器端盖法兰(2
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1)上端安装第二真空压力表(22
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2)，监测可视化爆炸系统内部初始压力，并在其连接处安装球阀进行保护；可视化爆炸容器(1)左上侧连接球阀并与真空泵(20)相连，实现容器内部设定的真空度，进而调控起爆时的初始压力和喷粉压力；可视化爆炸容器(1)左下侧连接球阀并与压缩机(21)相连，进而实现起爆时不同初始压力，以及对爆炸后产物的吹扫，实现外界新鲜空气与容器内部产物的置换。3.根据权利要求1所述的一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于：所述点火系统由点火电极(4)、可调高压点火器(11)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)组成；点火电极(4)、可调高压点火器(11)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)依次通过线路连接；点火电极(4)通过螺纹连接安装于可视化爆炸容器(1)左侧壁面中心位置，通过电极丝置于可视化爆炸容器(1)内部进行高压放电点火；通过调节电极丝长度可改变点火位置；通过可调高压点火器(11)控制点火能量；通过程序控制与数据采集系统(18)和同步控制器(17)实现点火电极(4)的开启与关闭。4.根据权利要求1所述的一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于：所述供气系统由气瓶气源(23
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1、23
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2)，预混罐(15)和第一真空压力表(22
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1)组成；预混罐(15)顶部安装第一真空压力表(22
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1)测定其内部预混气体压力，通过道尔顿分压定律可配置容器内部预混气体的浓度；侧壁开有螺纹孔与气瓶气源(23
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1、23
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2)和喷粉系统相连。5.根据权利要求1所述的一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于：所述喷粉系统由哈特曼喷粉装置(3)、单向阀(16)、电磁阀(25)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)及管路组成；哈特曼喷粉装置(3)安装于第二容器端盖法兰(2
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2)上，通过管路与单向阀(16)和电磁阀(25)相连；电磁阀(25)通过球阀与预混罐(15)连接，粉尘置于哈特曼喷粉装置(3)的粉尘槽内部，通过电磁阀的开启与关闭，高压预混气体通过管路将粉尘槽内粉尘扬起并均匀弥散于可视化爆炸容器(1)内部，形成气固均匀分布的可燃性混合爆炸介质。6.根据权利要求1所述的一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于：所述泄爆系统由泄爆导管(26)、泄爆膜(5)、端面泄爆法兰(6)、可视化泄爆管道(7
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1、7
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2、7
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3)以及泄爆装置(10)组成；可视化爆炸容器(1)右侧开孔设置泄爆导管(26)，在泄爆导管(26)的端口安装泄爆膜(5)，并通过端面泄爆法兰(6)压紧；可视化泄爆管道可由第一可视化泄爆管道(7
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1)或第二可视化泄爆管道(7
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2)或第三可视化泄爆管道(7
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3)中的一个或多个通过螺栓连接组成，其具体长度根据实际试验需求
选择安装；可视化泄爆管道的一侧端口安装有泄爆装置(10)。7.根据权利要求1所述的一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于：所述压力采集系统由高频压力传感器(8
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1~8
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8)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)组成；第一高频压力传感器(8
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1)安装于第一容器端盖法兰(2
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1)上中心区域，采集泄爆过程中可视化爆炸容器(1)内部压力随时间变化；第二高频压力传感器(8
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2)安装于泄爆导管(26)壁面上，采集泄爆过程中冲击波进入导管内部压力变化；第三高频压力传感器(8
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3)、第四高频压力传感器(8
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4)和第五高频压力传感器(8
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5)在泄爆口外部等间距安装，采集泄放火焰传播至外部开场空间以及安装泄爆装置后外部压力场分布变化；第六高频压力传感器(8
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6)、第七高频压力传感器(8
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7)和第八高频压力传感器(8
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8)安装于可视化泄爆管道(7
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1、7
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2、7
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3)的中心壁面上，采集火焰穿过泄爆管道后其内部压力分布变化。8.根据权利要求1所述的一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于：所述温度采集系统由高频温度热电偶(9
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1~9
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8)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)组成；第一高频温度热电偶(9
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1)安装于第一容器端盖法兰(2
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1)上中心区域，采集泄爆过程中可视化爆炸容器(1)内部火焰温度变化；第二高频温度热电偶(8
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2)安装于泄爆导管(26)壁面上，采集泄爆过程中火焰进入导管内部温度变化；第三高频温度热电偶(9
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3)、第四高频温度热电偶(9
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4)和第五高频温度热电偶(9
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5)在泄爆口外部等间距安装，采集泄放火焰传播至外部开场空间后温度分布，以及安装泄爆装置(10)后对外部温度场的影响；第六高频温度热电偶(9
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6)、第七高频温度热电偶(9
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7)和第八高频温度热电偶(9
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8)安装于可视化泄爆管道(7
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1、7
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2、7
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3)的中心壁面上，采集泄爆火焰在其内部传播过程中温度分布变化；同时，结合高速红外热成像仪(14)采集泄爆过程中可视化爆炸容器(1)和可视化泄爆管道(7
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1、7
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2和7
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3)内部以及外部温度场的分布变化。9.根据权利要求1所述的一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于：所述图像采集系统由高速摄像机(12)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18)组成；通过高速摄像采集系统可对可视化爆炸容器(1)、可视化泄爆管道(7
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1、7
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2、7
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3)，以及外部流场气体或气体/粉尘复合爆炸火焰演变及传播特性进行图像采集，同时对泄爆装置(10)是否阻火成功进行判断。10.根据权利要求1所述的一种多参数影响下气体
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粉尘复合爆炸泄放动力学特性及泄爆性能测试可视化装置，其特征在于：所述纹影采集系统由高速纹影仪(13)、同步控制器(17)和程序控制与数据采集系统(18...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹兴岩，黄睿，范龙涛，王志荣，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：