專利名稱：開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃實驗方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)現(xiàn)場氣體爆燃測試技術(shù)，是一種開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃
的實驗裝置和使用方法。
背景技術(shù)：
氣云爆燃是工業(yè)現(xiàn)場普遍存在的一種現(xiàn)象。至今，國內(nèi)外學(xué)者專家對氣云爆燃進行了大量的研究，在氣體爆燃機理及實驗研究兩個方面都取得了一定成果。在開敞空間無約束氣云爆燃實驗研究方面，國外學(xué)者DavidC Bull，Hunghes K J等進行了球形、半球形和圓盤形氣云爆燃實驗，國內(nèi)研究者丁信偉、畢明樹等在1999年進行了開敞空間可燃氣云爆燃的實驗，楊國剛于2003年進行了燃料濃度對開敞空間氣云爆炸的實驗研究。上述爆燃實驗的蒸氣云均為理想形狀，如球形、半球形，且可燃氣云都為均勻混合，不存在濃度梯度。
在開敞空間條件下，如天然氣管道泄漏、井噴失控后大量天然氣從井口噴出所形成的氣云沒有均勻混合，而且爆燃的效果與點火所在的濃度區(qū)域有著密切的關(guān)系，所以上述實驗的氣云裝置與開敞空間可燃性氣云形狀不相符合，不能真實反映開敞空間存在濃度梯度下的爆燃效果，實驗結(jié)果存在較大的誤差。目前尚未有專用于開敞空間存在濃度梯度爆燃的實驗裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種測試不同濃度梯度可燃氣云爆燃的開敞空間存在濃度
梯度氣云爆燃的實驗方法及裝置。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 —種開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗方法，包括以下步驟
將圓形梯度板上由內(nèi)而外覆蓋兩層以上的半球薄膜；
將每層薄膜之間的空氣抽走； 向梯度板與薄膜以及每兩層薄膜之間注入不同濃度的預(yù)混氣云；
在任意濃度的預(yù)混氣云濃度區(qū)域點火引爆； 同時采集壓力變送器的電信號輸送到計算機比較得到爆燃的壓力變化曲線。
所述的不同濃度是薄膜最內(nèi)層注入14%預(yù)混甲烷氣云，向外每層之間濃度為1_3%遞減。 根據(jù)上述方法提供的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，由供氣系統(tǒng)1、濃度梯度控制器2、壓力變送器3、數(shù)據(jù)采集器4、計算機5、點火裝置6組成，供氣系統(tǒng)1與濃度梯度控制器2之間通過輸氣管線相連，壓力變送器3、數(shù)據(jù)采集器4和計算機5之間通過電纜串聯(lián)聯(lián)接，點火裝置6連接濃度梯度控制器2上的點火點，濃度梯度控制器2由梯度板21、氣體注入口 24、薄膜22組成，梯度板21上有兩個以上的環(huán)形凹槽23，每個環(huán)形凹槽23沿邊緣貼有薄膜22，薄膜22覆蓋在每個圓環(huán)上方，梯度板21上中心圓環(huán)和每兩環(huán)形凹槽23之間開有氣體注入口，并安裝有壓力變送器3和點火點。
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所述的點火裝置6由蓄電池61、點火線圈觸發(fā)開關(guān)62、點火線圈63、點火點選取控制開關(guān)64和一個以上的點火點65組成，蓄電池61、點火線圈觸發(fā)開關(guān)62與點火線圈63組成串聯(lián)電路，點火線圈觸發(fā)開關(guān)62控制點火線圈63的通與斷電，點火線圈63與點火點選取控制開關(guān)64串聯(lián)聯(lián)接，點火點選取控制開關(guān)64控制一個以上的點火點，點火點與電路通過或門聯(lián)接。所述的壓力變送器3量程為-5 10kPa，精度為0. 2 % ，滿量程輸出為4mA至20mA。
所述的供氣系統(tǒng)1是由計量泵、流量計、氣瓶組成，負責(zé)提供可燃氣體。
所述的聚乙烯薄膜22為聚乙烯薄膜。 所述的數(shù)據(jù)采集器4與壓力變送器3之間通過屏蔽線相連。 所述的梯度板2直徑為0. 5-1米，每個環(huán)形凹槽的半徑差為0. 1-0. 3米。 聚乙烯薄膜厚度為0. 02mm。 壓力變送器3與數(shù)據(jù)采集器4通過雙芯屏蔽線相連。
數(shù)據(jù)采集器4與計算機5之間采用八通道數(shù)據(jù)線相連。 本發(fā)明所形成的蒸氣云具有濃度梯度等級，更為接近開敞空間蒸氣云，可以在不
同濃度區(qū)域進行點火，通過數(shù)據(jù)采集分析其區(qū)別，更符合真實蒸氣云爆燃。 本發(fā)明能夠形成具有濃度梯度的可燃性氣云模型，模擬開敞空間可燃氣云形狀，
并且可以在氣云的不同濃度區(qū)域進行點火引爆，較為真實的模擬開敞空間氣云爆燃現(xiàn)象。
通過對比不同濃度區(qū)域進行點火引爆的結(jié)果，可以為天然氣管道泄漏、井噴失控后所形成
的開敞空間氣云點火等工程問題提供指導(dǎo)和實驗依據(jù)。 開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置和實驗方法。利用該實驗裝置及方法可以模擬開敞空間氣云存在濃度梯度的特性，濃度梯度可以達到到五級，而且能夠獲得在不同濃度區(qū)域進行點火所產(chǎn)生爆燃超壓值的結(jié)果，模擬真實開敞空間氣云爆燃的結(jié)果。


圖1是發(fā)明的實驗裝置整體布局示意 圖2是發(fā)明實驗裝置中濃度梯度控制器結(jié)構(gòu)示意 圖3是發(fā)明實驗裝置中濃度梯度控制器俯視 圖4是發(fā)明實驗裝置中點火裝置點電路圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖詳細說明本法明。
本發(fā)明開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗方法包括以下步驟將圓形梯度板
上由內(nèi)而外覆蓋多層薄膜，將每層薄膜之間的空氣抽走，再向梯度板與薄膜以及每兩層薄
膜之間注入不同濃度的預(yù)混氣云，在某一濃度的預(yù)混氣云點火濃度區(qū)域點火點點火引爆，
由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將壓力變送器的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號輸送到計算機記錄并比較。
所述的不同濃度是薄膜最內(nèi)層注入14%預(yù)混甲烷氣云，向外每層之間濃度為
1_2%遞減。 根據(jù)上述方法提供的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，由供氣系統(tǒng)1、濃度梯度控制器2、壓力變送器3、數(shù)據(jù)采集器4、計算機5、點火裝置6組成，供氣系統(tǒng)1與濃度梯度控制器2之間通過輸氣管線相連，壓力變送器3、數(shù)據(jù)采集器4和計算機5之間通過電纜串聯(lián)聯(lián)接，點火裝置6連接濃度梯度控制器2上的點火點，濃度梯度控制器2由梯度板21、氣體注入口 24、薄膜22組成，梯度板21上有兩個以上的環(huán)形凹槽23，每個環(huán)形凹槽23沿邊緣貼有薄膜22，薄膜22覆蓋在每個圓環(huán)上方，梯度板21上中心圓環(huán)和每兩環(huán)形凹槽23之間開有氣體注入口，并安裝有壓力變送器3和點火點。 所述的點火裝置6由蓄電池61、點火線圈觸發(fā)開關(guān)62、點火線圈63、點火點選取控制開關(guān)64和一個以上的點火點65組成，蓄電池61、點火線圈觸發(fā)開關(guān)62與點火線圈63組成串聯(lián)電路，點火線圈觸發(fā)開關(guān)62控制點火線圈63的通與斷電，點火線圈63與點火點選取控制開關(guān)64串聯(lián)聯(lián)接，點火點選取控制開關(guān)64控制一個以上的點火點，點火點與電路通過或門聯(lián)接。 所述的壓力變送器3量程為-5 10kPa，精度為0. 2 % ，滿量程輸出為4mA至20mA。
所述的供氣系統(tǒng)1是由計量泵、流量計、氣瓶組成，負責(zé)提供可燃氣體。
所述的聚乙烯薄膜22為聚乙烯薄膜。 所述的數(shù)據(jù)采集器4與壓力變送器3之間通過屏蔽線相連。
所述的梯度板2直徑為1米，每個環(huán)形凹槽的半徑差為0. 2米。
聚乙烯薄膜厚度為0. 02mm。 壓力變送器3與數(shù)據(jù)采集器4通過雙芯屏蔽線相連。
數(shù)據(jù)采集器4與計算機5之間采用八通道數(shù)據(jù)線相連。 附圖中1供氣系統(tǒng)，2濃度梯度控制器，3壓力變送器，4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，5計算機，6點火裝置，21濃度梯度控制板，22聚乙烯薄膜，23凹槽，24氣體注入口 1， 25氣體注入口2，26氣體注入口 3，27氣體注入口 4，28氣體注入口 5，61蓄電池，62點火線圈觸發(fā)開關(guān)，63點火線圈，64點火點選取控制開關(guān)，65點火點1，66點火點2，67點火點3，68點火點4，69點火點5。 參見圖l，本發(fā)明所提供的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃實驗裝置由1供氣系統(tǒng)，2濃度梯度控制器，3壓力變送器，4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，5計算機，6點火裝置組成。
圖2、3中，濃度梯度控制器2由21濃度梯度控制板，22聚乙烯薄膜，23凹槽，24氣體注入口 1，25氣體注入口 2，26氣體注入口 3，27氣體注入口 4，28氣體注入口 5組成。參見圖1和圖2，供氣系統(tǒng)1與濃度梯度控制板21上的五個氣體注入口之間通過輸氣管線相連，五個氣體注入口分別布置在濃度梯度控制板21最內(nèi)層凹槽23內(nèi)和每兩個環(huán)形凹槽23之間；每個聚乙烯薄膜22下邊緣分別緊貼在對應(yīng)凹槽23內(nèi)；五個點火點安裝在濃度梯度控制板21上每兩個凹槽23之間；壓力變送器3安置于濃度梯度控制板21上每兩個凹槽23之間，壓力變送器3與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4通過屏蔽線相連，壓力變送器3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4與計算機5組成串聯(lián)電路。 圖4中，點火裝置6由61蓄電池，62點火線圈觸發(fā)開關(guān)，63點火線圈，64點火點選取控制開關(guān)，65點火點1，66點火點2，67點火點3，68點火點4，69點火點5組成。蓄電池61、點火線圈觸發(fā)開關(guān)62與點火線圈63組成串聯(lián)電路，點火線圈觸發(fā)開關(guān)62控制點火線圈63的通與斷電；點火線圈63與點火點選取控制開關(guān)64串聯(lián)聯(lián)接，點火點選取控制開關(guān)64控制五個點火點，五個點火點與電路通過或門聯(lián)接。 取濃度梯度控制板直徑為1米，五個環(huán)形凹槽的半徑從內(nèi)到外依次為0. 2米，O. 4米，O. 6米，0. 8米，1. 0米；取聚乙烯薄膜厚度為O. 02mm，每個聚乙烯薄膜下邊緣半徑與對應(yīng)凹槽半徑相同；由供氣系統(tǒng)1通過五個氣體注入口分別向最內(nèi)層及每兩層聚乙烯薄膜之間注入濃度為14% ， 12% ， 10% ， 8% ， 5%的預(yù)混甲烷氣云，所形成氣云為具有五級濃度梯度的甲烷氣云，根據(jù)具體氣云形狀可以不讓預(yù)混甲烷氣云充滿密閉空間，控制不同充滿飽和率使氣云更真實反映開敞空間氣云形狀。取點火濃度區(qū)域為8%，撥動點火點選取控制開關(guān)64選擇點火點3進行點火引爆；最后由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4將壓力變送器3傳來的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號輸送到計算機5進行處理分析，得到的壓力變化曲線為甲烷氣云半徑1米，點火點在8%區(qū)域發(fā)生爆燃的結(jié)果。 開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗方法如下將五個底部半徑分別與濃度梯度控制板21上五個環(huán)形凹槽23相同的聚乙烯薄膜22下邊緣粘貼在環(huán)形凹槽23內(nèi)，并排除兩層聚乙烯薄膜22之間的空氣；然后根據(jù)濃度梯度要求分別由供氣系統(tǒng)l向每兩層聚乙烯薄膜22之間及最內(nèi)層注入不同濃度的預(yù)混氣云，形成具有五級濃度梯度的可燃氣云；確定好點火濃度區(qū)域后，撥動點火點選取控制開關(guān)64進行點火引爆；最后由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4將壓力變送器3傳來的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號輸送到計算機5進行處理。
權(quán)利要求
一種開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗方法，其特征在于包括以下步驟將圓形梯度板上由內(nèi)而外覆蓋兩層以上的半球薄膜，將每層薄膜之間的空氣抽走，向梯度板與薄膜以及每兩層薄膜之間注入不同濃度的預(yù)混氣云，在任意濃度的預(yù)混氣云濃度區(qū)域點火引爆，同時采集壓力變送器的電信號輸送到計算機比較得到爆燃的壓力變化曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗方法，其特征在于不同濃度是薄膜最內(nèi)層注入14%預(yù)混甲烷氣云，向外每層之間濃度為1_3%遞減。
3. 根據(jù)上述方法提供的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，其特征在于由供 氣系統(tǒng)(D、濃度梯度控制器(2)、壓力變送器(3)、數(shù)據(jù)采集器(4)、計算機(5)、點火裝置 (6)組成，供氣系統(tǒng)(1)與濃度梯度控制器(2)之間通過輸氣管線相連，壓力變送器(3)、數(shù) 據(jù)采集器(4)和計算機(5)之間通過電纜串聯(lián)聯(lián)接，點火裝置(6)連接濃度梯度控制器(2) 上的點火點，濃度梯度控制器(2)由梯度板(21)、氣體注入口 (24)、薄膜(22)組成，梯度板 (21)上有兩個以上的環(huán)形凹槽(23)，每個環(huán)形凹槽(23)沿邊緣貼有薄膜(22)，薄膜(22) 覆蓋在每個圓環(huán)上方，梯度板(21)上中心圓環(huán)和每兩環(huán)形凹槽(23)之間開有氣體注入口， 并安裝有壓力變送器(3)和點火點。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，其特征在于 點火裝置(6)由蓄電池(61)、點火線圈觸發(fā)開關(guān)(62)、點火線圈(63)、點火點選取控制開 關(guān)(64)和一個以上的點火點(65)組成，蓄電池(61)、點火線圈觸發(fā)開關(guān)(62)與點火線 圈(63)組成串聯(lián)電路，點火線圈觸發(fā)開關(guān)(62)控制點火線圈(63)的通與斷電，點火線圈 (63)與點火點選取控制開關(guān)(64)串聯(lián)聯(lián)接，點火點選取控制開關(guān)(64)控制一個以上的點 火點，點火點與電路通過或門聯(lián)接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，其特征在于壓 力變送器(3)量程為-5 10kPa，精度為0. 2%，滿量程輸出為4mA至20mA。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，其特征在于供 氣系統(tǒng)(1)是由計量泵、流量計、氣瓶組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，其特征在于薄 膜(22)為聚乙烯薄膜，聚乙烯薄膜厚度為0.02mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，其特征在于數(shù) 據(jù)采集器(4)與壓力變送器(3)之間通過屏蔽線相連。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，其特征在于梯 度板(21)直徑為0. 5-2米，每個環(huán)形凹槽的半徑差為0. 1-0. 3米。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗裝置，其特征在于 壓力變送器(3)與數(shù)據(jù)采集器(4)通過雙芯屏蔽線相連；數(shù)據(jù)采集器(4)與計算機(5)之 間采用八通道數(shù)據(jù)線相連。
全文摘要
本發(fā)明是氣體爆燃測試技術(shù)使用的開敞空間存在濃度梯度氣云爆燃的實驗方法和裝置，步驟是將圓形梯度板上由內(nèi)而外覆蓋兩層以上的半球薄膜，將每層薄膜之間的空氣抽走，向梯度板與薄膜以及每兩層薄膜之間注入不同濃度的預(yù)混氣云，在任意濃度的預(yù)混氣云濃度區(qū)域點火引爆，同時采集壓力變送器的電信號輸送到計算機比較得到爆燃的壓力變化曲線，本發(fā)明還提供根據(jù)上述方法的實驗裝置。本發(fā)明可以模擬開敞空間氣云存在濃度梯度的特性，能夠獲得在不同濃度區(qū)域進行點火所產(chǎn)生爆燃超壓值的結(jié)果，模擬真實爆燃結(jié)果。
文檔編號G01N33/22GK101726571SQ20081022414
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者丁樹成, 吳光武, 楊芳, 王其華, 艾志久, 陳高松, 雷文章 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團安全環(huán)保技術(shù)研究院