[发明专利]具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置及使用方法

说明书

本发明涉及具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置及使用方法，开启真空泵，至第一气体浓度受限空间、第二气体浓度受限空间、第三气体浓度受限空间、第四气体浓度受限空间和第五气体浓度受限空间内为真空状态；负压配比梯度浓度，在五个气体浓度受限空间中配比出不同浓度的可燃气体；点火实验，上位机通过同时控制四个密封装置使五个气体浓度受限空间之间同时联通，并向点火装置发出点火指令，PCB压力传感器感应压力变化，火焰探测器探测火焰信号，将监测数据传至上位机进行分析处理。本发明可实现不同位置的点火、不同组合浓度的可燃气体配置功能，从而研究不同工况条件下具有浓度梯度的可燃气体爆炸传播机理和爆炸演化动力学过程。

技术领域

本发明提供了一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置及使用方法，此装置和方法能够实现容器管道系统多区域不同浓度可燃气体的自动配置，并实施具有浓度梯度的容器管道系统气体爆炸动力学过程和机理研究的模拟实验。

背景技术

随着经济的飞速发展，在工业过程中，特别是石油化工生产中，可燃性气体得到广泛应用。可燃气体通常在密闭空间中，如反应器、反应釜、储罐等各类化工容器或生产装置，而这些容器装置之间并不孤立，而是经由管道连接。可燃气体在生产、储存、运输和使用过程中由于人为失误、容器和管道的缺陷、外部环境等因素，导致容器管道封闭空间内混入空气等其他助燃性气体，极易发生爆炸，跟单个容器相比，容器管道连通装置中气体爆炸强度更高，爆炸波和燃烧火焰通过管道传播，随着气体压缩和湍流化程度的提高，将会发生二次爆炸，由于“压力累积效应”，二次爆炸产生比一次爆炸更高的压强，常常会导致灾难性的后果。当管道较长时，长、径比超过40，爆燃就有可能在管道内演变为爆轰，此时爆炸传播速度可达2000m/s，压力达到甚至超过3MPa。国内外学者对预混气体在密闭空间（密闭房间、柱形容器、球形容器、管道等）中发生爆炸事故的机理、条件和规律做了较多的实验研究和理论分析。受实验条件与实验装置的限制，与独立容器及管道方面的研究相比，容器管道装置内爆炸和泄爆的研究不够深入，相关实验数据不多并且比较分散。而且由于连通型结构内部发生爆炸时情况更为复杂、后果更为严重，因此，开展类似于容器管道系统的连通型装置内可燃气体爆炸研究具有很强的科研和实用价值。以往的燃气管道系统气体爆炸的研究中，均以均一浓度为研究对象。在实际生产装置爆炸事故中，由于管道较长、装置结构复杂，发生可燃气体与主燃气体混合过程中，可燃气体混合物在装置内分布不均匀，存在浓度梯度，因此研究具有浓度梯度工况下的可燃气体爆炸过程，更能模拟现实情景，具有重要的理论和工程应用意义。目前，针对独立装置内可燃气体防爆泄压，国内有相对应的标准规范，而连通型装置的爆炸研究起步较晚，还未形成一致结论，针对连通型装置的防爆泄压没有相对应的规范。

国内外常用的气体爆炸装置为20L球形爆炸容器、1立方柱型爆炸容器，容器管道系统气体装置较少见，主要为南京工业大学研制的连通容器气体爆炸装置，而这些装置均以均一浓度的可燃气体为实验对象，不能实现具有浓度梯度的可燃气体配置。因此，具有浓度梯度的容器管道系统气体爆炸实验装置还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是，提供一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置及使用方法，这种装置和方法，可以自动配置多区域不同浓度的可燃气体，还可以实施具有浓度梯度的可燃气体爆炸实验，从而研究容器管道系统中具有浓度梯度的可燃气体爆炸传播过程的基本规律、演化动力学过程、爆炸波传播机理。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，包括控制系统、点火装置、可燃气源、真空泵、空压机、空气气路电磁阀、可燃气气路电磁阀、主管道电磁阀、PCB压力传感器、压力传感器、火焰探测器、安全阀，控制系统由上位机和PLC控制器组成，其特征在于：还包括爆炸反应容器Ⅰ、爆炸反应容器Ⅱ、密封装置、管道支架；

所述爆炸反应容器Ⅰ包括反应容器Ⅰ、法兰盖Ⅰ、连接法兰Ⅰ、容器底座Ⅰ；

所述反应容器Ⅰ固定在容器底座Ⅰ上，所述连接法兰Ⅰ和法兰盖Ⅰ依次固定在容器法兰Ⅰ上；