一种小尺寸管道内可燃性气体爆炸实验系统及方法技术方案

一种小尺寸管道内可燃性气体爆炸系统及方法，该系统包括小尺寸管道内可燃性气体爆炸实验段；用于引爆非敏感性混合气体的乙炔驱动段；提供可燃性气体以及空气组分的氢气瓶、氮气瓶、一氧化碳瓶、氧气瓶和乙炔瓶；将实验段以及相关管路抽至真空状态的真空系统；搅浑实验段内可燃性混合气体至均匀混合的混气系统；配套的配电设备和数据测量采集设备；实验流程是：实验系统抽至真空状态后根据工况要求往实验段注入一定配比的可燃性混合气体，然后点火并开始记录数据，爆炸完成后排气，实验结束；本发明专利技术采用乙炔和氧气作为引爆气体安全性高；模拟的气体成分较多，更真实模拟了核反应堆发生严重事故后安全壳内的可燃性气体组分。

Experimental system and method for combustible gas explosion in small size pipeline

A flammable gas explosion system and method in a small-sized pipe comprising a flammable gas explosion experimental section in a small-sized pipe, an acetylene driving section for detonating a non-sensitive mixture of gases, a hydrogen cylinder, a nitrogen cylinder, a carbon monoxide cylinder, an oxygen cylinder and an acetylene cylinder providing flammable gases and air components, and a gas cylinder. Vacuum system for pumping flammable gas into vacuum state in experimental section and related pipelines; mixing system for stirring flammable gas into uniform mixing in experimental section; matching distribution equipment and data acquisition equipment; experimental process is as follows: the experimental system is pumped into vacuum state and injected into the experimental section according to the requirements of working conditions with a certain proportion of flammability. The invention adopts acetylene and oxygen as the detonating gas with high safety; the simulated gas has more components, and more truly simulates the combustible gas composition in the containment of nuclear reactor after a serious accident.

【技术实现步骤摘要】
一种小尺寸管道内可燃性气体爆炸实验系统及方法
本专利技术涉及反应堆严重事故条件下产生的氢气和一氧化碳的燃烧和爆炸研究
，具体涉及一种小尺寸管道内可燃性气体爆炸实验系统及方法。
技术介绍
自从美国三哩岛核事故之后，国外许多研究者开始研究压水堆核电站严重事故下的氢气的产生、燃烧和爆炸。日本福岛核事故中发生了氢气爆炸，使得氢气爆炸在国内外受到了高度关注。核反应堆发生严重事故下，氢气产生通常分为压力容器内和压力容器外两个阶段。压力容器内氢气产生源包括：金属(如锆包壳)与水蒸汽在高温下的反应、碳化硼的氧化过程、堆芯再淹没过程中的燃料与冷却剂相互作用；压力容器外氢气产生源主要指高温熔融物与安全壳底板混凝土相互作用过程(MCCI)产生的氢气。事故中产生的这些氢气，如果不能被及时消除，则会积聚在安全壳内并在一定条件下发生爆炸。爆炸产生冲击波会破坏安全壳的结构，导致放射性物质的泄露。我国是核电发展的大国，且我国的核电站大多是压水堆，因此压水堆严重事故下氢气爆炸的实验和理论研究对于评估氢气爆炸危害和制定氢气爆炸事故缓解措施有着重要意义。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种大小尺寸管道内可燃性气体爆炸实验系统及方法，开展小尺寸管道内氢气爆炸实验，获得反应堆严重事故条件下氢气爆炸现象的重要数据。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种小尺寸管道内可燃性气体爆炸实验系统，包括实验段1，内径和壁厚与实验段1相同且通过法兰与实验段1连接的乙炔引爆段以及配电设备56和数据测量与采集设备57；所述乙炔引爆段的点火端布置有一个开孔，用以安装点火杠并连通点火段管道，并在乙炔引爆段壁面上布置一个引爆段静压传感器41，引爆段静压传感器41通过引爆段静压阀39连接在点火段；需要使用乙炔引爆时，乙炔引爆段与实验段1用聚酯薄膜隔断；所述实验段1水平固定，在其两侧等间距布置了多个高频动压传感器、多个温度传感器、离子探针组55以及一个实验段静压传感器42，实验段静压传感器42通过实验段静压阀40连接实验段1，温度传感器监控实验段1内可燃性混合气体温度，离子探针组55测量可燃混合气体发生燃烧或者爆轰时压力波到达时间，高频动压传感器测量可燃混合气体发生燃烧或者爆轰时压力波到达时压力；实验段1两端末端靠近法兰的管壁上个开有一个开孔，用以连接真空管和气体管道，其中一个开孔通过真空泵电动阀3连接真空泵2；所述气体管道通过混气系统连通实验段1，混气系统的管路上依次设置有气动泵阀门4、第一过滤器5、循环泵6、第二过滤器7和进口总阀8，混气系统通过循环泵使得实验段1内气体在其内缓慢流动以达到混合的目的；氢气源管道、氮气源管道和氧气源主管道并联后连接所述气体管道，氢气源管道上依次设置有氢气减压阀9、氢气隔膜阀10、氢气截止阀11、氢气阻火器12、氢气排气阀13和氢气电动阀14并连通氢气源101，氮气源管道上依次设置有氮气减压阀15、氮气隔膜阀16、氮气截止阀17、氮气排气阀18和氮气电动阀19并连通氮气源102，氧气源管道上依次设置有氧气减压阀20、氧气隔膜阀21、第一氧气截止阀22、氧气阻火器23、氧气排气阀24和氧气电动阀25并连通氧气源103；一氧化碳源管道、乙炔源管道和氧气源支路管道连接乙炔引爆段的点火段管道，一氧化碳源管道上依次设置有一氧化碳减压阀28、一氧化碳隔膜阀29、一氧化碳截止阀30、一氧化碳阻火器31和一氧化碳排气阀32并连通一氧化碳源104，乙炔源管道上依次设置有乙炔减压阀33、乙炔隔膜阀34、乙炔截止阀35、乙炔阻火器36、乙炔排气阀37和乙炔电动泵38并连通乙炔源105，氧气源支路管道上依次设置有氧气减压阀20、氧气隔膜阀21、第一氧气截止阀22、氧气阻火器23、氧气排气阀24以及第二氧气截止阀26和第三氧气截止阀27；通过分压原理确定引爆气体组分；当点火器能量不足以引爆可燃性混合气体时，用乙炔爆轰释放出来的能量对实验段1内可燃性混合气体进行引爆；开始实验前，实验段1末端内嵌入烟熏铝板；所述配电设备56包括依次连接的配电柜、输电线和用电设备；配电设备56的供电源容量满足实验系统需求，为实验系统提供点火器电源、电动泵电源、循环泵和真空泵电源和数据采集设备的工作电源以及照明设备的工作电源；所述数据测量与采集设备57主要包括安装在实验段1上的温度传感器、离子探针组和高频动压传感器以及接线盒、数据采集卡、测量模块、信号调理器、计算机的驱动软件和数据采集软件；温度传感器、离子探针和高频动压传感器将物理参数转化为电信号，经过接线盒，传输到信号调理器进行过滤整定，由测量模块和数据采集卡将电信号转化成数字信号，提供给计算机的驱动软件和数据采集软件，然后由LabView编译的程序对所有传感器的信号进行处理和显示。所述实验段是内径为78mm、壁厚为12mm、长度为10m的不锈钢管；所述乙炔引爆段的长度为0.3m。所述氢气源管道、氮气源管道、氧气源主管道、一氧化碳源管道、乙炔源管道和氧气源支路管道均为外径16毫米，壁厚2毫米的不锈钢管。所述的一种小尺寸管道内可燃性气体爆炸实验系统的实验方法，对系统抽真空，使引爆段静压阀39、实验段静压阀40、气动泵阀门4、氢气电动阀14、氢气截止阀11、氮气电动阀19、氮气截止阀17、氧气电动阀25、第一氧气截止阀22、一氧化碳截止阀30、乙炔电动阀38、乙炔截止阀35、进口总阀8、第二氧气截止阀26、第三氧气截止阀27和真空泵电动阀3处于开启状态，其余阀门处于关闭状态，开启真空泵2，引爆段静压传感器41和实验段静压传感器42读数均为0KPa时，抽真空阶段结束；随后往实验段充入氮气，关闭真空泵电动阀3、氢气电动阀14和氧气电动阀25，关闭真空泵2，开启氢气源101出口开关、氮气减压阀15和氮气隔膜阀16，使引爆段静压传感器41和实验段静压传感器42读数为工况预设压力；随后往实验段冲入氧气，关闭氮气电动阀19、氮气源102出口开关、氮气减压阀15、氮气隔膜阀16和氮气截止阀17，开启氧气源103出口开关、氧气减压阀20、氧气隔膜阀21、氧气电动阀25、第二氧气截止阀26和第三氧气截止阀27，使实验段静压传感器42读数为工况预设压力，关闭氧气电动阀25，使引爆段静压传感器41读数为工况预设压力，关闭第二氧气截止阀26和第三氧气截止阀27；随后往实验段冲入氢气，关闭氧气电动阀25、氧气源103出口开关、氧气减压阀20、氧气隔膜阀21和第一氧气截止阀22，开启氢气源101出口开关、氢气减压阀9、氢气隔膜阀10和氢气电动阀14，使实验段静压传感器42读数为工况预设压力；随后开始搅浑气体，关闭氢气电动阀14和氢气隔膜阀10，开启氢气排气阀13，开启循环泵6，使各气体组分混合均匀后开始记录数据，关闭气动泵阀门4、进口总阀8，引爆段静压阀39和实验段静压阀40，开始采集记录，随后开启点火开关58，无异常情况后后停止采集，记录实验数据；实验完成后开启进口总阀8、气动泵阀门4和引爆段静压阀39、实验段静压阀40进行排气。和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：1.本专利技术是针对压水堆核电厂反应堆严重事故条件下的压力容器内以及安全壳内氢气爆炸严重事故特性而专利技术的实验系统，本专利技术的实验系统采用氢气等可燃性混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小尺寸管道内可燃性气体爆炸实验系统，其特征在于：包括实验段(1)，内径和壁厚与实验段(1)相同且通过法兰与实验段(1)连接的乙炔引爆段以及配电设备(56)和数据测量与采集设备(57)；所述乙炔引爆段的点火端布置有一个开孔，用以安装点火杠并连通点火段管道，并在乙炔引爆段壁面上布置一个引爆段静压传感器(41)，引爆段静压传感器(41)通过引爆段静压阀(39)连接在点火段；需要使用乙炔引爆时，乙炔引爆段与实验段(1)用聚酯薄膜隔断；所述实验段(1)水平固定，在其两侧等间距布置了多个高频动压传感器、多个温度传感器、离子探针组(55)以及一个实验段静压传感器(42)，实验段静压传感器(42)通过实验段静压阀(40)连接实验段(1)，温度传感器监控实验段(1)内可燃性混合气体温度，离子探针组(55)测量可燃混合气体发生燃烧或者爆轰时压力波到达时间，高频动压传感器测量可燃混合气体发生燃烧或者爆轰时压力波到达时压力；实验段(1)两端末端靠近法兰的管壁上个开有一个开孔，用以连接真空管和气体管道，其中一个开孔通过真空泵电动阀(3)连接真空泵(2)；所述气体管道通过混气系统连通实验段(1)，混气系统的管路上依次设置有气动泵阀门(4)、第一过滤器(5)、循环泵(6)、第二过滤器(7)和进口总阀(8)，混气系统通过循环泵使得实验段(1)内气体在其内缓慢流动以达到混合的目的；氢气源管道、氮气源管道和氧气源主管道并联后连接所述气体管道，氢气源管道上依次设置有氢气减压阀(9)、氢气隔膜阀(10)、氢气截止阀(11)、氢气阻火器(12)、氢气排气阀(13)和氢气电动阀(14)并连通氢气源(101)，氮气源管道上依次设置有氮气减压阀(15)、氮气隔膜阀(16)、氮气截止阀(17)、氮气排气阀(18)和氮气电动阀(19)并连通氮气源(102)，氧气源管道上依次设置有氧气减压阀(20)、氧气隔膜阀(21)、第一氧气截止阀(22)、氧气阻火器(23)、氧气排气阀(24)和氧气电动阀(25)并连通氧气源(103)；一氧化碳源管道、乙炔源管道和氧气源支路管道连接乙炔引爆段的点火段管道，一氧化碳源管道上依次设置有一氧化碳减压阀(28)、一氧化碳隔膜阀(29)、一氧化碳截止阀(30)、一氧化碳阻火器(31)和一氧化碳排气阀(32)并连通一氧化碳源(104)，乙炔源管道上依次设置有乙炔减压阀(33)、乙炔隔膜阀(34)、乙炔截止阀(35)、乙炔阻火器(36)、乙炔排气阀(37)和乙炔电动泵(38)并连通乙炔源(105)，氧气源支路管道上依次设置有氧气减压阀(20)、氧气隔膜阀(21)、第一氧气截止阀(22)、氧气阻火器(23)、氧气排气阀(24)以及第二氧气截止阀(26)和第三氧气截止阀(27)；通过分压原理确定引爆气体组分；当点火器能量不足以引爆可燃性混合气体时，用乙炔爆轰释放出来的能量对实验段(1)内可燃性混合气体进行引爆；开始实验前，实验段(1)末端内嵌入烟熏铝板；所述配电设备(56)包括依次连接的配电柜、输电线和用电设备；配电设备(56)的供电源容量满足实验系统需求，为实验系统提供点火器电源、电动泵电源、循环泵和真空泵电源和数据采集设备的工作电源以及照明设备的工作电源；所述数据测量与采集设备(57)主要包括安装在实验段(1)上的温度传感器、离子探针组和高频动压传感器以及接线盒、数据采集卡、测量模块、信号调理器、计算机的驱动软件和数据采集软件；温度传感器、离子探针和高频动压传感器将物理参数转化为电信号，经过接线盒，传输到信号调理器进行过滤整定，由测量模块和数据采集卡将电信号转化成数字信号，提供给计算机的驱动软件和数据采集软件，然后由LabView编译的程序对所有传感器的信号进行处理和显示。...

【技术特征摘要】
1.一种小尺寸管道内可燃性气体爆炸实验系统，其特征在于：包括实验段(1)，内径和壁厚与实验段(1)相同且通过法兰与实验段(1)连接的乙炔引爆段以及配电设备(56)和数据测量与采集设备(57)；所述乙炔引爆段的点火端布置有一个开孔，用以安装点火杠并连通点火段管道，并在乙炔引爆段壁面上布置一个引爆段静压传感器(41)，引爆段静压传感器(41)通过引爆段静压阀(39)连接在点火段；需要使用乙炔引爆时，乙炔引爆段与实验段(1)用聚酯薄膜隔断；所述实验段(1)水平固定，在其两侧等间距布置了多个高频动压传感器、多个温度传感器、离子探针组(55)以及一个实验段静压传感器(42)，实验段静压传感器(42)通过实验段静压阀(40)连接实验段(1)，温度传感器监控实验段(1)内可燃性混合气体温度，离子探针组(55)测量可燃混合气体发生燃烧或者爆轰时压力波到达时间，高频动压传感器测量可燃混合气体发生燃烧或者爆轰时压力波到达时压力；实验段(1)两端末端靠近法兰的管壁上个开有一个开孔，用以连接真空管和气体管道，其中一个开孔通过真空泵电动阀(3)连接真空泵(2)；所述气体管道通过混气系统连通实验段(1)，混气系统的管路上依次设置有气动泵阀门(4)、第一过滤器(5)、循环泵(6)、第二过滤器(7)和进口总阀(8)，混气系统通过循环泵使得实验段(1)内气体在其内缓慢流动以达到混合的目的；氢气源管道、氮气源管道和氧气源主管道并联后连接所述气体管道，氢气源管道上依次设置有氢气减压阀(9)、氢气隔膜阀(10)、氢气截止阀(11)、氢气阻火器(12)、氢气排气阀(13)和氢气电动阀(14)并连通氢气源(101)，氮气源管道上依次设置有氮气减压阀(15)、氮气隔膜阀(16)、氮气截止阀(17)、氮气排气阀(18)和氮气电动阀(19)并连通氮气源(102)，氧气源管道上依次设置有氧气减压阀(20)、氧气隔膜阀(21)、第一氧气截止阀(22)、氧气阻火器(23)、氧气排气阀(24)和氧气电动阀(25)并连通氧气源(103)；一氧化碳源管道、乙炔源管道和氧气源支路管道连接乙炔引爆段的点火段管道，一氧化碳源管道上依次设置有一氧化碳减压阀(28)、一氧化碳隔膜阀(29)、一氧化碳截止阀(30)、一氧化碳阻火器(31)和一氧化碳排气阀(32)并连通一氧化碳源(104)，乙炔源管道上依次设置有乙炔减压阀(33)、乙炔隔膜阀(34)、乙炔截止阀(35)、乙炔阻火器(36)、乙炔排气阀(37)和乙炔电动泵(38)并连通乙炔源(105)，氧气源支路管道上依次设置有氧气减压阀(20)、氧气隔膜阀(21)、第一氧气截止阀(22)、氧气阻火器(23)、氧气排气阀(24)以及第二氧气截止阀(26)和第三氧气截止阀(27)；通过分压原理确定引爆气体组分；当点火器能量不足以引爆可燃性混合气体时，用乙炔爆轰释放出来的能量对实验段(1)内可燃性混合气体进行引爆；开始实验前，实验段(1)末端内嵌入烟熏铝板；所述配电设备(56)包括依次连接的配电柜、输电线和用电设备；配电设备(56)的供电源容量满足实验系统需求，为实验系统提供点火器电源、电动泵电源、循环泵和真空泵电源和数据采集设备的工作电源以及照明设备的工作电源；所述数据测量与采集设备(...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏光辉，刘博，陈勇征，黄涛，张亚培，田文喜，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61