【技术实现步骤摘要】
具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置及使用方法
本专利技术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。
技术介绍
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...
【技术保护点】
1.一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（5）、真空泵（6）、空压机（7）、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（1）、爆炸反应容器Ⅱ（2）、密封装置（3）、管道支架（4）；所述爆炸反应容器Ⅰ（1）包括反应容器Ⅰ（1‑1）、法兰盖Ⅰ（1‑2）、连接法兰Ⅰ（1‑3）、容器底座Ⅰ（1‑4）；所述反应容器Ⅰ（1‑1）固定在容器底座Ⅰ（1‑4）上，所述连接法兰Ⅰ（1‑3）和法兰盖Ⅰ（1‑2）依次固定在容器法兰Ⅰ（1...
【技术特征摘要】
1.一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（5）、真空泵（6）、空压机（7）、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（1）、爆炸反应容器Ⅱ（2）、密封装置（3）、管道支架（4）；所述爆炸反应容器Ⅰ（1）包括反应容器Ⅰ（1-1）、法兰盖Ⅰ（1-2）、连接法兰Ⅰ（1-3）、容器底座Ⅰ（1-4）；所述反应容器Ⅰ（1-1）固定在容器底座Ⅰ（1-4）上，所述连接法兰Ⅰ（1-3）和法兰盖Ⅰ（1-2）依次固定在容器法兰Ⅰ（1-1-11）上；在反应容器Ⅰ（1-1）接口Ⅰ（1-1-1）上连接安全阀Ⅰ（16-1），接口Ⅱ（1-1-2）上连接PCB压力传感器Ⅰ（12-1），接口Ⅲ（1-1-4）上依次连接容器电磁阀Ⅰ（10-6）和压力传感器Ⅰ（13-1），接口Ⅳ（1-1-5）上连接容器火焰探测器Ⅰ（14-1），在反应容器Ⅰ（1-1）侧面上设有点火预留装置Ⅰ（1-1-6）和点火预留装置Ⅱ（1-1-9），在反应容器Ⅰ（1-1）底面设有点火预留装置Ⅲ（1-1-10）；所述爆炸反应容器Ⅱ（2）包括反应容器Ⅱ（2-1）、法兰盖Ⅱ（2-2）、连接法兰Ⅱ（2-3）、容器底座Ⅱ（2-4）；反应容器Ⅱ（2-1）固定在容器底座Ⅱ（2-4）上，所述连接法兰Ⅱ（2-3）和法兰盖Ⅱ（2-2）依次固定在容器法兰Ⅱ（2-1-11）上；在反应容器Ⅱ（2-1）接口Ⅴ（2-1-1）上连接安全阀Ⅴ（16-5），接口Ⅵ（2-1-2）上连接PCB压力传感器Ⅴ（12-5），接口Ⅶ（2-1-4）上依次连接容器电磁阀Ⅱ（10-10）和压力传感器Ⅴ（13-5），接口Ⅷ（2-1-5）上连接容器火焰探测器Ⅱ（14-2），在反应容器Ⅱ（2-1）侧面设有点火预留装置Ⅳ（2-1-6）、点火预留装置Ⅴ（2-1-9），在反应容器Ⅱ（2-1）底面设有点火预留装置Ⅵ（2-1-10）；爆炸反应容器Ⅰ（1）和爆炸反应容器Ⅱ（2）间隔设置，在爆炸反应容器Ⅰ（1）和爆炸反应容器Ⅱ（2）之间设有数个管道支架（4），主管道（10）一端与爆炸反应容器Ⅰ（1）管道连接法兰Ⅰ（1-1-8）连接，主管道（10）另一端依次穿过数个管道支架（4）与爆炸反应容器Ⅱ（2）管道连接法兰Ⅱ（2-1-8）连接，在主管道（10）上间隔的连接有四个密封装置（3），第一个密封装置（3）与爆炸反应容器Ⅰ（1）的反应容器Ⅰ（1-1）之间构成第一气体浓度受限空间（10-1），第一个密封装置（3）与第二个密封装置（3）之间构成第二气体浓度受限空间（10-2），第二个密封装置（3）与第三个密封装置（3）之间构成第三气体浓度受限空间（10-3），第三个密封装置（3）与第四个密封装置（3）之间构成第四气体浓度受限空间（10-4），第四个密封装置（3）与爆炸反应容器Ⅱ（2）的反应容器Ⅱ（2-1）之间构成第五气体浓度受限空间（10-5）；所述空气气路管道（8）一端通过空气气路电磁阀Ⅰ（9-1）与反应容器Ⅰ（1-1）管道接口Ⅰ（1-1-3）连接，空气气路管道（8）的另一端通过空气气路电磁阀Ⅴ（9-5）与反应容器Ⅱ（2-1）管道接口Ⅲ（2-1-3）连接，真空泵（6）通过真空泵电磁阀（6-1）与空气气路管道（8）连接，空压机（7）通过空压机电磁阀（7-1）与空气气路管道（8）连接；所述可燃气气路管道（9）一端通过可燃气气路电磁阀Ⅰ（8-1）与反应容器Ⅰ（1-1）管道接口Ⅱ（1-1-7）连接，可燃气气路管道（9）另一端通过可燃气气路电磁阀Ⅴ（8-5）与反应容器Ⅱ（2-1）管道接口Ⅳ（2-1-7）连接，所述可燃气源（5）通过调压阀（5-1）与可燃气气路管道（9）连接；在第二气体浓度受限空间（10-2）内的主管道（10）上，分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅱ（8-2）、空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）、安全阀Ⅱ（16-2）、点火预留装置Ⅶ（15-1）、火焰探测器Ⅰ（14-3）、PCB压力传感器Ⅱ（12-2）、主管道电磁阀Ⅰ（10-7），主管道电磁阀Ⅰ（10-7）与压力传感器Ⅱ（13-2）连接，可燃气气路电磁阀Ⅱ（8-2）与可燃气气路管道（9）连接，空气气路电磁阀Ⅱ（9-2）与空气气路管道（8）连接；在第三气体浓度受限空间（10-3）内的主管道（10）上分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）、空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）、安全阀Ⅲ（16-3）、点火预留装置Ⅷ（15-2）、火焰探测器Ⅱ（14-4）、PCB压力传感器Ⅲ（12-3）、主管道电磁阀Ⅱ（10-8），主管道电磁阀Ⅱ（10-8）与压力传感器Ⅲ（13-3）连接，可燃气气路电磁阀Ⅲ（8-3）与可燃气气路管道（9）连接，空气气路电磁阀Ⅲ（9-3）与空气气路管道（8）连接；在第四气体浓度受限空间（10-4）的主管道（10）分别连接有可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）、空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）、安全阀Ⅳ（16-4）、点火预留装置Ⅸ（15-3）、火焰探测器Ⅲ（14-5）、PCB压力传感器Ⅳ（12-4）、主管道电磁阀Ⅲ（10-9），主管道电磁阀Ⅲ（10-9）与压力传感器Ⅳ（13-4）连接，可燃气气路电磁阀Ⅳ（8-4）与可燃气气路管道（9）连接，空气气路电磁阀Ⅳ（9-4）与空气气路管道（8）连接；根据实验需要将点火装置安装于点火预留装置Ⅰ（1-1-6）、点火预留装置Ⅱ（1-1-9）、点火预留装置Ⅲ（1-1-10）、点火预留装置Ⅳ（2-1-6）、点火预留装置Ⅴ（2-1-9）、点火预留装置Ⅵ（2-1-10）、点火预留装置Ⅶ（15-1）、点火预留装置Ⅷ（15-2）和点火预留装置Ⅸ（15-3）的任意一装置中，通过点火装置的螺纹结构能够调节点火装置深入点火预留位置的深度；点火预留装置Ⅰ（1-1-6）可实现反应容器Ⅰ（1-1）上部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅱ（1-1-9）可实现反应容器Ⅰ（1-1）中部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅲ（1-1-10）可实现反应容器Ⅰ（1-1）底部不同深度处的点火，从而实现反应容器Ⅰ（1-1）不同位置的点火需求；点火预留装置Ⅳ（2-1-6）可实现反应容器Ⅱ（2-1）上部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅴ（2-1-9）可实现反应容器Ⅱ（2-1）中部位置不同深度处的点火，点火预留装置Ⅵ（2-1-10）可实现反应容器Ⅱ（2-1）底部不同深度处的点火，从而实现反应容器Ⅱ（2-1）不同位置的点火需求；点火预留装置Ⅶ（15-1）可实现第二气体浓度受限空间（10-2）内的主管道（10）上点火预留装置Ⅶ（15-1）处管道壁面、管道内部位置的点火需求；点火预留装置Ⅷ（15-2）可实现第二气体浓度受限空间（10-3）内的主管道（10）上点火预留装置Ⅷ（15-2）处管道壁面、管道内部位置的点火需求；点火预留装置Ⅸ（15-3）可实现第二气体浓度受限空间（10-4）内的主管道（10）上点火预留装置Ⅸ（15-3）处管道壁面、管道内部位置的点火需求；电路连接为：上位机通过PLC控制器分别与点火装置、真空泵（6）、空压机（7）、空气气路电磁阀、可燃气气路电磁阀、主管道电磁阀、真空泵电磁阀（6-1）、空压机电磁阀（7-1）、PCB压力传感器、压力传感器、火焰探测器、密封装置（3）的伺服电机（3-9）连接；点火装置的型号为：KTGD-B型可调式点火器。2.根据权利要求1所述的一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，其特征在于：所述反应容器Ⅰ（1-1）为中空的圆柱体状，在反应容器Ⅰ（1-1）前面依次间隔设有接口Ⅰ（1-1-1）、接口Ⅱ（1-1-2）、管道接口Ⅰ（1-1-3），在反应容器Ⅰ（1-1）后面依次间隔设有接口Ⅲ（1-1-4）、接口Ⅳ（1-1-5），在反应容器Ⅰ（1-1）侧面依次间隔设有点火预留装置Ⅰ（1-1-6）、点火预留装置Ⅱ（1-1-9）和管道接口Ⅱ（1-1-7），在反应容器Ⅰ（1-1）另一侧面设有管道连接法兰Ⅰ（1-1-8），在反应容器Ⅰ（1-1）底面设有点火预留装置Ⅲ（1-1-10），在反应容器Ⅰ（1-1）上面设有容器法兰Ⅰ（1-1-11）。3.根据权利要求1所述的一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，其特征在于：所述反应容器Ⅱ（2-1）为中空的圆柱体状，在反应容器Ⅱ（2-1）前面依次间隔设有接口Ⅴ（2-1-1）、接口Ⅵ（2-1-2）、管道接口Ⅲ（2-1-3），在反应容器Ⅱ（2-1）后面依次间隔设有接口Ⅶ（2-1-4）、接口Ⅷ（2-1-5），在反应容器Ⅱ（2-1）侧面依次间隔设有点火预留装置Ⅳ（2-1-6）、点火预留装置Ⅴ（2-1-9）、管道接口Ⅳ（2-1-7），在反应容器Ⅱ（2-1）另一侧面设有管道连接法兰Ⅱ（2-1-8），在反应容器Ⅱ（2-1）底面设有点火预留装置Ⅵ（2-1-10），在反应容器Ⅱ（2-1）上面设有容器法兰Ⅱ（2-1-11）。4.根据权利要求1所述的一种具有浓度梯度的容器管道气体爆炸实验装置，其特征在于：所述密封装置（3）包括盖板（3-1）、底板（3-2）、下衬板（3-3）、上衬板（3-4）、密封板（3-5）、压板（3-6）、承压板（3-7）、固定套（3-8）、伺服电机（3-9）；所述盖板（3-1）为圆状，在盖板（3-1）内面分别设有凹止口（3-1-1）、伺服电机轴孔（3-1-2）和通道孔，在盖板（3-1）外面设有密封装置法兰Ⅰ（3-1-3），密封装置法兰Ⅰ（3-1-3）和通道孔相通；所述底板（3-2）为圆状，在底板（3-2）内面分别设有凸止口（3-2-1）、圆凹槽（3-2-2）和通道孔，在底板（3-2）外面设有密封装置法兰Ⅱ（3-2-3），密封装置法兰Ⅱ（3-2-3）和通道孔相通；所述下衬板（3-3）和上衬板（3-4）结构相同均为圆形板状，在圆形板面上分别设有中孔Ⅰ（3-3-1）、通道孔Ⅰ（3-3-2）、中孔Ⅱ（3-4-1）、通道孔Ⅱ（3-4-2）；所述密封板（3-5）为圆形板状，在密封板（3-5）面上分别设有固定套孔（3-5-1）、通道孔Ⅲ（3-5-2）、通道孔Ⅳ（3-5-3），固定套孔（3-5-1）安装在密封板（3-5）的中心位置，通道孔Ⅲ（3-5-2）、通道孔Ⅳ（3-5-3）和固定套孔（3-5-1）在密封板（3-5）的一条轴线上；所述上衬板（3-4）热熔贴合在盖板（3-1）内面，中孔Ⅱ（3-4-1）与伺服电机轴孔（3-1-2）同心，通道孔Ⅱ（3-4-2）与密封装置法兰Ⅰ（3-1-3）孔同心；所述下衬板（3-3）热熔贴合在底板（3-2）的内面，中孔Ⅰ（3-3-1）和圆凹槽（3-2-2）同心，通道孔Ⅰ（3-3-2）和密封装置法兰Ⅰ（3-1-3）孔同心；所述密封板（3-5）固定套孔（3-5-1）的一面设有压板（3-6），另一面设有承压板（3-7），压板（3-6）和承压板（3-7）固定在密封板（3-5）上，所述固定套（3-8）轴孔端依次插入压板（3-6）中孔、固定套孔（3-5-1）和承压板（3-7）的中孔中，并分别与压板（3-6）和承压板（3-7）固定在一起，所述盖板（3-1）和底板（3-2）固定在一起，保持下衬板（3-3）的通道孔Ⅰ（3-3-2）和上衬板（3-4）的通道孔Ⅱ（3-4-2）对应设置，密封板（3-5）设置在上衬板（3-4）和下衬板（3-3）之间，并分别与上衬板（3-4）和底板（3-2）滑动配合；所述伺服电机（3-9）固定在盖板（3-1）外面，伺服电机（3-9）轴穿过盖板（3-1）伺服电机轴孔（3-1-2）置于固定套（3-8）的轴孔中，并通过销钉与固定套（3-8）固定在一起；伺服电机（3-9）做一次90°的旋转，带动密封板（3-5）相应转动，使密封板（3-5）的通道孔Ⅲ（3-5-2）或通道孔Ⅳ（3-5-3）与通道孔Ⅰ（3-3-2）和通道孔Ⅱ（3-4-2）相通；再做一次90°的旋转，带动密封板（3-5）相应转动，使密封板（3-5）的盲板区域将通道孔Ⅰ（3-3-2）和通道孔Ⅱ（3-4-2）密封住，再做一次90°的旋转，带动密封板（3-5）相应转动，使密封板（3-5）的通道孔Ⅳ（3-5-3）或通道孔Ⅲ（3-5-2）与通道孔Ⅰ（3-3-2）和通道孔Ⅱ（3-4-2）相通；再做一次90°的旋转，带动密封板（3-5）相应转动，...
【专利技术属性】
技术研发人员：许晓元，刘晅亚，赵力增，李善诚，纪超，于年灏，朱红亚，李晶晶，
申请(专利权)人：应急管理部天津消防研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12
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