受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台及试验方法技术

本发明专利技术提供了一种受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台，包括气体爆炸反应单元、供气单元、抽真空单元、恒温水浴箱、气体检测单元、数据采集单元和PLC控制器。本发明专利技术同时提供了受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台的试验方法。本发明专利技术的受限空间甲烷加氢的爆炸特性试验平台及试验方法，可以定量、准确、有效调控球形爆炸罐内部的水浴温度变化，并且本发明专利技术的受限空间甲烷加氢的爆炸特性试验，在不同的甲烷、氢气的预混浓度下，可形成不同的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升曲线，了解在受限空间条件下甲烷和氢气混合气体的爆炸特性。甲烷和氢气混合气体的爆炸特性。甲烷和氢气混合气体的爆炸特性。

【技术实现步骤摘要】
受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台及试验方法


[0001]本专利技术属于爆炸特性试验
，涉及一种受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台及试验方法。

技术介绍

[0002]可燃气爆炸防治技术在矿山、石油、化工、冶金、燃气等存在易燃、易爆、毒性气体的危险场所中广泛运用。基于爆炸特性恒温可调技术作为一种定量准确计算球形爆炸罐罐体夹层温度变化的分析方法，特别是在煤矿井下巷道限定空间内燃气爆炸前温度检测应用中十分普遍。但是传统的试验仪器对爆炸罐内部的水浴温度调控时只能做到定性分析，存在人为经验误差，难以有效调控球形爆炸罐内部温度变化。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台及试验方法。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台，包括气体爆炸反应单元、供气单元、抽真空单元、恒温水浴箱、气体检测单元、数据采集单元和PLC控制器；
[0005]所述气体爆炸反应单元包括球形爆炸罐和点火装置，所述球形爆炸罐上设有进水口和出水口，所述进水口通过管路与恒温水浴箱出口相连接，出水口通过管路与恒温水浴箱的进口相连接；
[0006]所述供气单元包括甲烷气瓶、氢气瓶、空气瓶、四通换气阀、三通空气压缩机阀和空气压缩机，所述甲烷气瓶通过管路依次与甲烷气瓶减压阀、甲烷质量流量计及四通换气阀的第一端口相连接，氢气瓶通过管路依次与氢气瓶减压阀、氢气质量流量计及四通换气阀的第二端口相连接，空气瓶通过管路依次与空气瓶减压阀、空气质量流量计和四通换气阀的第三端口相连接，四通换气阀的第四端口通过管路与三通空气压缩机阀的一个端口相连接，三通空气压缩机阀的另外两个端口分别通过管路与空气压缩机、球形爆炸罐相连接；
[0007]所述抽真空单元包括真空泵、真空泵阀、真空压力传感器、真空压力传感器阀和排气阀，所述真空泵通过管路连接真空泵阀的一端，真空泵阀的另一端通过管路分别与排气阀、真空压力传感器阀和球形爆炸罐相连接，真空压力传感器阀另外通过管路与真空压力传感器相连接；
[0008]所述排气阀另外通过管路与气体检测单元相连接；
[0009]所述数据采集单元包括计算机和多个爆炸压力传感器，多个爆炸压力传感器安装在所述球形爆炸罐内部，用于探测球形爆炸罐内部的爆炸压力信号；
[0010]所述PLC控制器分别与计算机、甲烷质量流量计、氢气质量流量计、空气质量流量计、甲烷气瓶减压阀、氢气瓶减压阀、空气瓶减压阀、点火装置、真空压力传感器、真空压力传感器阀、排气阀、真空泵阀、真空泵、三通空气压缩机阀、空气压缩机、恒温水浴箱、四通换
气阀和多个爆炸压力传感器电连接；
[0011]进一步地，所述气体检测单元包括储气囊和气相色谱仪，所述储气囊的一端通过管路与排气阀相连接，另一端与气相色谱仪相连接。
[0012]进一步地，所述球形爆炸罐为中空球体，球体的外壳为双层不锈钢夹套，双层不锈钢夹套包括同心的内层不锈钢套及外层不锈钢套，内层不锈钢套和外层不锈钢套之间为空腔，所述进水口设置在所述外层不锈钢套的底部，所述出水口设置在所述外层不锈钢套的顶部，恒温水浴箱内的水通过进水口进入内层不锈钢套及外层不锈钢套之间的空腔中，然后再自出水口回到恒温水浴箱内，对球形爆炸罐进行水浴加热。
[0013]进一步地，在所述球形爆炸罐上设有可开合的密封盖子，点火装置安装在密封盖子上。
[0014]本专利技术提供一种受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台的试验方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1，打开恒温水浴箱，将恒温水浴箱内的水温升至球形爆炸罐的目标实验水浴温度并恒温，向球形爆炸罐通入升温后的水，PLC控制器设定进水流速v和进水时间t，当达到进水时间t以后，球形爆炸罐达到水浴温度，保持进水流速v不变，继续通入恒温水浴箱内的水，便可保证球形爆炸罐内部的温度保持不变，始终处于实验所需的水浴温度；
[0016]步骤2、检查球形爆炸罐的气密性：通过PLC控制器控制关闭三通空气压缩机阀与球形爆炸罐之间的气体通道，通过PLC控制器控制关闭排气阀，通过PLC控制器控制打开真空泵阀和真空压力传感器阀，通过PLC控制器控制启动真空泵对球形爆炸罐抽真空至20kPa，计算机显示抽真空完成，通过PLC控制器控制关闭真空泵，停止抽真空，等待3分钟，如果计算机显示球形爆炸罐失压，试验中止，需人工检查维修，重复步骤2，确保球形爆炸罐的气密性良好；通过PLC控制器控制打开三通空气压缩机阀和空气压缩机，导通球形爆炸罐充入空气，检测当球形爆炸罐内压力达到一个标准大气压后，计算机显示关闭三通空气压缩机阀和空气压缩机，气密性检验完成；
[0017]步骤3、装配点火装置：将点火装置球形爆炸罐进行装配，装配完毕后使用万用表进行导电性测试，测试通过；
[0018]步骤4、对球形爆炸罐再次抽真空：通过PLC控制器控制关闭甲烷气瓶减压阀及甲烷质量流量计、氢气瓶减压阀及氢气质量流量计、空气瓶减压阀及空气质量流量计，通过PLC控制器控制关闭四通换气阀和排气阀，调整空气压缩机阀转换至关闭状态，在101325Pa的标准工况下开展实验，通过PLC控制器控制打开真空泵阀、真空压力传感器阀，并启动真空泵对球形爆炸罐抽真空，负压抽至10Pa，对球形爆炸罐停止抽真空，此时可以认为球形爆炸罐已经完全处于真空状态；
[0019]步骤5、向球形爆炸罐充入爆炸反应气体：通过PLC控制器控制关闭真空泵阀，打开甲烷气瓶减压阀和甲烷质量流量计，调整三通空气压缩机阀转换至使球形爆炸罐接通四通换气阀，设定甲烷质量流量计的流量q1和甲烷进气时间t
甲
，调整四通换气阀切换到甲烷通路，充入所需比例的甲烷气体，关闭甲烷气瓶减压阀及甲烷质量流量计，打开氢气瓶减压阀及氢气质量流量计，三通空气压缩机阀保持状态不变，设定氢气质量流量计的流量q2和氢气进气时间t
氢
，调整四通换气阀切换到氢气通路，充入所需比例的氢气；
[0020]通过PLC控制器控制关闭氢气瓶减压阀及氢气质量流量计，打开空气瓶减压阀及
空气质量流量计，三通空气压缩机阀保持状态不变，设定空气质量流量计的流量q3，调整四通换气阀切换到空气通路，充入空气作为平衡气压的气体；当计算机显示球形爆炸罐内部压力为一个标准大气压，通过PLC控制器控制关闭空气瓶减压阀及空气质量流量计，调整四通换气阀切换到关闭不供气通路，调整三通空气压缩机阀转换至关闭状态，真空压力传感器阀保持打开状态不变，静置；
[0021]步骤6、检测充入爆炸反应气体是否符合要求，待气体混合均匀后，通过PLC控制器控制打开排气阀，利用压差将球形爆炸罐内部的混合气体一小部分排入到储气囊中，关闭排气阀，用气相色谱仪进一步检测混合气体中甲烷、氢气的体积分数，确定是否符合爆炸设定条件；
[0022]步骤7、当充入爆炸反应气体符合要求以后，开始受限空间甲烷加氢爆炸特性试验，计算机发出点火装置点火指令，爆炸压力传感器采集压力数据后，调整三通空气压缩机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台，其特征在于，包括气体爆炸反应单元、供气单元、抽真空单元、恒温水浴箱、气体检测单元、数据采集单元和PLC控制器；所述气体爆炸反应单元包括球形爆炸罐和点火装置，所述球形爆炸罐上设有进水口和出水口，所述进水口通过管路与恒温水浴箱出口相连接，出水口通过管路与恒温水浴箱的进口相连接；所述供气单元包括甲烷气瓶、氢气瓶、空气瓶、四通换气阀、三通空气压缩机阀和空气压缩机，所述甲烷气瓶通过管路依次与甲烷气瓶减压阀、甲烷质量流量计及四通换气阀的第一端口相连接，氢气瓶通过管路依次与氢气瓶减压阀、氢气质量流量计及四通换气阀的第二端口相连接，空气瓶通过管路依次与空气瓶减压阀、空气质量流量计和四通换气阀的第三端口相连接，四通换气阀的第四端口通过管路与三通空气压缩机阀的一个端口相连接，三通空气压缩机阀的另外两个端口分别通过管路与空气压缩机、球形爆炸罐相连接；所述抽真空单元包括真空泵、真空泵阀、真空压力传感器、真空压力传感器阀和排气阀，所述真空泵通过管路连接真空泵阀的一端，真空泵阀的另一端通过管路分别与排气阀、真空压力传感器阀和球形爆炸罐相连接，真空压力传感器阀另外通过管路与真空压力传感器相连接；所述排气阀另外通过管路与气体检测单元相连接；所述数据采集单元包括计算机和多个爆炸压力传感器，多个爆炸压力传感器安装在所述球形爆炸罐内部，用于探测球形爆炸罐内部的爆炸压力信号；所述PLC控制器分别与计算机、甲烷质量流量计、氢气质量流量计、空气质量流量计、甲烷气瓶减压阀、氢气瓶减压阀、空气瓶减压阀、点火装置、真空压力传感器、真空压力传感器阀、排气阀、真空泵阀、真空泵、三通空气压缩机阀、空气压缩机、恒温水浴箱、四通换气阀和多个爆炸压力传感器电连接。2.如权利要求1所述的受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台，其特征在于，所述气体检测单元包括储气囊和气相色谱仪，所述储气囊的一端通过管路与排气阀相连接，另一端与气相色谱仪相连接。3.如权利要求1所述的受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台，其特征在于，所述球形爆炸罐为中空球体，球体的外壳为双层不锈钢夹套，双层不锈钢夹套包括同心的内层不锈钢套及外层不锈钢套，内层不锈钢套和外层不锈钢套之间为空腔，所述进水口设置在所述外层不锈钢套的底部，所述出水口设置在所述外层不锈钢套的顶部，恒温水浴箱内的水通过进水口进入内层不锈钢套及外层不锈钢套之间的空腔中，然后再自出水口回到恒温水浴箱内，对球形爆炸罐进行水浴加热。4.如权利要求1所述的受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台，其特征在于，在所述球形爆炸罐上设有可开合的密封盖子，点火装置安装在密封盖子上。5.如权利要求1
‑
4中任意一项所述的受限空间甲烷加氢爆炸特性试验平台的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，打开恒温水浴箱，将恒温水浴箱内的水温升至球形爆炸罐的目标实验水浴温度并恒温，向球形爆炸罐通入升温后的水，PLC控制器设定进水流速v和进水时间t，当达到进水时间t以后，球形爆炸罐达到水浴温度，保持进水流速v不变，继续通入恒温水浴箱内的水，便可保证球形爆炸罐内部的温度保持不变，始终处于实验所需的水浴温度；
步骤2、检查球形爆炸罐的气密性：通过PLC控制器控制关闭三通空气压缩机阀与球形爆炸罐之间的气体通道，通过PLC控制器控制关闭排气阀，通过PLC控制器控制打开真空泵阀和真空压力传感器阀，通过PLC控制器控制启动真空泵对球形爆炸罐抽真空至20kPa，计算机显示抽真空完成，通过PLC控制器控制关闭真空泵，停止抽真空，等待3分钟，如果计算机显示球形爆炸罐失压，试验中止，需人工检查维修，重复步骤2，确保球形爆炸罐的气密性良好；通过PLC控制器控制打开三通空气压缩机阀和空气压缩机，导通球形爆炸罐充入空气，检测当球形爆炸罐内压力达到一个标准大气压后，计算机显示关闭三通空气压缩机阀和空气压缩机，气密性检验完成；步骤3、装配点火装置：将点火装置球形爆炸罐进行装配，装配完毕后使用万用表进行导电性测试，测试通过；步骤4、对球形爆炸罐再次抽真空：通过PLC控制器控制关闭甲烷气瓶减压阀及甲烷质量流量计、氢气瓶减压阀及氢气质量流量计、空气瓶减压阀及空气质量流量计，通过PLC控制器控制关闭四通换气阀和排气阀，调整空气压缩机阀转换至关闭状态，在101325Pa的标准工况下开展实验，通过PLC控制器控制打开真空泵阀、真空压力传感器阀，并启动真空泵对球形爆炸罐抽真空，负压抽至10Pa，对球形爆炸罐停止抽真空，此时可以认为球形爆炸罐已经完全处于真空状态；步骤5、向球形爆炸罐充入爆炸反应气体：通过PLC控制器控制关闭真空泵阀，打开甲烷气瓶减压阀和甲烷质量流量计，调整三通空气压缩机阀转换至使球形爆炸罐接通四通换气阀，设定甲烷质量流量计的流量q1和甲烷进气时间t
甲
，调整四通换气阀切换到甲烷通路，充入所需比例的甲烷气体，关闭甲烷气瓶减压阀及甲烷质量流量计，打开氢气瓶减压阀及氢气质量流量计，三通空气压缩机阀保持状态不变，设定氢气质量流量计的流量q2和氢气进气时间t
氢
，调整四通换气阀切换到氢气通路，充入所需比例的氢气；通过PLC控制器控制关闭氢气瓶减压阀及氢气质量流量计，打开空气瓶减压阀及空气质量流量计，三通空气压缩机阀保持状态不变，设定空气质量流量计的流量q3，调整四通换气阀切换到空气通路，充入空气作为平衡气压的气体；当计算机显示球形爆炸罐内部压力为一个标准大气压，通过PLC控制器控制关闭空气瓶减压阀及空气质量流量计，调整四通换气阀切换到关闭不供气通路，调整三通空气压缩机阀转换至关闭状态，真空压力传感器阀保持打开状态不变，静置；步骤6、检测充入爆炸反应气体是否符合要求，待气体混合均匀后，通过PLC控制器控制打开排气阀，利用压差将球形爆炸罐内部的混合气体一小部分排入到储气囊中，关闭排气阀，用气相色谱仪进一步检测混合气体中甲烷、氢气的体积分数，确定是否符合爆炸设定条件；步骤7、当充入爆炸反应气体符合要求以后，开始受限空间甲烷加氢爆炸特性试验，计算机发出点火装置点火指令，爆炸压力传感器采集压力数据后，调整三通空气压缩机阀转换到接通空气压缩机，打开空气压缩机和排...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁运涛，田富超，王金成，宋双林，王敬燕，张同浩，李帅魁，赵珍珍，任少魁，
申请(专利权)人：中煤科工集团沈阳研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：