專利名稱：超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及工業安全領域，特別涉及一種可直接用于工業生產過程中涉及到超低溫環境條件下可燃氣體爆炸極限特征參數測定系統。
背景技術：
目前，國內外尚沒有關于特殊環境下可燃氣體爆炸特性實驗研究方面的標準，我國僅有中華人民共和國國家標準.GB/T 12474 - 2008《空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法》，該標準規定了常溫常壓條件下可燃氣體爆炸極限的測定方法。但是，對于超低溫((TC以下)環境可燃氣體爆炸極限的測定還缺乏相應的技術手段。目前，我國部分科研院所雖有針對高溫或高壓環境下可燃氣體爆炸特性研究的相關設備，但不能實現超低溫環境下可燃 氣體爆炸特性研究。因此急需一種在超低溫環境下進行可燃氣體爆炸特性測定系統。
發明內容
有鑒于此，本發明所要解決的技術問題是提供一種在超低溫環境下進行可燃氣體爆炸特性測定系統。本發明的目的是這樣實現的
本發明提供的超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，包括爆炸罐體和分別與爆炸罐體連接的降溫系統、數據采集系統、點火系統和配氣系統；所述爆炸罐體，用于進行可燃氣體爆炸特性試驗的容器；所述降溫系統，用于對整個爆炸罐體進行降溫及保溫；所述數據采集系統，用于爆炸試驗過程中可燃氣體爆炸各特征參數數據以及環境參數數據的測試及采集；所述點火系統，用于對罐體內的可燃氣體進行點火；所述配氣系統，用于進行不同濃度及不同氧含量的可燃混合氣體的制備。進一步，所述爆炸罐體包括液氮盤管、液氮夾層、泄壓保護裝置、點火裝置、壓力傳感器、測溫熱電阻、盤管液氮進口、盤管液氮出口和進出氣接口；
所述液氮盤管設置于液氮夾層的內層圍成的腔體室中，所述盤管液氮進口和盤管液氮出口穿過液氮夾層與液氮盤管的兩端連接，所述進出氣接口設置于液氮夾層上并與液氮夾層內層圍成的腔體室連通，所述點火裝置設置于液氮夾層用于點燃液氮夾層內層腔室內的可燃性氣體，所述壓力傳感器設置于液氮夾層上用于采集液氮夾層內層腔室氣體的壓強值，所述測溫熱電阻設置于液氮夾層上用于采集液氮夾層內層腔室氣體的溫度值，所述泄壓保護裝置設置于液氮夾層上用于在液氮夾層內層腔室可燃氣體混合氣爆炸壓力超過預定值時進行泄壓，以便保護設備及操作人員的安全。進一步,所述爆炸罐體容積為20L，球形或圓柱形，爆炸罐體承壓彡25. OMPa ;爆炸罐體的真空度彡O. 02MPa。進一步，所述降溫系統包括液氮儲存罐、連接管路、罐體密封夾層及外部保溫層；所述保溫層為包裹于爆炸罐體外壁的充滿保溫材料的殼狀包覆物。
進一步，所述保溫材料為聚氨酯材料。進一步，所述數據采集系統包括壓力傳感器、測溫熱電阻和數據采集裝置，所測主要參數有爆炸壓力、最大壓力上升速率、環境溫度、環境壓力及可燃氣體濃度值。進一步,所述點火系統所產生的點火能量從IOmJ 400J不同等級連續可調；所述點火系統還設置有火花桿，所述火花桿用于實現爆炸罐體內待測可燃氣體的點燃；所述火花桿能夠承受爆炸罐體內可變的環境條件及由于可燃氣體爆炸所產生的高溫高壓條件；所述火花桿能夠實現密封，保證不從火花桿處向罐體外部漏氣。進一步，所述配氣系統包括甲烷存儲系統、氧氣存儲系統和氮氣存儲系統，所述甲烷存儲系統、氧氣存儲系統和氮氣存儲系統分別通過流量計與爆炸罐體連接。本發明的優點在于本發明針對超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗研究系統。 主要解決了 ①超低溫環境下可燃氣體爆炸特性測試系統實驗流程等相關技術難題。現有相關技術主要針對常溫常壓條件下可燃氣體爆炸極限及其它爆炸特征參數的測定技術，本發明針對超低溫環境下可燃氣體爆炸極限的測定，亦能進行超低溫環境可燃氣體爆炸壓力及壓力上升速率等參數的測定及實驗研究工作。主要針對煤層氣利用深冷液化工藝超低溫環境煤層氣爆炸極限的測定以及其他工業可燃氣體在超低溫環境下爆炸特征參數的測定。本發明的其它優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其它優點可以通過下面的說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中
圖I為本發明實施例提供的系統結構組成示意圖。圖中，液氮盤管-I、液氮夾層-2、點火裝置-3、測溫熱電阻-4、壓力傳感器-5。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。圖I為本發明實施例提供的系統結構組成示意圖，如圖所示本發明提供的超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，包括爆炸罐體和分別與爆炸罐體連接的降溫系統、數據采集系統、點火系統和配氣系統；所述爆炸罐體，用于進行可燃氣體爆炸特性試驗的容器；所述降溫系統，用于對整個爆炸罐體進行降溫及保溫；所述數據采集系統，用于爆炸試驗過程中可燃氣體爆炸各特征參數數據以及環境參數數據的測試及采集；所述點火系統，用于對罐體內的可燃氣體進行點火；所述配氣系統，用于進行不同濃度及不同氧含量的可燃混合氣體的制備。所述爆炸罐體包括液氮盤管I、液氮夾層2、泄壓保護裝置、點火裝置3、壓力傳感器5、測溫熱電阻4、盤管液氮進口、盤管液氮出口和進出氣接口 ；所述液氮盤管I設置于液氮夾層的內層圍成的腔體室中，所述盤管液氮進口和盤管液氮出口穿過液氮夾層與液氮盤管的兩端連接，所述進出氣接口設置于液氮夾層上并與液氮夾層2內層圍成的腔體室連通，所述點火裝置3設置于液氮夾層用于點燃液氮夾層內層腔室內的可燃性氣體，所述壓力傳感器5設置于液氮夾層上用于采集液氮夾層內層腔室氣體的壓強值，所述測溫熱電阻4設置于液氮夾層上用于采集液氮夾層內層腔室氣體的溫度值，所述泄壓保護裝置設置于液氮夾層上用于在液氮夾層內層腔室可燃氣體混合氣爆炸壓力超過預定值時進行泄壓，以便保護設備及操作人員的安全。所述爆炸罐體容積為20L，球形或圓柱形，爆炸罐體承壓彡25. OMPa ;爆炸罐體的真空度彡O. 02MPa。所述降溫系統包括液氮儲存罐、連接管路、罐體密封夾層及外部保溫層；所述保溫層為包裹于爆炸罐體外壁的充滿保溫材料的殼狀包覆物；所述保溫材料為聚氨酯材料或其它能夠達到保溫效果的材料。所述數據采集系統包括壓力傳感器、測溫熱電阻和數據采集裝置，所測主要參數 有爆炸壓力、最大壓力上升速率、環境溫度、環境壓力及可燃氣體濃度值。所述點火系統所產生的點火能量從IOmJ 400J不同等級連續可調；所述點火系統還設置有火花桿，所述火花桿用于實現爆炸罐體內待測可燃氣體的點燃；所述火花桿能夠承受爆炸罐體內可變的環境條件及由于可燃氣體爆炸所產生的高溫高壓條件；所述火花桿能夠實現密封，保證不從火花桿處向罐體外部漏氣。所述配氣系統包括甲烷存儲系統、氧氣存儲系統和氮氣存儲系統，所述甲烷存儲系統、氧氣存儲系統和氮氣存儲系統分別通過流量計與爆炸罐體連接。超低溫環境的實現采用液氮降溫技術實現爆炸罐體內環境溫度的改變，將液氮充入爆炸罐體夾層及內部盤管內，通過循環不斷吸收熱量,并聚氨酯材料包裹罐體,使可燃氣體溫度降低并保持穩定。超低溫環境條件的監控通過安裝有熱電阻和壓力變送器，并連接相應的數顯儀表，實現對罐體內氣體溫度、壓力等環境條件的實時監控。超低溫環境下可燃氣體點火通過進行超低溫環境密封性實驗及點火實驗，研制了適用于超低溫環境下的火花桿來實現整個爆炸系統的點火。超低溫環境下爆炸數據的采集采用適用于超低溫環境的壓力傳感器來測定爆炸后的爆炸壓力，點火的同時觸發數據采集系統進行實時數據采集。在煤層氣利用過程中，其中深冷液化工藝是利用甲烷與氧氣以及氮氣的沸點不同，在超低溫下對甲烷實施分離的技術。重慶能源集團投產的低濃度煤層氣深冷液化工業化試驗裝置在_182°C的低溫和O. 3MPa的低壓下可把含氧煤層氣的分離和液化同步進行。在深冷液化過程中，甲烷濃度穿越爆炸極限范圍。以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，其特征在于包括爆炸罐體和分別與爆炸罐體連接的降溫系統、數據采集系統、點火系統和配氣系統；所述爆炸罐體，用于進行可燃氣體爆炸特性試驗的容器；所述降溫系統，用于對整個爆炸罐體進行降溫及保溫；所述數據采集系統，用于爆炸試驗過程中可燃氣體爆炸各特征參數數據以及環境參數數據的測試及采集；所述點火系統，用于對罐體內的可燃氣體進行點火；所述配氣系統，用于進行不同濃度及不同氧含量的可燃混合氣體的制備。
2.根據權利要求I所述的超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，其特征在于所述爆炸罐體包括液氮盤管、液氮夾層、泄壓保護裝置、點火裝置、壓力傳感器、測溫熱電阻、盤管液氮進口、盤管液氮出口和進出氣接口 ；所述液氮盤管設置于液氮夾層的內層圍成的腔體室中，所述盤管液氮進口和盤管液氮出口穿過液氮夾層與液氮盤管的兩端連接，所述進出氣接口設置于液氮夾層上并與液氮夾層內層圍成的腔體室連通，所述點火裝置設置于液氮夾層用于點燃液氮夾層內層腔室內的可燃性氣體，所述壓力傳感器設置于液氮夾層上用于采集液氮夾層內層腔室氣體的壓強值，所述測溫熱電阻設置于液氮夾層上用于采集液氮夾層內層腔室氣體的溫度值，所述泄壓保護裝置設置于液氮夾層上用于在液氮夾層內層腔室可燃氣體混合氣爆炸壓力超過預定值時進行泄壓，以便保護設備及操作人員的安全。
3.根據權利要求2所述的超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，其特征在于所述爆炸罐體容積為20L，球形或圓柱形，爆炸罐體承壓> 25. OMPa ;爆炸罐體的真空度(O.02MPa。
4.根據權利要求3所述的超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，其特征在于所述降溫系統包括液氮儲存罐、連接管路、罐體密封夾層及外部保溫層；所述保溫層為包裹于爆炸罐體外壁的充滿保溫材料的殼狀包覆物。
5.根據權利要求4所述的超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，其特征在于所述保溫材料為聚氨酯材料。
6.根據權利要求5所述的超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，其特征在于所述數據采集系統包括壓力傳感器、測溫熱電阻和數據采集裝置，所測主要參數有爆炸壓力、最大壓力上升速率、環境溫度、環境壓力及可燃氣體濃度值。
7.根據權利要求6所述的超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，其特征在于所述點火系統所產生的點火能量從IOmJ 400J不同等級連續可調；所述點火系統還設置有火花桿，所述火花桿用于實現爆炸罐體內待測可燃氣體的點燃；所述火花桿能夠承受爆炸罐體內可變的環境條件及由于可燃氣體爆炸所產生的高溫高壓條件；所述火花桿能夠實現密封，保證不從火花桿處向罐體外部漏氣。
8.根據權利要求7所述的超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，其特征在于所述配氣系統包括甲烷存儲系統、氧氣存儲系統和氮氣存儲系統，所述甲烷存儲系統、氧氣存儲系統和氮氣存儲系統分別通過流量計與爆炸罐體連接。
全文摘要
本發明公開了一種超低溫環境下可燃氣體爆炸特性實驗系統，包括爆炸罐體、降溫系統、數據采集系統、點火系統和配氣系統；降溫系統包裹于爆炸罐體上，數據采集系統為設置于爆炸罐體內的熱電阻和壓力傳感器、數據采集裝置。該系統在超低溫環境下測量可燃氣體爆炸特征參數時，首先將爆炸罐體抽成真空；然后將待測可燃氣體充入爆炸罐體并進行降溫；最后點燃待測可燃氣體，并采集爆炸罐體內爆炸特性參數數據，并保存爆炸特性參數數據。本發明針對煤層氣利用深冷液化工藝超低溫環境下可燃氣體爆炸極限的測定，亦能進行超低溫環境可燃氣體爆炸壓力及壓力上升速率等參數的測定及實驗研究工作。
文檔編號G01N25/54GK102818821SQ201210304348
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者司榮軍, 李潤之, 王磊 申請人:中煤科工集團重慶研究院