專利名稱：一種可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種安全測試裝置及分析方法，尤其是一種可燃氣體爆炸泄爆后在耐壓容器外傳播時的壓力與火焰的測試裝置及分析方法，具體地說是涉及一種可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置及分析方法。
背景技術：
隨著工業(yè)現(xiàn)代化的高速發(fā)展，可燃性氣體和粉塵的使用越來越廣泛，其爆炸事故也愈加頻繁，已經成為工業(yè)爆炸事故的重要形式。泄爆能夠將工業(yè)裝置或耐壓容器內部的高壓已燃和未燃氣體導至外部空間，使內部壓力迅速降低，避免爆炸事故的發(fā)生和財產的損失，從而已經成為被廣泛應用的防爆技術手段。在泄爆過程中，可燃性氣體在耐壓容器外部的傳播流動、壓力分布及變化、噴射火焰會造成裝置損壞、人員傷亡等各種損失，這種影響統(tǒng)稱為可燃氣體泄爆傷害效應。泄爆傷害效應有兩種形式沖擊波和熱輻射，二者分別是由高速泄爆氣流在空間的壓力積累和噴射火焰的高溫輻射造成的。對泄爆傷害效應的研究，可以作為評估爆炸危險性大小的參數，也可以作為防爆安全設計的依據，例如確定傷害影響范圍大小、提出合理的人員安全防護設計方法等。目前，對于可燃氣體泄爆傷害效應的研究很少，沒有相關的實驗裝置來實際地測量出相應參數及變化過程，也沒有系統(tǒng)性的方法來確定傷害效應的程度大小。
實用新型內容本實用新型的目的旨在解決現(xiàn)有的可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置及研究方法缺乏的問題，提出了一種結構簡單，操作簡便，能夠全面、準確測量可燃氣體泄爆后在容器外部空間各點的壓力、火焰參數的測試裝置，并建立了一種分析方法，以測量到的參數為基礎分析傷害效應。本實用新型的技術方案是一種可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，它包括—傷害效應參數采集裝置，該傷害效應參數采集裝置包括一壓力采集裝置和一火焰采集裝置；所述的壓力采集裝置包括兩個側部支撐架、一頂部弧形支撐架、工字型滑塊和壓力傳感器；所述頂部弧形支撐架的兩個末端分別與側部支撐架相連接，所述的工字型滑塊設置在頂部弧形支撐架上，所述的壓力傳感器安裝在工字型滑塊上，所述工字型滑塊的底部還安裝有熱輻射通量計；一爆炸裝置，該爆炸裝置包括一耐壓容器，所述的耐壓容器上設置有兩個混合氣體輸入端口、一壓力傳感器安裝端口、一點火裝置安裝端口、一耐壓火焰觀測窗口、一頂部泄爆端口 ；所述的壓力傳感器安裝端口上安裝有壓力傳感器，所述頂部泄爆端口的法蘭夾持有泄爆片；一數據采集處理裝置，該數據處理裝置包括信號放大電路、數據采集電路和計算機；信號放大電路的輸出端與數據采集電路的輸入端相連接，數據采集電路的輸出端與計算機相連接；所述熱輻射通量計的輸出端以及分別安裝在工字型滑塊和耐壓容器上的壓力傳感器的輸出端均和信號放大電路的輸入端相連接，火焰采集裝置的輸出端與計算機相連接。作為一種優(yōu)選方案，所述工字型滑塊的底部還安裝有激光定位接收器，所述耐壓容器的頂部安裝有激光定位發(fā)射器，所述的激光定位接收器和激光定位發(fā)射器的輸出端和計算機相連接。所述的激光定位接收器和激光定位發(fā)射器用于調整確定工字型滑塊的在頂部弧形支撐架上的角度，即確定在空間內的位置。所述耐壓容器的上部對稱設有一對吊耳，底部裝有支撐筒節(jié)和底板。作為一種優(yōu)選方案所述側部支撐架的底部設置有加強筋和底座；所述側部支撐架的中部設有中空凹槽，中空凹槽部位安裝可上下滑動的滑塊，所述的滑塊通過緊固件(如緊固螺栓)固定在側部支撐架上，所述滑塊上設有螺孔用于配合頂部弧形支撐架的安裝；所述頂部弧形支撐架的兩端分別設有螺孔與所述滑塊上的螺孔相配合，通過安裝螺栓將滑塊與頂部弧形支撐架的兩端分別固連在一起；所述側部支撐架上還設置有標尺用于度量頂部弧形支撐架上下滑動的距離。所述頂部弧形支撐架的形狀為半圓形，以爆炸裝置的頂部泄爆端口的中心點為圓心，兩端夾圓心角180° ,背弓部垂直向上。所述頂部弧形支撐架中部中空，所述的工字型滑塊安裝在頂部弧形支撐架的中空部位，可沿頂部弧形支撐架滑動，所述的工字型滑塊上帶有C字型緊固件用于將滑動到合適位置的工字型滑塊固定到弧形支撐架上。固定時，所述的C字型緊固件的兩端分別穿過設在工字型滑塊上表面和下表面上的邊 開孔，通過旋轉調整螺桿卡在頂部弧形支撐架上，將工字型滑塊固定。所述工字型滑塊上沿與其上下表面垂直方向設有帶內螺紋的圓形孔，壓力傳感器插入圓形孔后利用設在壓力傳感器上的接頭螺紋擰緊。所述的工字型滑塊數量為5 10個(可隨要求的不同而改變)。所述的火焰采集裝置高速光學攝影儀器或高速數字攝影儀器。利用本實用新型的裝置，可以得到可燃氣體泄爆后在耐壓容器外部空間內任意位置的壓力參數，并可以得到噴射火焰在整個泄爆過程中隨時間變化的圖像。一種可燃氣體泄爆傷害效應的分析方法，以上述裝置采集到的數據進行分析，包括以下步驟(1)確定壓力過程參數曲線通過所述的裝置，得到泄爆過程耐壓容器外空間各個位置的壓力過程參數曲線，包括壓力隨時間的變化P、、壓力上升速率隨時間的變化dp
t;(2)確定壓力特征參數通過數據分析軟件，分析上述壓力過程參數曲線，可以得到泄爆過程耐壓容器外空間各個位置的壓力特征參數，包括峰值壓力Pmax和最大壓力上
升速率if];
V dt Jmim(3)根據沖擊波破壞效應的超壓準則進行傷害效應判定；(4)確定熱輻射通量特征參數通過上述裝置，可以得到泄爆過程耐壓容器外空間各個位置的熱輻射通量峰值Qmax ；(5)根據熱福射傷害準則進行傷害效應判定；(6)對火焰采集裝置拍到的照片或影像資料進行解讀，得到不同泄爆條件下，噴射火焰的特征的變化規(guī)律。本實用新型的有益效果本實用新型的測試裝置設計功能強大，能夠全面地、系統(tǒng)性地測量可燃氣體泄爆過程中，耐壓容器外空間中各個位置的壓力參數及熱輻射通量；能夠拍攝到可燃氣體泄爆過程中，噴射火焰隨時間變化的全過程圖像。本實用新型的傷害效應分析方法合理，能夠以測試到的參數為基礎，分析傷害程度的大小，確定傷害范圍等。本實用新型實驗操作非常方便，同時測試裝置成本低廉，可以彌補國內關于可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置及分析方法缺乏的不足?？蓮V泛用于石油化工生產裝置中實際工況下可燃氣體爆炸泄爆后沖擊波、熱輻射、噴射火焰等的危險性分析，對于防爆安全設計、人員防護、防止財產的損失等具有顯著的作用。
圖1是本實用新型的系統(tǒng)組成結構示意圖。圖2是本實用新型的側部支撐架側面視圖和正面視圖，A為側面視圖，B為正面視圖。圖3是本實用新型的頂部弧形支撐架正面視圖。圖4是本實用新型的頂部弧形支撐側面視圖(放大)。圖5是本實用新型的工字型滑塊與頂部弧形支撐架結合部側面剖視圖(放大)。圖6是本實用新型的球狀耐壓容器正面(剖)視圖。圖7是本實用新型的球狀耐壓容器俯視圖。圖8是本實用新型的球狀耐壓容器側視圖。1-側部支撐架、2-頂部弧形支撐架、3-工字型滑塊、4-壓力傳感器、5-耐壓容器、6-火焰采集裝置、7-信號放大電路、8-數據采集電路、9-計算機、IO-C字型緊固件、11-調整螺桿、12-頂部弧形支撐架兩端的螺孔、13-熱輻射通量計、14-激光定位接收器、15-壓力傳感器安裝端口、16-混合氣體輸入端口、17-點火裝置安裝端口、18-頂部泄爆端口、19-法蘭、20-激光定位發(fā)射器、21-耐壓火焰觀測窗口、22-吊耳、23支撐筒節(jié)、24-底板、25-中空凹槽、26-滑塊、27-螺栓、28-螺孔、29-標尺、30-加強筋、31-底座、32-邊開孔。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖1所示，一種可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，它包括一傷害效應參數采集裝置、一爆炸裝置和一數據采集處理裝置。爆炸裝置的類型或種類可任意選擇，本實用新型以球狀耐壓容器為例進行說明。如圖1-5所示，傷害效應參數采集裝置包括一壓力采集裝置和一火焰采集裝置；所述的壓力采集裝置包括兩個側部支撐架1、一頂部弧形支撐架2、工字型滑塊3和壓力傳感器4 ;所述頂部弧形支撐架2的兩個末端分別與側部支撐架I相連接，所述的工字型滑塊3設置在頂部弧形支撐架2上，所述的壓力傳感器4安裝在工字型滑塊3上，所述工字型滑塊3的底部還安裝有熱輻射通量計13，用于測量熱輻射通量。所述側部支撐架I的底部設置有加強筋30和底座31 ;防止在泄爆氣體沖擊波的作用下側部支撐架I晃動或傾倒，造成測量數據的不準確；所述側部支撐架的中部設有中空凹槽25，中空凹槽25部位安裝可上下滑動的滑塊26，所述的滑塊26通過兩個并列設置的螺栓27固定在側部支撐架I上，所述滑塊上并列設有兩個螺孔28用于配合頂部弧形支撐架2的安裝；所述頂部弧形支撐架2的兩端分別設有兩個螺孔12與所述滑塊26上的螺孔28相配合，通過安裝螺栓將滑塊26與頂部弧形支撐架2的兩端分別固連在一起；同時滑塊26通過螺栓27固定在側部支撐架I上，間接的使頂部弧形支撐架2的兩個末端分別與側部支撐架I固連在一起。安裝完成后，頂部弧形支撐架2兩端可以根據需要在側部支撐架I上上下滑動。所述側部支撐架I上還設置有標尺29用于度量頂部弧形支撐架2上下滑動的距離。頂部弧形支撐架2的形狀為半圓形，考慮到本套系統(tǒng)的條件限制，采用以爆炸裝置頂部泄爆端口 18中心點為圓心，兩端夾圓心角180°，背弓部垂直向上，符合可燃氣體爆炸在耐壓容器5外部傳播的流動特征。而且由于可燃性氣體泄爆后自泄爆口噴射出，朝各個方向的流動特性相同，故沒有設置多個不同角度的頂部弧形測量架及相關附屬設備。所述頂部弧形支撐架2中部中空，所述的工字型滑塊3安裝在頂部弧形支撐架2的中空部位，可沿頂部弧形支撐架2滑動，工字型滑塊3的數量為5-10個(可隨測試要求不同而改變);所述工字型滑塊3上，沿與其上下表面垂直方向設有帶內螺紋的圓形孔，壓力傳感器4 (可采用CYG1401MF型壓力變送器測量，測量頻率IOOkHz)插入圓形孔后利用設在壓力傳感器4上的接頭螺紋擰緊。所述的工字型滑塊3上帶有C字型緊固件10用于將滑動到合適位置的工字型滑塊2固定到弧形支撐架2上。固定時，所述的C字型緊固件10的兩端分別穿過設在工字型滑塊3上表面和下表面上的邊開孔32，通過旋轉調整螺桿11卡在頂部弧形支撐架2上，將工字型滑塊3固定。所述工字型滑塊3的底部還安裝有激光定位接收器14，與所述耐壓容器5頂部安裝的激光定位發(fā)射器20相配合，所述的激光定位接收器14和激光定位發(fā)射器20的輸出端和計算機9相連接。激光定位發(fā)射器20可按照預定角度發(fā)射激光射線，激光定位接收器14用于接收該激光射線，若角度正確則反饋信號，該部分用于調整確定工字型滑塊3及壓力傳感器4在頂部弧形支撐架2上的角度(即確定在空間內的位置)。火焰采集裝置6可采用高速光學攝影儀器或高速數字攝影儀器。如圖6-8所示，爆炸裝置包括一球狀的耐壓容器5，所述的耐壓容器5上設置有兩個混合氣體輸入端口 16、一壓力傳感器安裝端口 15、一點火裝置安裝端口 17、一耐壓火焰觀測窗口 21、一頂部泄爆端口 18 ;所述的壓力傳感器安裝端口 15上安裝有壓力傳感器，所述頂部泄爆端口 18的法蘭19夾持有泄爆片；耐壓容器5的上部對稱設有一對吊耳22，底部裝有支撐筒節(jié)23和底板24。耐壓容器5頂部安裝的激光定位發(fā)射器20?；旌蠚怏w輸入端口 16主要用于已配比混合氣體的輸入及循環(huán)，頂部法蘭19夾持的泄爆片，類型及種類可以自由選擇，用于實現(xiàn)不同泄爆壓力的準確控制?？紤]到球狀的耐壓容器5爆炸的同向性(即球狀的耐壓容器5中的可燃氣體爆炸后，氣體壓力、火焰等參數在球心的各個方向上是相同的)，球狀的耐壓容器5只設置有頂部泄爆端口。如圖1所示，數據處理裝置包括信號放大電路7、數據采集電路8和計算機9 ;信號放大電路7的輸出端與數據采集電路8的輸入端相連接，數據采集電路8的輸出端與計算機9相連接；所述熱輻射通量計13的輸出端以及分別安裝在工字型滑塊和耐壓容器5上的壓力傳感器的輸出端均和信號放大電路7的輸入端相連接，火焰采集裝置6的輸出端與計算機9相連接。工字型滑塊3的底部安裝的激光定位接收器14，耐壓容器5的頂部安裝有激光定位發(fā)射器20的輸出端和計算機9相連接。壓力傳感器、火焰采集裝置分別用于采集容器外部泄爆氣流的壓力及火焰數據，數據依次通過信號放大電路、數據采集電路(可采用常規(guī)電路)到達計算機進行計算處理(可采用JV5231型多通道數據采集儀同步采集，最大采樣速度為20M，分辨率12bit，精度誤差小于1. 0%)。利用本實用新型的裝置，可以得到可燃氣體泄爆后在耐壓容器外部空間內任意位置的壓力參數，并可以得到噴射火焰在整個泄爆過程中隨時間變化的圖像?？扇細怏w泄爆傷害效應的分析方法，基于通過上述測試裝置得到的數據，分為以下步驟(I)確定壓力過程參數曲線。通過上述實驗裝置，可以得到泄爆過程耐壓容器外空間各個位置的壓力過程參數曲線，包括壓力隨時間的變化P、、壓力上升速率隨時間的變
化
權利要求1.一種可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，其特征是它包括 一傷害效應參數采集裝置，該傷害效應參數采集裝置包括一壓力采集裝置和一火焰采集裝置；所述的壓力采集裝置包括兩個側部支撐架、一頂部弧形支撐架、工字型滑塊和壓力傳感器；所述頂部弧形支撐架的兩個末端分別與側部支撐架相連接，所述的工字型滑塊設置在頂部弧形支撐架上，所述的壓力傳感器安裝在工字型滑塊上，所述工字型滑塊的底部還安裝有熱輻射通量計； 一爆炸裝置，該爆炸裝置包括一耐壓容器，所述的耐壓容器上設置有兩個混合氣體輸入端口、一壓力傳感器安裝端口、一點火裝置安裝端口、一耐壓火焰觀測窗口、一頂部泄爆端口 ；所述的壓力傳感器安裝端口上安裝有壓力傳感器，所述頂部泄爆端口的法蘭夾持有泄爆片； 一數據采集處理裝置，該數據處理裝置包括信號放大電路、數據采集電路和計算機；信號放大電路的輸出端與數據采集電路的輸入端相連接，數據采集電路的輸出端與計算機相連接； 所述熱輻射通量計的輸出端以及分別安裝在工字型滑塊和耐壓容器上的壓力傳感器的輸出端均和信號放大電路的輸入端相連接，火焰采集裝置的輸出端與計算機相連接。
2.根據權利要求1所述的可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，其特征在于所述工字型滑塊的底部還安裝有激光定位接收器，所述耐壓容器的頂部安裝有激光定位發(fā)射器，所述的激光定位接收器和激光定位發(fā)射器的輸出端和計算機相連接。
3.根據權利要求1或2所述的可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，其特征在于所述耐壓容器的上部對稱設有一對吊耳，底部裝有支撐筒節(jié)和底板。
4.根據權利要求1所述的可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，其特征是所述側部支撐架的底部設置有加強筋和底座；所述側部支撐架的中部設有中空凹槽，中空凹槽部位安裝可上下滑動的滑塊，所述的滑塊通過緊固件固定在側部支撐架上，所述滑塊上設有螺孔用于配合頂部弧形支撐架的安裝；所述頂部弧形支撐架的兩端分別設有螺孔與所述滑塊上的螺孔相配合，通過安裝螺栓將滑塊與頂部弧形支撐架的兩端分別固連在一起；所述側部支撐架上還設置有標尺用于度量頂部弧形支撐架上下滑動的距離。
5.根據權利要求1所述的可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，其特征是所述頂部弧形支撐架的形狀為半圓形，以爆炸裝置的頂部泄爆端口的中心點為圓心，兩端夾圓心角180°，背弓部垂直向上。
6.根據權利要求1所述的可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，其特征是所述頂部弧形支撐架中部中空，所述的工字型滑塊安裝在頂部弧形支撐架的中空部位，能沿頂部弧形支撐架滑動，所述的工字型滑塊上帶有C字型緊固件用于將滑動到合適位置的工字型滑塊固定到弧形支撐架上。
7.根據權利要求1所述的可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，其特征是所述工字型滑塊上沿與其上下表面垂直方向設有帶內螺紋的圓形孔，壓力傳感器插入圓形孔后利用設在壓力傳感器上的接頭螺紋擰緊。
8.根據權利要求1或6所述的可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，其特征是所述的工字型滑塊數量為5 10個。
9.根據權利要求1所述的可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置，其特征是所述的火焰采集裝置采用高速光學攝影儀器或高速數字攝影儀 器。
專利摘要本實用新型涉及一種可燃氣體泄爆傷害效應測試裝置及分析方法，該測試裝置包括傷害效應參數采集裝置、爆炸裝置、數據采集裝置。彌補了現(xiàn)有技術中關于可燃氣體泄爆傷害效應研究裝置及方法缺乏的不足，提供了一種設計合理、操作簡便、能全面、準確地測量出可燃氣體泄爆后在耐壓容器外空間任意位置的壓力、噴射火焰等相應參數的測量系統(tǒng)，并建立了一種傷害效應的分析方法。本實用新型可廣泛用于石油化工生產裝置中實際工況下可燃氣體爆炸泄爆后沖擊波、噴射火焰等的危險性分析，對于防爆安全設計、人員防護失等具有顯著的作用。
文檔編號G01N25/54GK202870015SQ20122051051
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權日2012年9月29日
發(fā)明者王志榮, 潘沫羽, 蔣軍成, 鄭楊艷 申請人:南京工業(yè)大學