1.本发明专利属于可燃性气体安全的技术领域，具体涉及一种管道预混气体抑爆防爆试验装置及其方法。
背景技术：2.可燃气体指的是在常温下呈现气体的状态，遇火便会被点燃的一种物质，如甲烷、氢气、乙炔、天然气等等。近年来，随着时代的不断进步，人们对于清洁环保的理念不断加深，可燃气体凭借其自身清洁、环保、高效等优点备受瞩目，在日常生活和工业领域中更是应用广泛。然而可燃气体也有潜在的危险，日常生活中由于使用不当造成的可燃气体泄漏引发的爆炸及工业领域中采矿、运输和城市燃气供应过程中的各种不确定因素引发的燃烧、爆燃甚至爆燃转爆轰都给人们带来了惨痛的代价。目前，国内外对于管道内预混气体爆炸的研究主要集中在影响火焰的传播因素、传播机理及规律，爆燃转爆轰等方面，对于管道内预混气体的早期预防技术和发生爆炸后对火焰传播的抑制等研究相对较少。据研究表明，可燃气体发生爆燃有部分原因来自于静电摩擦、机械电弧等弱点火源。因此，开展管道内预混气体的早期预防研究非常有必要。
3.在现有技术方案中，只能研究预混气体发生爆燃后火焰传播的规律及对火焰的抑制，而缺乏前期通过改变环境湿度来有效预防各种弱点火源带来的危害，从而在爆燃的初期阶段有效控制，达到扼制爆燃的目的。所以有必要研究一种前期抑制预混火焰爆燃，并预防万一，如果一旦发生爆燃能够迅速防止爆炸；爆燃后期得到充分控制及抑制，同时也能研究火焰传播的各种规律的一种实验装置及方法。
技术实现要素：4.为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种管道预混气体抑爆防爆试验装置及其方法，用以研究改变可燃预混气体湿度对气体燃爆的影响，进而预防预混气体发生爆燃；同时也用以研究在可燃预混气体发生爆燃后如何有效抑制火焰传播。
5.基于本发明的一个方面，提供一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，包括燃烧管道、空气加湿系统、高压点火系统、气体混配系统、数据采集系统和摄像装置；所述空气加湿系统、高压点火系统和气体混配系统与燃烧管道连通；所述气体混配系统用于气体的混合，并将混合后的气体传送至燃气管道内；所述空气加湿系统用于调节然后管道内气体的湿度；所述高压打火系统用于在管道内产生静电火花或机械电弧；所述摄像装置用于拍摄管道内部状况；所述数据采集系统用于采集燃烧管道内的湿度数据和燃烧数据。
6.在上述技术方案中，采用空气加湿系统调节燃烧管道内的气体湿度，从而可以用于研究气体燃爆的临界湿度；采用气体混配系统调节可燃气体的混合比例及燃烧管道内气体浓度，可以用于实施不同气体组分和浓度下的管道气体燃爆试验；采用高压点火系统调节点火时的火花大小，用于研究火源大小对预混气体燃爆的影响；采用摄像装置和数据采集系统可以观察气体燃爆和火焰传输时的规律。
7.进一步地，所述数据采集系统包括湿度传感器、离子探针、电热偶、压力传感器和数据采集仪，所述湿度传感器、离子探针、电热偶和压力传感器均与数据采集仪连接。湿度传感器用于感应燃烧管道内的湿度，离子探针用于感应是否有燃烧发生，电热偶用于感应燃烧管道内的温度，压力传感器用于感应燃烧管道内气体燃爆时的压力。
8.进一步地，所述空气加湿系统包括雾化器，所述雾化器连接有自动控制器、进水口和防爆管，所述控制器用于控制雾化器将水转换成水汽，水汽通过防爆管传输至燃烧管道中。采用雾化器产生水汽，并将水汽传输至管道中内，从而达到改变管道内气体湿度的目的，操作简单方便。
9.进一步地，所述湿度传感器还与自动控制器连接，湿度传感器感应到的湿度数据被传输至自动控制器，控制器控制根据接收到的湿度数据控制雾化器的工作。通过湿度传感器的感应数据控制雾化器的工作，实现了管道内气体湿度的自动控制和精准控制。
10.进一步地，所述燃烧管道包括上游管道和下游管道，所述上游管道和下游管道之间可拆卸连接有阻火系统，所述阻火系统包括金属丝网阻火装置。在上游管道和下游管道之间设置阻火系统，可以进一步研究阻火系统中的金属丝网对燃爆产生的火焰的抑制效果。
11.进一步地，所述阻火系统还包括超细水雾喷头，所述超细水雾喷头通过管道与雾化器连接，所述管道上设置有阀门；所述空气加湿系统用于产生超细水雾并将超细水雾传输至超细水雾喷头。通过在阻隔系统中设置超细水雾喷头，可以研究超细水雾对火焰传输的影响，增加本实验装置的应用范围。
12.进一步地，所述离子探针与自动控制器连接，离子探针感应到的数据被传输至自动控制器，自动控制器根据接收到的数据控制雾化器产生超细水雾，超细水雾沿管道传输至超细水雾喷淋装置。当管道内的气体产生燃爆时，离子探针产生感应信号，并将感应信号传输至自动控制器，自动控制器控制雾化器产生超细水雾，实现了超细水雾喷淋装置工作的自动化控制，避免了因人为操作带来的时间延迟，且降低了试验人员的工作量。
13.进一步地，所述燃烧管道连通有泄压管和抽气管，所述抽气管连接有真空泵。在气体燃爆后，管道内气体压力较大，试验结束后通过泄压管降低燃烧管道内的气体压力；在进行试验前，通过真空泵将燃烧管道内抽成真空，避免了管道内气体残留影响试验的准确性。
14.基于本发明的另一方面，提供一种管道预混气体抑爆防爆试验方法，包括以下步骤：
15.封闭泄压管，打开真空泵抽空燃烧管道内的空气；
16.控制气体混配系统，按照试验要求配置混合气体，并将混合气体传输至燃烧管道内；当管道内达到实验所需浓度时关闭进气阀门，打开数据采集仪及摄像装置；
17.将气体静置以达到均匀混合的状态，同时打开空气加湿系统，调整燃烧管道内的气体湿度至试验要求的湿度水平；
18.设置高压点火器电压，然后打开高压点火器，使其产生静电火花或机械电弧，观察燃烧管道内气体是否发生爆燃；
19.若燃烧管道内气体未发生爆燃，则增大高压点火器电压、增加可燃气体浓度或降低燃烧管道内的空气湿度，直至燃烧管道气体发生爆燃；若燃烧管道内气体发生爆燃，则通过数据采集仪和摄像装置记录火焰传播过程中的各项参数；
20.试验结束，打开泄压管，使燃烧管道内的压力降低。
21.在上述技术方案中，通过调节试验过程中预混气体的比例及浓度、高压点火系统的电压和燃烧管道内的湿度，从而获得不同比例和浓度的预混气体在不同大小的弱点火源条件下发生爆燃的最大临界湿度，对管道内预混气体发生爆燃进行早期有效预防；当燃烧管道内气体发生爆燃时，通过数据采集仪和摄像装置记录火焰传播过程中的各项参数，可以研究火焰传输的特征和规律。
22.进一步地，所述封闭泄压管，打开真空泵抽空燃烧管道内的气体还包括：将阻火系统安装于上游管道和下游管道之间。将阻火系统安转于上游管道和下游管道之间，即可实施阻火系统对火焰传播的抑制效果试验。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
24.(1)本发明提供的一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，用空气加湿系统调节燃烧管道内的气体湿度，从而可以用于研究气体燃爆的临界湿度；采用气体混配系统调节可燃气体的混合比例及燃烧管道内气体浓度，可以用于实施不同气体组分和浓度下的管道气体燃爆试验；采用高压点火系统调节点火时的火花大小，用于研究火源大小对预混气体燃爆的影响；采用摄像装置和数据采集系统可以观察气体燃爆和火焰传输时的规律；本装置可用于研究气体湿度对管道内可燃预混气体爆燃的影响，从而获得不同浓度的预混气体在弱点火源下起爆的最大临界湿度参数，为预防早期的预混气体爆燃提供了技术参考。
25.(2)本发明提供的一种管道预混气体抑爆防爆试验装置可用于研究爆燃后火焰在管道内传播的规律和特征，且阻火系统可以用于研究对抑制火焰传播的影响，从而为管道气体爆炸抑制手段的选取提供理论依据。
26.(3)本发明提供的一种管道预混气体抑爆防爆试验方法，可以用于研究预混气体比例和浓度、点火火花大小及管道气体湿度对管道可燃气体燃爆的影响，及其燃爆后的采用金属丝网和超细水雾等抑制手段对火焰传输的抑制效果，从而实现对预混气体发生爆燃的前期和后期双重抑制。
附图说明
27.图1为根据本发明实施例的试验装置示意图；
28.图2为根据本发明实施例的气体混配系统示意图；
29.图3为根据本发明实施例的试验方法流程图。
30.图中：1、接水口；2、雾化器；3、自动控制器；4、防爆管；5、高压点火器；6、上游管道；7、进气管；8、气体混配系统；9、湿度传感器；10、离子探针；11、热电偶；12、压力传感器；13、阻火系统；1301、金属丝网；1302、超细水雾喷头；14、摄像装置；15、下游管道；16、泄压管；17、数据采集仪；18、抽气管；19、真空泵；20、储气瓶；21、电磁阀；22、流量计；23、流量控制器；24、预混腔；25、旁通路。
具体实施方式
31.以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发
明所保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.实施例1
36.如图1所示，本实施例提供一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，包括燃烧管道、空气加湿系统、高压点火系统、气体混配系统8和摄像装置14。燃烧管道为长为530mm，宽和高均为82mm的长方体，燃烧管道包括上游管道6和下游管道15，上游管道6和下游管道15通过法兰可拆卸连接，上游管道6及下游管道15正面和/或背面采用透明材质制作(本实施例中为防爆玻璃)，顶面和底面采用防爆钢材制作。上游管道6连接有空气加湿系统、高压点火系统(本实施例中为高压点火器5)和气体混配系统8。
37.空气加湿系统包括雾化器2，雾化器2上连接有接水口1、自动控制器3及防爆管4，防爆管4远离雾化器2的一端伸入至上游管道6内部；接水口1与雾化器2之间的管道上设置有阀门，防爆管4上设置有阀门。
38.如图2所示，气体混配系统8包括四个储气瓶20，每个储气瓶20均连接有一个电磁阀21，电磁阀21出气口连接有流量计22，电磁阀21和流量计22均与流量控制器23连接，流量控制器23用于接收流量计22监测的流量数据并根据流量数据控制电磁阀21的开启与关闭。流量计22的出口与预混腔24连接，流量计22将监测到的流量数据传输至流量控制器23，当气体流量达到预设值时，流量控制器23控制电磁阀21关闭。预混腔24连接有旁通路25和进气管7，当预混腔24内的气体比例和浓度不符合预设值时，打开旁通路25上的阀门，使气体流出预混腔24；当预混腔24内的气体比例和浓度符合预设值时，打开进气管7上的阀门，使预混气体进入燃烧管道。
39.本实施例还包括数据采集系统，数据采集系统包括湿度传感器9、压力传感器12、
热电偶11、离子探针10和数据采集仪17；湿度传感器9、压力传感器12、热电偶11和离子探针10的感应头均位于燃烧管道内，且它们的数据输出端均连接至数据采集仪17，数据采集仪17用于采集上述传感器感应到的数据。
40.湿度传感器9和离子探针10均还与自动控制器3连接。湿度传感器9用于感应燃烧管道内的气体湿度，并将感应到的湿度数据传输至自动控制器3，自动控制器3根据试验需求控制雾化器2工作，产生水雾，水雾经由防爆管4进入燃烧管道内，达到调节燃烧管道内气体湿度的目的；当燃烧管道内的湿度达到试验设定的标准时，自动控制器3控制雾化机停止工作，此时人为关闭防爆管4上的阀门，从而使燃烧管道内的气体湿度稳定在试验要求的水平。
41.本实施例中上游管道6和下游管道16之间连接有阻火系统13，阻火系统13包括金属丝网1301和超细水雾喷头1302，超细水雾喷头1302通过管道与雾化器2连接，管道上设置有阀门。在实施超细水雾对火焰传播的抑制效果试验时，事先打开与超细水雾喷头1302连接的管道上的阀门，当燃烧管道内发生气体燃爆时，离子探针10感应到有气体爆燃发生，离子探针10的感应信号传输至自动控制器3，自动控制器3控制雾化器2工作，产生超细水雾，超细水雾经由管道传输至超细水雾喷头1302，并通过超细水雾喷头1302喷出。
42.下游管道15连接有泄压管16和抽气管18，燃烧管道内发生燃爆后打开泄压管16可以降低管道内的压力；抽气管18连接有真空泵19，真空泵19用于将燃烧管道内的气体抽出，使燃烧管道内形成真空环境。
43.本实施例中还设置有摄像装置14，摄像装置14用于通过上游管道6或下游管道15的防爆玻璃拍摄管道内火焰传播时的画面，摄像装置14与数据采集仪17连接，摄像装置14拍摄的画面被传输至数据采集仪17。
44.实施例2
45.如图3所示，本实施例提供一种管道预混气体抑爆防爆试验方法，具体包括以下步骤：
46.调试好各系统，做好对各装置的准备工作，检查管道的真空状态及气密性，在研究阻火系统对火焰传播的抑制作用时，在燃烧管道的中间位置安装好阻火系统；封闭泄压管，打开真空泵抽空燃烧管道内的空气，使燃烧管道内形成真空环境；
47.控制气体混配系统，按照试验要求配置混合气体，并将混合气体传输至燃烧管道内；当管道内达到实验所需浓度时关闭进气阀门，打开数据采集仪及摄像装置；
48.将气体静置以达到均匀混合的状态，同时打开空气加湿系统，湿度感应器将感应到的湿度数据传输至自动控制器，自动控制器根据接收到的湿度数据控制雾化器的工作，使管道内的湿度增加至试验要求的湿度后自动控制器控制雾化器停止工作，关闭防爆管上的阀门，在研究超细水雾对火焰传输的抑制效果时需要打开超细水雾喷淋系统与雾化器之间的管道上的阀门；
49.设置高压点火器电压，然后打开高压点火器，使其产生静电火花或机械电弧，观察燃烧管道内气体是否发生爆燃；
50.若燃烧管道内气体未发生爆燃，则增大高压点火器电压、增加可燃气体浓度或降低燃烧管道内的空气湿度，直至燃烧管道气体发生爆燃；若燃烧管道内气体发生爆燃，离子探针的感应信号传输至自动控制器，自动控制器控制雾化器工作，从而产生超细水雾并经
超细水雾喷淋系统喷出，且各传感器和自动传感器将感应到的信号传输至数据采集仪以便记录火焰传播过程中的各项参数；
51.试验结束，打开泄压管上的阀门，使气管内的燃烧后的废气排出，从而达到降低燃烧管道内的气压。
52.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
53.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
技术特征：1.一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，其特征在于，包括燃烧管道、空气加湿系统、高压点火系统、气体混配系统、数据采集系统和摄像装置；所述空气加湿系统、高压点火系统和气体混配系统与燃烧管道连通；所述气体混配系统用于气体的混合，并将混合后的气体传送至燃气管道内；所述空气加湿系统用于调节燃烧管道内气体的湿度；所述高压点火系统用于在管道内产生静电火花或机械电弧；所述摄像装置用于拍摄管道内部状况；所述数据采集系统用于采集燃烧管道内的湿度数据和燃烧数据。2.根据权利要求1所述的一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，其特征在于，所述数据采集系统包括湿度传感器、离子探针、电热偶、压力传感器和数据采集仪，所述湿度传感器、离子探针、电热偶和压力传感器均与数据采集仪连接。3.根据权利要求1所述的一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，其特征在于，所述空气加湿系统包括雾化器，所述雾化器连接有自动控制器、进水口和防爆管，所述控制器用于控制雾化器将水转换成水汽，水汽通过防爆管传输至燃烧管道中。4.根据权利要求3所述的一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，其特征在于，所述湿度传感器还与自动控制器连接，湿度传感器感应到的湿度数据被传输至自动控制器，控制器控制根据接收到的湿度数据控制雾化器的工作。5.根据权利要求2所述的一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，其特征在于，所述燃烧管道包括上游管道和下游管道，所述上游管道和下游管道之间可拆卸连接有阻火系统，所述阻火系统包括金属丝网阻火装置。6.根据权利要求5所述的一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，其特征在于，所述阻火系统还包括超细水雾喷头，所述超细水雾喷头通过管道与雾化器连接，所述管道上设置有阀门；所述空气加湿系统用于产生超细水雾并将超细水雾传输至超细水雾喷头。7.根据权利要求6所述的一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，其特征在于，所述离子探针与自动控制器连接，离子探针感应到的数据被传输至自动控制器，自动控制器根据接收到的数据控制雾化器产生超细水雾，超细水雾沿管道传输至超细水雾喷头。8.根据权利要求1所述的一种管道预混气体抑爆防爆试验装置，其特征在于，所述燃烧管道连通有泄压管和抽气管，所述抽气管连接有真空泵。9.一种管道预混气体抑爆防爆试验方法，其特征在于，包括以下步骤：封闭泄压管，打开真空泵抽空燃烧管道内的空气；控制气体混配系统，按照试验要求配置混合气体，并将混合气体传输至燃烧管道内；当管道内达到实验所需浓度时关闭进气阀门，打开数据采集仪及摄像装置；将气体静置以达到均匀混合的状态，同时打开空气加湿系统，调整燃烧管道内的气体湿度至试验要求的湿度水平；设置高压点火器电压，然后打开高压点火器，使其产生静电火花或机械电弧，观察燃烧管道内气体是否发生爆燃；若燃烧管道内气体未发生爆燃，则增大高压点火器电压、增加可燃气体浓度或降低燃烧管道内的空气湿度，直至燃烧管道气体发生爆燃；若燃烧管道内气体发生爆燃，则通过数据采集系统和摄像装置记录火焰传播过程中的各项参数；试验结束，打开泄压管，使燃烧管道内的压力降低。10.根据权利要求9所述的一种管道预混气体抑爆防爆试验方法，其特征在于，所述封
闭泄压管，打开真空泵抽空燃烧管道内的气体还包括：将阻火系统安装于上游管道和下游管道之间。
技术总结本发明公开一种管道预混气体抑爆防爆试验装置及其方法，包括燃烧管道、空气加湿系统、高压点火系统、气体混配系统、数据采集系统和摄像装置；所述空气加湿系统、高压点火系统和气体混配系统与燃烧管道连通；所述气体混配系统用于气体的混合，并将混合后的气体传送至燃气管道内；所述空气加湿系统用于调节然后管道内气体的湿度；所述高压点火系统用于在管道内产生弱点火能；所述摄像装置用于拍摄管道内部状况；所述数据采集系统用于采集燃烧管道内的湿度数据和燃烧数据。本装置可用于研究气体湿度对管道内可燃预混气体爆燃的影响，从而获得不同浓度的预混气体在不同弱点火源下起爆的最大临界湿度参数，为预防早期的预混气体爆燃提供了技术参考。提供了技术参考。提供了技术参考。
技术研发人员：李延钰 郝永梅 邢志祥 蒋军成 吴凡 杨健 郑凯 吴政奇 许宁
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2022.04.25
技术公布日：2022/7/5
