[发明专利]一种氢气-干空气-水蒸汽爆炸压力测试装置及测试方法

说明书

本发明涉及一种氢气‑干空气‑水蒸汽爆炸压力测试装置及测试方法。测试装置包括一个圆柱形爆炸容器，在爆炸容器顶部竖直安装进水管和压力表弯管，在底部安装排水管，进水管与进气管连通，采用分压法控制进入爆炸容器的氢气量和干空气量，进水管顶端与水箱连通，利用重力作用和质量流量控制器将一定量的水从水箱注入爆炸容器，在爆炸容器壁外设加热保温层，通过温度控制柜控制加热温度，水在爆炸容器内被加热至一定温度后形成水蒸汽，水蒸汽、氢气和干空气混合均匀后经点火杆点火产生爆炸，爆炸压力数据由压力传感器、数据采集器和计算机采集。本发明测试装置结构简单，易于操作控制，安全性能高，易于推广。

技术领域

本发明涉及氢气风险控制领域，具体是一种氢气-干空气-水蒸汽爆炸压力测试装置及测试方法。

背景技术

核电站反应堆在发生严重事故时可能会产生大量氢气，对局部隔间和安全壳的结构完整性造成极大威胁，甚至造成大量放射性物质外泄，例如1979年美国三里岛核事故和2011年日本福岛核事故都证明了核电站在事故情况下氢气燃爆可能导致严重后果。氢气在发生燃爆时会释放大量能量，以压力和温度载荷形式作用在周围结构上，由于热散失速率快，燃爆导致结构温度上升量往往并不大，但是会在极短时间内形成较高压力峰值，瞬间对结构造成损坏，因此为了有效控制氢气风险，准确评估氢气燃爆压力至关重要。核电站在发生严重事故(如大破口事故、蒸汽发生器管道断裂事故等)时，安全壳和局部隔间内除了含有氢气和空气之外，还存在水蒸汽。水蒸汽对氢气-空气混合气体点火爆炸所产生的压力特性有重要影响，因此基于核电站严重事故真实环境，开展有水蒸汽条件下的氢气-干空气爆炸压力特性研究对于核电站氢气风险控制具有重要现实意义。

目前，国内外用于进行含有水蒸汽条件下的氢气爆炸压力测试的装置还很少。例如，美国在1986年搭建了容积为5.6立方米的中等规模实验装置FITS，测量了不同组分浓度、压力和温度条件下的氢气-空气-水蒸汽燃烧压力。意大利在1990年利用HYDRO-SH实验装置(0.5立方米容积)对非均匀混合的氢气-空气-水蒸气混合气体的燃烧进行实验，在燃烧罐内设有一个简易蒸汽发生器，通过喷淋装置将水注入燃烧罐内的蒸汽发生器，利用电加热棒将水加热成水蒸汽。德国在2009年基于THAI装置(60立方米容积)开展了不同水蒸汽浓度下的氢气燃烧实验。另外，加拿大曾经利用容积为10立方米的罐子对火焰在有障碍物的受限空间中的传播进行实验研究，考察了水蒸汽因素的影响作用。中国科学院等离子体物理研究所建立了有障碍物氢气爆炸实验装置，在含有水蒸汽和障碍物的受限空间内开展了氢气爆炸实验。不过，现有装置的不足在于：(1)在爆炸容器外设置蒸汽发生器，通过电加热水的方式产生水蒸汽，然后将水蒸汽通过外部设有加热保温层并且温度稳定在一定范围内的管道注入爆炸容器，导致装置结构复杂，操作繁琐，并且因水蒸汽易冷凝，爆炸容器内的水蒸汽量不易控制，此外，蒸汽发生器锅炉内易产生水垢，会影响锅炉的安全运行；(2)在爆炸容器内设置专用设备以利用电能直接将水加热产生水蒸汽，该设备在爆炸容器内对于氢气火焰传播来说构成障碍物结构，会对氢气爆炸压力的测试产生很大影响，并且存在发生意外点火爆炸的风险，可能会对实验装置和实验人员造成伤害。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种氢气-干空气-水蒸汽爆炸压力测试装置及测试方法。

本发明的技术方案是：