[发明专利]一种受限空间内掺氢天然气爆炸特性实验装置及实验方法

说明书

本发明提供了一种受限空间内掺氢天然气爆炸特性实验装置，包括管道系统和配气系统，所述管道系统包括依次设置的驱动管、可视管和测试管，所述配气系统包括真空泵、电控阀组和与电控阀组中每个电控阀相连的气瓶管路，所述配气系统通过进气口与驱动管相连。本发明可以进行不同氢气比例的掺氢天然气爆炸事故特征演化及其抑制实验，并能对掺氢天然气的爆燃以及爆轰火焰传播过程中的重要特征参数进行记录。

技术领域

本发明涉及可燃气体燃爆安全领域，具体涉及一种受限空间内掺氢天然气爆炸特性实验装置及实验方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

将氢气以一定的比例掺入天然气中，利用现有的天然气管道或管网进行输送，是当前实现大规模氢气输送的一种方式。但是，氢气和天然气具有非常不同的物理和化学性质，添加氢气后，混合气体的物理化学性质会发生很大的变化。

当掺氢天然气泄漏到综合管廊等受限空间中时，由于氢气的高扩散性，能够快速形成危险的可燃性混合物，比其他气体更容易发生爆炸，爆炸产生的压力波无法释放而在受限空间内来回反射，导致压力和压力增长率大幅度升高。在受限空间内，爆炸火焰传播路径上存在一些不同形状的障碍物，当火焰在传播路径上遇到障碍物时，湍流火焰将与障碍物产生复杂的相互作用，并导致从爆燃到爆轰的转变，造成更加严重的后果。

发明人发现，目前针对不同掺氢比天然气的泄漏、燃烧爆炸的事故特征和演化规律的研究较少，缺少一种专用于研究受限空间内掺氢天然气爆炸特性的实验装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提出了一种受限空间内掺氢天然气爆炸特性实验装置及实验方法。

基于上述目的，本发明的第一方面，提出了一种受限空间内掺氢天然气爆炸特性实验装置，包括管道系统和配气系统，所述管道系统包括依次相连的驱动管、可视管和测试管，所述配气系统包括真空泵、电控阀组和与电控阀组中每个电控阀相连的气瓶管路，所述配气系统通过进气口与驱动管相连。

进一步的技术方案，所述管道系统为水平放置的横截面为方形的直管。

进一步的技术方案，所述驱动管内部设置有孔板障碍物，所述孔板障碍物包括若干个中心开方孔的方形孔板，所述方形孔板通过螺杆和螺母串接，方形孔板可拆卸且每个方形孔板之间的距离均可调。

进一步的技术方案，所述测试管不与可视管相连的一端采用薄膜密封；所述薄膜优选为聚四氟乙烯薄膜。

进一步的技术方案，所述测试管内设置有烟熏薄膜。

进一步的技术方案，所述气瓶管路包括甲烷气瓶管路、氢气气瓶管路、混合气瓶管路、空气瓶管路、氮气瓶管路、惰性气体气瓶管路，每条气瓶管路上均设置有压力传感器。

进一步的技术方案，还包括点火系统，所述点火系统包括可调式点火器和点火电极，可调式点火器与点火电极相连，所述点火电极设置于驱动管左端面内部，点火电极的点火位置处于驱动管的中心线上，点火电极与驱动管左端面的距离可调。

进一步的技术方案，还包括采集系统，所述采集系统包括图像采集系统和数据采集系统；

所述图像采集系统包括高速摄像机，通过可视管上设置的透明视窗采集图像信息；

所述数据采集系统包括高频压力传感器、火焰传感器、数据采集仪，所述数据采集仪与高频压力传感器和火焰传感器相连；

所述驱动管、可视管和测试管的上下壁面对称设置螺纹接口，用于对称安装高频压力传感器和火焰传感器。

进一步的技术方案，还包括控制系统，所述控制系统包括同步控制器、计算机、可编程控制器，用于在实验中实现点火、图像采集、数据采集的同步控制和配气时的过程控制与压力显示。