超低溫下可燃?xì)怏w爆炸最小點火能測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)生產(chǎn)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種超低溫環(huán)境下可燃性氣體爆炸最小點火能特性研宄的測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣的脫氧是國內(nèi)外的一項技術(shù)難題。目前主要的脫氧技術(shù)包括吸附法、膜分離法、燃燒脫氧法和低溫分離法。其中，低溫分離法雜質(zhì)脫除徹底，產(chǎn)品純度高，因而是較為常用的一種方法。現(xiàn)有的研宄結(jié)果表明，整個煤層氣低溫工況下危險性較高的是分餾階段(溫度-160?-170°C、壓力0.1?0.3MPa)，尤其在分餾塔頂部，甲烷濃度有可能位于爆炸極限范圍內(nèi)使得整個裝置具有爆炸危險性。具有爆炸危險性的氣體在液化過程中遇到殘余重?zé)N液滴及粉塵碰撞產(chǎn)生的零星火花或外界熱源影響時，可能發(fā)生燃燒爆炸。最小點火能是設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)和理解可燃?xì)怏w點火過程的一個重要特性參數(shù)，確定可燃?xì)怏w混合物的最小點火能，采取相應(yīng)措施避免點火源，是最經(jīng)濟(jì)、合理的預(yù)防易燃易爆氣體爆炸的方法。目前國內(nèi)外對于常溫下可燃?xì)怏w最小點火能進(jìn)行了大量的實驗測試，其測試系統(tǒng)及實驗數(shù)據(jù)也獲得廣泛的認(rèn)可，但是缺少超低溫下可燃?xì)怏w最小點火能的數(shù)據(jù)，為了含氧煤層氣低溫液化工藝的安全以及可燃?xì)怏w最小點火能的數(shù)據(jù)的完善，必須獲得超低溫下可燃?xì)怏w最小點火能的數(shù)據(jù)。很多學(xué)者和技術(shù)人員在可燃?xì)怏w最小點火能測試方面作了探索。
[0003]授權(quán)公告號為CN101692081B的中國發(fā)明專利公開了一種可燃?xì)怏w或蒸氣最小點火能測試系統(tǒng)，該裝置包括:可燃性混合氣體配置系統(tǒng)、反應(yīng)器和點火能量控制系統(tǒng)，可燃性混合氣體配置系統(tǒng)進(jìn)一步包括:空氣氣瓶、可燃?xì)怏w氣瓶、溫控系統(tǒng)、氣體混合器和真空泵，所述裝置在使用時，可燃性氣體或蒸氣與空氣經(jīng)過所述氣體混合器混合后，進(jìn)入所述反應(yīng)器，所述反應(yīng)器進(jìn)一步包括:反應(yīng)容器、電極、安全閥和保溫系統(tǒng)，所述反應(yīng)容器為有機(jī)玻璃材質(zhì)的反應(yīng)容器，所述電極為距離可調(diào)的電極。本發(fā)明可燃?xì)怏w或蒸氣最小點火能測試系統(tǒng)能夠測量可燃?xì)怏w或蒸氣的最小點火能量，提供可燃性氣體的燃爆特性參數(shù)數(shù)據(jù)。但其測試溫度為25?100°C，所用反應(yīng)容器為有機(jī)玻璃材質(zhì)，且其測量的最小點火能量并不準(zhǔn)確。而文獻(xiàn)《一種低溫有機(jī)玻璃壓力容器的研制》(王軍寧，李亞鵬.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2014，27(1):50-51)中也明確說明了有機(jī)玻璃容器在低溫狀態(tài)下存在脆性增大、承壓危險性大、密封困難的特點。
[0004]公布號為CN103954737A、申請?zhí)枮?01410146252.5的發(fā)明專利申請公開了一種最小點火能測試系統(tǒng)，該裝置主要解決現(xiàn)有技術(shù)中測試溫度范圍較窄、測試精度較低的問題，并具體公開了如下技術(shù)特征:混合器主體設(shè)有空氣入口管線、蒸汽入口管線、混合氣出口管線，混合器內(nèi)設(shè)有攪拌器，反應(yīng)器設(shè)有進(jìn)氣口，兩側(cè)設(shè)有電極調(diào)節(jié)器，點火電極一端與電極調(diào)節(jié)器通過螺紋連接，另一端與精密電火花發(fā)生器相連，混合器的混合氣出口管線與反應(yīng)器的進(jìn)氣口相連，混合器的混合氣出口與反應(yīng)器進(jìn)氣口之間的連接管線上還接有真空泵。該發(fā)明申請中裝置的溫度控制范圍為25?150°C，采用的點火電極材料為鎢電極，而材料鎢適合于高溫下的點火，不能用于低溫下的點火。
[0005]由上可知，現(xiàn)有的最小點火能測試系統(tǒng)除了所用材料不能滿足低溫測試工況外，所采用的點火電路不能準(zhǔn)確測試實際最小點火能的值，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計的裝置測試的最小點火能比實際的最小點火能的值大很多，原因具體描述如下:
[0006]現(xiàn)有最小點火能測試系統(tǒng)采用的點火放電電路如圖1所示。放電的原理為:首先為電容器C充電，充電結(jié)束后，將充電電路斷開，電容瞬間放電，擊穿兩電極之間的可燃?xì)怏w，產(chǎn)生電火花。因此，現(xiàn)有的測試系統(tǒng)給出了相應(yīng)點火電路測試的最小點火能計算公式，如式⑴:
[0007]E = 1/2CU2 (I)
[0008]式中，E-最小點火能；C_充電電容值；U-電容器兩端電壓。
[0009]由于最小點火能的值本身很小，而且在放電過程中電阻R會消耗一部分能量，放電電極之間也會儲存一部分能量，從而導(dǎo)致兩點火電極實際放出的電火花能量遠(yuǎn)小于電容器C儲存的能量。研宄表明，實際火花能量不足電容器C儲存能量的70%，甚至只有10%左右。因此，采用圖1的放電電路以及公式(I)的能量計算公式得到的最小點火能的值遠(yuǎn)大于實際的火花能量。
[0010]而且現(xiàn)有公開的技術(shù)并沒有涉及超低溫下可燃?xì)怏w爆炸最小點火能的測試方法。因此，有必要設(shè)計一種適用于超低溫環(huán)境下的且能夠準(zhǔn)確測試最小點火能的裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有可燃?xì)怏w爆炸最小點火能測試過程中存在的上述問題，提供一種超低溫下可燃?xì)怏w爆炸最小點火能測試系統(tǒng)及方法，所述測試系統(tǒng)可以精確測試超低溫、高壓下可燃?xì)怏w的最小點火能，測得的精確數(shù)據(jù)對于指導(dǎo)含氧煤層氣液化工藝安全生產(chǎn)具有重要意義。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種超低溫下可燃?xì)怏w爆炸最小點火能測試系統(tǒng)，所述的測試系統(tǒng)包括一抽真空系統(tǒng)、一配氣系統(tǒng)、一制冷系統(tǒng)、一積分電路點火系統(tǒng)和一數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)，在所述制冷系統(tǒng)內(nèi)安裝有一爆炸容器，所述抽真空系統(tǒng)通過配氣系統(tǒng)的連接管路與爆炸容器連通，用于對整個連接管路和爆炸容器快速抽真空，所述配氣系統(tǒng)通過其連接管路與爆炸容器的內(nèi)部連通，用于為爆炸容器的內(nèi)部配氣；所述積分點火系統(tǒng)包括一點火能量試驗臺、兩個位于爆炸容器內(nèi)的點火電極、一高壓探頭和一電流互感器，所述點火能量試驗臺與點火電極相連，所述高壓探頭和電流互感器均分別與點火能量試驗臺和點火電極相連；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器以及分別安裝于爆炸容器內(nèi)的壓力傳感器和溫度傳感器，所述壓力傳感器和溫度傳感器均與數(shù)據(jù)采集器連接，用于壓力和溫度的數(shù)據(jù)采集。
[0013]進(jìn)一步的，上述測試系統(tǒng)中，在所述爆炸容器外壁與制冷系統(tǒng)內(nèi)壁之間形成的間隙內(nèi)填充導(dǎo)熱材料，所述爆炸容器的頂部端蓋設(shè)有保溫層。
[0014]作為優(yōu)選，上述測試系統(tǒng)中，所述制冷系統(tǒng)采用一制冷劑壓縮制冷的制冷箱，爆炸容器放于制冷箱腔體內(nèi)，并與制冷箱腔體同軸，所述制冷箱腔體內(nèi)壁溫度低于_160°C，且能夠使得爆炸容器內(nèi)氣體由室溫降至_150°C的時間小于10小時，所述的導(dǎo)熱材料為鋁粉。
[0015]作為優(yōu)選，上述測試系統(tǒng)中，所述爆炸容器為一采用304不銹鋼制作而成的圓柱形容器，其長徑比為3:1，設(shè)計壓力為45MPa ;所述爆炸容器上設(shè)有進(jìn)氣口、取樣口、泄壓口、安全閥和吊環(huán)拉手，所述安全閥位于爆炸容器頂端，安全閥壓力為30MPa，爆炸容器壓力超過30MPa時，自動泄壓。
[0016]作為優(yōu)選，上述測試系統(tǒng)中，所述的爆炸容器的尺寸取內(nèi)徑100mm、高度300mm、壁厚30mm，其有效容積為2.355L。
[0017]作為優(yōu)選，上述測試系統(tǒng)中，所述的點火能量試驗臺包括高壓電源、放電電容、充電開關(guān)和點火開關(guān)，高壓電源串聯(lián)充電開關(guān)后，連接在放電電容兩端，為放電電容充電，所述放電電容的兩端串聯(lián)點火開關(guān)后與點火電極相連。
[0018]作為優(yōu)選，上述測試系統(tǒng)中，所述抽真空系統(tǒng)包括真空泵、真空容器和真空計，真空泵與真空容器相連，真空容器通過連接管路與爆炸容器連通。
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