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阻火阻爆实验系统

作者:admin  时间:2019-12-26 17:26   人气:

1 、阻火阻爆实验系统 概述
       在安全工程专业课程体系中,防火与防爆工程是必不可少的一门教学与实践相结合的课程,在大部分开设有安全工程专业的学校都设立为专业必修课。目前,由于防火防爆技术的普及性不高,且适用于安全工程专业实践教学的试验装置非常少。此次设计与开发的阻火阻爆实验系统,属于防火防爆技术领域,同时结合了安全人机工程、安全设施检测。其旨在通过互动性和安全性相结合的设计理念,以防火与防爆工程课程的基础知识为基础,为本课程的实践环节服务,亦可作为安全工程专业实践环节中的专业实验或综合实验使用。现已在南京理工大学安装并进行实验及教学使用。

       本实验系统主要通过气体燃烧,并形成爆炸或爆轰后,经过阻火阻爆装置的抑制效果,考量学生在防火与防爆工程中学到的专业知识与实际的应用,将学生的注意力从书本上的概念指引到实践的操作当中。
       工业生产过程中,因管道的隧道效应,火焰或爆炸冲击波沿管道传播进而造成事故再扩大的事故很多,阻爆抑爆装置可有效阻止其传播,是一种不受动力源、控制系统、外部环境等因素干扰的被动式安全设施,可达到本质安全的效果。
       通过阻火阻爆实验系统开展的实验,学生可以切实接触到用于防火与防爆技术的气体阻火阻爆或抑爆装置、安全阀、可燃气体报警仪等安全部件,以及可燃气体气瓶、气体减压阀门等常用工业用设备设施,并熟练掌握其功能原理及操作规范。同时,学生可以了解气体燃爆发生原因、点火源情况以及气体燃爆过程的温度、压力发展及变化状态,通过管道上的视镜,可视化地直观了解火焰产生、传播、发展经过,以及安全设施的作用效果。通过压力信号处理系统,结合防火防爆技术的基本理论,通过气体燃爆压力发展过程的曲线分析,判断阻爆抑爆装置在气体爆炸方面的阻爆抑爆效果。
       除阻火、阻爆、抑爆效果测试的功能外,本系统可用于气体燃爆综合实验、管道内气体爆炸极限的简单测量、安全工程专业特有的压力测量实验等实践教学工作。
2 、阻火阻爆实验系统组成
       阻火阻爆实验系统主要如下九大部分组成:1、气瓶柜及气瓶部分 2、进气系统部分 3、点火及火焰传播部分 4、阻火阻爆装置系统 5、后续管段部分 6、泄压部分 7、真空系统、8、外接控制系统 9、操作平台 10、电控柜。
       以下为系统九大组成部分及简介:
2 .1 、 气瓶柜及气瓶部分
       气瓶柜:套两瓶装气瓶柜,分别装可燃气瓶和氧气瓶,全钢气瓶柜特点:
       (1)柜体:采用 1.2mm 优质冷轧钢板,经酸洗磷化处理,表面通过环氧树脂静电喷涂,达到防酸碱及防锈之效果。
       (2)门板:采用可脱卸铰链,正面带视窗,视窗为防爆玻璃。
       (3)PASS 孔:柜体侧面设有 PASS 孔,保证柜内气体流动。
       (4)固定链条:内部采用固定式链条,防止气瓶倾倒。
       (5)踏板:柜体底部设有可调节踏板,方便气瓶装卸。
       (6)拉手:采用嵌入式高强度拉手。
       (7)报警器:可选配专用报警装置(带高敏探头)。报警装置可识别:可燃式气体(如甲烷、乙炔、氢气等)、氧气等。气敏探头灵敏度度及报警设置,均严于工业使用相关标准规定。
       (8)排风装置:泄漏报警的同时会自动排风,保证柜内及工作场所内无危险气体。
       气瓶:气瓶主要是可燃气体钢瓶、氧气钢瓶或空气钢瓶、预混合气瓶,统称为气瓶
       可燃气体常见的主要有乙烯、天然气或甲烷、液化石油气、丙烷、丁烷、乙炔、氢气等。
       当实验需要进行预混合时,需要配置预混合气瓶;也可采用自动控制方式,按设定比例进气到实验系统。
2.2 、进气系统
       由减压器(或含联锁相关部件)、信号反馈球阀(或含联锁相关部件)、进气管等组成。
       减压器:是将高压气体降为低压气体,并保持输出气体的压力和流量稳定不变的调节装置。可根据用户需求,配置单级式和双级式。
       信号反馈球阀:使用信号反馈型球阀将各个阀门的开关信息采集到PLC中控系统,随时在可视化屏幕中监控各个阀门的动作,并自动联锁点火器,或外接操作系统报警,防止操作人员疏忽阀门开关状态。阀门预留可进行系统内气体循环操作的进出气口。
       手动实验操作时,操作主要集中在气瓶减压器上,根据预混合气瓶的压力来判定输出,手动控制可燃气体与氧气(或空气)的量。自动实验操作时,只需要在控制操作面上进行相关设定,可达到可燃气体与氧气(或空气)按设定的比例自动向外输出。
2.3、点火及火焰传播部分
       点火头(或电子点火系统)、视镜管、阻火阻爆装置前段管及支架、压力(真空)表、静电跨接线、密封圈等组成。
       点火头:采用电点火头,由点火头、电点火快引连接器、导线、电源等组成。
       电子点火系统:该系统由分电器、信号发生器、放电点火器、高能点火线圈、高压线等组成。高压放电点火器(300VA 电压互感器作为点火电源,产生高压为 10kV,火花持续时间为 (0.5s)
       视镜管:内部结构中有垫片,可达到密封、防震的作用,采用法兰(应用户要求,榀采用其它型式)型式与管道连接。能随时观察管道内介质的情况。本实验系统主要目的是肉眼观察火焰,或高速录相观测火焰传播及变化情况。视镜的视窗玻璃属于宜损件,安装视镜时要小心轻放。
       阻火阻爆装置前段管:标准型号段管采用 DN50(可根据用户需求配置不同直径)不锈钢管道,两端采用法兰连接,并配置密封措施。为防止静电积聚,配置静电跨接线。
       支架:支架采用活动套圈螺杆紧固方式,方便移动位置和拆卸,主要用于不加装阻火阻爆器的实验直管的支撑;当加装阻火阻爆器时,支架可不安装。
       压力(真空)表:可根据用户需要进行配置,主要目的是对系统内气体混合静置时的压力变化给出指示,以判断系统是否漏气,或是否能够满足实验要求。压力表设置有连通阀门,要求实验状态下处于关闭状态,否则容易造成压力有损坏。
 
2.4 、阻火阻爆装置系统
       由压力传感器系统(用户可根据实际需求或条件配置)、前后温度感应系统组成、阻火阻爆器(或直管段)。
       (1)压力传感系统(常见型号)
       工作原理:当爆炸波或冲击波超压信号传到压电传感器时,传感器将压力信号转为电荷信号,再经电荷放大器或适配器转换为相应的电压信号,再经数据采集系统采集储存,通过计算机对数据进行分析处理,可得到相应的超压随时间变化曲线,以及爆炸波的各种参数。系统主要由压电晶体传感器,电荷放大器,数据采集系统,及其它设备组成。
       a) 压电晶体传感器
       工作原理:石英晶体受到压力作用时,内部会产生极化现象,同时在其表面产生电荷;当压力消失后,又回到不带电的状态。这就是压电效应。压电传感器介电常数和压电常数相当好,在常温范围几乎不随温度的变化而变化。它的突出优点是性能非常稳定。此外,它的硬度和机械强度很高,绝缘性也相当好,具有很宽的测温范围和测压范围。
       压电传感器动态性能为:测试系统中,压电传感器是进行压力和电信号转换元件,而后续仪表只是对其进行调理和记录。因此,它的动态性能是整个测试系统性能的关键。
       b) 电荷放大器
       电荷放大器压电传感器可以看成是一个能产生电荷的高内阻元件,对测量放大电路有特殊要求。电荷放大器能满足这一要求。电荷放大器是将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源的设备,其输出电压与输入电荷量成正比。
       电荷放大器输出电压与电缆电容无关。因此电缆长度变化对传感器灵敏度影响可以忽略,即不会带来明显的测量误差,这是电荷放大器一个突出优点。在测量或标定过程中,即使更换电缆,或采用长度不同的电缆线,都可以达到足够的精度。
       c) 数据采集系统
       微机数据采集系统主要由前置放大器、模/数转换器、存储器、打印机等组成。 数据采集系统首先将放大器传来的模拟信号经过放大后,通过高速模/数不断转换成数字信号,并将此数字信号存放在存储器中,再由微机控制将信号数字量输入微机进行处理,最后由打印机输出数据处理结果。爆炸信号的上升前沿极短,这就要求采集系统具有频带宽,采样频率高,存储大等特点。
       d) 其它设备
       同步控制器用来控制起爆延迟、采集器的触发、点火线路的通短检查、全机安全连锁。
       e) 软件系统
       爆炸参数测量系统的软件没有现成的通用程序可用,系统上采用自编的一个处理应用程序,该程序软件以查询、人机对话方式进行作业。程序由控制各仪器参数设置、采样设置数据采集、传递读写、屏幕显示、量值比较、求积分、存盘、波形频谱分析、功率谱分析、傅立叶分析和打印曲线等子程序组成。该软件的特点是完全在 Word 环境下运行,可方便地在 Windows 下操作。输入的实验初始条件包括实验号、实验日期和时间、测点距爆心的距离(可选)、装置重量(可选)。设置参数为采样频率、触发方式(可选)、触发电平(可选)、定标数值、基线预置值和各通道名。整个程序采用
模块化设计,程序界面清晰,修改方便。程序在 Word 环境下运行,菜单式操作,各主菜单下设有下拉菜单,操作简便快速。
       (2) 温度感应系统
       a) 温度传感器
       温度传感器采用 A 级管道贴片式铂热电阻 PT100,PT100 温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下:R=Ro(1+αT) 其中 α=0.00392,Ro 为 100Ω(在 0℃的电阻值),T 为摄氏温度<br>因此白金作成的电阻式温度检测器。测量范围为-100℃~+450℃。
       b) 温度变送及采集系统
       专用温度变送器直接与 PLC 进行数据采集交换。
       (3)阻火阻爆器(或直管段)
       阻火阻爆器主体结构为利用系统内部特定管路的熄爆直径效应、拐角效应、循环阻尼等原理,在额定工作情况下,当管道内爆炸火焰和冲击波形成时,能够阻断火焰传播,持续减弱冲击波强度,装置内的抑爆剂有效灭火和抑爆,流经阻爆装置管道内燃爆平均增压值不大于 0.1MPa。
2.5 、后续管段部分
       由阻火阻爆装置前段管及支架、压力(真空)表、信号反馈球阀、视镜管、静电跨接线、密封圈等组成。
       信号反馈球阀简介见进气系统,其它部分见点火及火焰传播部分。

2.6 、泄压部分
       由视镜管、泄压罐、安全阀、安全阀泄放管等组成。
       视镜管简介见点火及火焰传播部分。
       泄压罐:采用压力容器型式,容积约为管道系统容积的 4~5 倍,目的是实验时的压力缓冲,以及实验后副产物的积存,以达到安全卫生环保等要求。
       安全阀及泄放:目的是为了在极端可能情况下,泄压罐内压力过大时的压力安全泄放,泄放管可接至安全地点。
2.7 、真空系统
       由真空泵、进出泵软管组成。
       系统采用防爆型真空泵,主要用于系统进气前的真空要求,以及实验完成后的尾气排放。真空系统进出气,比正压泵进气、风机出气等型式更加安全可靠。
2.8 、外接控制系统
       由电脑及控制面板界面、压力传感信号转换器、温度传感信号转换器、流量传感信号转换器、阀门信号转换器、传输线等组成。
       使用 PLC 温度、压力、流量等模块采集相应信息,将数据进行逻辑运算及存储。
       温控系统实时比对温度随时间的变化(△T/△t),同时装置的前后可以进行温度的对比,以及将实时温度反馈到可视面板。
       压力系统可与用户实验室内相应的系统进行兼容或直接与其相联。
       流量系统可实现可燃气体与氧气(或空气)按设定的比例自动向外输出。
2.9 、操作平台
       框架采用 4040 欧标铝材,使用连接件螺纹连接而成,用户可以根据使用要求进行调整及拆卸;工作台面采用的防静台面,避免电子元器件因静电损坏;地脚采用方形脚杯地面地脚,可以牢固的与地面进行连接。
2.10 、电控柜
       按电气接线要求将各开关设备、测量仪表、保护电器和辅助设备组装在其中,要求用户将其布置在满足电力系统正常运行的供配电环境中,安装位置应便于检修,并不危及人身及周围设备的安全。电控柜为非防爆型,应设置在爆炸危险区域外,并应符合配电系统安全要求。
3 、 型号组成及其代表意义
       按照实验系统结构和类型,分为普通型、压力检测型、全面检测型。全面检测型包含压力检测型所有功能,压力检测型包含普通型所有功能。详细分类见下表。
                                                                               表1 实验系统详细分类表
 

阻火阻爆实验系统选型见下表

示例:

4、结构图(以TB03-GM50B02/TN-A示例)



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