管道结构、管道内空腔结构抑制自燃的实验装置和管道结构设计方法与流程

本发明涉及高压氢气应用，尤其涉及一种管道结构、管道内空腔结构抑制自燃的实验装置和管道结构设计方法。

背景技术：

1、在氢气的储存和运输过程中，一旦发生泄漏或遭遇明火，可能发生爆炸并造成设备损坏和人员伤亡。当氢气泄漏并与空气混合时，氢气和空气的混合气体会引发爆炸。在受限的空间，如隧道、车间和管道等，由于狭小空间的限制，氢气泄漏所导致的压力激波无法释放，压力激波在受限空间内反射多次，增加混合气体的局部温度，最终导致氢气和空气的混合气体发生自燃和爆炸。因此，研究如何高效地抑制高压氢气自燃和爆炸具有重要的实际意义。

2、用于运输氢气的管道内发生自燃和爆炸时，会严重损坏设备和威胁作业人员的生命安全。为了防止氢气在输送过程中发生事故，通常采取以下预防措施：1.采取各种措施，防止爆炸混合物的形成；2.严格控制着火源，切断爆炸条件；3.使用安全有效的防爆装置，以在爆炸发生时及时泄放压力；4.切断爆炸传播途径，减弱爆炸压力和冲击波对人员、设备和建筑的损害；5.安装检测和报警装置，及时发现隐患，将事故扼杀在萌芽状态中。

3、然而，以上的措施都难以有效地应对氢气在管道输送过程中因泄漏导致管道内的自燃和爆炸隐患。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种管道结构，通过设置空腔结构，可以更有效地抑制高压氢气泄露导致的自燃。

2、根据本发明第一方面实施例的管道结构包括爆燃管道和空腔结构。爆燃管道具有第一腔室，所述爆燃管道沿长度方向延伸设置且在长度方向上的一端间隔设有第一进气口和第二进气口，其另一端设有出气口；所述第一进气口、所述第二进气口和所述出气口均与所述第一腔室连通；所述第一进气口用于连通高压氢气储罐；所述第二进气口用于连通空气储罐；空腔结构围绕所述爆燃管道设置且内部具有第二腔室；其中，在所述爆燃管道内的压力值超过预设压力阈值时，所述第一腔室与所述第二腔室相连通。

3、优选地，管道结构还包括进气管和第一爆破片；所述第一进气口与所述高压氢气储罐通过所述进气管连接，所述第二进气口开设于所述爆燃管道的管壁上；所述第一爆破片设于所述进气管与所述第一进气口之间，所述第一爆破片被配置为在所述进气管中的压力达到所述进气管的爆破压力时打开以连通所述进气管与所述第一进气口。

4、优选地，所述空腔结构与所述爆燃管道均采用高强度钢材料、铝合金材料、碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料的其中一种。

5、优选地，管道结构还包括第二爆破片，所述第二爆破片被配置为在所述爆燃管道中的压力达到其爆破压力的二分之一时打开以连通所述第一腔室与所述第二腔室。

6、优选地，所述爆燃管道在长度方向上的另一端设有pvc薄膜。

7、优选地，管道结构还具有用于连通所述第一腔室和所述第二腔室的连通口；所述第一腔室、所述第二腔室和所述连通口均相对于参考中心线旋转对称，所述第二腔室环绕所述第一腔室设置；所述第二腔室在参考法面上的投影面面积至少为所述第一腔室在所述参考法面上的投影面面积的9倍；所述连通口在所述参考中心线上的投影长度等于或者大于所述第一腔室在参考法面上投影面的最小径向尺寸；所述参考法面垂直于所述参考中心线。

8、优选地，所述连通口设于所述第一腔室在所述参考中心线方向上的长度区间内，此区间占该方向总长度的 1/20 至 1/5。

9、优选地，参考切面为经过且平行于所述参考中心线的平面，所述第二腔室在参考切面上的截面轮廓为多边形；和\或，所述第二腔室在所述参考切面上的截面轮廓为圆形或者椭圆形。

10、本发明第二方面提供了一种管道内空腔结构抑制自燃的实验装置，包括数据采集装置和根据本发明第一方面实施例的管道结构、数据采集装置、高压氢气储罐、空气储罐、第一阀门和第二阀门；

11、所述数据采集装置内嵌于所述爆燃管道中且位于所述空腔结构与所述出气口之间，用于收集所述第一腔室中的压力信号和光电信号；

12、所述高压氢气储罐与第一进气口通过第一阀门可选择连通；

13、所述空气储罐与第二进气口通过第二阀门可选择连通。

14、优选地，所述数据采集装置包括多个沿长度方向间隔设置的光电传感器和多个沿长度方向间隔设置的压力传感器。

15、本发明第三方面提供了一种管道结构设计方法，应用于根据本发明第二方面实施例的管道内空腔结构抑制自燃的实验装置，具有以下步骤：

16、s1：在所述爆燃管道上安装所述空腔结构；

17、s2：通过所述出气口排出所述爆燃管道中的气体后封闭所述出气口；

18、s3：连通所述空气储罐和所述爆燃管道以使空气充入所述爆燃管道后，关闭所述空气储罐和所述爆燃管道之间的连通；

19、s4：连通所述高压氢气储罐和所述爆燃管道以使高压氢气充入爆燃管道；

20、s5：采集所述爆燃管道内的数据；

21、s6：采用不同尺寸或者形状的空腔结构；

22、s7：重复s1-s6直至所述爆燃管道中不再产生自燃现象。

23、结合技术方案可以看出，本发明提供的实施例具有以下优点：通过设置空腔结构，可以降低氢气泄漏导致的压力激波。并且，在设置空腔结构之后，第一腔室内从第一进气口到自燃现象的发生点之间的距离得到了显著的延长。相比于不设置空腔结构而言，第一腔室在其长度方向上的沿途温度更低，反映自燃指标的oh中间成分浓度显著降低。综上，通过设置空腔结构，可以有效抑制高压氢气泄漏自燃，提高管道结构的安全性和可靠性。

技术特征：

1.一种管道结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的管道结构，其特征在于，还包括进气管和第一爆破片；

3.根据权利要求2所述的管道结构，其特征在于，还包括第二爆破片，所述第二爆破片被配置为在所述爆燃管道中的压力达到其爆破压力的二分之一时打开以连通所述第一腔室与所述第二腔室。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的管道结构，其特征在于，所述爆燃管道在长度方向上的另一端设有pvc薄膜。

5.根据权利要求4所述的管道结构，其特征在于，还具有用于连通所述第一腔室和所述第二腔室的连通口；

6.根据权利要求5所述的管道结构，其特征在于，所述连通口设于所述第一腔室在所述参考中心线方向上的长度区间内，此区间占该方向总长度的 1/20 至 1/5。

7.根据权利要求6所述的管道结构，其特征在于，参考切面为经过且平行于所述参考中心线的平面，所述第二腔室在参考切面上的截面轮廓为多边形；

8.一种管道内空腔结构抑制自燃的实验装置，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的管道结构、数据采集装置、高压氢气储罐、空气储罐、第一阀门和第二阀门；

9.根据权利要求8所述的实验装置，其特征在于，所述数据采集装置包括多个沿长度方向间隔设置的光电传感器和多个沿长度方向间隔设置的压力传感器。

10.一种管道结构设计方法，应用于权利要求8-9中任一项所述的管道结构，其特征在于，具有以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种管道结构、管道内空腔结构抑制自燃的实验装置和管道结构设计方法。管道结构包括爆燃管道和空腔结构。爆燃管道具有第一腔室，沿长度方向延伸设置且在长度方向上的一端间隔设有第一进气口和第二进气口，其另一端设有出气口；第一进气口、第二进气口和出气口均与第一腔室连通；第一进气口用于连通高压氢气储罐；第二进气口用于连通空气储罐；空腔结构围绕爆燃管道设置且内部具有第二腔室；在爆燃管道内的压力值超过预设压力阈值时，第一腔室与第二腔室相连通。本申请通过设置空腔结构，可以有效抑制高压氢气泄漏自燃，提高管道结构的安全性和可靠性。

技术研发人员：王炜,潘军,雷金勇,何彬彬,王波,卢彦杉,江军,詹之林
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司广州供电局
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11