水平管道伴生气-空气预混气爆炸火焰传播特性装置的制作方法

1.本实用新型涉及石油开采领域，具体地涉及一种水平管道伴生气-空气预混气爆炸火焰传播特性装置。


背景技术：

2.co2驱油过程中，会有伴生气产生，伴生气在给予一定初始点火能量后能够自行维持与氧化物的化学反应，当其具备一定浓度及适当环境条件后能够引发爆炸。当伴生气在开放空间内发生反应时，能够形成燃烧现象；如果反应空间相对密闭，便有可能造成爆炸，形成超过音速的压力冲击波。低浓度伴生气在管道内火焰传播过程产生两个向前传递的波阵面，一个是压力冲击波，另一个是火焰锋面。因此，需要研究伴生气发生爆炸的条件和爆炸时的影响范围，防范伴生气爆炸危险和确定安全防护距离。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在针对上述问题，提出一种了研究伴生气与空气预混气爆炸火焰传播特性装置。
4.本实用新型的技术方案在于：
5.一种水平管道伴生气-空气预混气爆炸火焰传播特性装置，包括一水平管道式燃烧爆炸管；所述水平管道式燃烧爆炸管为一圆柱管道，所述管道一端为点火端，所述点火端连接有点火装置；另一端为泄压端，所述泄压端通过卸爆片封闭；所述水平管道式燃烧爆炸管还连接有配气系统及测试及数据采集系统；所述配气系统包括通过配气管路依次的气瓶、配气仓及真空泵，所述气瓶包括空气瓶及伴生气瓶，空气瓶与配气仓之间还设有空气压缩机；所述测试及数据采集系统包括位于水平管道式燃烧爆炸管上的光电传感器及压力传感器；还包括与光电传感器及压力传感器分别连接的存储记录仪，所述存储记录仪还连接有恒流源；所述水平管道式燃烧爆炸管上还设有可视窗口；还包括高速摄像机，所述高速摄像机架设于可视窗口，所述高速摄像机还与计算机连接。
6.所述点火装置包括电火花点火装置和化学引火药头点火装置。所述化学引火药头点火装置包括依次连接的点火器及点火电极，所述点火电极设于点火端。
7.所述泄压端还连接有卸爆仓。
8.所述光电传感器包括位于水平管道式燃烧爆炸管内的6个火焰传感器，相邻火焰传感器之间的间隔为0.5m；火焰传感器与点火端的最小距离大于2m。
9.所述水平管道式燃烧爆炸管上还设有第一真空表。
10.所述配气仓还设有第二真空表；所述伴生气瓶与配气仓之间的配气管路、空气压缩机与配气仓之间的配气管路上均设有减压阀，配气仓与真空泵之间的配气管路上设有安全阀，真空泵与水平管道式燃烧爆炸管之间的配气管路上设有真空阀。
11.所述水平管道式燃烧爆炸管为激波管。
12.所述卸爆片为pe薄膜。
13.本实用新型的技术效果在于：
14.本实用新型通过高速摄像机在可视窗口采集预混气的火焰传播图像，获得火焰传播动态过程，同时通过压力传感器获得火焰传播过程中压力变化规律、通过光电传感器采集到的光电信号数据。本实用新型针对小尺度伴生气泄漏场景建立实验装置及仿真模型，研究不同浓度、不同压力、不同点火能量下气相伴生气的爆炸扩散特性，为伴生气回收利用技术及泄漏安全评估的发展提供科学依据。
附图说明
15.图1为本实用新型的结构示意图。
16.附图标记：1、水平管道式燃烧爆炸管；2、卸爆仓；3、卸爆片；4、真空阀；5、真空泵；6、安全阀；7、空气瓶；8、伴生气瓶；9、减压阀；11、配气仓；12、点火器；13、点火电极；14、第一真空表；15、压力传感器、16、光电传感器；17、恒流源；18、存储记录仪；19、可视窗口；20、高速摄像机；21、计算机；22、第二真空表；23、空气压缩机。
具体实施方式
17.实施例1
18.一种水平管道伴生气-空气预混气爆炸火焰传播特性装置，包括一水平管道式燃烧爆炸管1；所述水平管道式燃烧爆炸管1为一圆柱管道，所述管道一端为点火端，所述点火端连接有点火装置；另一端为泄压端，所述泄压端通过卸爆片3封闭；所述水平管道式燃烧爆炸管1还连接有配气系统及测试及数据采集系统；所述配气系统包括通过配气管路依次的气瓶、配气仓11及真空泵5，所述气瓶包括空气瓶7及伴生气瓶8，空气瓶7与配气仓11之间还设有空气压缩机23；所述测试及数据采集系统包括位于水平管道式燃烧爆炸管1上的光电传感器16及压力传感器15；还包括与光电传感器16及压力传感器15分别连接的存储记录仪18，所述存储记录仪18还连接有恒流源17；所述水平管道式燃烧爆炸管1上还设有可视窗口19；还包括高速摄像机20，所述高速摄像机20架设于可视窗口19，所述高速摄像机20还与计算机21连接；压力传感器15距离点火端水平距离为141 cm。
19.本实施例的具体实施过程为：
20.步骤1：配置伴生气-空气预混气；
21.步骤2：安装并调试实验装置；
22.步骤3：打开恒流源17，预热10min；
23.步骤4：用法兰盘密封水平管道式燃烧爆炸管1泄压端，检查水平管道式燃烧爆炸管1气密性，确保其密封良好；
24.步骤5：实验时通过真空泵5先将水平管道式燃烧爆炸管1抽真空，再充入步骤1）中配置好的伴生气-空气预混气，待第一真空表14检测到水平管道式燃烧爆炸管1压力回到1atm进行实验，关闭真空泵5；
25.步骤6：打开刚才用法兰盘封闭的激波管的泄压端，包裹2层卸爆片3；
26.步骤7：调整点火装置的点火电压至目标值准备点火，准备高速摄像机20进行拍摄，同时采集火焰、压力及光电信号；
27.步骤8：保存高速摄像机20采集到的火焰图片和压力传感器15采集的压力与火焰
传感器采集到的光电信号数据；
28.步骤9：实验结束。
29.实施例2
30.在实施例1的基础上，还包括：
31.所述点火装置包括电火花点火装置和化学引火药头点火装置。所述化学引火药头点火装置包括依次连接的点火器12及点火电极13，所述点火电极13设于点火端。
32.实施例3
33.在实施例2的基础上，还包括：
34.所述泄压端还连接有卸爆仓2；
35.所述光电传感器16包括位于水平管道式燃烧爆炸管1内的6个火焰传感器，相邻火焰传感器之间的间隔为0.5m；火焰传感器与点火端的最小距离大于2m。例如，6个火焰传感器距离点火端的距离分别为2.26m、2.76m、3.26m、3.76m和4.26m。
36.实施例4
37.在实施例3的基础上，还包括：
38.所述水平管道式燃烧爆炸管1上还设有第一真空表14。所述配气仓11还设有第二真空表22；所述伴生气瓶8与配气仓11之间的配气管路、空气压缩机23与配气仓11之间的配气管路上均设有减压阀9，配气仓11与真空泵5之间的配气管路上设有安全阀6，真空泵5与水平管道式燃烧爆炸管1之间的配气管路上设有真空阀4。所述水平管道式燃烧爆炸管1为激波管。所述卸爆片3为pe薄膜，厚度0.02mm，压力1.0mpa；发生爆炸后，pe薄膜会因超压发生破裂，起到卸爆的作用。
39.本实用新型中涉及器件均为市售产品。例如，水平管道式燃烧爆炸管1为中国科学技术大学爆炸与工业安全实验室设计的激波管，为内径120mm、长5.5 m的圆柱管道，并在距离点火端约130cm处开设尺寸为40cm7cm的可视窗口19；电火花点火装置为ktgd-b型可调式点火器12，生产厂家为西安科汇热工技术设计研究院；存储记录仪18型号为hioki8841；压力传感器15型号为美国pcb 113b24型；高速摄像机20型号为idt公司y7-s3型。
40.具体实验例
41.1）分析不同伴生气浓度对预混气爆炸火焰传播的影响
42.以伴生气浓度为自变量，对低浓度伴生气爆炸火焰传播的影响展开实验分析，测试伴生气预混气爆炸火焰传播速度、水平管道式燃烧爆炸管1的最大爆炸压力等技术参数，实验设定伴生气预混气5%、8%、10%、15%、20%五种浓度进行点火实验，按照表1所示的配气方案将伴生气和空气比例配好后，需要将预混气在配气仓11中预混若干小时确保伴生气与空气混合均匀；
43.；
44.实验中，为了保证数据的可靠性，每个浓度的实验做4组。用“道尔顿分压定律”计算出不同浓度伴生气、空气所占配气仓11的压力值如表2所示；
45.。
46.2）分析不同点火能量对预混气爆炸火焰传播的影响
47.可燃气爆炸的三要素之一就是有足够能量的点火源，不同的点火源对应着一定的点火能量，点火能量对伴生气爆炸特性具有明显的影响。
48.在进行伴生气浓度对爆炸火焰传播特性的影响分析时，点火能量采用90v电压的电火花点火，该弱点火方式产生的点火能量无法点燃5%、15%和20%的伴生气预混气。因此，如表3所示；本实验采用电火花点火和化学引火药头点火这两种点火方式进行对比分析，两种改变点火能量的方式分别是：其一，在充电电压90v的基础上，通过升高电压值改变点火能量；其二，选用强点火的化学引火药头增加点火系统的能量，从而测试出伴生气预混气爆炸火焰传播速度、管道最大爆炸压力等参数，分析点火能量对伴生气预混气爆炸火焰传播特性的影响；
49.。
50.具体实验步骤：
51.1）伴生气-空气预混气的配置
52.（1）配气仓11校零，用真空泵5将配气仓11抽至-0.1mpa的真空状态，关闭真空泵5与真空阀4；
53.（2）配气：以配置0.2mpa、5%浓度伴生气-空气预混气为例简单阐述配气过程。为了保证气体混合均匀程度，在整个配气过程中气体应当缓慢通入，在第二真空表22显示的示数达到设定值时应当尽快关闭对应阀门；
54.①
在配气之前，根据实验所需伴生气-空气预混气浓度利用道尔顿分压定律计算需要充入伴生气-空气预混气的压力，要配置0.2mpa、5%浓度的伴生气-空气预混气，则伴生气占据配气仓110.01mpa的压力，空气占据剩余0.19mpa的压力；
55.②
打开配气仓11上的伴生气进气阀，向配气仓11内充入伴生气，当第二真空表22显示的压力示数升至-0.09mpa时，停止充入伴生气；关闭配气仓11上的伴生气进气阀，伴生气的配置过程完毕；
56.③
打开空气压缩机23，待空气压缩机23有压力后再打开配气仓11上的空气进气阀，通过空气压缩机23向配气仓11充入空气，当第二真空表22显示的压力示数升至0.2mpa时，停止充入空气；整个配气过程完毕，静置一夜使伴生气-空气预混气达到稳定；
57.2）安装并调试实验装置；
58.3）打开恒流源17，预热10min；
59.4）用法兰盘密封激波管道泄压端，检查激波管气密性，确保其密封良好；
60.5）实验时通过真空泵5先将激波管抽真空，再充入步骤1）中配置好的伴生气-空气预混气，待激波管压力回到1atm进行实验，关闭真空泵5；
61.6）打开刚才用法兰盘封闭的激波管的泄压端，包裹2层pe薄膜；
62.7）调整点火装置的点火电压至目标值准备点火，准备高速摄像机20进行拍摄，同时采集火焰、压力及光电信号；
63.8）保存高速摄像机20采集到的火焰图片和压力传感器15采集的压力与火焰传感器采集到的光电信号数据；
64.9）实验结束。