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纯氢与掺氢天然气喷射火实验装置

发布时间:2023-12-29点击次数:178次

功能介绍

针对不同的实验尺度搭建了两套喷射火实验装置。两套实验装置均包括气体供给系统、计量控制系统、实验测量系统和数据采集系统,区别主要为管径、用气量和传感器布置区域方面。

小尺度喷射火实验泄漏压力较低,用气量较少,设计了带有5个接口的汇流排提供实验用气,其中靠近实验管路的4个接口用于提供实验所需的掺氢天然气,最左侧接头用于提供对实验管路进行气体置换的氮气,这种安装方式方便氮气对管路进行更完整的气体置换。实验管路为DN50的不锈钢管道,不同泄漏口径的喷嘴在管道末端与实验管路螺纹连接。为保证实验安全,在螺纹连接处进行了管壁加厚处理,防止螺纹连接对管道的承压性能造成影响。在螺纹连接前端通过引压管连接压力表,实现泄漏压力的实时监测。在喷射火后方设置黑色背景幕布,以便获得更清晰的喷射火几何特征。小尺度喷射火实验装置图和泄漏口实物图如下。

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小尺度喷射火实验装置图

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温度与热辐射传感器现场布置图

大尺度喷射火实验采用管径为DN100、壁厚为8 mm的不锈钢管道作为实验管道。每组实验所需气源由3040 L标准气瓶装的掺氢天然气提供,并通过带有33个接口、承压25 MPa的汇流排进行整合,保证实验过程中气源压力满足要求。用于实验管道气体置换的两瓶40 L氮气设置在汇流排最上游,在每组实验开始前后分别进行三次气体置换,保证管道内不存在空气以保证实验安全。通过在汇流排上安装一个减压器实现观察汇流排压力。使用球阀作为汇流排的总控制阀,通过远程调节气动调压阀,使泄漏压力保持相对稳定,并通过质量流量计对泄漏流量进行实时测量。与小尺度喷射火实验装置一致,带有泄漏口的喷嘴与实验管道通过螺纹连接,在实验管道末端进行管壁加厚处理。并通过引压管在螺纹连接前端连接压力表,实现泄漏压力的实时监测。大尺度喷射火实验装置图如图所示。

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大尺度喷射火实验装置图

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a)热辐射传感器布置图

b)温度传感器布置图

温度与热辐射传感器现场布置图

实验流程

1)吹熄实验

安装泄漏口径为2 mm的喷头,进行实验前实验设备检查、实验管道气体置换、气瓶连接等处是否漏气等检查工作。

稍稍打开减压器,在泄漏口处使用点火器引燃气体,形成较小的喷射火焰。

缓慢调节大流量减压器的开度,使泄漏压力缓慢增加,直至喷射火火焰熄灭,记录火焰熄灭时的泄漏压力,再次进行实验,并在上次火焰熄灭的泄漏压力附近以更细微的方式调节大流量减压器的开度,防止操作增加实验误差。重复实验3次或以上,以实验测得的最大泄漏压力作为该泄漏口径和掺氢比例下的吹熄压力。

实验完成后,进行气体置换并重复操作3次,更换下一个泄漏口径的喷头,继续实验直至全部实验完成。

使用甲烷激光检测仪检查以确保实验场地的掺氢天然气气瓶已关闭且不发生漏气,收拾实验场地。

2)小尺度喷射火实验

安装泄漏口径为8 mm的喷头,重复吹熄实验步骤

调节大流量减压器的开度,使泄漏压力达到所需压力并稳定泄漏不少于10 s

当一个掺氢比例的所有压力实验完成后,使用氮气置换气体三次,确保实验管道内没有可燃气体。

换另一种掺氢比例气瓶,重复上述操作,直至实验完成。

重复吹熄实验步骤

3)大尺度喷射火实验

安装泄漏口径为10 mm的喷头,确保实验场地没有易燃物品,检查无纸记录仪、D高速相机是否正常工作。

关闭汇流排球阀,连接氮气、掺氢天然气气瓶并打开氮气气瓶,待汇流排内压力稳定后在关闭氮气气瓶前提下,使用肥皂水对气瓶连接处是否漏气进行检查,保证不漏气的情况下,打开汇流排球阀,打开气动调节阀,置换实验管道内空气。重复置换操作三次,保证实验管道内没有空气。

置换完成后,关闭汇流排球阀,打开一瓶掺氢天然气气瓶,利用甲烷激光泄漏检测仪对气瓶连接处、汇流排阀门等进行检测,在保证无漏气的情况下,打开其余掺氢天然气气瓶。

在距离泄漏口1 m处,架设火把作为点火源。在实验人员撤离至安全区域后,打开汇流排总阀,远程控制气动调压阀,使掺氢天然气以较低压力泄漏并被火把点燃。

增大泄漏压力至4.0 MPa,调节气动调压阀使泄漏压力稳定在4.0 MPa附近,稳定泄漏不少于10 s,然后分别降低泄漏压力至2.5 MPa1.6 MPa,各记录稳定泄漏时间不少于10 s

实验完成后,关闭气动调压阀、汇流排总阀和所有掺氢天然气气瓶,打开氮气气瓶,待汇流排压力稳定后,打开气动调压阀和汇流排总阀,置换实验管道内的可燃气体,重复操作三次,确保实验管道内没有可燃气体,均为氮气。

关闭氮气气瓶、气动调压阀、汇流排总阀,进行采集数据和图像文件的保存,完成后进行断电。

重复吹熄实验步骤

关键参数

管径:DN50DN100

管道承压:25 MPa




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