申请/专利权人：南京工业大学

申请日：2018-12-27

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN109682924B

主分类号：G01N31/12

分类号：G01N31/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.05.21#实质审查的生效;2019.04.26#公开

摘要：本发明涉及一种高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，包括气源系统、高压储气系统、稳压系统、下游管道、燃烧器50、安全防护系统、数据采集系统和火焰特性表征扩展模块。确定燃烧器喷口处气体临界压力比的前提下，根据喷口处压力和温度，建立压力和温度定量关系式，推算出喷口处的流速大小。优点：1）可用于研究复杂条件下高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火的复杂动力学过程，并能对喷口流速、喷射火几何特性、喷射火危害半径等进行准确预测。2）整套装置基于PLC全自动控制，便于操作、控制，安全防护性能强，另具有很好的扩展性，可以根据需求自行改变环境影响因素以及扩充测量和记录装置，进行多因素耦合作用下扩散射流火焰机理的研究。

主权项：1.高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，其特征是包括气源系统、高压储气系统、稳压系统、下游管道、燃烧器（50）、安全防护系统、数据采集系统、火焰特性表征扩展模块和PLC系统；所述气源系统包括试验气体气瓶（1）、氮气气瓶（2）和主管道（11），试验气体气瓶（1）和氮气气瓶（2）与主管道（11）连接；所述高压储气系统包括燃气缓存罐（12），燃气缓存罐（12）通过电磁阀和法兰与气源系统中的主管道（11）连接，燃气缓存罐（12）通过法兰和闸阀与稳压系统连接，燃气缓存罐（12）通过法兰与下游管道前段连接，下游管道末端通过金属软管（49）与燃烧器（50）连接，所述燃烧器（50）的喷口（55）可替换，所述安全防护系统包括安装在燃烧器（50）喷口处的电子点火装置（53）和火焰检测装置（54），电子点火装置（53）和火焰检测装置（54）连锁下游管道系统中的第一切断阀（44）和第二切断阀（45），保证管道系统运行安全；所述数据采集系统包括安装在燃烧器（50）喷口处的第四压力变送器（51）和第二温度变送器（52），用于记录喷口处温度、压力信号变化；所述火焰特性表征扩展模块布置在火场四周；所述稳压系统即为通过旁路管道进行稳定流动控制，包括第五法兰（24）、第六法兰（25）、第七法兰（26）、第八法兰（27）、第九法兰（28）、第一闸阀（29）、第二闸阀（30）、第二安全阀（31）、第一调节阀（32）、第一流量计（33）、第二流量计（34）、第三压力变送器（35）、止回阀（36）、给水泵（37）、储水槽（38）、第三常闭闸阀（39）和第三管帽（40）；给水泵（37）入口与储水槽（38）通过第七法兰（26）、第八法兰（27）和第二闸阀（30）连接；储水槽（38）下端安装有通过第九法兰（28）相连的第三常闭闸阀（39）和第三管帽（40），第三常闭闸阀（39）和第三管帽（40）用于排放储水槽（38）内液体；给水泵（37）出口依次安装第六法兰（25）、止回阀（36）、第三压力变送器（35）、第一流量计（33）、第一调节阀（32）；第一调节阀出口分成三路支路，其中，A支路通过第一闸阀（29）和第五法兰（24）连接燃气缓存罐（12）；B、C支路分别与储水槽（38）形成连通的水流循环回路，其中，B支路直接返回至储水槽（38），主要用于水泵机组的安全检测；C支路通过第二流量计（34）返回至储水槽（38），通过控制支路流量平衡，从而使燃气缓存罐（12）内压力达到稳定；A、B支路同时与第二安全阀（31）相连，通过泄放管道内超出部分的压力，保证管道安全；所述PLC系统包括编程控制器，所述编程控制器信号输入输出口分别连接第一压力变送器（6）、第二压力变送器（20）、第三压力变送器（35）以及火焰检测装置（54）的信号输出输入口，并对高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置内的电磁阀、调节阀和切断阀输出执行信号；所述下游管道通过第十法兰（41）与燃气缓存罐实现连接；下游管道上依次设置有第四电磁阀（42）、第四常闭闸阀（43）、第一切断阀（44）、第二切断阀（45）、第五电磁阀（46）、第二调节阀（47）、第三流量计（48）；下游管道末端通过金属软管（49）与燃烧器（50）连接，可在0~90°范围内任意调整燃烧器（50）喷口角度。

全文数据：高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置及其试验方法技术领域本发明是一种高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置及其试验方法，属于气体长距离储运技术领域。背景技术燃气高压长输管线是解决经济发展中能源问题的重要方式之一，而燃气管道在运行过程中由于材料缺陷、人为破坏和腐蚀等原因可能发生泄漏，气体在裂口处被点燃则形成喷射火，造成严重的人员伤亡和财产损失。目前国内外对燃气管道泄漏导致的喷射火焰燃烧行为特征还没有形成系统的研究成果。已有的研究主要涉及火焰形态特征、火焰温度分布特征、火焰辐射强度和火焰的推举吹熄行为等，且多数停留在喷口速度为亚音速的流动情况。事实上，大多数储罐和管道内燃料源（绝对）压力大于0.19Mpa，导致泄漏处的可燃气体速度达到音速。目前，国内针对高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火焰燃烧行为特征的试验研究还相当少，而且多采取理论建模和仿真分析的方法计算和评估喷射火几何特性以及热辐射危害区域。由于高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火的过程受多种因素影响，包括泄漏口形状和尺寸、泄漏口角度、管径、管道压力和流量、泄漏口外障碍物、风速和风向等，因此十分有必要开展针对复杂条件下高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火焰规律的试验研究，发展泄漏口流速涵盖亚音速和音速范围的测量技术和计算方法，建立喷射火焰几何特性的定量模型，不仅可以揭示喷射火焰在复杂条件下的燃烧行为特性，完善相关的射流火焰理论模型，并为发展燃气输送与储运技术、完善相关安全标准和规范提供理论和数据支持。当燃气管道储存的可燃气体发生泄漏时，则形成喷射射流。若在泄漏口处被点燃，此时会形成喷射火。喷射火焰燃烧稳定，火焰长度可达数十米，火焰热量相对集中，因此极易导致邻近目标单元失效破坏进而引发多米诺效应。目前，国内针对燃气管道泄漏点燃形成喷射火的试验研究局限于小尺度下的亚音速射流点火装置，不能模拟真实火灾场景。而通过大尺度相似实验模拟高压燃气管道不同模拟工况条件下的泄漏及燃烧过程在国内尚属空白。中国专利CN103791238A公开了一种燃气管道介质泄漏特性测量的实验装置，综合考虑多种管道泄漏影响因素，如泄漏部位、泄漏口形状和尺寸等，但该装置未考虑易燃易爆物料泄漏后会进一步导致次生喷射火等灾害，故在此实验装置的基础上无法开展针对泄漏后引发的喷射火行为的试验研究，且泄漏气体在泄漏试件中是亚音速流动，导致无法准确预测喷口处物料状态参数变化以及形成喷射火后的火焰形态和辐射热流。发明内容本发明提出的是一种高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置及其试验方法，其目的在于针对现有技术的缺陷，提出一种喷射火试验装置及方法，可用于研究复杂条件下（包括泄漏口形状和尺寸、泄漏口角度、管径、管道压力和流量、泄漏口外障碍物、风速和风向等）下高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火的复杂动力学过程，并能对喷口流速、喷射火几何特性、喷射火危害半径等进行准确预测。本发明的技术解决方案：高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，包括气源系统、高压储气系统、稳压系统、下游管道、燃烧器50、安全防护系统、数据采集系统和火焰特性表征扩展模块；所述气源系统包括试验气体气瓶1、氮气气瓶2和主管道11，试验气体气瓶1和氮气气瓶2与主管道11连接；所述高压储气系统包括燃气缓存罐12，燃气缓存罐12通过电磁阀和法兰与气源系统中的主管道11连接，燃气缓存罐12通过法兰和闸阀与稳压系统连接，燃气缓存罐12通过法兰与下游管道前段连接，下游管道末端通过金属软管49与燃烧器50连接，所述燃烧器50的喷口55可替换，所述安全防护系统包括安装在燃烧器50喷口处的电子点火装置53和火焰检测装置54，电子点火装置53和火焰检测装置54连锁下游管道系统中的第一切断阀44和第二切断阀45，保证管道系统运行安全；所述数据采集系统包括安装在燃烧器50喷口处的温度和压力采集装置，用于记录喷口处温度、压力信号变化；所述火焰特性表征扩展模块布置在火场四周。所述PLC系统包括编程控制器，所述编程控制器信号输入输出口分别连接第一压力变送器6、第二压力变送器20、第三压力变送器51以及火焰检测装置54的信号输出输入口，并对高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置内的电磁阀、调节阀和切断阀输出执行信号。其试验方法包括：1）检查管路连接部件，调整燃烧器角度；2）进行气密性试验；3）对试验气体气瓶进行加压操作，对水浴温度进行监测；4）打开试验气体气瓶阀门，高压可燃性气体经主管道进入燃气缓存罐；5）开启给水泵，水流进入燃气缓存罐；6）调节给水泵流量；7）当缓存罐内压力升高，达到稳压水容积的高水位时，给水泵自动停止运行，当缓存罐内压力降低，达到稳压水容积的低水位时，给水泵自动开启，将稳压水容积提升到最高水位，如此循环保持缓存罐内压力稳定；8）燃烧器流量通过流量计和调节阀组成的计量阀门进行调节；9）缓慢开启流量计调节阀至25%进行点火，在设定时间内采用间歇式点火，当火焰检测装置检测到点火器的燃烧状态，一切正常，若没有检测到火焰信号，则检测装置通知控制单元连锁双切断阀关闭，并发出报警信号；电子点火装置在正常工作中，如遇意外熄火情况，重新设定点火；10）点火成功后，温度和压力变送器分别检测燃气喷口处温度和压力信号，在喷口面积为的条件下，模拟实际泄漏过程，通过上述计算方法得到燃气在喷口处的流速或质量流量；11）启动测量设备对射流火焰相关实验现象进行记录，采用高速数码摄像机和红外热像仪对喷射火火焰几何特征和火焰温度场进行测量，垂直火焰方向，包含整个火焰轮廓进行布置即可。12）试验结束后，关闭流量计调节阀，调节阀显示归零，切断进气，并打开氮气瓶开关阀门和相邻电磁阀向装置内通入氮气，进行15-30min吹扫；13）排空缓存罐内液体，关闭所有阀门，切断电控箱和上位电源。喷口流速推算方法，是在确定燃烧器喷口处气体临界压力比的前提下，根据喷口处压力和温度，建立压力和温度定量关系式，从而推算出喷口处的流速大小。本发明的有益效果：1）提供了一种进行复杂条件下高压燃气管道泄漏点然形成大尺度喷射火试验的装置，能准确模拟泄漏口流速涵盖亚音速和音速范围的流动情况，并能对高压燃气泄漏时射流火焰形成发展过程进行记录；2）通过在燃烧器喷口处设置的温度和压力传感器记录数据可以实时、准确推算一定释放压力条件下喷口处气体动力学特征；3）通过建立水力系统，增强管道内压力稳定效果，能形成持续稳定喷射火焰；4）装置基于PLC可全自动控制各管道阀门气路的动作，且含有安全保护装置，包含防护装具以及系统内的自动联锁装置，便于操作、控制，安全防护性能强；5）装置系统扩展性强，通过在火场四周布置热电偶树、热流传感器、高速数码摄像机、红外热像仪等测量设备，可系统记录和分析喷射火焰燃烧特性（火焰推举与吹熄）、形态特征（火焰长度、火焰宽度、火焰面积、火焰迹线）、温度和热辐射特性（火焰热流分布、火焰发射率）等；6）进一步地通过人为改变泄漏条件（如喷口大小和方向、初始释放压力和温度、泄漏量等）以及外部环境（环境风速、障碍物等），可揭示复杂环境下不同泄漏模式（亚音速和音速）状态参数（温度、压力）和流动参数（流量）对喷射火燃烧特性、温度分布、形态特征、热辐射特性的影；7）装置可为高压燃气管道泄漏形成喷射火灾害的预防和扑救提供可靠的科学依据，在广泛应用于石油化工、燃气生产和储运设备的安全领域。附图说明附图1是一种高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置结构示意图。附图2是燃烧器结构和压力、温度传感器连接示意图。附图3是PLC全自动控制系统框图。附图中试验装置各部件名称和编号对应表。编号名称编号名称1试验气体气瓶2氮气气瓶3水浴加热装置4、52温度变送器5、19截止阀6、20、35、51压力变送器7、22、39、43常闭闸阀8、23、40管帽9、10、13、42、46电磁阀11主管道12燃气缓存罐14、16、18、21、24、25、26、27、28、41法兰15法兰盖17、31安全阀29、30闸阀32、47调节阀33、34、48流量计36止回阀37给水泵38储水槽44、45切断阀49金属软管50燃烧器53电子点火装置54火焰检测装置55可替换燃气喷口56软管接头57固定螺栓58主体支架59管夹60支撑底座A、B、C旁路管道稳定流动控制系统支路61热电偶树62热流传感器63高速数码相机64红外热像仪具体实施方式下面结合附图对本发明技术方案进一步说明如附图1所示，高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，包括气源系统、高压储气系统、稳压系统、下游管道、燃烧器50、安全防护系统、数据采集系统和火焰特性表征扩展模块。所述气源系统主要由试验气体气瓶1、氮气气瓶2、水浴加热装置3、第一温度变送器4、第一截止阀5、第一压力变送器6、第一常闭闸阀7、第一管帽8、第一、第二电磁阀9，10和主管道11组成；其中，在主管道11前端布置有第一、第二电磁阀9、10，试验气体气瓶1通过水浴加热装置3调温调压后与第一电磁阀9相连，而氮气气瓶2与第二电磁阀10相连，主管道末端连接有第一常闭闸阀7和第一管帽8，用于排放装置内气体；两个电磁阀即上端的第一电磁阀9和下端的第二电磁阀10通过管道汇集到主管道11上；水浴加热装置3上安装有第一温度变送器4，用于检测试验气体气瓶内温度变化；主管道11上安装有第一截止阀5和第一压力变送器6，压力变送器6用来检测管道内压力变化。气源系统主要作是为高压储气系统持续稳定地提供试验气体，同时还可以为试验前气密性检验、试验后排空装置残余气体提供气源。所述高压储气系统为燃气缓存罐12，通过第三电磁阀13和第一法兰14与主管道11相连，燃气缓存罐12上端安装有法兰盖15、通过第二法兰16相连的第一安全阀17以及通过第三法兰18和第二截止阀19相连的第二压力变送器20，第二压力变送器20用来检测燃气缓存罐12内压力变化；第一安全阀17用来保障燃气缓存罐12内压力不超过规定值；燃气缓存罐12下端安装有通过第四法兰21相连的第二常闭闸阀22和第二管帽23以及旁路管道稳定流动控制系统，第二常闭闸阀22和第二管帽23用于排放燃气缓存罐12内液体。高压储气系统主要为燃气缓存罐，可减小气源供气流量不稳定性，缓冲管道内压力波动；高压储气系统的稳定性主要通过稳压系统，即设置一旁路管道，建立封闭水循环系统，并通过储罐内液位控制实现。所述稳压系统，通过旁路管道进行稳定流动控制，该系统由第五、第六、第七、第八、第九法兰24，25，26，27，28、第一、第二闸阀29，30、第二安全阀31、第一调节阀32、第一、第二流量计33，34、第三压力变送器35、止回阀36、给水泵37、储水槽38、第三常闭闸阀39和第三管帽40构成；给水泵37入口与储水槽38通过第七、第八法兰26，27和第二闸阀30实现连接；储水槽38下端安装有通过第九法兰28相连的第三常闭闸阀39和第三管帽40，第三常闭闸阀39和第三管帽40用于排放储水槽38内液体；给出泵37出口依次安装第六法兰25、止回阀36、第三压力变送器35、第一流量计33、第一调节阀32；第一调节阀出口分成三路支路，其中，A支路通过第一闸阀29和第五法兰24直接通入燃气缓存罐12内；B、C支路分别与储水槽38形成连通的水流循环回路，其中，B支路直接返回至储水槽38，主要用于水泵机组的安全检测；C支路通过第二流量计34返回至储水槽38，通过控制支路流量平衡，从而使燃气缓存罐12内压力达到稳定；A、B支路同时与第二安全阀31相连，通过泄放管道内超出部分的压力，保证管道安全。下游管道通过第十法兰41与燃气缓存罐12实现连接；下游管道上依次设置有第四电磁阀42、第四常闭闸阀43、第一、第二切断阀44，45、第五电磁阀46、第二调节阀47、第三流量计48；下游管道末端最终通过金属软管49与燃烧器50进行连接，可在0~90°范围内任意调整喷口角度。如附图2所示，燃烧器50靠近喷口55处设置有第四压力变送器51和第二温度变送器52，用于记录喷口处温度、压力信号变化，并基于空气动力学原理进一步推算喷口流速变化。安全防护装置主要通过火焰检测装置和在下游管道设置双切断阀实现，火焰检测装置具有火焰监测和熄火预警功能，连锁双切断阀可迅速关闭供气管道。燃烧器50前方安装电子点火装置53和火焰检测装置54，并连锁第一、第二切断阀44，45，当燃烧器50或自动点火装置53意外停止工作时，打开第四常闭闸阀43，关闭第一、第二切断阀44，45阀门，燃气自动放空，保证管道系统运行安全。所述火焰特征表征模块主要由热电偶树61、热流传感器62、高速数码摄像机63、红外热像仪64等构成，可分别用于记录喷射火火焰温度分布、热流密度分布和火焰几何特性等。对照附图3，所述PLC系统主要包括信号检测变送单元、控制单元和执行单元，信号检测变送单元：在系统控制过程中，将通过第一、第二、第三压力变送器6、20、51以及火焰检测装置54分别对主管道11、燃气缓存管12、给水泵37压力信号和燃烧器50喷口处可燃气体浓度进行检测，其中主管道11、燃气缓存罐12的燃气压力信号和给水泵37的水压信号是本控制系统的主要反馈信号，上述信号均为模拟信号，将通过AD转换读入PLC；控制单元：主要为编程控制器（PLC），它是整个系统压力和流量控制系统的核心，通过直接对系统中主管道11、燃气缓存管12、给水泵37和火焰检测装置54的燃气压力、水压、燃气浓度等各类模拟信号行采集、分析、实施控制算法，确定上述各类阀门和火焰检测装置等执行单元的控制方案；执行单元：主要由第一、第二、第三、第四、第五电磁阀9、10、13、42、46，第一、第二调节阀32、47以及第一、第二切断阀44、45组成，其中第一、第二调节阀32、47再分别与第一流量计，第二、第三流量计进一步组成计量阀门，PID运算后的数字信号通过DA转换进一步转换成模拟信号作为上述各类阀门和流量计的输入信号，最终通过调节阀门的开度来实现对管道中燃气流量的控制高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验过程，具体包括：1）检查管路连接部件，根据试验要求将可替换燃气喷口（喷口直径φ2.4～φ10mm）安装到燃烧器上，调整燃烧器角度；2）进行气密性试验，用肥皂水检查法兰、阀体、堵头、流量计、压力变送器等接口处有无泄漏；3）打开水浴加热装置，对试验气体气瓶（4罐×50kg罐）进行加压操作，最高工作压力不大于1.77MPa，同时根据水浴装置上的温度变送器对水浴温度进行监测，最高温度为50℃，严格控制水温在温度幅宽内，当水浴加热温度达到设定上限值时，电加热停止工作，此时设备处于汽化待命状态；4）缓慢打开试验气体气瓶阀门，调节阀门出口压力，高压可燃性气体经主管道进入燃气缓存罐，管道内部压力通过主管道上压力变送器进行监测，并通过电磁阀执行连锁；5）开启给水泵，水流进入燃气缓存罐（可燃气体储存量≤200k），缓存罐安全阀起跳压力为1.65MPa.G，最大释放量为500kgh，日常试验中缓存罐内应定期加水，水位低于下限时要及时补充；6）给水泵水压通过安装在止回阀前的压力表进行显示，压力变送器连接控制单元，自动调节给水泵流量；7）此时燃气缓存罐中存在一定量的燃气和水，燃气缓存罐内的压力可通过储罐上压力变送器实时监控，通过连锁设置，当缓存罐内压力升高，达到稳压水容积的高水位时，给水泵自动停止运行，当缓存罐内压力降低，达到稳压水容积的低水位时，给水泵自动开启，将稳压水容积提升到最高水位，如此循环保持缓存罐内压力稳定；8）下游管道中，燃烧器流量通过流量计和调节阀组成的计量阀门进行调节：流量0.45～26m3h，压力0.1～0.8MPa.G；9）缓慢开启流量计调节阀至25%进行点火，电子点火装置距离喷口3~5mm，可保证喷口前方主射流中形成完整回流区，强化和稳定燃烧过程，在设定时间内（20%工作周期，3min），采用间歇式点火，当火焰检测装置检测到点火器的燃烧状态，一切正常，若没有检测到火焰信号，则检测装置通知控制单元连锁双切断阀关闭，并发出报警信号。电子点火装置在正常工作中，如遇意外熄火情况，可重新设定点火；10）点火成功后，在火焰稳定阶段，形成火焰长度最大可达2m，火焰持续时间可达3~5min，距离燃烧器喷口0.05m处设置的温度和压力变送器分别用于检测燃气喷口处温度（）和压力（）信号，在喷口面积为的条件下，模拟实际泄漏过程，通过上述计算方法得到燃气在喷口处的流速（）或质量流量（）；11）启动测量设备对射流火焰相关实验现象进行记录，采用耐高温的B型热电偶（Pt30%RhPt6%Rh）对喷射火火焰温度进测量，8根B型热电偶依次布置在热电偶树上，距喷口水平距离分别为0.2m、0.5m、0.8m、1.1m、1.4m、1.7m、2.0m、2.5m，热电偶树角度0~90°可调；采用3只Schmidt-Boelter（塞式）热流传感器对火焰辐射进行测量，热流传感器的位置根据燃烧器角度设定，如燃烧器角度为90°时，根据火焰轴向位置，在垂直方向0.5m、1.0m、2.0m处进行布置；采用高速数码摄像机和红外热像仪对喷射火火焰几何特征和火焰温度场进行测量，垂直火焰方向，包含整个火焰轮廓进行布置即可。12）试验结束后，关闭流量计调节阀，调节阀显示归零，切断进气，并打开氮气瓶开关阀门和相邻电磁阀向装置内通入氮气，进行15-30min吹扫；13）若设备长期不使用，应排空缓存罐内液体，关闭所有阀门，切断电控箱和上位电源。推算泄漏口流速涵盖亚音速和音速范围的方法为：由实际情况可知，当喷口处气体以高速喷出（或非定常流动），其压力将产生显著变化，并导致密度也随之发生明显改变，此时气体必须按照可压缩流体来处理。因此本发明同时提出一种基于空气动力学原理的喷口流速测量和推算方法。在确定燃烧器喷口处气体临界压力比（）的前提下，只要根据邻近喷口处布置的压力和温度传感器读数（），建立起压力和温度传感器读数之间的定量关系式，则可推算出喷口处的流速大小。临界压力比是燃气喷口设计计算的一个重要参数，是推算喷口流速的主要依据，具体可表述为（1）其中，为喷口临界压力，Pa；为理想气体的比热容比。当，喷口处气体为亚临界流流动状态，有，故（2）其中，为喷口流速，ms；为喷口压力，Pa；为大气压力，Pa；为气体常数，J（kg·K）。此时，喷口处气体质量流量（）为（3）其中，为喷口处气体质量流量，kgs；为喷口截面积，m2；为气体摩尔质量，kgmol；为气体摩尔常数，8.314J（mol·K）。当，喷口处气体为临界流流动状态，则有，故（4）此时，喷口处气体质量流量为（5）

权利要求：1.高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，其特征是包括气源系统、高压储气系统、稳压系统、下游管道、燃烧器（50）、安全防护系统、数据采集系统、火焰特性表征扩展模块和PLC系统；所述气源系统包括试验气体气瓶（1）、氮气气瓶（2）和主管道（11），试验气体气瓶（1）和氮气气瓶（2）与主管道（11）连接；所述高压储气系统包括燃气缓存罐（12），燃气缓存罐（12）通过电磁阀和法兰与气源系统中的主管道（11）连接，燃气缓存罐（12）通过法兰和闸阀与稳压系统连接，燃气缓存罐（12）通过法兰与下游管道前段连接，下游管道末端通过金属软管（49）与燃烧器（50）连接，所述燃烧器（50）的喷口（55）可替换，所述安全防护系统包括安装在燃烧器（50喷口处的电子点火装置（53）和火焰检测装置（54），电子点火装置（53）和火焰检测装置（54）连锁下游管道系统中的第一切断阀（44）和第二切断阀（45），保证管道系统运行安全；所述数据采集系统包括安装在燃烧器（50）喷口处的第四压力变送器（51）和第二温度变送器（52），用于记录喷口处温度、压力信号变化；所述火焰特性表征扩展模块布置在火场四周；所述PLC系统包括编程控制器，所述编程控制器信号输入输出口分别连接第一压力变送器（6）、第二压力变送器（20）、第三压力变送器（51）以及火焰检测装置（54）的信号输出输入口，并对高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置内的电磁阀、调节阀和切断阀输出执行信号。2.根据权利要求1所述的高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，其特征是所述气源系统包括试验气体气瓶（1）、氮气气瓶（2）、水浴加热装置（3）、第一温度变送器（4）、第一截止阀（5）、第一压力变送器（6）、第一常闭闸阀（7）、第一管帽（8）、第一电磁阀（9）、第二电磁阀（10）和主管道（11）；其中，主管道（11）前端设有第一电磁阀（9）、第二电磁阀（10），试验气体气瓶（1）通过水浴加热装置（3）调温调压后与第一电磁阀（9）相连，氮气气瓶（2）与第二电磁阀（10）相连，主管道（11）末端连接有第一常闭闸阀（7）和第一管帽（8），用于排放装置内气体；水浴加热装置（3）上安装有第一温度变送器（4），用于检测试验气体气瓶（1）内温度变化；主管道（11）上安装有第一截止阀（5）和第一压力变送器（6），压力变送器（6）用来检测管道内压力变化。3.根据权利要求1所述的高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，其特征是所述高压储气系统包括燃气缓存罐（12）、法兰盖（15）、第一安全阀（17）、第二压力变送器（20）、第二常闭闸阀（22）和第二管帽（23），通过第三电磁阀（13）和第一法兰（14）与主管道（11）相连，燃气缓存罐（12）上端安装有法兰盖（15），燃气缓存罐（12）通过第二法兰（16）连接第一安全阀（17），通过第三法兰（18）和第二截止阀（19）连接第二压力变送器（20），第二压力变送器（20）检测燃气缓存罐（12）内压力变化，第一安全阀（17）保障燃气缓存罐（12）内压力不超过规定值；燃气缓存罐（12）底端通过第四法兰（21）连接第二常闭闸阀（22）和第二管帽（23），第二常闭闸阀（22）和第二管帽（23）用于排放燃气缓存罐（12）内液体。4.根据权利要求1所述的高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，其特征是所述稳压系统即为通过旁路管道进行稳定流动控制，包括第五法兰（24）、第六法兰（25）、第七法兰（26）、第八法兰（27）、第九法兰（28）、第一闸阀（29）、第二闸阀（30）、第二安全阀（31）、第一调节阀（32）、第一流量计（33）、第二流量计（34）、第三压力变送器（35）、止回阀（36）、给水泵（37）、储水槽（38）、第三常闭闸阀（39）和第三管帽（40）；给水泵（37）入口与储水槽（38）通过第七法兰（26）、第八法兰（27）和第二闸阀（30）连接；储水槽（38）下端安装有通过第九法兰（28）相连的第三常闭闸阀（39）和第三管帽（40），第三常闭闸阀（39）和第三管帽（40）用于排放储水槽（38）内液体；给出泵（37）出口依次安装第六法兰（25）、止回阀（36）、第三压力变送器（35）、第一流量计（33）、第一调节阀（32）；第一调节阀出口分成三路支路，其中，A支路通过第一闸阀（29）和第五法兰（24）连接燃气缓存罐（12）；B、C支路分别与储水槽（38）形成连通的水流循环回路，其中，B支路直接返回至储水槽（38），主要用于水泵机组的安全检测；C支路通过第二流量计（34）返回至储水槽（38），通过控制支路流量平衡，从而使燃气缓存罐（12）内压力达到稳定；A、B支路同时与第二安全阀（31）相连，通过泄放管道内超出部分的压力，保证管道安全。5.根据权利要求1所述的高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，其特征是所述下游管道通过第十法兰（41）与燃气缓存罐实现连接；下游管道上依次设置有第四电磁阀（42）、第四常闭闸阀（43）、第一切断阀（44）、第二切断阀（45）、第五电磁阀（46）、第二调节阀（47）、第三流量计（48）；下游管道末端通过金属软管（49）与燃烧器（50）连接，可在0~90°范围内任意调整燃烧器（50）喷口角度。6.根据权利要求1所述的高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，其特征是所述安全防护系统包括安装在燃烧器（50）的喷口（55）处的电子点火装置（53）和火焰检测装置（54），电子点火装置（53）和火焰检测装置（54）连锁下游管道系统中的第一切断阀（44）和第二切断阀（45），当燃烧器（50）或自动点火装置（53）意外停止工作时，打开第四常闭闸阀（43），关闭第一切断阀（44）、第二切断阀（45）阀门，燃气自动放空，保证管道系统运行安全。7.根据权利要求1所述的高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，其特征是所述火焰特征表征模块包括热电偶树（61）、热流传感器（62）、高速数码摄像机（63）、红外热像仪（64），分别布置在火场四周。8.根据权利要求1所述的高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，其特征是所述PLC系统主要包括信号检测变送单元、控制单元和执行单元：所述信号检测变送单元包括第一压力变送器（6）、第二压力变送器（20）、第三压力变送器（51）以及火焰检测装置（54），编程控制器信号输入输出口分别连接第一压力变送器（6）、第二压力变送器（20）、第三压力变送器（51）以及火焰检测装置（54）的信号输出输入口，第一压力变送器（6）、第二压力变送器（20）、第三压力变送器（51）以及火焰检测装置（54）检测所得模拟信号通过AD转换读入编程控制器；所述控制单元包括编程控制器，通过直接对系统中主管道（11）、燃气缓存管（12）、给水泵（37）和火焰检测装置（54）的燃气压力、水压、燃气浓度等各类模拟信号行采集、分析、实施控制算法，确定上述各类阀门和火焰检测装置等执行单元的控制方案；所述执行单元包括第一电磁阀（9）、第二电磁阀（10）、第三电磁阀（13）、第四电磁阀（42）、第五电磁阀（46）、第一调节阀（32）、第二调节阀（47）以及第一切断阀（44）、第二切断阀（45），其中第一节阀（32）、第二调节阀（47）再分别与第一流量计、第二流量计、第三流量计进一步组成计量阀门；PID运算后的数字信号通过DA转换进一步转换成模拟信号作为上述各类阀门和流量计的输入信号，通过调节阀门的开度来实现对管道中燃气流量的控制。9.如权利要求1所述的高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置的试验方法，其特征是包括如下步骤：1）检查管路连接部件，根据试验要求将可替换燃气喷口安装到燃烧器上，喷口直径φ2.4～φ10mm，调整燃烧器角度；2）进行气密性试验，用肥皂水检查法兰、阀体、堵头、流量计、压力变送器等接口处有无泄漏；3）打开水浴加热装置，对4罐×50kg罐的试验气体气瓶进行加压操作，最高工作压力不大于1.（MPa，同时根据水浴装置上的温度变送器对水浴温度进行监测，最高温度为50℃，严格控制水温在温度幅宽内，当水浴加热温度达到设定上限值时，电加热停止工作，此时设备处于汽化待命状态；4）缓慢打开试验气体气瓶阀门，调节阀门出口压力，高压可燃性气体经主管道进入燃气缓存罐，管道内部压力通过主管道上压力变送器进行监测，并通过电磁阀执行连锁；5）开启给水泵，水流进入燃气缓存罐，可燃气体储存量≤200k，缓存罐安全阀起跳压力为1.65MPa.G，最大释放量为500kgh，日常试验中缓存罐内应定期加水，水位低于下限时要及时补充；6）给水泵水压通过安装在止回阀前的压力表进行显示，压力变送器连接控制单元，自动调节给水泵流量；7）此时燃气缓存罐中存在一定量的燃气和水，燃气缓存罐内的压力可通过储罐上压力变送器实时监控，通过连锁设置，当缓存罐内压力升高，达到稳压水容积的高水位时，给水泵自动停止运行，当缓存罐内压力降低，达到稳压水容积的低水位时，给水泵自动开启，将稳压水容积提升到最高水位，如此循环保持缓存罐内压力稳定；8）下游管道中，燃烧器流量通过流量计和调节阀组成的计量阀门进行调节：流量0.45～26m3h，压力0.1～0.8MPa.G；9）缓慢开启流量计调节阀至25%进行点火，电子点火装置距离喷口3~5mm，可保证喷口前方主射流中形成完整回流区，强化和稳定燃烧过程，在设定时间内采用间歇式点火，当火焰检测装置检测到点火器的燃烧状态，一切正常，若没有检测到火焰信号，则检测装置通知控制单元连锁双切断阀关闭，并发出报警信号；电子点火装置在正常工作中，如遇意外熄火情况，重新设定点火；10）点火成功后，在火焰稳定阶段，形成火焰长度最大达2m，火焰持续时间达3~5min，距离燃烧器喷口0.05m处设置的温度和压力变送器分别用于检测燃气喷口处温度和压力信号，在喷口面积为的条件下，模拟实际泄漏过程，通过上述计算方法得到燃气在喷口处的流速或质量流量；11）启动测量设备对射流火焰相关实验现象进行记录，8根热电偶依次布置在热电偶树上，距喷口水平距离分别为0.2m、0.5m、0.8m、1.1m、1.4m、1.7m、2.0m、2.5m，热电偶树角度0~90°可调；采用3只Schmidt-Boelter塞式热流传感器对火焰辐射进行测量，热流传感器的位置根据燃烧器角度设定，如燃烧器角度为90°时，根据火焰轴向位置，在垂直方向0.5m、1.0m、2.0m处进行布置；采用高速数码摄像机和红外热像仪对喷射火火焰几何特征和火焰温度场进行测量，垂直火焰方向，包含整个火焰轮廓进行布置即可。12）试验结束后，关闭流量计调节阀，调节阀显示归零，切断进气，并打开氮气瓶开关阀门和相邻电磁阀向装置内通入氮气，进行15-30min吹扫；13）若设备长期不使用，排空缓存罐内液体，关闭所有阀门，切断电控箱和上位电源。10.如权利要求1所述的高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置的喷口流速推算方法，其特征是在确定燃烧器喷口处气体临界压力比的前提下，根据喷口处压力和温度，建立压力和温度定量关系式，从而推算出喷口处的流速大小，包括如下步骤：临界压力比其中，为喷口临界压力，Pa，为理想气体的比热容比；当，喷口处气体为亚临界流流动状态，有，故其中，为喷口流速，ms；为喷口压力，Pa；为大气压力，Pa；为气体常数，J（kg·K）；此时，喷口处气体质量流量为其中，为喷口处气体质量流量，kgs；为喷口截面积，m2；为气体摩尔质量，kgmol；为气体摩尔常数，8.314J（mol·K）；当，喷口处气体为临界流流动状态，则有故此时，喷口处气体质量流量为。

百度查询： 南京工业大学 高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置及其试验方法

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