技术领域 本发明涉及一种多功能气体爆炸实验系统，更具体地说涉及一种 多功能容器管道气体爆炸实验系统。 背景技术 化工和石油化工生产过程中，可燃性气体通常采用密闭容器或管 道来储存或输送。由于受到约束作用，气体爆炸会产生较高的压力和 压力上升速率，以至于造成人员伤亡和财产损失。而在容器与管道连 接的装置系统中，由于压力累积效应和二次爆炸，容器管道系统气体 爆炸事故的后果更加严重，常常会导致灾难性的后果。获取气体爆炸 特性参数，预测气体爆炸强度，对于容器管道系统的抑爆、隔爆和熄 爆的安全设计具有重要的意义。目前，单个容器或管道气体爆炸实验 技术比较成熟，但不能用于容器管道系统气体爆炸实验；而现有的容 器管道系统通常只作为一个整体用于装置系统气体爆炸实验，但不能 用于单个容器或管道气体爆炸实验。多功能气体爆炸实验系统正是适 应这种要求发展起来的一种可用来进行各种气体爆炸实验的实验系 统。 目前，国内外用于气体爆炸实验的装置因实验室而异，功能比较 单一，造价都比较高，很多情况下只能够进行单个容器或管道的气体 爆炸实验或泄爆实验，如北京理工大学爆炸灾害预防与控制国家重点 实验室的管道实验装置和中国矿业大学的瓦斯气体爆炸实验系统只 能够进行管道内气体爆炸实验。20L和1m3球形爆炸装置只能够进行 容器内气体爆炸实验。对于容器管道系统气体爆炸实验涉及较少，德 国的Bartknecht在其专著(Explosion course prevention protection)中 阐述所用实验装置是通过管道连接的体积分别为1m3和5m3的柱状连 通容器，连接管道直径分别为100mm、200mm和400mm，管道长度 为10m。实验装置系统作为一个整体，比较笨重，装置移动和操作很 不方便，同时造价也比较高。Domnina等人在2003年出版的国际期 刊火灾安全学报(Fire Safety Journal)第38卷第2期发表的文章《连 通容器气体爆炸传播》(Transmission of gas explosion between linked vessels)中采用的实验装置是通过直径为8.3mm，长度为4.35cm的 管道连接的体积分别为1180cm3和170cm3的小型柱状连通容器。该 实验装置小型化，由于容器或管道的壁面效应，实验结果与实际情况 差别较大。国内对于容器管道系统气体爆炸实验涉及较少，目前还没 有相关文献报道。 发明内容 本发明的目的旨在克服上述存在的问题，提供一种多功能气体爆 炸实验系统，该装置系统操作简便，功能强大，制造成本低。 本发明的技术方案如下： 一种多功能气体爆炸实验系统，其特征在于包括实验装置、配气 装置、点火装置、测试装置、数据采集及处理部分，所述的实验装置 包括两个球形容器和连接管道，两个球形容器通过管道连接形成容器 管道系统。整套装置通过法兰和螺栓连接，容器和管道上设有压力传 感器安装孔、气体出入口、真空—压力表接口、泄爆口和点火孔；配 气装置包括气体钢瓶、配气仪、配气罐、输送管路。实验装置与配气 罐，配气罐和配气仪，配气仪和气体钢瓶分别通过输送管路连接；点 火装置包括电火花发生器、火花塞、导线，采用电火花发生器和火花 塞模拟工业气体爆炸弱点火情况，点火能量可以调节和控制；测试装 置包括真空—压力表、压力变送器、火焰传感器、传感器连接导线。 数据采集及处理部分包括多通道数据采集仪和数据采集软件，其中数 据采集部分采用数据采集仪同步采集数据，数据处理和分析部分采用 通用信号分析软件对数据和信号进行分析和处理。 所述的实验装置中两个球形容器底部装有支撑筒节、加强筋和底 板，管道下部装有槽钢和底板，球形容器上设有吊耳，容器和管道底 板通过地脚螺栓固定在地面。 所述的实验装置的球形容器直径为300mm～1500mm，连接管道 直径为40mm～200mm，长度为1m～15m。 所述的实验装置中球形容器或管道通过法兰夹持爆破片实现泄 爆实验，法兰盖采用开孔结构，通过盲板封闭容器或管道实现容器或 管道气体爆炸实验。 所述的实验装置中容器和管道可拆卸，管道部分由三段管道组 成，容器与管道连接形成容器管道系统，通过盲板封闭容器或管道法 兰实现容器管道系统气体爆炸实验；通过容器接管法兰装设爆破片实 现容器管道系统气体泄爆实验；通过在管道法兰之间装设隔断装置实 现隔爆实验；通过在管道法兰之间夹持不同开孔面积的金属片模拟障 碍物情况下管道内气体爆炸情况。 所述的实验装置中备用测试孔采用丝堵和垫片密封。 所述的配气装置中配气仪采用SY9506型配气仪，配气仪配置一 定浓度的可燃气体与空气的混合物，充入配气罐，然后将实验装置抽 真空，最后将配气罐中气体充入实验装置内。 所述的点火装置设置有不同长度的火花塞，实现容器内壁面点火 和中心点火。 所述的测试装置中，实验抽真空时装置内真空度和充气后初始压 力采用真空—压力表测量，爆炸压力采用CYG1401MF型压力变送器 测量，测量频率为100kHz，火焰信号采用光电二极管类型的火焰传 感器测量，响应时间为10-8s。 所述的数据采集部分采用JV5231型多通道数据采集仪同步采集 数据，最大采样速度为20M，分辨率为12bit，精度误差小于1.0％， 采用SignalView通用信号分析软件对数据和信号进行分析和处理。 本发明实验装置的实验操作：实验前，通过配气仪配制一定浓度 的可燃气体与空气混合物，使其混合均匀。实验时，首先根据实验装 置结构示意图组装实验装置和实验仪器，并连接装配好点火装置、配 气装置和数据采集装置，检查各种部件的线路，并确保连接良好，检 查装置气密性。然后，抽真空至负压-0.006MPa，向装置内充入可燃 气体与空气混合物。调试测试系统，使各通道处于工作状态，等待信 号。最后，清理人员至安全距离之外，点火引爆气体，由压力变送器 测量爆炸压力，由火焰传感器测量火焰信号，并将信号传递给数据采 集仪，进行数据的采集、处理和分析。 本发明的有益效果是： 本发明的多功能气体爆炸实验系统装置结构合理，功能强大，点 火操作方便，实验数据采集精度较高，数据采集和分析系统使用方便， 并能保证测试精度。容器管道系统采用管道法兰连接，安装和拆卸非 常方便，通过不同组装方式改变装置结构可以实现容器或管道气体爆 炸实验、容器或管道气体泄爆实验、容器管道系统气体爆炸实验、容 器管道系统气体泄爆和隔爆实验以及障碍物条件下气体爆炸实验。同 时，容器可以通过龙门架、推车和手拉葫芦起吊和移动，实验操作非 常方便。本发明实验装置实验规范，整套装置均按照《钢制压力容器》 和《压力容器安全技术监察规程》制造，安全性高，制造成本低，价 格远低于国内外同类装置。 附图说明 图1是多功能气体爆炸实验系统示意图。 图2是多功能气体爆炸实验系统的实验装置结构示意图。 图3是多功能气体爆炸实验系统的大球形容器管道接口配盲板 结构示意图。 图4是多功能气体爆炸实验系统的小球形容器管道接口配盲板 结构示意图。 图5是多功能气体爆炸实验系统的管道配盲板结构示意图。 图6是多功能气体爆炸实验系统的实验装置的丝堵和垫片结构 示意图。 图7是多功能气体爆炸实验系统的实验装置的吊耳结构示意图。 图8是多功能气体爆炸实验系统的管道托架结构示意图。 图9是多功能气体爆炸实验系统的大球形容器支撑筒节结构示 意图。 图10是多功能气体爆炸实验系统的小球形容器支撑筒节结构示 意图。 图1～图10中的零件标号：(1)底板，(2)加强筋，(3)支撑筒 节，(4)气体出入口，(5)大球形容器，(6)压力变送器接口，(7) 点火器接口，(8)接管法兰，(9)法兰盖，(10)齿形垫，(11)螺柱， (12)螺母，(13)压力—真空表接口，(14)压力变送器接口，(15) 大球形容器接管，(16)法兰，(17)压力变送器接口，(18)管道， (19)法兰，(20)齿形垫，(21)螺柱，(22)螺母，(23)小球形容 器接管，(24)压力—真空表接口，(25)接管法兰，(26)小球形容 器，(27)吊耳，(28)点火器接口，(29)压力变送器接口，(30)气 体出入口，(31)支撑筒节，(32)加强筋，(33)底板，(34)槽钢， (35)底板，(36)管道，(37)管道，(38)火焰传感器接口，(39) 火焰传感器接口，(40)接地板，(41)铭牌及铭牌架，(42)丝堵， (43)垫片，(44)大球形容器法兰盖，(45)小球形容器法兰盖 图1～图10中的符号：(A)压力变送器，(B)压力变送器，(b) 点火器，(c)爆破片，(e)截止阀，(d1～d8)压力变送器，(f)爆破 片，(g)压力—真空表，(h)点火器，(i1～i8)火焰传感器，(j1～j2) 接管口，(k)压力—真空表，(m)截止阀 具体实施方式 参照附图1～10，多功能气体爆炸实验系统包括实验装置、配气 装置、点火装置、测试装置、数据采集及处理部分。实验装置结构包 括大球形容器5、管道18、管道37、管道36和小球形容器26，容器 与管道以及管道之间通过法兰连接。大球形容器接管15的法兰8上 安装齿形垫10、爆破片f、齿形垫10、带孔法兰盖，或安装齿形垫 10、法兰盖9，小球形容器接管23的法兰25上安装齿形垫10、爆破 片f、齿形垫10、带孔法兰盖，或安装齿形垫10、法兰盖9，容器接 管法兰通过螺柱11和螺母12封闭。大球形容器5底部设有支撑筒节 3、加强筋2、底板1和接地板40，小球形容器26底部设有支撑筒节 31、加强筋32和底板33，管道18、管道37、管道36下部设有槽钢 34和底板35。大球形容器上设有压力变送器接口6和14，火焰传感 器接口39，点火器接口7，气体出入口4，压力—真空表接口13，铭 牌及铭牌架41，吊耳，小球形容器上设有压力变送器29和d8安装 口，火焰传感器i8安装口，点火器接口28，气体出入口30，压力— 真空表接口24，吊耳27。管道18、管道37和管道上设有压力变送 器d2～d7安装口和火焰传感器i2～i7安装口。 实验装置包括两个球形容器和连接管道，两个球形容器通过管道 连接形成容器管道系统。球形容器直径分别为600mm和350mm，连 接管道直径为89mm，容器和管道可拆卸，三段管道长度均为2m。 球形容器上设有吊耳，并配有手拉葫芦、龙门架和推车进行起吊和移 动。两个球形容器底部装有支撑筒节、加强筋和底板，管道下部装有 槽钢和底板容器和管道底板通过地脚螺栓固定在地面。整套装置通过 法兰和螺栓连接，容器和管道上设有传感器安装孔、气体出入口、真 空—压力表接口、泄爆口和点火孔。球形容器或管道通过法兰夹持爆 破片实现泄爆实验，法兰盖采用开孔结构，通过盲板封闭容器或管道 实现容器或管道气体爆炸实验。容器与管道连接形成容器管道系统， 通过盲板封闭容器或管道法兰实现容器管道系统气体爆炸实验；通过 容器接管法兰装设爆破片实现容器管道系统气体泄爆实验；通过在管 道法兰之间装设隔断装置实现隔爆实验；通过在管道法兰之间夹持不 同开孔面积的金属片模拟障碍物情况下管道内气体爆炸情况。此外， 实验装置中备用测试孔采用丝堵和垫片密封。 配气装置包括气体钢瓶、配气仪、配气罐、输送管路。实验装置 与配气罐，配气罐和配气仪，配气仪和气体钢瓶分别通过输送管路连 接。配气仪采用SY9506型配气仪，配气仪配置一定浓度的可燃气体 与空气的混合物，充入配气罐，然后将实验装置抽真空，最后将配气 罐中气体充入实验装置内。 点火装置包括电火花发生器、火花塞、导线，采用电火花发生器 和火花塞模拟工业气体爆炸弱点火情况，点火能量可以调节和控制。 点火装置设置有不同长度的火花塞，实现容器内壁面点火和中心点 火。 测试装置包括真空—压力表、压力变送器、火焰传感器、传感器 连接导线。实验抽真空时装置内真空度和充气后初始压力采用真空— 压力表测量，爆炸压力采用CYG1401MF型压力变送器测量，测量频 率为100kHz，火焰信号采用光电二极管类型的火焰传感器测量，响 应时间为10-8s。 数据采集及处理部分包括多通道数据采集仪和数据采集软件，其 中数据采集部分采用数据采集仪同步采集数据，数据处理和分析部分 采用通用信号分析软件对数据和信号进行分析和处理。数据采集部分 采用JV5231型多通道数据采集仪同步采集数据，最大采样速度为 20M，分辨率为12bit，精度误差小于1.0％。采用SignalView通用信 号分析软件对数据和信号进行分析和处理。 本发明实验装置通过拆卸安装可以完成如下实验：(1)容器或管 道气体爆炸实验。参照附图3，大球形容器接管15由法兰盖44封闭， 大球形容器接管法兰8上依次安装齿形垫10，法兰盖9，并通过螺柱 11和螺母12进行封闭，容器底板1通过地脚螺栓固定在地面。在测 试孔6上安装压力变送器A，在测试孔13上安装压力—真空表g， 在测试孔7上安装点火器b，在气体出入口4上安装截止阀e，在测 试孔39上安装火焰传感器i1，用丝堵42和垫片43封闭压力变送器 d1测试孔。参照附图4，小球形容器实验装置安装方法与此相同。参 照附图5，管道36的底板35通过地脚螺栓固定在地面，在管道两端 分别安装法兰盖45和法兰盖44，然后安装压力变送器d6，d7和火 焰传感器i6，i7；(2)容器或管道气体泄爆实验。参照附图3，大球 形容器接管法兰8上依次安装齿形垫10，爆破片c，齿形垫10，与 爆破片配合的带孔法兰盖，并通过螺柱11和螺母12进行封闭。参照 附图4，小球形容器接管法兰和管道法兰安装方法与此相同，其它配 件安装方法同(1)；(3)容器管道系统气体爆炸实验。参照附图2， 通过管道法兰按顺序组装大球形容器接管15，管道18，管道37，管 道36，小球形容器接管23，管道底板35通过地脚螺栓固定在地面， 在管道测试孔上安装压力变送器d1～d8和火焰传感器i1～i8。大球形 容器5和小球形容器26安装方法同(1)；(4)容器管道系统气体泄 爆实验。参照附图2，容器与管道组装方法同(3)，大球形容器5和 小球形容器26安装方法同(2)；(5)容器管道系统气体隔爆实验。 参照附图2，容器与管道组装方法同(3)，可以选择在大球形容器接 管15，管道18，管道37，管道36，小球形容器接管23的容器接管 或管道法兰之间装设隔断装置。