CN107894442B - 一种高温高压可燃气体爆炸极限测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体爆炸极限测试技术领域，具体涉及一种高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，包括：高温高压反应机构(1)，具有允许增压后的可燃气体和空气分别注入的第一开口(11)和第二开口(12)；可燃气体注入机构(2)，包括对可燃气体进行增压的第一增压结构(21)和用于储存增压后的可燃气体的第一贮罐(23)，从第一贮罐输出的增压后的可燃气体注入高温高压反应机构中；空气注入机构(3)，包括对空气进行增压的第二增压结构(31)和用于储存增压后的空气的第二贮罐(33)，从第二贮罐输出的增压后的空气注入高温高压反应机构中。本发明提供了一种测试压力范围为常压至35MPa的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置。

Description

一种高温高压可燃气体爆炸极限测试装置

技术领域

本发明涉及气体爆炸极限测试技术领域，具体涉及一种高温高压可燃气体爆炸极限测试装置。

背景技术

在石油化工领域，可燃气体或蒸气经常处于高温高压环境下。例如，在油气开采过程中，地层压力可以达到几十兆帕，温度可以达到100℃左右；此外，可燃气体通常在密闭容器和管道中储存和输送，其压力可以达到几兆帕甚至十几兆帕，由于摩擦生热、热传导和热对流等原因，其温度往往高于环境温度。在这种条件下，当可燃气体或蒸气与空气发生混合时，若配比浓度达到可燃气体的爆炸极限浓度，则很可能遇静电火花发生爆炸，进而造成人员伤亡和财产损失。为此，需要一种装置来测试高温高压条件下可燃气体的爆炸极限，进而为工艺生产提供边界条件，从而有效避免油气开采和储运过程中爆炸事故的发生。

目前，大多数可燃气体爆炸极限测试装置均局限于测试常温常压状态下可燃气体的爆炸极限，其工作压力在常压至2.5MPa，远远达不到实际工艺环境中的高压条件。例如，中国专利文献CN205484155U公开了一种可升温加压的气体爆炸极限测定装置，包括：反应管，电压互感器经放电电极连接在反应管底部进行点火操作，可拆卸式可燃液体蒸气发生装置连接在电磁阀上，干燥器连接进空气的电磁阀，反应管外部套有油浴套管，空气压缩机经干燥器与进气管连接，反应管上部连接温度计与压力计。真空泵经循环管路将反应管抽真空，待测气体通过电磁阀进入反应管进行配制，空气压缩机经干燥器对反应管加压，进气完成后，对反应管进行恒温油浴，再点火进行测定。该装置能够准确测定室温到140℃，常压到1MPa条件下可燃气体的爆炸极限，但是仍不能满足在油气开采和储运过程中更高压条件下可燃气体爆炸极限的测定需求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的可燃气体爆炸极限测试装置测试压力范围小，不能满足油气开采和储运过程中高压条件下的测试需求的缺陷，从而提供一种测试压力范围为常压至35MPa，能够针对高温高压条件下可燃气体与空气的混合工况确定气体含量的边界控制条件的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，包括：

高温高压反应机构，具有允许增压后的可燃气体和空气分别注入的第一开口和第二开口，还包括用于对增压后的所述可燃气体和空气加热的加热结构以及用于点燃增压加热后的所述可燃气体和空气的点火结构；

可燃气体注入机构，包括对可燃气体进行增压的第一增压结构和用于储存增压后的可燃气体的第一贮罐，从所述第一贮罐输出的增压后的可燃气体经所述第一开口注入所述高温高压反应机构中；

空气注入机构，包括对空气进行增压的第二增压结构和用于储存增压后的空气的第二贮罐，从所述第二贮罐输出的增压后的空气经所述第二开口注入所述高温高压反应机构中。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，所述可燃气体注入机构还包括与所述第一增压结构连通的第一空气压缩结构，经所述第一空气压缩结构压缩后的空气驱动所述第一增压结构将可燃气体注入所述第一贮罐中，并在所述第一贮罐中形成可燃气体的高压状态。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，还包括与所述第一增压结构和所述第一贮罐同时连通的可燃气体储气瓶。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，还包括设置在所述第一贮罐上的第一压力调节结构。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，所述空气注入机构还包括与所述第二增压结构连通的第二空气压缩结构，经所述第二空气压缩结构压缩后的空气驱动所述第二增压结构将空气注入所述第二贮罐中，并在所述第二贮罐中形成空气的高压状态。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，还包括与所述第二增压结构和所述第二贮罐同时连通的空气储气瓶。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，还包括设置在所述第二贮罐上的第二压力调节结构。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，在所述可燃气体注入机构和所述高温高压反应机构的第一开口之间还设置有用于调节增压后的所述可燃气体的注入量的流量控制器。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，所述高温高压反应机构还包括用于控制其内部压力的安全保护结构，所述安全保护结构与所述加热结构连接，以在所述高温高压反应机构内部的压力达到预设值时控制所述加热结构停止工作。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，还包括分别与所述高温高压反应机构、可燃气体注入机构以及空气注入机构信号连接的数据采集机构。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，所述高温高压反应机构为高强钛合金材质，最大工作压力为35MPa，所述第一增压结构和第二增压结构输出的最大工作压力为50MPa，所述第一贮罐和第二贮罐均为不锈钢材质，最大工作压力为60MPa。

所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，在所述第一增压结构和第二增压结构的入口处还安装有用于过滤所述可燃气体和空气中的杂质的过滤器。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，可燃气体和空气在第一贮罐和第二贮罐中分别经第一增压结构和第二增压结构增压后，再由第一开口和第二开口注入高温高压反应机构中，加热后由点火结构点燃进行爆炸极限的测试。由于可燃气体和空气在注入高温高压反应机构前预先进行了增压处理，这样使得高温高压反应机构中的可燃气体和空气就处于一个压力相对较高的环境中，更加接近油气开采和储运过程中的高压环境，从而可以根据可燃气体与空气的混合工况更加准确地确定气体含量的边界控制条件，满足了测试需求。

2.本发明提供的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，所述可燃气体注入机构还包括与所述第一增压结构连通的第一空气压缩结构，所述空气注入机构还包括与所述第二增压结构连通的第二空气压缩结构。第一空气压缩结构和第二空气压缩结构相当于一个开关，当第一空气压缩结构和第二空气压缩结构中的气体高于一定压力时，第一增压结构和第二增压结构开始工作，反之，低于一定压力时，停止工作；这样可燃气体和空气在第一空气压缩结构和第二空气压缩结构提供的压缩空气以及第一增压结构和第二增压结构的共同作用下进行增压，可以迅速获得较高的压力，以满足测试需求。

3.本发明提供的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，还包括分别设置在第一贮罐和第二贮罐上的第一压力调节结构和第二压力调节结构，以实时监控罐体内的气体压力，当超过设定压力时自动泄压，从而保证装置的安全性。

4.本发明提供的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，所述高温高压反应机构还包括用于控制其内部压力的安全保护结构，所述安全保护结构与所述加热结构连接，以在所述高温高压反应机构内部的压力达到预设值时控制所述加热结构停止工作，同时自动泄压，进而通过双重保护进一步提高装置的安全性。

5.本发明提供的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，所述高温高压反应机构为高强钛合金材质，最大工作压力为35MPa，所述第一增压结构和第二增压结构输出的最大工作压力为50MPa，所述第一贮罐和第二贮罐均为不锈钢材质，最大工作压力为60MPa。高温高压反应机构、第一贮罐和第二贮罐材质的改进及其最大工作压力的设置为可燃气体的爆炸极限测试提供了高压的试验环境，确保了试验的安全顺利进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置的示意图；

图2为图1所示的高温高压反应机构的剖视图。

附图标记说明：

1-高温高压反应机构；2-可燃气体注入机构；3-空气注入机构；4-加热结构；5-点火结构；6-流量控制器；7-数据采集机构；8-过滤器；11-第一开口；12-第二开口；13-反应腔体；14-连接法兰；15-安全保护结构；21-第一增压结构；22-第一空气压缩结构；23-第一贮罐；24-可燃气体储气瓶；25-第一压力调节结构；31-第二增压结构；32-第二空气压缩结构；33-第二贮罐；34-空气储气瓶；35-第二压力调节结构；41-温度传感器；42-温度控制仪表；43-电机热套；44-对开式保温套；151-压力传感器；152-电接点压力表；153-安全阀；211-第一增压泵；212-第一驱动阀；221-第一空气压缩机；222-第一空气贮罐；251-第一贮罐压力表；252-第一调压阀；253-第一调压压力表；311-第二增压泵；312-第二驱动阀；321-第二空气压缩机；322-第二空气贮罐；351-第二贮罐压力表；352-第二调压阀；353-第二调压压力表。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1和2所示的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置的一种具体实施方式，包括具有允许增压后的可燃气体和空气分别注入的第一开口11和第二开口12的高温高压反应机构1，以及与第一开口11和第二开口12分别连通的可燃气体注入机构2和空气注入机构3。可燃气体和空气分别经可燃气体注入机构2和空气注入机构3增压后，再经第一开口11和第二开口12注入高温高压反应机构1中，最终点燃后进行爆炸极限测试。

在本实施例中，可燃气体为天然气，高温高压反应机构1为高压反应釜，内部成型有混合气体的反应腔体13，反应腔体13的上下部均通过连接法兰14与外壁实现密封。高压反应釜还包括用于对增压后的所述可燃气体和空气加热的加热结构4以及用于点燃增压加热后的所述可燃气体和空气的点火结构5。加热结构4包括设置在高压反应釜腔体内的温度传感器41和温度控制仪表42、包覆在高压反应釜外壁上的电机热套43以及设置在电机热套43外侧的对开式保温套44。温度传感器41安装在高压反应釜上部的连接法兰14中，第一开口11和第二开口12成型在高压反应釜下部的连接法兰14中。温度传感器41用于采集高压反应釜内混合气体的温度，温度控制仪表42具有PID自整定调节，使得电机热套43在达到一定的温度后停止加热，从而在高压反应釜内部形成一个稳定的高温环境；电机热套43用于加热高压反应釜腔体内的混合气体；对开式保温套44可以减少热量损失，提高控温精度，达到指定温度时停止加热，并保持温度恒定。点火结构5包括设置在高压反应釜中部的点火电极、与点火电极相对应的电点火引出线和电点火器，电点火引出线与外部电源相连，通过电点火器产生电火花引爆高压反应釜内部的混合气体。

可燃气体注入机构2包括对可燃气体进行增压的第一增压结构21，与所述第一增压结构21连通的第一空气压缩结构22，用于储存增压后的可燃气体的第一贮罐23，以及与所述第一增压结构21和所述第一贮罐23同时连通的可燃气体储气瓶24。第一增压结构21包括第一增压泵211和第一驱动阀212，第一空气压缩结构22包括第一空气压缩机221和第一空气贮罐222，所述第一贮罐23上安装有第一压力调节结构25，第一压力调节结构25包括第一贮罐压力表251、第一调压阀252和第一调压压力表253，在本实施例中，可燃气体储气瓶24为购买的高压天然气瓶。

外界空气经第一空气压缩机221压缩后注入第一空气贮罐222中，当第一空气贮罐222中的压力达到一定值时，通过第一驱动阀212驱动第一增压泵211将可燃气体储气瓶24中的可燃气体注入第一贮罐23中，并在所述第一贮罐23中形成可燃气体的高压状态；同时通过第一贮罐压力表251、第一调压阀252和第一调压压力表253控制第一贮罐23中的压力，当达到所需压力值时，通过第一调压阀252将增压后的可燃气体从第一贮罐23输出，并经所述第一开口11注入所述高温高压反应机构1的反应腔体13中。在增压后的可燃气体注入高温高压反应机构1的过程中，可以通过设置在第一贮罐23和所述高温高压反应机构1的第一开口11之间的流量控制器6调节增压后的可燃气体的注入量。

空气注入机构3包括对空气进行增压的第二增压结构31，与所述第二增压结构31连通的第二空气压缩结构32，用于储存增压后的空气的第二贮罐33，以及与所述第二增压结构31和所述第二贮罐33同时连通的空气储气瓶34。第二增压结构31包括第二增压泵311和第二驱动阀312，第二空气压缩结构32包括第二空气压缩机321和第二空气贮罐322，所述第二贮罐322上安装有第二压力调节结构35，第二压力调节结构35包括第二贮罐压力表351、第二调压阀352和第二调压压力表353，在本实施例中，空气储气瓶34为购买的高压空气瓶。

外界空气经第二空气压缩机321压缩后注入第二空气贮罐322中，当第二空气贮罐322中的压力达到一定值时，通过第二驱动阀312驱动第二增压泵311将空气储气瓶34中的空气注入第二贮罐33中，并在所述第二贮罐33中形成空气的高压状态；同时通过第二贮罐压力表351、第二调压阀352和第二调压压力表353控制第二贮罐33中的压力，当达到所需压力值时，通过第二调压阀352将增压后的空气从第二贮罐33输出，并经所述第二开口12注入所述高温高压反应机构1的反应腔体13中，当反应腔体13内的压力达到所需值时停止注入。

所述高温高压反应机构1还包括用于控制其内部压力的安全保护结构15，所述安全保护结构15与所述加热结构4连接，安全保护结构15包括设置在高温高压反应机构1腔体内侧壁上的压力传感器151、电接点压力表152和安全阀153，压力传感器151的量程为60MPa，精度为0.25％，用于采集高温高压反应机构1反应腔体13内部的压力。安全保护结构15主要用于控制高温高压反应机构1内部的压力，当所测压力达到电接点压力表152设定的压力上限时，电接点压力表152控制所述加热结构4停止工作；或者当所测压力达到安全阀153的预设压力时，安全阀153将自动泄压，从而实现双重保护。

还包括分别与所述高温高压反应机构1、可燃气体注入机构2以及空气注入机构3信号连接的数据采集机构7。数据采集机构7由系统控制软件、数据采集板以及计算机组成，可实现对现场数据采集处理和试验过程的直接控制，同时可适时采集温度、压力等参数。系统控制软件采用Windows For Visual Basic6.0编程，生成可执行文件；数据采集板采用精度为16位的总线数据采集板；计算机选用Dell高性能计算机。

所述高温高压反应机构1为高强钛合金材质，设计压力为100MPa，最大工作压力为35MPa，容积为1L；所述第一增压结构21和第二增压结构31输出的最大工作压力为50MPa，第一增压泵211和第二增压泵311的型号为GBD60，增压比为60:1；所述第一贮罐23和第二贮罐33均为321不锈钢材质，最大工作压力为60MPa。第一空气压缩机221和第二空气压缩机321分别为第一增压泵211和第二增压泵311提供控制气源，型号为GCSE50，工作压力0.8MPa；第一空气贮罐222和第二空气贮罐322分别用于存储经第一空气压缩机221和第二空气压缩机321压缩后的空气，耐压为1MPa。

在所述第一增压结构21和第二增压结构31的入口处还安装有用于过滤所述可燃气体和空气中的杂质的过滤器8，从而保护第一增压泵211和第二增压泵311。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，其特征在于，包括：

高温高压反应机构(1)，具有允许增压后的可燃气体和空气分别注入的第一开口(11)和第二开口(12)，还包括用于对增压后的所述可燃气体和空气加热的加热结构(4)以及用于点燃增压加热后的所述可燃气体和空气的点火结构(5)；

可燃气体注入机构(2)，包括对可燃气体进行增压的第一增压结构(21)和用于储存增压后的可燃气体的第一贮罐(23)，从所述第一贮罐(23)输出的增压后的可燃气体经所述第一开口(11)注入所述高温高压反应机构(1)中；

空气注入机构(3)，包括对空气进行增压的第二增压结构(31)和用于储存增压后的空气的第二贮罐(33)，从所述第二贮罐(33)输出的增压后的空气经所述第二开口(12)注入所述高温高压反应机构(1)中；

所述可燃气体注入机构(2)还包括与所述第一增压结构(21)连通的第一空气压缩结构(22)，经所述第一空气压缩结构(22)压缩后的空气驱动所述第一增压结构(21)将可燃气体注入所述第一贮罐(23)中，并在所述第一贮罐(23)中形成可燃气体的高压状态；所述空气注入机构(3)还包括与所述第二增压结构(31)连通的第二空气压缩结构(32)，经所述第二空气压缩结构(32)压缩后的空气驱动所述第二增压结构(31)将空气注入所述第二贮罐(33)中，并在所述第二贮罐(33)中形成空气的高压状态。

2.根据权利要求1所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，其特征在于，还包括与所述第一增压结构(21)和所述第一贮罐(23)同时连通的可燃气体储气瓶(24)。

3.根据权利要求1所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，其特征在于，还包括设置在所述第一贮罐(23)上的第一压力调节结构(25)。

4.根据权利要求1所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，其特征在于，还包括与所述第二增压结构(31)和所述第二贮罐(33)同时连通的空气储气瓶(34)。

5.根据权利要求4所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，其特征在于，还包括设置在所述第二贮罐(33)上的第二压力调节结构(35)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，其特征在于，在所述可燃气体注入机构(2)和所述高温高压反应机构(1)的第一开口(11)之间还设置有用于调节增压后的所述可燃气体的注入量的流量控制器(6)；所述高温高压反应机构(1)还包括用于控制其内部压力的安全保护结构(15)，所述安全保护结构(15)与所述加热结构(4)连接，以在所述高温高压反应机构(1)内部的压力达到预设值时控制所述加热结构(4)停止工作。

7.根据权利要求1-5任一项所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，其特征在于，还包括分别与所述高温高压反应机构(1)、可燃气体注入机构(2)以及空气注入机构(3)信号连接的数据采集机构(7)；在所述第一增压结构(21)和第二增压结构(31)的入口处还安装有用于过滤所述可燃气体和空气中的杂质的过滤器(8)。

8.根据权利要求1-5任一项所述的高温高压可燃气体爆炸极限测试装置，其特征在于，所述高温高压反应机构(1)为高强钛合金材质，最大工作压力为35MPa，所述第一增压结构(21)和第二增压结构(31)输出的最大工作压力为50MPa，所述第一贮罐(23)和第二贮罐(33)均为不锈钢材质，最大工作压力为60MPa。