CN103954737A - 最小点火能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种最小点火能测试装置，主要解决现有技术中测试温度范围较窄、测试精度较低的问题。本发明通过采用一种最小点火能测试装置，混合器（5）主体设有空气入口管线、蒸汽入口管线、混合气出口管线，混合器（5）内设有搅拌器（4），反应器（7）设有进气口（9），两侧设有电极调节器，点火电极一端与电极调节器通过螺纹连接，另一端与精密电火花发生器（10）相连，混合器（5）的混合气出口管线与反应器（7）的进气口（9）相连，混合器（5）的混合气出口与反应器进气口（9）之间的连接管线上还接有真空泵的技术方案较好地解决了上述问题，可用于最小点火能的测试中。

Description

最小点火能测试装置

技术领域

本发明涉及一种最小点火能测试装置。

背景技术

可燃气体或液体蒸汽发生燃爆的三个基本条件为可燃气体浓度在***极限内、合适浓度的氧化剂以及点火源，其中点火源只有达到该物质在该条件下的最小点火能才能引发燃爆。因此，最小点火能是衡量可燃气体或液体蒸汽***危险性的重要参数，也是静电安全的重要技术参数，可为可燃性气体或蒸汽发生燃烧、***等危险的控制和防治提供有用的参考。由于可燃气体或液体蒸汽具有易燃易爆的特点，其对应的最小点火能值较小，因此，对其最小点火能值必须进行精确测量，并在实际工作时要严格控制在最小点火能值以下，以确保安全生产。因此，可燃气体或液体蒸汽最小点火能的精确测量具有非常重要的意义。

GB/T16428-1996推荐的测试装置为20L***球或哈特曼管。CN101692081A推荐的测试装置为0.5L测试装置，但该装置能够测试样品的温度范围较窄，而且测试腔体材质为有机玻璃，有机玻璃在温度超过100℃时材质会***，影响较大的是放电电极固定螺纹，螺纹***导致电极间距调节时偏心旋入，从而导致电极间距的调整无法精确测量。另外，该装置采用的电极材质为不锈钢，不锈钢电极在多次打火后，尖端会发生高温氧化生成四氧化三铁，尖端的四氧化三铁会对低能量电弧放电造成影响，当点火能量低于0.5mJ时不锈钢电极将无法正常放电。

本发明有针对性的解决了上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中测试温度范围较窄、测试精度较低的问题，提供一种新的最小点火能测试装置。该装置用于最小点火能的测试中，具有测试温度范围较宽、测试精度较高的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种最小点火能测试装置，包括蒸汽发生器（3）、混合器（5）、反应器（7）、精密电火花发生器（10），混合器（5）主体设有空气入口管线、蒸汽入口管线、混合气出口管线，混合器（5）内设有搅拌器（4），反应器（7）设有进气口（9），两侧设有电极调节器，点火电极一端与电极调节器通过螺纹连接，另一端与精密电火花发生器（10）相连，混合器（5）的混合气出口管线与反应器（7）的进气口（9）相连，混合器（5）的混合气出口与反应器进气口（9）之间的连接管线上还接有真空泵。

上述技术方案中，优选地，所述蒸汽发生器（3）应严格密封，并放置于温箱（2）中，温箱（2）温度控制范围为25～150℃，测温误差为±2℃。

上述技术方案中，优选地，所述混合器（5）的承压不低于980KPa，混合器（5）和反应器（7）均放置于温箱（6）中，温箱（6）的温度控制范围为25～150℃，控温误差为±2℃。

上述技术方案中，优选地，所述混合器（5）上的搅拌器连杆的动密封强度不小于490KPa。

上述技术方案中，优选地，所述混合器（5）上设有数字真空压力表，测量范围为0～600KPa，分辨率为1KPa，混合器（5）与反应器（7）之间的连接管线上设有取样分析管线（11），在混合器（5）的混合气出口与取样分析管线（11）连接点之间、反应器进气口（9）与取样分析管线（11）连接点之间、进气口（9）与反应器（7）之间、空气入口管线上、蒸汽入口管线上均设有阀门；所述真空泵可完成对混合器（5）和/或反应器（7）的抽真空。

上述技术方案中，优选地，所述电极调节器旋转部件采用硬质材料，主体部件为有机玻璃，电极采用钨丝制作，电极内部套有O型圈密封，电极尖端对称于反应器（7）径向中心位置；反应器（7）上的抗震真空压力表测试范围为0～490KPa。

上述技术方案中，优选地，所述精密火花发生器（10）由稳压高压电源、蓄能电容库及控制***三部分组成，稳压高压电源最高可输出20KV的直流电源，最高直流电流3mA，功率50W；蓄能电容库设置不同的电容等级，而且不同等级可以任意组合，因此可以配合高压电源产生不同的点火能量；控制***由工业可编程控制器PLC及相应的继电器和按钮组成，借以完成电极对零、电容选择及启动放电等功能。

上述技术方案中，优选地，所述空气的相对湿度低于30%。

上述技术方案中，优选地，所述硬质材料为铜。

上述技术方案中，优选地，所述反应器（7）设有抗震真空压力表、安全阀（8）。

本专利能够有效的测出25～150℃条件下可燃气体或蒸汽的最小点火能，更加贴近于工况条件。电极固定位置的材质为铜质，避免了高温对电极间距调整的影响。点火电极材质采用钨丝，使得测试精度进一步提高，避免了不锈钢在电极放电后发生氧化导致后续放电无法击穿，电极可重复放电的最小能量达到0.08mJ（肉眼可发现的放电现象），为更好地控制和防范可燃气体或蒸汽燃爆提供了更加精确的测试手段，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述装置的结构示意图。

1.空气气瓶；2.温箱；3.可燃气体蒸汽发生器；4.搅拌器；5.混合器；6.温箱；7.反应器；8.安全阀；9进气口；10.精密电火花发生器；11.取样分析管线。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

在图1所示的测试装置上，相对湿度低于30%的干净空气用空气瓶盛装，空气瓶的容积为50L、承压为196×10²KPa。蒸汽发生器3用5mm厚合金铝板焊制，应严格密封，其容积为45±5L，放置于温箱2中。温箱2采用导热油加热箱，温度控制范围为25～150℃，测温误差为±2℃，温箱6的温度控制范围为25～150℃，控温误差为±2℃。混合器5用钢板制作，承压不得低于980KPa，容积为40±5L，放置于温箱6中。搅拌器连杆尺寸为10×250mm；螺旋桨长度为100mm；连杆的动密封强度不得小于490kPa。数字真空压力表采用测量范围为0～600KPa，分辨率为1KPa，测试混合器5中气体压力。真空泵的抽气速率为1～2L/s、极限真空度不低于7×15^-5kPa。反应器7用有机玻璃制作，容积为0.5L，在其两侧装有电极调节器，用来调节电极间隙，电极调节器旋转部件采用纯铜材质，点火电极与电极调节器通过螺纹连接，点火电极内部套有O型圈密封。反应器7上部装有抗震真空压力表，下部装有安全阀和进气口，当反应器内压力超过140kPa时即可泄压。反应器应密封良好。与反应器链接的压力真空表测试范围为0～490kPa。电极采用钨丝制作，其直径为0.3mm，尖端曲率半径为6×10-3mm。

下面详细描述采用该测试装置进行最小点火能的测试步骤。

1、准备

1.1将电极装入镶在电极调节螺杆内的导电柱上。

1.2通过电极调节杆将电极间隙调到0.5～2.5mm间所需距离，并使电极尖端对称于反应器径向中心位置。

1.3将反应器置于温箱II中，并通过阀门与混合器及真空泵连接。

1.4将反应器中的电极与精密火花发生器相连接。

1.5根据所测试样点火能大小，选取电容器（容量值为5～100pF），并用电容仪测量其电容值。

1.6检查线路、仪表及各***是否完好。配气***有无漏气现象。

1.7试验前应对蒸汽发生器进行清洗，方法如下。

1.7.1先用清洗剂将蒸汽发生器内杂物清洗干净。然后将其置于温箱I内通过阀门与混合器连接。

1.7.2开启温箱I，使其温度保持在试验所需温度，启动真空泵，打开蒸汽发生器样品注入口，用空气清洗两小时。

2、配气

先采用分压方法配出略高于所需浓度的混合气，然后再慢慢加入干净空气，使其达到所需浓度。

2.1液体试样的配气方法：

2.1.1将液体试样注入蒸汽发生器内，开启温箱I使其温度保持在试验所需温度，并保持1h，使其达到液气平衡。

2.1.2为避免蒸汽液化，开启温箱II给混合器和反应器加热至保持在试验所需温度并保持恒温，直至试验结束。

2.1.3启动真空泵，抽出混合器内空气。当压力指示值小于2kPa时，关闭各阀和真空泵，停止抽气。

2.1.4将蒸汽发生器中的蒸汽放入抽成真空的混合器内，放入蒸汽量由数字真空压力表读出，蒸汽量应根据要配制的混合气浓度确定，然后关闭混合器。

2.1.5根据配制混合气浓度将空气瓶中一定量的干净空气充入混合器中与可燃蒸汽混合。充入空气量由压力真空表读出，然后关闭。开动搅拌器，搅拌10～15min，使混合器内的气体混合均匀。

2.2气体试样的配气方法如下：

气体试样配气时，要求配气装置对任何可燃气在***极限范围内均能配出不同浓度的混合气。且配气误差不得大于±0.1％，气体浓度的分析由取样口取气后进入色谱标定。如采用本专利的配气***，可按下述程序配气。

2.2.1将气体钢瓶与混合器连通，并按2.1.4要求将混合器抽成真空。

2.2.2按2.1.5方法将气体试样放入混合器中，将空气充入混合器，与可燃气体混合。

2.3调节温箱I、II的温度(20～150℃)，可以测试不同温度下的最小点火能。

3、最小点火能（E_min）的测定

3.1在敏感状态下，用25次放电法试验，参考标准GB/T14288-93。即：先选择一个足以引爆试验气体的放电电压，然后逐步减少（每次减少100～250V）储能电容上的电压值，在每个电压值上均进行25次放电，直至25次放电都不能点燃试验气体为止。在上述所有的放电中，点燃该气体的最小能量，即为最小点火能（E_min）。

3.2按3.1重复试验，直至三次试验的最低点燃电压偏差小于100～250V为止，最后取三次中最低点燃电压计算试验气体的最小点火能量。

4、结果的计算

4.150％点火能（E₅₀）的计算

E₅₀=0.5CU₅₀ ²（1）

式中：

C=C₁+C₂

C₁——储能电容量，pF；

C₂——线路等效分布电容，pF；

U₅₀——点燃率为50％时所对应的点燃电压，V。

4.2最小点火能（E_min）的计算

E_min=0.5CU²（2）

式中：

U——25次试验方法确定的最低点燃电压，V；

C——敏感电容量，pF。

【比较例】

按照实施例1所述的条件和步骤，只是不设置温箱2，电极固定位置的材质为有机玻璃，电极材质采用不锈钢，测试温度范围较窄（25～100℃），而且测试腔体材质为有机玻璃，有机玻璃在温度超过100℃时材质会***，影响较大的是放电电极固定螺纹，螺纹***导致电极间距调节时偏心旋入，从而导致电极间距的调整无法精确测量。另外，不锈钢电极在多次打火后，尖端会发生高温氧化生成四氧化三铁，尖端的四氧化三铁会对低能量电弧放电造成影响，当点火能量低于0.5mJ时不锈钢电极将无法正常放电。

采用本发明的方法，能够有效的测出25～150℃条件下可燃气体或蒸汽的最小点火能，更加贴近于工况条件。电极固定位置的材质为铜质，避免了高温对电极间距调整的影响。点火电极材质采用钨丝，使得测试精度进一步提高，避免了不锈钢在电极放电后发生氧化导致后续放电无法击穿，电极可重复放电的最小能量达到0.08mJ，为更好地控制和防范可燃气体或蒸汽燃爆提供了更加精确的测试手段。

Claims (10)

1.一种最小点火能测试装置，包括蒸汽发生器（3）、混合器（5）、反应器（7）、精密电火花发生器（10），混合器（5）主体设有空气入口管线、蒸汽入口管线、混合气出口管线，混合器（5）内设有搅拌器（4），反应器（7）设有进气口（9），两侧设有电极调节器，点火电极一端与电极调节器通过螺纹连接，另一端与精密电火花发生器（10）相连，混合器（5）的混合气出口管线与反应器（7）的进气口（9）相连，混合器（5）的混合气出口与反应器进气口（9）之间的连接管线上还接有真空泵。

2.根据权利要求1所述最小点火能测试装置，其特征在于所述蒸汽发生器（3）应严格密封，并放置于温箱（2）中，温箱（2）温度控制范围为25～150℃，测温误差为±2℃。

3.根据权利要求1所述最小点火能测试装置，其特征在于所述混合器（5）的承压不低于980KPa，混合器（5）和反应器（7）均放置于温箱（6）中，温箱（6）的温度控制范围为25～150℃，控温误差为±2℃。

4.根据权利要求1所述最小点火能测试装置，其特征在于所述混合器（5）上的搅拌器连杆的动密封强度不小于490KPa。

5.根据权利要求1所述最小点火能测试装置，其特征在于所述混合器（5）上设有数字真空压力表，测量范围为0～600KPa，分辨率为1KPa，混合器（5）与反应器（7）之间的连接管线上设有取样分析管线（11），在混合器（5）的混合气出口与取样分析管线（11）连接点之间、反应器进气口（9）与取样分析管线（11）连接点之间、进气口（9）与反应器（7）之间、空气入口管线上、蒸汽入口管线上均设有阀门；所述真空泵可完成对混合器（5）和/或反应器（7）的抽真空。

6.根据权利要求1所述最小点火能测试装置，其特征在于所述电极调节器旋转部件采用硬质材料，主体部件为有机玻璃，电极采用钨丝制作，电极内部套有O型圈密封，电极尖端对称于反应器（7）径向中心位置；反应器（7）上的抗震真空压力表测试范围为0～490KPa。

7.根据权利要求1所述最小点火能测试装置，其特征在于所述精密火花发生器（10）由稳压高压电源、蓄能电容库及控制***三部分组成，稳压高压电源最高可输出20KV的直流电源，最高直流电流3mA，功率50W；蓄能电容库设置不同的电容等级，而且不同等级可以任意组合，因此可以配合高压电源产生不同的点火能量；控制***由工业可编程控制器PLC及相应的继电器和按钮组成，借以完成电极对零、电容选择及启动放电等功能。

8.根据权利要求1所述最小点火能测试装置，其特征在于所述空气的相对湿度低于30%。

9.根据权利要求6所述最小点火能测试装置，其特征在于所述硬质材料为铜。

10.根据权利要求1所述最小点火能测试装置，其特征在于所述反应器（7）设有抗震真空压力表、安全阀（8）。