可视化阻火器、可视化阻火器测试装置及方法与流程

本发明属于阻火器测试技术领域，特别涉及可视化阻火器、可视化阻火器测试装置及方法。

背景技术：

阻火器是石化装置重要的安全设施，阻火器的可靠性依赖于阻火器的检测，同时阻火器产品的功能优化同样依赖于阻火器检测平台的功能提升。目前，阻火器检测系统主要参照iso16852等标准设计，仅能通过测量阻火器前管道压力、速度、火焰有无等宏观参数进行表征，如申请号为2011100710242的专利公开的一种石油气体管道阻火器，通过在火焰加速管段上设置测量传感器以测量火焰的传播速度，在观察管段上设置火焰探测器以检测阻火器是否阻火。现有技术无法细致表征火焰在阻火器内的传播行为及微观测量，测试条件单一，并且无法对各种数据进行采集并进行数据分析。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供可视化阻火器、可视化阻火器测试装置及方法，在该测试装置上可以结合光学测量系统进行微观测量，同时可更大程度的调节测试变量参数，实现不同工况下火焰在阻火器内的传播行为表征和研究，为阻火器测试和研发提供条件。解决目前阻火器测试装置无法测试阻火片间火焰传播行为及微观测量以及测试条件单一的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明首先提供一种可视化阻火器，包括透明阻火器外壳、透明阻火器外壳扩口和阻火片，所述透明阻火器外壳扩口安装于所述透明阻火器外壳两端，所述阻火片安装于所述透明阻火器外壳内。

进一步的，所述可视化阻火器还包括定位装置，所述阻火片通过定位装置安装于所述透明阻火器外壳内，所述定位装置用于调节阻火片的间距。

优选的是，所述透明阻火器外壳不限于透明pc、亚克力、石英玻璃的一种。

基于前述的可视化阻火器，本发明还提供一种可视化阻火器测试装置，包括点火系统、火焰传播系统、可视化阻火器、光学测量系统和控制系统；所述点火系统用于提供不同程度的点火能量，所述火焰传播系统用于提供火焰加速所需要的条件和载体，所述光学测量系统用于测量微观参数及火焰在阻火片间的火焰传播行为。

进一步的，所述点火系统包括点火单元和远程点火控制单元，所述远程点火控制单元与控制系统连接；所述点火单元包括但不限于火花塞、高能点火器、大体积高能点火装置、带加速的大体积高能点火装置中的一种。

进一步的，所述火焰传播系统位于所述可视化阻火器前端，包括火焰加速段管道和安装于火焰加速段管道上的火焰加速器；所述火焰加速段管道上还设有速度传感器和压力传感器，所述速度传感器用于测量火焰传播速速；所述压力传感器位于可视化阻火器前端，用于测量火焰在阻火器前的压力。

进一步的，所述可视化阻火器后端设有保护侧管道，所述保护侧管道上设有火焰传感器，用于测量阻火器后是否有火焰穿过；所述保护侧管道末端设有出气口单元和出气管路；所述出气管路用于管道气体置换时气体排出。

进一步的，所述点火单元与火焰加速器之间设有进气管路，用于管道气体进入并置换。

进一步的，所述出气口单元为敝口或半敝口或闭口。

进一步的，所述速度传感器、压力传感器、火焰传感器均分别与控制系统连接。

进一步的，所述光学测量系统安装于所述可视化阻火器侧面，并与控制系统连接，包括高速相机、纹影系统和plif系统。

进一步的，所述大体积高能点火装置包括点火容器和点火器，所述点火容器前端设置所述点火器，点火容器后端为火焰输出管段。

优选的是，所述大体积高能点火装置为大体积直接高能点火结构，所述点火容器的横截面积大于火焰输出管段的横截面积。

优选的是，所述大体积高能点火装置为大体积高能瞬间点火结构，所述火焰输出管段加长并采用火焰通过时可瞬间爆破的薄膜封住。

进一步的，所述带加速的大体积高能点火装置包括点火容器、点火器和加速装置，所述点火容器前端设置所述点火器，点火容器后端为火焰输出管段，所述加速装置安装于点火容器内。

优选的是，所述带加速的大体积高能点火装置为带加速的大体积直接高能点火结构，所述点火容器的横截面积大于火焰输出管段的横截面积。

优选的是，所述带加速的大体积高能点火装置为带加速的大体积高能瞬间点火结构，所述火焰输出管段加长并采用火焰通过时可瞬间爆破的薄膜封住。

本发明提供一种可视化阻火器测试方法，利用前述的可视化阻火器测试装置进行，包括以下步骤：

步骤一：测试装置连接和气密性测试；

步骤二：传感器布置

布置传感器，同时将传感器和控制系统连接并调试完成；

步骤三：配气

通过进气管路和出气管路将整个测试装置内的气体置换完全；

步骤四：测试过程

通过控制系统控制点火单元点火，通过光学测量系统测量火焰在阻火片间的火焰传播行为，同时通过传感器测量火焰在阻火器前后的压力、速度信号及火焰信息；

步骤五：测试完毕

通过进气管路将空气通入到测试管路中，并通过出气管路进行吹扫，直至吹扫完全。

进一步的，步骤一的具体操作是：连接测试装置，根据测试需要选择阻火片数量、阻火片规格以及阻火片间间距，阻火片间间距可以是等距，也可设置为不等距；根据测试要求选择点火单元结构形式；根据测试要求选择出气口单元形式；气密性测试按照标准要求执行，避免出现系统漏气的状况。

进一步的，配气方式包括但不限于以下两种：

一种配气方式是：通过进气管路，将测试所需要的气体通入到测试管路中，并通过出气管路置换排出；

另一种配气方式是：关闭整个测试装置，通过出气管路连接真空泵抽真空至装置系统压力为几到十几帕，然后关闭出气管路；打开进气管路，将测试气体通入装置系统。

与现有技术相比，本发明优点在于：

(1)采用可视化阻火器设计，可直观观察火焰在阻火器内的传播行为；同时可结合先进光学测量系统，进行微观参数测量和表征；同时可更大程度的调节测试变量参数，实现不同工况下火焰在阻火器内的传播行为表征和研究，为阻火器测试和研发提供条件。

(2)采用不同点火能点火单元以及加速装置，缩短火焰爆轰所需要的管路长度，占地小，操作更灵活。

(3)宏观参数和围观参数同步测量，便于从机理上发现、解释问题。

(4)解决目前阻火器测试装置无法测试阻火片间火焰传播行为及微观测量以及测试条件单一的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电路连接框图；

图3a为大体积直接高能点火结构示意图；

图3b为大体积高能瞬间点火结构示意图；

图4a为带加速的大体积直接高能点火结构示意图；

图4b为带加速的大体积高能瞬间点火结构示意图。

图中，1为点火单元，2为火焰加速段管道，3为压力传感器，4为火焰传感器，5为保护侧管道，6为出气口单元，7为出气管路，8为透明阻火器外壳扩口，9为透明阻火器外壳，10为光学测量系统，11为阻火片，12为定位装置，13为速度传感器，14为火焰加速器；15为进气管路，16为控制系统。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种可视化阻火器，包括透明阻火器外壳9、透明阻火器外壳扩口8、阻火片11和定位装置12，透明阻火器外壳扩口8安装于透明阻火器外壳9两端，阻火片11通过定位装置12安装于透明阻火器外壳9内，定位装置12用于调节阻火片11的间距，阻火片11间距可以是等距，也可设置为不等距。

透明阻火器外壳扩口8主要用于连接管路和透明阻火器外壳9；透明阻火器外壳9提供透明可视的阻火器外壳，便于光学测量系统测量，材质可选择透明pc、亚力克、石英玻璃等。

实施例2

基于实施例1的可视化阻火器，本实施例提供一种可视化阻火器测试装置。如图1和图2所示，包括点火系统、火焰传播系统、实施例1记载的可视化阻火器、光学测量系统10和控制系统16。其中，点火系统用于提供不同程度的点火能量，火焰传播系统用于提供火焰加速所需要的条件和载体，光学测量系统10用于测量微观参数及火焰在阻火片间的火焰传播行为。

下面分别介绍各组成部分结构：

(1)点火系统，包括点火单元1和远程点火控制单元，远程点火控制单元与控制系统连接；点火单元1，主要实现测试装置的点火，包含多种结构，如火花塞、高能点火器、以及如图3a、图3b和图4a、图4b所示的2种结构(大体积高能点火装置、带加速的大体积高能点火装置)。

其中，大体积高能点火装置包括点火容器和点火器a，点火容器前端设置点火器a，点火容器a后端为火焰输出管段c。图3a中，1-1为大体积直接高能点火结构，点火容器的横截面积(b面)远大于火焰输出管段c的横截面积，使得火焰在1-1内通过c出口时有较快的速度。图3b中，1-2为大体积高能瞬间点火结构，与大体积直接高能点火结构1-1类似，只是c出口前增加一段，将火焰输出管段加长，同时c截面采用薄膜封住，在火焰通过时，瞬间爆破，起到高能瞬间点火的作用。

带加速的大体积高能点火装置包括点火容器、点火器a和加速装置，点火容器前端设置点火器a，点火容器后端为火焰输出管段，加速装置安装于点火容器内。图4a中，1-3为带加速的大体积直接高能点火结构，图4b中，1-4为带加速的大体积高能瞬间点火结构，分别与1-1和1-2类似，此处不再赘述，只在大体积点火容器内增加加速装置，提高后端点火能。

(2)火焰传播系统，位于所述可视化阻火器前端，包括火焰加速段管道2和安装于火焰加速段管道2上的火焰加速器14；火焰加速段管道2上还设有速度传感器13和压力传感器3。火焰加速段管道2主要提供火焰加速所需要的管道路径，同时为传感器提供位置；速度传感器13主要用于测量火焰传播速速，分析火焰传播状态；压力传感器3位于可视化阻火器前端，用于测量火焰在阻火器前的压力，用于分析当前火焰所处的传播状态。

可视化阻火器后端设有保护侧管道5，保证火焰在阻火器后有一定的传播路径；保护侧管道5上设有火焰传感器4，主要用于测量阻火器后是否有火焰穿过，用于分析阻火器阻火效果；保护侧管道5末端设有出气口单元6和出气管路7。出气口单元6，主要提供敞口、半敞口和闭口的工况，敞口可设置为不加任何设备，半敞口可设置为易破裂的塑料薄膜等；闭口可设置为爆破片或者盲板等；出气管路7用于管道气体置换时气体排出。

点火单元1与火焰加速器14之间设有进气管路15，主要用于管道测试气体进入并置换。

(3)光学测量系统10，安装于可视化阻火器侧面，并与控制系统16连接，包括高速相机、纹影系统和plif系统。速度传感器13、压力传感器3、火焰传感器4等所有传感器也分别与控制系统16连接。

(4)控制系统16主要包括远程点火控制系统、数据采集分析系统(包含速度、压力、火焰、光学等数据的采集和分析)、同步触发系统(提供数据采集的同步信号)。

实施例3

本实施例提供一种可视化阻火器测试方法，利用实施例1记载的可视化阻火器测试装置进行，包括以下步骤：

步骤一：测试装置连接和气密性测试；

具体操作是：连接测试装置，根据测试需要选择阻火片数量、阻火片规格以及阻火片间间距(通过调整定位装置12)，阻火片间间距可以是等距，也可设置为不等距；根据测试要求选择点火单元1结构形式；根据测试要求选择出气口单元6形式(敞口、半敞口或者闭口)。气密性测试按照标准要求执行，避免出现系统漏气的状况。

步骤二：传感器布置

布置传感器，同时将传感器和控制系统16连接并调试完成。

步骤三：配气

通过进气管路15和出气管路7将整个测试装置内的气体置换完全。

一种配气方式是：通过进气管路15(含阀门等)，将测试所需要的气体通入到测试管路中，并通过出气管路7(含阀门等)置换排出；置换气体体积约为整个装置体积的10倍左右，即可认为置换完全。

另一种配气方式是：关闭整个测试装置，通过出气管路7(含阀门等)连接真空泵抽真空至装置系统压力为几到十几帕，然后关闭出气管路7(含阀门等)；打开进气管路15(含阀门等)，将测试气体通入装置系统。

需要说明的是，配气方式不限于以上两种(置换和抽真空充气)，其余常规采用的均可以。

步骤四：测试过程

根据步骤一选择的点火单元结构，通过控制系统16控制点火单元1点火，通过光学测量系统10测量火焰在阻火片间的火焰传播行为，同时通过传感器测量火焰在阻火器前后的压力、速度信号及火焰信息等，并将数据传输至控制系统16进行数据分析。

步骤五：测试完毕

通过进气管路15(含阀门等)将空气通入到测试管路中，并通过出气管路7(含阀门等)进行吹扫，直至吹扫完全。

需要注意的是：

①如果测试的是爆轰，出气口单元6最好设置为敞口或者半敞口，便于压力泄放，防止压力过高损坏设备，造成人员伤害。

②一般认为，当火焰传播管道长度足够长时，才有可能产生爆轰，测试过程中，为了更易达到爆轰，可采取提高点火能或者增加阻塞度等方式，如更换点火单元结构，如图3a、图3b和图4a、图4b所示；或者增加火焰加速器14，火焰加速器结构不限于加速环、螺旋管等。

综上所述，本发明设计了可视化阻火器，并基于可视化阻火器设计了测试装置及方法，在该测试装置上可以结合光学测量系统进行微观测量，同时可更大程度的调节测试变量参数，实现不同工况下火焰在阻火器内的传播行为表征和研究，为阻火器测试和研发提供条件；解决目前阻火器测试装置无法测试阻火片间火焰传播行为及微观测量以及测试条件单一的问题。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。