液化石油气燃烧实验装置设计.pdf

2 0 1 2年 1月 第 4 0卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T0OL＆ HYDRAUL I CS J a n ．2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 2 ． 0 1 0 液化石油气燃烧实验装置设计 李玉，康青春 ，马宝磊 中国人 民武装警察部队学院，河北廊坊 0 6 5 0 0 0 摘要液化石油气应用广泛，易发生火灾和爆炸事故。根据液化石油气燃烧特性和救援研究的需要，设计了一套液化 石油气燃烧实验装置，可完成不同压力、流量下燃烧温度和热辐射量的测量和采集。实验装置的合理设计为大型液化石油 气储罐的燃烧和应急救援研究奠定了基础。 关键词L P G；燃烧；热辐射 ；实验装置 中图分类号T E 6 2 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2 0 2 7 3 Th e De s i g n o f Li q u e f i e d Pe t r o l e um Ga s Bu r ni ng Appa r a t us L I Y u ，K A N G Q i n g c h u n ． MA B a o l e i T h e C h i n e s e P e o p l e ’ S A r m e d P o l i c e F o r c e s A c a d e m y ， L a n g f a n g H e b e i 0 6 5 0 0 0，C h i n a A b s t r a c t T h e l i q u e fi e d p e t r o l e u m g a s L P Gi s w i d e l y u s e d ，e a s y t o fi r e a n d e x p l o s i o n ．A c c o r d i n g t o t h e L P G c o m b u s t i o n c h a r a c t e r i s t i c a n d r e s c u e n e e d，a s e t o f L P G b u r n i n g a p p ara t u s w a s d e s i g n e d ．T e mp e r a t u r e an d h e a t r a d i a t i o n fl u x o f L PG fl a me c o u l d b e me a s u r e d a n d c o l l e c t e d u n d e r d i ff e r e n t p r e s s u r e s o r fl o w r a t e s ．I t s r a t i o n a l d e s i gn i s b e n e fi t f o r c o mb u s t i o n a n d e me r g e n c y res c u e re s e a r c h o f l a r g e L P G t a n k s ． Ke y wo r d s L P G；C o mb u s t i o n ；T h e r ma l r a d i a t i o n；E x p e rime n t al d e v i c e 液化石油气 L P G 是一种广泛应用于国民经济 各个领域的重要能源。由于液化石油气具有易燃、易 爆等危险性 ，在生产 、运输和使用过程中经常发生火 灾和爆炸事故。同时，液化石油气储罐火灾是 目前损 失 巨大、难 以扑救的火灾之一 ，一旦发生火灾 ，必定 造成重大的经济损失。研究液化石油气的燃烧特性和 应急救援情况 ，对减少人员伤亡 、提高火灾扑救效率 十分重要。燃烧实验装置是液化石油气燃烧特性和应 急救援研究的基础，是研究结论验证的依据，而 目前 尚未见这 方面的报导 。 根据研 究需要 ，作者搭建 了一套液化石油气燃烧 实验装置，可以调节液化石油气的压力、流量和喷射 管径，并组装了燃烧温度和热辐射通量采集系统，为 液化石油气的火灾特性研究奠定了基础。 1 设计要求 1 液化石油气燃烧实验装置属压力容器范畴， 必须保证实验人员和场地的绝对安全 ，防止 回火 、爆 炸等现象的发生； 2 可 以对 多个 固定 点 的液化 石油 气燃 烧 温度 和热辐射通量进行 自动、实时的采集 ； 3 满足不 同压力和流量下液化石油气燃烧测 量 的需要 ； 4 满足不 同喷射管径下液化石油气燃烧测量 的需要 ； 5 可以对最大工作压力进行调整。 2 整体方案 图 1 整体方案示意图 l 一液化气罐， 罐群 2 一 压 力传 感器 卜 管 道 4 _ 支 架 5 一气体流量传感器 6 _ - 法 兰 7 _ 一阀 门 8 _ 实 验 台 9 一 喷射 管 l O 一温度采集系统 l l 一热辐射采集系统 收稿 日期 2 0 1 01 2 2 9 基金项目公安部应用创新计划项目 2 0 0 8 Y Y C X WJ XY 1 1 5 作者简介李玉 1 9 8 1 一 ，男，工学博士，重点实验讲师，主要从事消防与应急救援领域的研究工作。Em a i l l i y u l 0 _ 0 1 1 6 3 ． c o rn。 2 8 机床与液压 第 4 O卷 设计中，燃烧实验装置采取了如图 1 所示的结构 原理，它是由液化石油气储罐 罐群 、减压阀、无 缝钢管、压力传感器、气体流量传感器、喷射管、温 度和热辐射测量 系统组 成。液化石油气 由减压 阀控制 其流量大小 ，在喷射管处点燃，通过热电偶和热辐射 传感器分别测量其火焰的温度和热辐射通量。 2 ． 1 供 气 系统设 计 考虑成本和安全性的要求，大型储罐需要的安全 距离较大 ，实验采用民用液化石油气罐 1 5 k g 作 为供气罐。为扩大不同流量下液化石油气燃烧温度和 热辐射通量 的测 量范 围，增大系统压力 ，采取多个液 化石油气储罐并联的方式给系统供气。每个储罐上均 装有减压阀，控制其开关及液化石油气流量的大小。 减压阀内装有阻火器 ，防止火焰回火燃烧到液化石油 罐内。 液化石油气储罐 与管道的连结如 图2所示 ，可 以 根据气罐的数量进行更换 当罐数小于 3时 ，可以 通过关闭气罐来实现 。管道之间及管道与法兰之间 进行焊接 ，参照 J B 4 7 0 8 - 2 0 0 0进行。 5 1一 液 化石 油 气 储罐 2 一 减 压 阀 3 一 软 管 4 一 汇 集 装置 5 _ _ 法 兰 盘 图2 进气系统设计 2 ． 2 喷管设计 为 了研究 不 同喷 射 管径 下 液化 石 油气 的燃烧 状 态，将喷射管与实验装置采用法兰进行连结。法兰垫 片采用橡胶石棉板，防止泄漏。喷射管径有 1 5 、2 0 和 2 5 I B m，可以根据研究需要进行更换。为防止火焰 对管道的影响和保证实验装置的稳定性 ，制作一个钢 板 ，尺寸 为 6 0 0 m m 6 0 0 m m、厚 为 5 m m 的实 验 台 如图 1 。 2 ． 3 温 度和 热辐 射 测量 系统 液化 石油气 燃烧 火焰 温 度 和热 辐射 通 量测 量 系 统由数据采集仪 温度为热电偶 ，辐射热通量为热 辐射传感器 、计算机和数据采集 软件组成。热电 偶为 K型热电偶 ，其信号由数据线传输至数据采集 仪 ，进行显示并保存 ；数据采集仪通过 R S 2 3 2接 口 与计算 机 连接 ；计 算机 安装 有 数据 采 集 仪专 用 采集 软件 L o g g e r 软件 ，采集频率为5 S 。为测量不同位置 的火焰温度 ，采用 1 2支热电偶 布置于喷射 管的各 个方 位 图 3 。 ． 图3 热电偶和辐射探头布置 辐射热通量采用热辐射传感器获得 ，利用安装在 火焰周围的辐射探头进行数据采集 ，并经过信号线连 接至计算机，计算机上预安装有采集软件。辐射探头 的位置列入表 1 ，其 中半径为测 量点 与喷射 管 口中心 点之间的径向距离，高度为测量点到喷射管口水平面 的垂 直距 离 。 ’ 表 1 热电偶和辐射探头位置 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3现场安装测试 实验储罐制造完成后 ，进行内部充装氮气排除储 罐内部空气和检查储罐气密性的工作。在 1 ． 6 M P a的 压力下检查密封部位的密封性 ，检查合格后送液化石 油气站充装液化石油气。依据安装要求 ，组装实验装 置，进行水压试验，保证整体实验装置的密闭性和强 度。将压力传感器、质量传感器 、热电偶 、热通量传 感器分别用信号导线和补偿导线传输到操控室内的数 第 2期 李玉 等液化石油气燃烧实验装置设计 2 9 据采 集系统 。采用 电子点火枪 进行点火 ，燃烧如 图 4 所示 。 图4 燃烧火焰 4结束语 此套燃烧实验装置可 以完成不 同压力 、流量 、喷 射管径下液化石油气燃烧温度和辐射通量的测量和采 集，满足不同测量要求的需要，为大型和超大型液化 石油气储罐的燃烧、应急救援和个人防护研究奠定了 基础 。 参考文献 【 1 】 公安部政治部． 消防燃烧学[ M] ． 北京 中国人民公安大 学出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 2 】孙志礼， 冷兴聚， 魏延刚． 机械设计[ M] ． 沈阳 东北大学 出版社 ， 2 0 0 0 ． 【 3 】 张彤， 樊红丽， 焦永和． 机械制图[ M] ． 北京 北京理工大 学 出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 4 】 刘维平． 液化石油气球罐泄漏危险的预防和控制探讨 [ J ] ． 中国安全生产科学与技术 ， 2 0 0 7 ， 3 3 1 0 71 1 0 ． 【 5 】 刑志祥． 火灾环境下液化气储罐热响应动力过程的研究 [ D] ． 南京 南京工业大学， 2 0 0 4 ． 【 6 】 吴粤炎． 压力容器安全技术[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 1 9 8 2 ． 【 7 】S H E B E K O Y u N ， B O L O D I A N I A， F I L I P P O V V N， e t a1 ． A S t u d y o f t h e B e h a v i o u r o f a P r o t e c t e d Ve s s e l C o n t a i n i n g L P G d u r i n g P o o l F i r e E n g u lf m e n t [ J ] ． J o u rnal o f H a z a r d o u s M a t e ri a l s ， 2 0 0 0 ， 7 7 3 4 3 5 6 ． 【 8 】G O N G Y W， L I N W S ， G U A Z ， e t a1 ． A S i m p l i f i e d M o d e l t o P r e d i c t t h e T h e r mal Re s p o n s e o f P L G a n d I t s I n fl u e n c e o n B L E V E[ J ] ． J o u rna l o f H a z a r d o u s Ma t e ri als ， 2 0 0 4 ， 1 0 8 1 ／ 2 2 1 2 6 ． 【 9 】M O O D I E K ， C O WL E Y L T ， D E N N Y R B ， e t a1 ． F i r e E n - gulf me n t T e s t s O i l a 5 T o n n e L P G T a n k 『 J ] ． J o u r a n l o f Ha z ard o u s Ma t e r i al， 1 9 8 8 2 0 5 5 7 1 ． 上接 第 8页 达到 R a 1 ． 6 m；并采用有源隔离技术 ，提高了外设 传感 器的抗 干 扰 能力 ，确保 了 系统 的可 靠性 和稳定 性。 该机床采用全 自动数控技术、液压装夹、主轴液 压进给，填补了国内空 白，获得了国家实用新型专 利。已投入批量生产 ，应用于无缝钢管生产企业 ，并 为生产企业创造 出了 良好的经济效益 。 参考文献 【 1 】 戴曙． 金属切削机床设计[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 981 ． 【 2 】陈新． 机械结构动态设计理论方法与应用[ M] ． 北京 机 械工业 出版社 。 1 9 9 7 ． 【 3 】 孙汉卿． 数控机床维修技术[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 1 ． 【 4 】 赵永强 ， 侯红玲， 李志峰． 恒速磨削的实现方法与机床设 计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 6 78 ． 【 5 】 李学辉， 臧欣宇． A c c u R o l l 轧管机组导盘的数控加工 [ J ] ． 四川大学学报 自然科学版， 2 0 0 4 s 1 1 7 61 7 8 ． 【 6 】 刘怀兴 ， 夏田． 数控机床系统设计[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 上接第 2 1页 采用绿色 营销理念 。 6小结 由于再制造工程是 直接利用产品 的零部件进行生 产，所以原产品第一次制造中的大部分材料 8 5 ％ 一 9 0 ％和能源 约 8 0 ％都得到了保存 ，因而减少了 因产品零件生产所需材料和能源，能够节约大量的原 生资源，减少大量的能量消耗。再制造工程使大量的 废旧产品得到了再生，创造了良好的环保效益，为我 国建立环境友好型、资源节约型社会走新型工业化道 路作出了一定的贡献，也促进了社会的和谐发展。 参考文献 【 1 】朱胜， 姚巨坤． 再制造设计理论及应用[ M] ． 北京 机械 工业出版社， 2 0 0 9 ． 【 2 】王先奎． 机械制造工艺学[ M] ． 北京 机械工业出版社， 20 06． 【 3 】陈立德． 装备零件制造与再制造技术[ M] ． 北京 国防工 业出版社， 2 0 1 0 ．