一种用于雷击储罐起火模拟的实验装置及方法

摘要

本发明公开一种用于雷击储罐起火模拟的实验装置及方法，涉及储罐火灾安全技术领域，包括可燃挥发物产生模块、气象条件模拟模块、储罐燃烧反应模块和数据采集模块，所述可燃挥发物产生模块用于模拟起火时油气混合条件，所述气象条件模拟模块用于提供自然天气因素，所述储罐燃烧反应模块用于模拟储罐触发燃烧的状态，所述数据采集模块，用于收集触发条件以及反应状态的各项参数，通过所述实验系统模拟实际储罐遭受雷击发生火灾时的环境因素、储罐状态以及火灾事故类型，实时监测火焰形态、火焰温度等参数，实现对不同雷击强度、降雨强度、风速条件下的不同油罐尺寸和不同储存介质的火灾特性的研究。

说明书

技术领域

本发明属于储罐火灾安全技术领域，具体涉及一种用于雷击储罐起火模拟的实验装置及方法。

背景技术

储罐区作为化工行业储运原料和产品的重要区域，近年来呈现出罐体大型化和存储介质多元化的趋势。罐体内用于生产的原材料、半成品等介质多数具有易燃易爆的特性，一旦与空气接触，存在点火源时，易发生火灾及爆炸事故，甚至可能引发多米诺效应，造成严重的损失。尤其是雷击储罐事件，由于雷电具有随机性，且空旷的储罐区易受雷击，其引发储罐火灾爆炸的风险不容忽视。随着全球气候变暖，雷雨等极端天气的增多，雷击储罐起火事件的风险不断增加。研究表明，雷击造成储罐起火一般是由于挥发油气和空气形成的混合气爆燃引起的。

因此，提出雷击储罐起火的相关研究方法，进而研究雷击储罐起火的机理，对提出雷击储罐防治措施尤为重要。

中国专利CN106841508B提出了一种测试储罐池火灾特性的实验系统，该系统主要针对的是油罐燃烧的特性研究，并未考虑燃烧的引发条件。中国专利CN102928466A提出了一种油气爆炸临界参数测试装置及测试方法，用以研究储油罐一、二次密封之间挥发油气的爆炸问题，但并未进一步考虑油气的燃烧问题，以上公开的申请文件进行对应的储罐起火爆炸的研究未将雷击导致的起火实质因素纳入考虑，因此，我们提出一种用于雷击储罐起火模拟的实验装置及方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于雷击储罐起火模拟的实验装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种雷击储罐起火模拟的实验装置，包括可燃挥发物产生模块、气象条件模拟模块、储罐燃烧反应模块和数据采集模块；

所述储罐燃烧反应模块用于模拟储罐触发燃烧的状态，包括储罐，所述储罐(1)上方设有密闭箱(2)，所述密闭箱(2)与储罐(1)通过管道连接可拆卸连接，所述密闭箱(2)一侧通过气管与真空泵(10)连接、所述密闭箱(2)和真空泵(10)之间的气管上设有第二控制阀(9)；

所述可燃挥发物产生模块用于模拟起火时油气混合条件，所述可燃挥发物产生模块包括原料箱，原料箱内安装加热棒，原料箱一侧设置有加料口，另一侧设置有排气阀，所述原料箱底部安装隔热保温板，所述原料箱与密闭箱通过输气管相连，所述输气管上依次安装有和第三控制阀、流量计、第一控制阀和气体检测仪；

所述气象条件模拟模块用于提供自然天气因素，所述气象条件模拟模块设在储罐燃烧反应模块上方，所述气象条件模拟模块包括电极、喷头和挂杆，所述挂杆内部为空心状，所述喷头固定在挂杆底端，两者相通，所述挂杆上设有连接组件，用于固定挂杆；

所述电极设置在与所述密闭箱上方的设置的盖板的底端，盖板通过紧固件固定安装在所述储罐上，所述盖板远离紧固件端开设有通孔，通孔内覆盖有薄膜。

所述数据采集模块，用于收集触发条件以及反应状态的各项参数。

作为本发明进一步的方案，所述气象条件模拟模块还包括轴流风机，可提供不同的风量用以模拟雷雨天气发生时的风，所述轴流风机设置在储罐反应模块的一侧。

作为本发明进一步的方案，所述挂杆内安装风管和水管，所述喷头上设有两个接口，一端接水管，一端接风管。通过改变水压和气压的大小，调节喷雾的粒径和密度，模拟雷雨天气发生时的降雨情况，调节电极的接电电压大小，模拟雷雨天气发生时的闪电。

作为本发明进一步的方案，所述的数据采集模块包括电子秤、风速仪、热电偶、红外摄像机、热流传感器、数据采集器、计算机，所述电子秤设在所述储罐的底端，所述数据采集器通过抗干扰耐火的信号线与所述热电偶、红外摄像机、热流传感器连接；

所述计算机通过抗干扰耐火的信号线与所述数据采集器连接，根据数据采集的需要，确定各类传感器的数量和位置。

作为本发明进一步的方案，所述储罐和电子秤均放置于挡板上，所述挡板由横竖两块组成，所述挡板横竖板连接处通过轮轴进行连接，所述的横挡板下方安置有液压升降柱。通过改变液压升降柱的高度可调节储罐的坡度。

作为本发明进一步的方案，所述储罐包括储罐底座和储罐本体，所述储罐本体收纳在储罐底座中，所述储罐本体与储罐底座转动连接，所述储罐底座内部底端设有喷头，所述储罐本体设有进出料口，储罐本体的进出料口端内设有可转动的球型堵头，所述球型堵头截去三分之一，所述球型堵头两端与储罐本体的进出料口管壁转动连接。

作为本发明进一步的方案，所述球型堵头一端与固定连接有齿轮，所述齿轮顶端设有弧形板，所述弧形板底端弧面开设有一段与齿轮啮合配合的齿槽，齿槽数量为齿轮齿数的四分之一。

作为本发明进一步的方案，所述储罐本体一端固定连接有连接转盘，所述连接转盘与所述储罐底座转动连接，连接转盘远离储罐本体一侧的端面上设有连杆，所述连杆一端与所述连接转盘铰接，所述连杆另一端与转动的驱动转盘偏心铰接，所述驱动转盘与所述储罐底座上的固定板转动连接，所述驱动转盘远离储罐底座一侧与电机输出轴固定连接。

一种雷击储罐起火模拟的实验方法，包括以下步骤：

S1、通过加料口向原料箱内加注燃料，向储罐中加注相同种类的燃料。加注燃料完毕后，根据实验需要的不同大小开口调整盖板的位置并用紧固件进行固定，利用薄膜覆盖开口区域，密封储罐罐口；

S2、关闭第三控制阀，开启第一控制阀，开启第二控制阀，启动真空泵，将储罐原料液面与罐口密封之间的密闭箱抽真空；

S3、开启轴流风机，设定风速，开启风管和水管，调节风压和水压，气水两相喷头喷出水雾；

S4、根据实验需要，调节液压升降柱，改变储罐的坡度；

S5、确认加料口和排气阀关闭，关闭第二控制阀，打开第三控制阀，开启加热棒，通过加热置换燃料的挥发时间；

S6、通过流量计和气体分析仪，检测进入到密闭箱的混合气体中可燃挥发气浓度和氧气浓度；

S7、开启电子秤、风速仪、热电偶、红外摄像机、热流传感器、数据采集器、计算机，做好数据记录准备；

S8、调节电压，使电极放电，进行电火花击发试验，测试密闭箱是否被引爆并进一步点燃储罐中的燃料；

S9、记录实验数据，对可燃挥发物引燃燃料的最小浓度以及最小点火能等进行研究。

本发明的有益效果：通过所述实验系统模拟实际储罐遭受雷击发生火灾时的环境因素、储罐状态以及火灾事故类型，实时监测火焰形态、火焰温度等参数，实现对不同雷击强度、降雨强度、风速条件下的不同油罐尺寸和不同储存介质的火灾特性的研究；

在储罐进出料口内设置球形堵头，可以快速隔绝空气，阻断火源，对储罐内腔进行灭火，同时在储罐下方设置冷却喷淋机构，同时通过摆动驱动机构驱动储罐摆动，提高了冷却效果，缩短了储罐内物质的冷却时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，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是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的储罐整体结构示意图；

图3是本发明的储罐的剖视图；

图中：1-储罐、2-密封密闭箱、3-紧固件、4-盖板、5-电极、6-薄膜、7-气体分析仪、8-第一控制阀、9-第二控制阀、10-真空泵、11-输气管、12-流量计、13-第三控制阀、14-原料箱、15-加料口、16-加热棒、17-排气阀、18-隔热保温板、19-电子秤、20-轮轴、21-挡板、22-液压升降柱、23-风管、24-水管、25-挂杆、26-喷头、27-轴流风机、28-红外摄像机、29-热流传感器、30-风速仪、31-热电偶、32-数据采集器、33-计算机、101-储罐底座、102-储罐本体、103-弧形板、104-齿轮、105-连接轴、106-连杆、107-转盘、108-电机、109-球型堵头、110-喷头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种雷击储罐起火模拟的实验装置，包括可燃挥发物产生模块、气象条件模拟模块、储罐燃烧反应模块和数据采集模块；

所述储罐燃烧反应模块用于模拟储罐触发燃烧的状态，包括储罐1，所述储罐1内腔上方设有密闭箱2，所述密闭箱2一侧通过气管与真空泵10连接、所述密闭箱2和真空泵10之间的气管上设有第二控制阀9；

所述可燃挥发物产生模块用于模拟起火时油气混合条件，所述可燃挥发物产生模块包括原料箱14，原料箱14内安装加热棒16，原料箱14一侧设置有加料口15，另一侧设置有排气阀17，所述原料箱14底部安装隔热保温板18，所述原料箱14与密闭箱2通过输气管11相连，所述输气管11上依次安装有和第三控制阀13、流量计12、第一控制阀8和气体检测仪7；

所述气象条件模拟模块用于提供自然天气因素，所述气象条件模拟模块设在储罐燃烧反应模块上方，所述气象条件模拟模块包括电极5、喷头26和挂杆25，所述挂杆25内部为空心状，所述喷头26固定在挂杆25底端，两者相通，所述挂杆25上设有连接组件，用于固定挂杆25；

所述电极5设置在与所述密闭箱2上方的设置的盖板4的底端，盖板4通过紧固件3固定安装在所述储罐1上，所述盖板4远离紧固件3端开设有通孔，通孔内覆盖有薄膜6。

所述数据采集模块，用于收集触发条件以及反应状态的各项参数。

优选地，所述气象条件模拟模块还包括轴流风机27，可提供不同的风量用以模拟雷雨天气发生时的风，所述轴流风机27设置在储罐反应模块的一侧。

优选地，所述挂杆25内安装风管23和水管24，所述喷头26上设有两个接口，一端接水管24，一端接风管23。通过改变水压和气压的大小，调节喷雾的粒径和密度，模拟雷雨天气发生时的降雨情况，调节电极5的接电电压大小，模拟雷雨天气发生时的闪电。

优选地，所述的数据采集模块包括电子秤19、风速仪30、热电偶31、红外摄像机28、热流传感器29、数据采集器32、计算机33，所述电子秤19设在所述储罐1的底端，所述数据采集器32通过抗干扰耐火的信号线与所述热电偶31、红外摄像机28、热流传感器29连接；所述计算机33通过抗干扰耐火的信号线与所述数据采集器32连接。根据数据采集的需要，确定各类传感器的数量和位置。

所述电子秤19用以测量燃烧实验时储罐内可燃储料的质量损失，所述风速仪30用以测量模拟风的风速，所述热电偶31用以测量燃烧时火焰的温度，所述红外摄像机28用以拍摄火焰的形态，所述热流传感器29用以测量燃烧时的热辐射通量；

优选地，所述储罐1和电子秤19均放置于挡板21上，所述挡板21由横竖两块组成，所述挡板21横竖板连接处通过轮轴20进行连接，所述的横挡板21下方安置有液压升降柱22。通过改变液压升降柱22的高度可调节储罐1的坡度。

优选地，如图2和3所示，储罐1包括储罐底座101和储罐本体102，储罐本体102收纳在储罐底座101中，储罐本体102与储罐底座101转动连接，储罐底座101内部底端设有喷头110，喷头110接入水泵，储罐本体102设有进出料口，储罐本体102的进出料口端内设有可转动的球型堵头109，球型堵头109截去三分之一，球型堵头109两端与储罐本体102的进出料口管壁阻尼转动连接，球型堵头109用于控制储罐本体102进出料口的开关，通过转动球型堵头109即可关闭储罐本体102的进料口，当实验结束需要对储罐本体102内的物质进行降温时，通过转动球型堵头109关闭进出料口，可以快速隔绝空气，阻断火源，对储罐内腔进行灭火，进一步往复转动储罐本体102，同时打开喷头110接入的水泵，通过喷头110喷出冷凝水对储罐本体102进行降温冷却，通过对储罐本体102内物质的摆动震荡，提高了储罐内物质的运动，从而提高了冷却效果。

优选地，在球型堵头109一端与固定连接有齿轮104，齿轮104顶端设有弧形板103，弧形板103底端弧面开设有一段与齿轮104啮合配合的齿槽，齿槽数量为齿轮104齿数的四分之一，当储罐本体102逆时针转动时，齿轮104在弧形板103的啮合作用下顺时针转动，从而转动球型堵头109，使得球型堵头109关闭储罐本体102的进出料口，由于球型堵头109与储罐本体102阻尼转动连接，当弧形板103与齿轮104啮合传动完毕后，球型堵头109保持现有的状态。

优选地，储罐本体102一端固定连接有连接转盘105，连接转盘105与储罐底座101转动连接，连接转盘105远离储罐本体102一侧的端面上设有连杆106，连杆106一端与连接转盘105铰接，连杆106另一端与转动的驱动转盘107偏心铰接，驱动转盘107与储罐底座101上的固定板转动连接，驱动转盘107远离储罐底座101一侧与电机108输出轴固定连接，通过启动电机108驱动驱动转盘107转动，驱动转盘107通过连杆106带动连接转盘105转动，从而驱动储罐本体102在一定角度内保持转动，进而对储罐内的物质液体进行摇匀，使得降温冷却速度快。

一种使用上述雷击储罐起火模拟的实验装置的实验方法，包括以下步骤：

S1、通过加料口15向原料箱14内加注燃料，向储罐1中加注相同种类的燃料。加注燃料完毕后，根据实验需要的不同大小开口调整盖板4的位置并用紧固件3进行固定，利用薄膜6覆盖开口区域，密封储罐罐口；

S2、关闭第三控制阀13，开启第一控制阀8，开启第二控制阀9，启动真空泵10，将储罐原料液面与罐口密封之间的密闭箱2抽真空；

S3、开启轴流风机21，设定风速，开启风管23和水管24，调节风压和水压，气水两相喷头26喷出水雾；

S4、根据实验需要，调节液压升降柱22，改变储罐的坡度；

S5、确认加料口15和排气阀17关闭，关闭第二控制阀9，打开第三控制阀13，开启加热棒16，通过加热置换燃料的挥发时间；

S6、通过流量计12和气体分析仪7，检测进入到密闭箱2的混合气体中可燃挥发气浓度和氧气浓度；

S7、开启电子秤19、风速仪30、热电偶31、红外摄像机28、热流传感器29、数据采集器32、计算机33，做好数据记录准备；

S8、调节电压，使电极5放电，进行电火花击发试验，测试密闭箱2是否被引爆并进一步点燃储罐1中的燃料；

S9、记录实验数据，对可燃挥发物引燃燃料的最小浓度以及最小点火能等进行研究。

S10、关闭实验设备，

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系为为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

对于本领域技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。因此，从任意一处来说，都应将实施例看作是指导性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。