工业与信息化 TECHNOLOGY AND INFORMATION阻火器阻火性能试验系统设计综述阳慧敏 方维 高培北京航天试验技术研究所 北京 100074摘 要 阻火器的阻火性能测试时阻火器性能测试的关键，能确保化工等领域生产过程中的本质安全，助力现代工业发展。国外对阻火器阻火性能检测技术形成了成熟的标准，国内的标准起步较晚，处于完善发展阶段。为充实国内阻火器阻火性能检测技术，本文根据ISO16852标准，进行了阻火器阻火性能系统的设计研制工作。该系统能实现准确度100%，误差精度0.5%的配气，试验系统能满足阻爆燃阻火器、阻爆轰阻火器的需求，数据采集分析系统可以对压力、流量和爆炸产生的火焰速度进行实时采集处理，采样率250kS/s。关键词 阻火器；设计；爆轰引言阻火器作为能抑制火焰传播，防止爆炸发生的重要装置，被广泛使用在现代工业的各个领域。阻火器的阻火性能测试更是成为安全技术领域的一项重要课题，受到越来越多的关注。国外对阻火器阻火性能检测技术形成了成熟的标准，国内的标准起步较晚，处于完善发展阶段。为充实国内阻火器阻火性能检测技术，本文根据ISO16852标准，进行了阻火器阻火性能系统的设计研制工作。主要研究内容相关阻火器检测标准要求阻火器主要的性能测试包括：阻火器的阻火（爆燃、爆轰）性能测试、耐烧性、强度（耐压）、流量等技术指标的测试。其中，阻火（爆燃、爆轰）试验是其关键[1-2]。1 系统研制阻火器阻火性能测试系统主要包括由配气系统、试验系统、测控系统。配气系统能实现预混配气和在线配气的试验需求，实现准确度100%，误差精度0.5%的配气，试验系统能满足阻爆燃阻火器、阻爆轰阻火器的需求，数据采集分析系统可以对压力、流量和爆炸产生的火焰速度进行实时采集处理，采样率250kS/s。1.1 配气系统无论是阻爆燃还是阻爆轰试验都规定了测试要求的混合气体。本系统配气采用分压法，根据所要配制的混合气的浓度计算出需要往管路中充入组分气体的压力值，通过控制这一压力值来达到配制所需浓度混合气体的目的，其组分气体浓度计算公式为式1.1。试验类型爆轰试验爆燃试验Lu—30DLpLp≤10D，但不小于3m50DXi= （1.1）Pi×100%∑pj式中 Xi——组分气体浓度，%；Pi——组分气体i的分压值，MPa；∑p——组分气体j的压力和，MPa；本配气系统主要设备包括混合容器，配气台、过滤器、氢气阻火器、管路、空气压缩机等，采用在线混合配气和预混配气两种方式，两路分别设置手阀，可以根据试验状态，自由转换配气方式，提高了系统可靠性和灵活性。此外，配气系统通过供氢路设置阻火器、氮气置换、放空及真空系统可对试验管路及气瓶进行防火保护、氮气置换、氮气保护及真空保护，增加系统的安全性和配比的精确性。1.2 试验管路系统试验管路系统包括阻爆轰阻火器爆燃试验系统、阻爆轰阻火器爆轰试验系统设备主要包括试验管路、阻火器（产品）、气体分析仪等。阻爆燃试验系统和阻爆轰试验系统管路为无缝钢管，其管路与阻火器连接且通径相同，管路长度严格表1要求设计，管壁厚度根据压力容器标准GB150—2011进行设计，耐压压力不小于2MPa，内壁表明平整光滑，各连接处无泄露。另外管路一般为几十倍管道直径的长度，考虑到加工、安装，尤其是火焰速度调节方面的原因，采用分段连接，每段完成不同的功能。管路两端用法兰密封，并在管路左端安装点火棒，试验过程中通过控制器远控引燃点火棒。采用位于非被保护侧的火焰传感器和压力传感器测量火焰传播速度及爆轰压力；被保护侧火焰传感器，监测火焰传播情况。由于阻火试验过程将产生一定的冲击力，在试验管路下方等距放置支架固定。j表1 阻爆轰阻火器试验系统要求火焰速度≥1900m/s—压力比PS1=8PTB（偏差±20%）—1.3 数据采集分析系统测控系统设备主要包括火焰传感器、脉动压力传感器、压差传感器、真空压力传感器和流量计等，分别用于试验中火焰的速度、脉动压力，压差，真空压力以及气体流量的采集、分析，每通道最大采样率达到200kS/s。此外，考虑到试验现场的安全性，系统采用远程控制系统对数据采集系统进行操控。数据采集系统主要技术指标：•采集速率：每通道最大采样率为250kS/s•A/D转换精度：16位A/D•测量误差：优于0.1%满量程136 科学与信息化2019年8月上•采集通道：32CH（双机热备）•采集通道：32CH（双机热备）•数据分析：强大的时域分析和频域分析功能，分析频率上限可达100k以上•系统采集电压信号2 实施效果该系统建设完成后，点火系统能一次引燃混合气体，配气精度满足要求，试验过程脉动压力数据、压差数据、火焰速度的采集与回放正常。所有系统工作稳定和重复性好，满足进行科学与信息化 8月上 内文.indd 1362019/8/7 星期三 下午 4:07:15 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化2.1 配气系统 配气系统搭建完成后，经过至少25次氢气/空气配气测试，配气准确率100%，精度小于0.5%。下图为每次试验五个气体分析仪测点的氢浓度数值，所有数值均在28.5±2%范围内，满足ISO对氢气/空气混合气配气的要求。2.2 阻火试验数据阻火试验动态数据通过RT pro进行分析，图2为QR4位置处火焰与压力曲线对比，从图中可知当封闭管路内发生混合气燃烧时，由于压力波传播快于光波，压力变化早于火焰变化。图3为火焰传感器总体变化趋势，从图中可看出火焰到达检测点前检测点信号维持在初始信号值，当火焰到达检测点时检测点处电压信号急速上升，随着火焰的通过检测点电压信号随之回落而逐渐趋于平稳。通过比较QR4-QR3的时间差，可计算出阻火器前火焰速度。通过试验，该系统火焰能满足爆轰试验及爆燃试验的需求。阻爆轰、阻爆燃试验的要求。图1 氢浓度分数散点图图2 QR4位置压力与火焰曲线对比图3 火焰传感器变化趋势3 结论目前，阻火器阻火性能试验系统已完成多次阻爆轰试验、阻爆燃试验，试验效果达到了ISO标准的要求，具备阻火器阻火性能验证的能力，该系统的完成充实了国内阻火器阻火性能技术，既可以满足国内产品的检测需要，也对进口产品的安全使用提供可靠的检测评价服务，为现代工业的本质安全提供保障。参考文献[1]孙少辰,毕明树,刘刚,等.爆轰火焰在管道阻火器内的传播与淬熄特性[J].化工学报,2016,5(5):2176-2184.[2]姚箭,刘健,王永旭,etal.新型阻火器阻爆性能检测系统研制[J].化工学报,2017(4).作者简介阳慧敏（1992－）女，湖南邵阳人，助理工程师，硕士，工程技术方向。科学与信息化2019年8月上 137科学与信息化 8月上 内文.indd 1372019/8/7 星期三 下午 4:07:15