純氫與摻氫天然氣噴射火實驗裝置

功能介紹

針對不同的實驗尺度搭建了兩套噴射火實驗裝置。兩套實驗裝置均包括氣體供給系統、計量控制系統、實驗測量系統和數據采集系統，區別主要為管徑、用氣量和傳感器布置區域方面。

小尺度噴射火實驗泄漏壓力較低，用氣量較少，設計了帶有5個接口的匯流排提供實驗用氣，其中靠近實驗管路的4個接口用于提供實驗所需的摻氫天然氣，最左側接頭用于提供對實驗管路進行氣體置換的氮氣，這種安裝方式方便氮氣對管路進行更完整的氣體置換。實驗管路為DN50的不銹鋼管道，不同泄漏口徑的噴嘴在管道末端與實驗管路螺紋連接。為保證實驗安全，在螺紋連接處進行了管壁加厚處理，防止螺紋連接對管道的承壓性能造成影響。在螺紋連接前端通過引壓管連接壓力表，實現泄漏壓力的實時監測。在噴射火后方設置黑色背景幕布，以便獲得更清晰的噴射火幾何特征。小尺度噴射火實驗裝置圖和泄漏口實物圖如下。

小尺度噴射火實驗裝置圖

溫度與熱輻射傳感器現場布置圖

大尺度噴射火實驗采用管徑為DN100、壁厚為8 mm的不銹鋼管道作為實驗管道。每組實驗所需氣源由30瓶40 L標準氣瓶裝的摻氫天然氣提供，并通過帶有33個接口、承壓25 MPa的匯流排進行整合，保證實驗過程中氣源壓力滿足要求。用于實驗管道氣體置換的兩瓶40 L氮氣設置在匯流排最上游，在每組實驗開始前后分別進行三次氣體置換，保證管道內不存在空氣以保證實驗安全。通過在匯流排上安裝一個減壓器實現觀察匯流排壓力。使用球閥作為匯流排的總控制閥，通過遠程調節氣動調壓閥，使泄漏壓力保持相對穩定，并通過質量流量計對泄漏流量進行實時測量。與小尺度噴射火實驗裝置一致，帶有泄漏口的噴嘴與實驗管道通過螺紋連接，在實驗管道末端進行管壁加厚處理。并通過引壓管在螺紋連接前端連接壓力表，實現泄漏壓力的實時監測。大尺度噴射火實驗裝置圖如圖所示。

大尺度噴射火實驗裝置圖

溫度與熱輻射傳感器現場布置圖

實驗流程

（1）吹熄實驗

①安裝泄漏口徑為2 mm的噴頭，進行實驗前實驗設備檢查、實驗管道氣體置換、氣瓶連接等處是否漏氣等檢查工作。

②稍稍打開減壓器，在泄漏口處使用點火器引燃氣體，形成較小的噴射火焰。

③緩慢調節大流量減壓器的開度，使泄漏壓力緩慢增加，直至噴射火火焰熄滅，記錄火焰熄滅時的泄漏壓力，再次進行實驗，并在上次火焰熄滅的泄漏壓力附近以更細微的方式調節大流量減壓器的開度，防止操作增加實驗誤差。重復實驗3次或以上，以實驗測得的最大泄漏壓力作為該泄漏口徑和摻氫比例下的吹熄壓力。

④實驗完成后，進行氣體置換并重復操作3次，更換下一個泄漏口徑的噴頭，繼續實驗直至全部實驗完成。

⑤使用甲烷激光檢測儀檢查以確保實驗場地的摻氫天然氣氣瓶已關閉且不發生漏氣，收拾實驗場地。

（2）小尺度噴射火實驗

①安裝泄漏口徑為8 mm的噴頭，重復吹熄實驗步驟①和②。

②調節大流量減壓器的開度，使泄漏壓力達到所需壓力并穩定泄漏不少于10 s。

③當一個摻氫比例的所有壓力實驗完成后，使用氮氣置換氣體三次，確保實驗管道內沒有可燃氣體。

④換另一種摻氫比例氣瓶，重復上述操作，直至實驗完成。

⑤重復吹熄實驗步驟⑤。

（3）大尺度噴射火實驗

①安裝泄漏口徑為10 mm的噴頭，確保實驗場地沒有易燃物品，檢查無紙記錄儀、D高速相機是否正常工作。

②關閉匯流排球閥，連接氮氣、摻氫天然氣氣瓶并打開氮氣氣瓶，待匯流排內壓力穩定后在關閉氮氣氣瓶前提下，使用肥皂水對氣瓶連接處是否漏氣進行檢查，保證不漏氣的情況下，打開匯流排球閥，打開氣動調節閥，置換實驗管道內空氣。重復置換操作三次，保證實驗管道內沒有空氣。

③置換完成后，關閉匯流排球閥，打開一瓶摻氫天然氣氣瓶，利用甲烷激光泄漏檢測儀對氣瓶連接處、匯流排閥門等進行檢測，在保證無漏氣的情況下，打開其余摻氫天然氣氣瓶。

④在距離泄漏口1 m處，架設火把作為點火源。在實驗人員撤離至安全區域后，打開匯流排總閥，遠程控制氣動調壓閥，使摻氫天然氣以較低壓力泄漏并被火把點燃。

⑤增大泄漏壓力至4.0 MPa，調節氣動調壓閥使泄漏壓力穩定在4.0 MPa附近，穩定泄漏不少于10 s，然后分別降低泄漏壓力至2.5 MPa和1.6 MPa，各記錄穩定泄漏時間不少于10 s。

⑥實驗完成后，關閉氣動調壓閥、匯流排總閥和所有摻氫天然氣氣瓶，打開氮氣氣瓶，待匯流排壓力穩定后，打開氣動調壓閥和匯流排總閥，置換實驗管道內的可燃氣體，重復操作三次，確保實驗管道內沒有可燃氣體，均為氮氣。

⑦關閉氮氣氣瓶、氣動調壓閥、匯流排總閥，進行采集數據和圖像文件的保存，完成后進行斷電。

⑧重復吹熄實驗步驟⑤。

關鍵參數

管徑：DN50與DN100；

管道承壓：25 MPa。