LNG泄漏擴散和池火燃燒模擬實驗平臺制造技術

本實用新型專利技術涉及LNG泄漏擴散和池火燃燒模擬實驗平臺。該平臺包括由LNG儲罐、絕熱管道、實驗裝置、防爆隔離墻組成的實驗系統；由電子天平、點火系統、甲烷濃度檢測儀、熱電偶樹、數據采集器、攝像機組成的測試系統和由PLC控制系統、各類顯示儀表和控制閥門組成的控制系統。通過對可換裝表面材料和調整角度的LNG表面蔓延實驗裝置的設計，可進行LNG在不同物質表面和流淌速度下蔓延、氣化擴散的實驗模擬；配合點火系統和甲烷濃度檢測儀，實現LNG氣云濃度變化監測以及氣云點火，并自動進行數據和圖像采集。該平臺具有實驗時間短費用低，實驗效率高等優點。采用本設計實驗步驟少且在嚴格監測和控制下保障實驗安全，操作簡便，實驗可重復性高。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及火災安全
，特別涉及一種LNG泄漏擴散和池火燃燒模擬實驗平臺。
技術介紹
作為石油化工行業以及能源領域重要的原材 料和產品，LNG (液化天然氣)在工業和民用中得到了廣泛應用，大規模LNG的安全儲運格外重要。由于管道或閥門故障以及LNG槽車交通意外等安全事故，LNG在儲運過程中可能出現泄漏。LNG—旦泄漏往往會迅速氣化形成可燃氣云，在點火源的作用下可能發生閃燃或爆燃現象；當LNG泄漏噴射到地面或水面時，在瞬時低溫的作用下，大量LNG會在一定范圍內形成低溫液池，如果有引火源和輻射熱的作用則可形成池火或由池火同時引發大規模蒸氣云爆炸事故。目前有關LNG安全事故研究主要集中在大規模尺度LNG水面或水下泄漏擴散、火災爆炸的風險以及災害后果、損害范圍分析等方面。而通過實驗室小尺度模擬實驗對LNG泄漏流動及其相變過程、LNG擴散、濃度遷移規律以及LNG低溫池火燃燒與快速蒸發、燃爆事故演化的動力學過程等內容目前還缺乏相關深入的研究報道。因此構建一個可以模擬LNG泄漏、燃燒的小尺度實驗平臺顯得尤為重要，利用該平臺可以開展LNG在不同物質表面泄漏擴散、濃度遷移、池火燃燒、爆燃轉捩等多方面的研究，為LNG泄漏、火災、爆炸預防技術提供新的技術方案和理論基礎，為預防和控制LNG爆炸災害提供理論依據和實驗數據。
技術實現思路
本技術旨在針對上述現有研究手段的不足，開展小尺度的LNG安全性能實驗研究，彌補現有研究手段的不足和空白，特別研制一種功能齊全，安全可控且可重復實驗的LNG泄漏擴散和池火燃燒模擬實驗平臺。該平臺能實現LNG安全導出、點火控制及形成池火等過程，并可自動采集實驗數據，記錄實驗圖像，還可根據實驗目的更換托盤表面的材料墊層、調整托盤角度，進一步開展LNG在不同物質表面(混凝土、金屬或干沙)的蔓延和氣化過程以及LNG池火形成和池火過程火焰陣面精細結構等方面的研究。LNG泄漏擴散和池火燃燒模擬實驗平臺主要包括三個系統，其中實驗系統用以實現模擬實驗平臺中物質儲存、輸送以及安全保證；測試系統用以實現包括溫度、濃度、擴散圖像，燃燒陣面等的圖像記錄和數據采集工作；控制系統用以監視狀態參數控制實驗的進行和保障安全。本技術為實現上述目的所采取的技術方案是一種LNG泄漏擴散和池火燃燒模擬實驗平臺，其特征在于包括實驗系統、測試系統以及控制系統三部分，所述的實驗系統包括LNG儲罐、絕熱管道、實驗裝置及防爆隔離墻；所述的測試系統包括電子天平、點火系統、攝像機、甲烷濃度檢測儀、數據采集器及熱電偶樹；所述的控制系統包括PLC控制系統、各類顯示儀表及各類控制閥門，且各類顯示儀表及各類控制閥門分別連接在所述的LNG儲罐及絕熱管道上；LNG儲罐置于防爆隔離墻的一側，實驗裝置、電子天平、點火系統、攝像機、甲烷濃度檢測儀、數據采集器及熱電偶樹置于防爆隔離墻的另一側，LNG儲罐通過絕熱管道穿過防爆隔離墻與實驗裝置連接；所述的電子天平位于實驗裝置的底部，且與PLC控制系統連接，PLC控制系統還分別與點火系統、攝像機、甲烷濃度檢測儀及數據采集器連接，數據采集器與熱電偶樹連接。LNG的儲存和導出LNG儲存在絕熱低溫儲罐中，顯示儀表實時監控儲罐內各狀態參數；LNG導出過程中采用安裝在儲罐上的自增壓系統和管路上的減壓閥、放空閥組及第一放空閥，控制壓力通過絕熱管道導出。導液過程中為保障壓力穩定，絕熱管道通過放空閥組和第一放空閥連接放空管路將氣化的LNG及時排出。LNG泄漏擴散實驗泄漏擴散實驗在LNG正常導出的基礎上測試LNG氣化過程產 生的氣云圖像和各項參數，通過更換托盤表面的材料墊層，實驗LNG在不同物質表面的擴散行為，通過改變托盤角度，研究LNG不同流淌速率下的擴散行為。LNG池火燃燒實驗通過監測氣云濃度分布和點火控制，實現LNG的池火燃燒，并通過測試溫度分布、采集圖像等研究手段研究LNG池火燃燒特征。本技術所產生的有益效果是可實現遠程控制LNG泄漏和燃燒的模擬，避免LNG可能造成的窒息傷害、冷傷害及燃燒熱傷害等；通過對可換裝表面材料和調整角度的實驗裝置的設計，可進行LNG在不同物質表面和LNG流淌速度下擴散的模擬；通過點火系統和甲烷濃度檢測儀共同作用，實現了自動監測濃度，在著火限內快速進行點火(擴散初期對LNG進行點火，能夠形成池火而避免爆燃)，并自動進行數據和圖像的采集。該模擬實驗平臺具有實驗時間短且費用低，實驗效率高等優點。采用本設計實驗步驟少且安全可靠，在嚴格監測和控制下保障實驗安全，操作簡便，實驗可重復性高。附圖說明圖I是LNG泄漏擴散和池火燃燒模擬實驗平臺布置示意圖。圖2是自增壓系統原理圖。圖3是放空閥組構成圖。圖4是實驗裝置正視圖。圖5是實驗裝置右視圖。圖6是點火系統及點火布置示意圖。圖7是LNG泄漏擴散及池火燃燒模擬實驗平臺工作原理流程圖；圖中的管道閥門表示為第二閥門8、止回閥9、減壓閥12、第三閥門14及第四閥門17 ;安全閥表示為主安全閥29和副安全閥31 ;放空閥表示為放空閥組10、第一放空閥15及第二放空閥30。具體實施方式下面通過附圖對本技術的技術方案做進一步詳細描述。參照圖I、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7，LNG泄漏擴散和池火燃燒模擬實驗平臺包括實驗系統、測試系統以及控制系統三部分，實驗系統用以實現模擬實驗平臺中物質儲存、輸送以及安全保證；實驗系統包括LNG儲罐32、帶絕熱保溫層的絕熱管道7、實驗裝置18及防爆隔離墻26 ;測試系統包括電子天平19、點火系統21、攝像機22、甲烷濃度檢測儀23、數據采集器24及熱電偶樹25 ;控制系統包括PLC控制系統16、各類顯示儀表及各類控制閥門，且各類顯示儀表及各類控制閥門分別連接在LNG儲罐32及絕熱管道7上；LNG儲罐32置于防爆隔離墻26的一側，實驗裝置18、高精度電子天平19、點火系統21、高速攝像機22、甲烷濃度檢測儀23、數據采集器24及熱電偶樹25置于防爆隔離墻26的另一側，LNG儲罐32通過絕熱管道7穿過防爆隔離墻26與實驗裝置18連接；電子天平19位于實驗裝置18的底部，且與PLC控制系統16連接，PLC控制系統16還分別與點火系統21、攝像機22、甲烷濃度檢測儀23及數據采集器24連接，數據采集器24與熱電偶樹25連接。本技術的顯示儀表包括第一壓力表I、第一溫度計4、第一液位計5、第二壓力表11、第二液位計20以及由第三壓力表13-1、第二溫度計13-2和流量計13-3構成的儀表組13，其中第一壓力表I、第一溫度計4和第一液位計5安裝在LNG儲罐32上，第二壓力表11和儀表組13分別安裝在絕熱管道7上，第二液位計20安裝在實驗裝置18中，第一壓力表I、第一溫度計4、第一液位計5、第二壓力表11、第二液位計20以及由第三壓力表13-1、第二溫度計13-2和流量計13-3構成的儀表組13分別與PLC控制系統16連接。本技術的控制閥門包括第一閥門2、自增壓系統6、第二閥門8、止回閥9、放空閥組10、減壓閥12、第三閥門14、第一放空閥15、第四閥門17、節約閥28、主安全閥29、第二 放空閥30和副安全閥31，其中第一閥門2安裝在通向LNG儲罐32中的液體輸入管3上，自增壓系統6、第二放空閥30和副安全閥31分別安裝在通本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種LNG泄漏擴散和池火燃燒模擬實驗平臺，其特征在于：包括實驗系統、測試系統以及控制系統三部分，所述的實驗系統包括LNG儲罐（32）、絕熱管道（7）、實驗裝置（18）及防爆隔離墻（26）；所述的測試系統包括電子天平（19）、點火系統（21）、攝像機（22）、甲烷濃度檢測儀（23）、數據采集器（24）及熱電偶樹（25）；所述的控制系統包括PLC控制系統（16）、各類顯示儀表及各類控制閥門，且各類顯示儀表及各類控制閥門分別連接在所述的LNG儲罐（32）及絕熱管道（7）上；LNG儲罐（32）置于防爆隔離墻（26）的一側，實驗裝置（18）、電子天平（19）、點火系統（21）、攝像機（22）、甲烷濃度檢測儀（23）、數據采集器（24）及熱電偶樹（25）置于防爆隔離墻（26）的另一側，LNG儲罐（32）通過絕熱管道（7）穿過防爆隔離墻（26）與實驗裝置（18）連接；所述的電子天平（19）位于實驗裝置（18）的底部，且與PLC控制系統（16）連接，PLC控制系統（16）還分別與點火系統（21）、攝像機（22）、甲烷濃度檢測儀（23）及數據采集器（24）連接，數據采集器（24）與熱電偶樹（25）連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉晅亞，紀超，許曉元，趙力增，王穎，郭歌，于年灝，
申請(專利權)人：公安部天津消防研究所，
類型：實用新型
國別省市：