[发明专利]城市地下管廊舱内燃气泄漏形成非均匀梯度浓度气云爆炸模拟实验及其抑制装置

说明书

本发明一种城市地下管廊舱内燃气泄漏形成非均匀梯度浓度气云爆炸模拟实验及其抑制装置，属于城市公共安全领域，包括燃气供气输送系统、点火系统、燃气泄漏控制系统、压力采集系统、温度采集系统、火焰信号探测与抑爆系统、图像数据采集系统；通过燃气仓内设置燃气管道，其上设置有电磁阀，以及距泄漏源不同距离的多个能量可调高压点火电极组成，实现燃气连续泄漏形成非均匀气云动力学扩散特性、气云燃爆及发生连锁反应实验，并通过抑爆系统对其爆炸火焰进行有效抑制。本发明创造通过研究城市地下管廊舱内燃气泄漏形成非均匀梯度浓度气云爆炸实验以及抑制装置填补了传统实验系统在综合管廊舱内对非均匀梯度浓度气云爆炸以及抑制装置研究上的空白。

技术领域

本发明创造属于城市公共安全领域，尤其是涉及一种城市地下管廊舱内燃气管道泄漏形成非均匀梯度浓度气云燃烧爆炸及其抑制模拟实验装置。

背景技术

随着我国城市化水平迅速发展，通过城市地下空间管廊舱内输送燃气管道不仅能够充分利用地下空间资源、完善城市需求，更能美化城市环境。然而，由于管线众多且错综复杂，安全问题越来越被重视。同时，2015年发布的《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》标志着我国地下综合管廊建设已迈入新的发展阶段。管廊内部收纳燃气、热力、电力等公共管线，是集电、热和气等重大危险源于一体的密闭舱，存在着巨大的安全隐患。在城市环境和自然环境作用下，极易发生燃气管道局部或多处泄漏，在上述热源的作用下必将引发火灾爆炸事故，甚至发生连锁爆炸反应事故灾害，每年都将给人民群众的生命财产安全造成了巨大损失，严重危害着国家的经济发展和社会的稳定。

目前，国内外学者对可燃气体泄漏扩散和管道内部预混气体爆炸过程中压力、温度和火焰传播做了大量实验研究，也相继开发了管道内部预混气体爆炸过程研究的实验装置。然而，此实验装置与先前学者开发的实验装置所关注内容存在根本上不同；(1)城市地下空间管廊舱内燃气管道泄漏是一个动态扩散过程，气云内部可燃气体浓度由泄漏源向外依次递减，不同的气云浓度表现出不同的爆炸燃烧状态，是一个可燃气体泄漏形成非均匀浓度场及其气云爆炸和多物理场耦合致灾过程；与均匀预混气体在管道内部爆炸燃烧相比，这种泄漏扩散和爆炸反应过程与实际工况更相符；(2)当前学者多关注于单点泄漏引发的气云爆炸特性研究。结合实际情况，燃气泄漏形成非均匀气云爆炸火焰诱导临近气云爆炸而引发的连锁爆炸事故频繁发生，但相关的实验研究装置尚未见报道。本装置可实现可燃气体泄漏形成非均匀气云动力学变化特性及其气云燃爆特性和爆炸火焰诱发邻近气云爆炸机理研究；(3)本装置可实现对上述内容的多因素影响规律与影响机理研究，包括泄漏位置、泄漏面积、泄漏压力、点火位置/能量等，从爆炸压力、火焰温度、火焰热辐射强度和火焰结构形态演变规律等角度，对泄漏非均匀浓度气云燃烧爆炸过程中压力场、温度场、密度场、速度场、浓度场等多物理场特征参数耦合演化规律及其相互作用机制进行研究，可从多角度对其进行深入研究分析；(4)从安全防护角度出发，在实验装置顶端安装多处高压精细喷嘴，能够产生更加迅速、更加细小的超细水雾与爆炸火焰接触并实现有效的抑制，这对管廊舱内因可燃气体泄漏而引发非均匀气云爆炸的安全防护具有重要的理论指导意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种城市地下管廊舱内燃气泄漏形成非均匀梯度浓度气云爆炸模拟实验及其抑制装置，包括：燃气供气输送系统、点火系统、燃气泄漏控制系统、图像数据采集系统、火焰信号探测与抑爆系统、压力采集系统、温度采集系统；

所述燃气供气输送系统由燃气储气罐16、气体流量计15、压力表24-3和燃气管道2组成，通过燃气储气罐16供气压力和气体流量计15调控燃气在管道输送过程中的泄漏速率；

所述点火系统由可调高压点火器19、距泄漏源不同距离的多个点火电极26-1、26-2、26-3组成，并与同步控制器18连接，实现点火工况的控制；

所述燃气泄漏控制系统由单向阀11(防止爆炸火焰和冲击波沿着泄漏管道反向传播)和电磁阀3(控制燃气泄漏时刻与泄漏时间)组成，并与同步控制器18连接，实现泄漏工况的控制；