一种研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试装置及方法

技术领域

本发明属于粉尘爆炸防护理论与技术研究领域，特别是涉及一种研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试装置及方法。

背景技术

在实际生产和生活中，焖烧粉尘诱发粉尘爆炸的事故时有发生，常造成重大人员伤亡和严重经济损失，开展焖烧粉尘相关的粉尘爆炸防护理论与技术研究，并利用研究成果来预防粉尘爆炸事故是十分必要的。

现阶段，能够导致粉尘着火或爆炸的诱因有很多，高温热表面便是其中之一。可燃粉尘通常呈粉尘层和粉尘云两种状态，当两种状态的粉尘遭受高温热表面时，且表面高温超过粉尘层或粉尘云的最低着火温度，粉尘层将发生着火，而粉尘云将发生爆炸。因此，测定粉尘层和粉尘云的最低着火温度，获得粉尘层和粉尘云的临界着火条件，而后通过对该临界着火条件进行严密监控，才能实现粉尘爆炸事故的有效预防。

但是，大量粉尘爆炸事故的调查研究结果表明，高温热表面导致的粉尘层内部焖烧也是粉尘爆炸发生的另一诱因。由于粉尘焖烧现象很难及时发现，当原本处于静态堆积的焖烧粉尘层受到意外扬起分散成粉尘云时，层内焖烧粉尘便成为了点火源，进而导致粉尘爆炸事故的发生。因此，输运状态的可燃粉尘云在流经低于其最低着火温度的高温热表面时，虽然不会发生爆炸，但是部分沉积在高温热表面上的粉尘层可因高温而发生层内焖烧，焖烧着火的粉尘在输运过程扬起时可引发粉尘爆炸，该着火条件下的粉尘爆炸是传统粉尘爆炸研究的补充和扩展。

为了研究焖烧粉尘对粉尘爆炸的影响性，在查阅了大量的背景资料后，发现该研究内容的相关技术资料几乎处于空白，暂无现成的装置及配套方法可以借鉴和利用，现阶段仍然停留在“粉尘层最低着火温度测定”(GB/T 16430-1996)和“粉尘云最低着火温度测定”(GB/T 16429-1996)的技术阶段，因此，亟需设计一种全新的测试装置和方法，以满足当前迫切的研究需要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试装置及方法，能够准确模拟高温热表面下的环境空间，具备对粉尘层和粉尘云的最低着火温度进行测定的能力，能够精确控制粉尘层发生焖烧或燃烧，具备对焖烧或燃烧的粉尘层进行喷吹扰动的能力，具备准确测定粉尘层在喷吹扰动下是否发生爆炸的能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试装置，包括加热炉、高温热表面模拟箱、吹粉管、吹粉喷头、吹风管、吹风喷头、储粉盒、第一阀门、第二阀门、调压阀及高压气源；所述加热炉水平放置，加热炉一侧为开口端，加热炉另一侧为封闭端；所述高温热表面模拟箱置于加热炉内，且高温热表面模拟箱悬挂于加热炉的封闭端炉壁上；所述吹粉喷头安装在高温热表面模拟箱的顶端箱壁上，吹粉喷头的喷口朝向高温热表面模拟箱底部箱壁，吹粉喷头依次通过吹粉管、储粉盒、第一阀门与调压阀相连通；所述吹风喷头安装在高温热表面模拟箱的侧壁上，吹风喷头的喷口朝向高温热表面模拟箱底部箱壁，吹风喷头依次通过吹风管及第二阀门与调压阀相连通；所述调压阀与高压气源相连通；在所述高温热表面模拟箱底部内侧加装有测温热电偶，在所述高温热表面模拟箱底部外侧加装有模拟箱壁面温控热电偶。

所述高温热表面模拟箱与加热炉之间采用拔插式悬挂结构，在高温热表面模拟箱上安装有悬臂套管，在所述加热炉上安装有悬臂杆，悬臂杆与悬臂套管拔插配合。

在所述高温热表面模拟箱的侧壁上开设有泄压孔，在泄压孔外侧安装有泄压挡板，泄压挡板顶部边沿与高温热表面模拟箱的侧壁相铰接。

在所述高温热表面模拟箱的侧壁底部开设有清灰口，在清灰口外侧安装有挡灰板，挡灰板与高温热表面模拟箱的侧壁通过螺栓相连。

在所述高温热表面模拟箱的侧壁上设置有耐压耐温玻璃视窗。

安装有所述吹风喷头的高温热表面模拟箱侧壁具有倾角，且倾角范围为60°～90°。

所述吹粉喷头采用圆形喷头，吹粉喷头上的喷口呈辐射状分布。

所述吹风喷头采用扁平扇形喷头，吹风喷头上的喷口呈线性分布。

一种研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试方法，采用了所述的研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试装置，包括如下步骤：

步骤一：开启高压气源，通过调压阀设定喷吹压力，第一阀门和第二阀门均处于关闭状态，启动加热炉，设定一个高温热表面模拟箱壁面温度；

步骤二：执行喷粉动作，通过开启第一阀门，使被测粉尘通过吹粉喷头喷入高温热表面模拟箱内形成粉尘云，观察高温热表面模拟箱内是否发生爆炸，具体分为以下两种情况：

①未发生爆炸时，通过加热炉提高高温热表面模拟箱壁面温度，重复喷粉动作，直到发生爆炸为止，记录下此时的高温热表面模拟箱壁面温度，该高温热表面模拟箱壁面温度即为被测粉尘的粉尘云最低着火温度；

②直接发生爆炸时，通过加热炉降低高温热表面模拟箱壁面温度，重复喷粉动作，直到不再发生爆炸为止，记录下最后一次发生爆炸时的高温热表面模拟箱壁面温度，该高温热表面模拟箱壁面温度即为被测粉尘的粉尘云最低着火温度；

步骤三：通过加热炉调整高温热表面模拟箱壁面温度，使调整后的高温热表面模拟箱壁面温度低于被测粉尘的粉尘云最低着火温度；

步骤四：执行喷粉动作，使喷出的粉尘不断沉降在高温热表面模拟箱的底部并形成粉尘层，通过测温热电偶实时监测粉尘层内的温度是否出现突升，具体分为以下两种情况：

①当粉尘层内的温度未出现突升时，通过加热炉提高高温热表面模拟箱壁面温度，直到粉尘层内的温度出现突升为止，说明此时的粉尘层已发生焖烧或燃烧，记录下此时的高温热表面模拟箱壁面温度，该高温热表面模拟箱壁面温度即为被测粉尘的粉尘层最低着火温度；

②当粉尘层内的温度直接出现突升时，说明此时的粉尘层已发生焖烧或燃烧，则通过加热炉降低高温热表面模拟箱壁面温度，重新制备粉尘层，直到粉尘层内的温度不再出现突升为止，说明此时的粉尘层不再发生焖烧或燃烧，记录下最后一次出现温度突升时的高温热表面模拟箱壁面温度，该高温热表面模拟箱壁面温度即为被测粉尘的粉尘层最低着火温度；

步骤五：通过加热炉调整高温热表面模拟箱壁面温度，使调整后的高温热表面模拟箱壁面温度达到被测粉尘的粉尘层最低着火温度；

步骤六：执行喷粉动作，直至粉尘层形成，当测温热电偶监测到粉尘层内的温度出现突升时，说明粉尘层开始发生焖烧或燃烧；

步骤七：开启第二阀门，通过吹风喷头向粉尘层喷气，迫使粉尘层扬起，观察高温热表面模拟箱内是否发生爆炸，具体分为以下两种情况：

①直接发生爆炸时，说明被测粉尘在焖烧或燃烧情况下具有诱发粉尘爆炸的特性；

②未发生爆炸时，向粉尘层喷气的同时执行喷粉动作进行补粉，如果补粉后发生爆炸，说明被测粉尘在焖烧或燃烧情况下具有诱发粉尘爆炸的特性，如果补粉后仍未发生爆炸，说明被测粉尘在焖烧或燃烧情况下不具有诱发粉尘爆炸的特性。

本发明的有益效果：

本发明能够准确模拟高温热表面下的环境空间，具备对粉尘层和粉尘云的最低着火温度进行测定的能力，能够精确控制粉尘层发生焖烧或燃烧，具备对焖烧或燃烧的粉尘层进行喷吹扰动的能力，具备准确测定粉尘层在喷吹扰动下是否发生爆炸的能力。

附图说明

图1为本发明的研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试装置的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图中，1—加热炉，2—高温热表面模拟箱，3—吹粉管，4—吹粉喷头，5—吹风管，6—吹风喷头，7—储粉盒，8—第一阀门，9—第二阀门，10—调压阀，11—高压气源，12—测温热电偶，13—悬臂套管，14—悬臂杆，15—泄压孔，16—泄压挡板，17—清灰口，18—挡灰板，19—耐压耐温玻璃视窗，20—模拟箱壁面温控热电偶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2所示，一种研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试装置，包括加热炉1、高温热表面模拟箱2、吹粉管3、吹粉喷头4、吹风管5、吹风喷头6、储粉盒7、第一阀门8、第二阀门9、调压阀10及高压气源11；所述加热炉1水平放置，加热炉1一侧为开口端，加热炉1另一侧为封闭端；所述高温热表面模拟箱2置于加热炉1内，且高温热表面模拟箱2悬挂于加热炉1的封闭端炉壁上；所述吹粉喷头4安装在高温热表面模拟箱2的顶端箱壁上，吹粉喷头4的喷口朝向高温热表面模拟箱2底部箱壁，吹粉喷头4依次通过吹粉管3、储粉盒7、第一阀门8与调压阀10相连通；所述吹风喷头6安装在高温热表面模拟箱2的侧壁上，吹风喷头6的喷口朝向高温热表面模拟箱2底部箱壁，吹风喷头6依次通过吹风管5及第二阀门9与调压阀10相连通；所述调压阀10与高压气源11相连通；在所述高温热表面模拟箱2底部加装有测温热电偶12，在所述高温热表面模拟箱底部外侧加装有模拟箱壁面温控热电偶20。

所述高温热表面模拟箱2与加热炉1之间采用拔插式悬挂结构，在高温热表面模拟箱2上安装有悬臂套管13，在所述加热炉1上安装有悬臂杆14，悬臂杆14与悬臂套管13拔插配合。

在所述高温热表面模拟箱2的侧壁上开设有泄压孔15，在泄压孔15外侧安装有泄压挡板16，泄压挡板16顶部边沿与高温热表面模拟箱2的侧壁相铰接。

在所述高温热表面模拟箱2的侧壁底部开设有清灰口17，在清灰口17外侧安装有挡灰板18，挡灰板18与高温热表面模拟箱2的侧壁通过螺栓相连。

在所述高温热表面模拟箱2的侧壁上设置有耐压耐温玻璃视窗19。

安装有所述吹风喷头6的高温热表面模拟箱2侧壁具有倾角，且倾角范围为60°～90°。

所述吹粉喷头4采用圆形喷头，吹粉喷头4上的喷口呈辐射状分布。

所述吹风喷头6采用扁平扇形喷头，吹风喷头6上的喷口呈线性分布。

一种研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试方法，采用了所述的研究焖烧粉尘对粉尘爆炸影响性的测试装置，包括如下步骤：

步骤一：开启高压气源11，通过调压阀10设定喷吹压力，第一阀门8和第二阀门9均处于关闭状态，启动加热炉1，设定一个高温热表面模拟箱壁面温度；

步骤二：执行喷粉动作，通过开启第一阀门8，使被测粉尘通过吹粉喷头4喷入高温热表面模拟箱2内形成粉尘云，观察高温热表面模拟箱2内是否发生爆炸，具体分为以下两种情况：

①未发生爆炸时，通过加热炉1提高高温热表面模拟箱壁面温度，重复喷粉动作，直到发生爆炸为止，记录下此时的高温热表面模拟箱壁面温度，该高温热表面模拟箱壁面温度即为被测粉尘的粉尘云最低着火温度；

②直接发生爆炸时，通过加热炉1降低高温热表面模拟箱壁面温度，重复喷粉动作，直到不再发生爆炸为止，记录下最后一次发生爆炸时的高温热表面模拟箱壁面温度，该高温热表面模拟箱壁面温度即为被测粉尘的粉尘云最低着火温度；

步骤三：通过加热炉1调整高温热表面模拟箱壁面温度，使调整后的高温热表面模拟箱壁面温度低于被测粉尘的粉尘云最低着火温度；

步骤四：执行喷粉动作，使喷出的粉尘不断沉降在高温热表面模拟箱2的底部并形成粉尘层，通过测温热电偶12实时监测粉尘层内的温度是否出现突升，具体分为以下两种情况：

①当粉尘层内的温度未出现突升时，通过加热炉1提高高温热表面模拟箱壁面温度，直到粉尘层内的温度出现突升为止，说明此时的粉尘层已发生焖烧或燃烧，记录下此时的高温热表面模拟箱壁面温度，该高温热表面模拟箱壁面温度即为被测粉尘的粉尘层最低着火温度；

②当粉尘层内的温度直接出现突升时，说明此时的粉尘层已发生焖烧或燃烧，则通过加热炉1降低高温热表面模拟箱壁面温度，重新制备粉尘层，直到粉尘层内的温度不再出现突升为止，说明此时的粉尘层不再发生焖烧或燃烧，记录下最后一次出现温度突升时的高温热表面模拟箱壁面温度，该高温热表面模拟箱壁面温度即为被测粉尘的粉尘层最低着火温度；

步骤五：通过加热炉1调整高温热表面模拟箱壁面温度，使调整后的高温热表面模拟箱壁面温度达到被测粉尘的粉尘层最低着火温度；

步骤六：执行喷粉动作，直至粉尘层形成，当测温热电偶12监测到粉尘层内的温度出现突升时，说明粉尘层开始发生焖烧或燃烧；

步骤七：开启第二阀门9，通过吹风喷头6向粉尘层喷气，迫使粉尘层扬起，观察高温热表面模拟箱2内是否发生爆炸，具体分为以下两种情况：

①直接发生爆炸时，说明被测粉尘在焖烧或燃烧情况下具有诱发粉尘爆炸的特性；

②未发生爆炸时，向粉尘层喷气的同时执行喷粉动作进行补粉，如果补粉后发生爆炸，说明被测粉尘在焖烧或燃烧情况下具有诱发粉尘爆炸的特性，如果补粉后仍未发生爆炸，说明被测粉尘在焖烧或燃烧情况下不具有诱发粉尘爆炸的特性。

在发生粉尘爆炸时，会发出声光信号。爆炸的冲击波会通过泄压孔15排出，并使泄压挡板16被掀起，同时可听见爆炸声，并通过耐压耐温玻璃视窗19可看见闪光。实验人员通过爆炸声和闪光便可判断爆炸现象是否发生。

需要清理高温热表面模拟箱2内的粉尘灰烬时，只需打开挡灰板18，箱内灰烬便可通过清灰口17清理干净。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。