-Ⅰ可燃气体爆炸极限与阻火装置的改造

DBZ-Ⅰ可燃气体爆炸极限与阻火装置的改造

梁书琴　周　宇　董龙洋

（中国地质大学，湖北武汉430074）

摘　要：DBZ-Ⅰ型可燃气体爆炸极限与阻火实验装置是由中国地质大学（武汉）安全工程教研室研制，1990年通过地矿部科技司级鉴定并获国家专利。但该仪器设备由于当时生产技术条件限制，设备使用寿命短、体积大、自动控制性差，已不能满足现时条件下的高要求，对现有试验机进行技术改造，提高自动化程度，非常必要。

关键词：可燃气体　爆炸极限　装置改造

1　引　言

可燃气体发生爆炸需要两个条件：一是可燃气体与空气必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，二是遇着火源；这个浓度范围称为爆炸极限。可燃气体的爆炸极限是表征其爆炸危险性的一种主要技术参数，爆炸极限范围越宽，爆炸下限浓度越低，爆炸上限浓度越高，即燃烧爆炸危险性越大。所以安全、简单对可燃气体爆炸极限的进行测试在试验研究与教学上有着重大的作用。

2　DBZ-Ⅰ型可燃气体爆炸极限与阻火实验装置

2.1　装置简介

DBZ-Ⅰ型可燃气体爆炸极限与阻火实验装置（以下简称“DBZ-Ⅰ型实验装置”）是由中国地质大学（武汉）安全工程教研室研制的可燃气体爆炸与阻火实验演示装置。DBZ-Ⅰ型实验装置是当时国内外首创的在动态条件下可以快速对可燃气体爆炸和材料阻火性能进行测试的多用途综合性实验演示装置，于1990年通过地矿部科技司级的鉴定。鉴定得出的结论是：该装置达到国际先进水平。同时该产品已获国家专利（专利号：89217624.5），于1993年获国家科委等四部委授予的“国家级新产品”证书。DBZ-Ⅰ型可燃气体爆炸极限与阻火实验装置可在常温常压下测定气体爆炸极限和阻火材料隔爆、阻火性能。它采用向演示测试管连续供气，正向点火激爆，测试气体爆炸极限及阻火材料隔爆性能；反向点火燃烧，测定阻火材料阻火性能；声级计可以测定可燃气体与助燃气体在爆炸上下极限内不同混合比时的爆炸强度。该装置广泛应用于安全、石化、消防、燃气、矿业等专业的实验教育，同时也用于可燃气体、消防器材、石化等企业生产部门和相关科研单位作性能的对比性实验装置。DBZ-Ⅰ型实验装置在当时达到国际先进水平，具有测试速度快、声光形态直观、效果明显、测试重复性良好等特点。该装置既能测试可燃气体爆炸极限，也能进行阻火实验，实现了一机多用，且结构简单。随着科学技术突飞猛进的发展，人们对仪器要求的提高，DBZ-Ⅰ型实验装置也暴露出不少问题，迫切地需要进行改造升级。

2.2　DBZ-Ⅰ型实验装置的必要性

1.DBZ-Ⅰ型实验装置在教学中的作用

实验教学在正常教学过程中是不可或缺的，理论与实践不可分割，两者相辅相承。理论在应用到实际时，往往存在很大距离，尤其是爆破学。学生在课堂上学习了理论知识，只属于抽象层，对实际却缺少直观的认识，所以本装置作为教学设备在增强学生的直观认识上具有重要的作用。该仪器设备设置了隔爆阻火系统，可以防止回火、回爆，性能安全可靠，而且通过其观察窗可以直接观察到测试状态，效果直观，所以该仪器设备有助于学生更好地理解可燃气体的相关性能以及对可燃气体的爆炸燃烧的控制方法，在火灾与爆炸安全工程学实验教学过程中有着极其重要的作用。

2.DBZ-Ⅰ型实验装置的不足

DBZ-I型实验装置体积较大，操作复杂，需要试验人员较多，且实验结果处理繁杂。同时存在当用氧气当做助燃剂时，最高噪声分贝较高的不足。目前已经很少有类似的产品在实验教学中使用，取而代之的将是更为轻便的实验仪器、能自动记录实验数据并利用自动化技术对数据自动处理并输出。

3.DBZ-Ⅰ型实验装置使用现状

该装置在我校安全工程实验室内现存有一套，但因仪器部件问题现已按设计要求停止使用。该套设备在安全工程实验室重建搬迁之前已使用10多年，且在实验室改造建设搬迁过程中其电子设备遭到损坏，同时受到物理化学因素影响，橡胶管老化严重，部分机械部件、钢质出现了明显锈蚀，已不能达到该仪器设计使用要求。鉴于以上情况已严重影响了该设备在使用时的安全性与实验结果的准确性，已然不能达到设计要求，所以在实验室恢复过程中经讨论研究，考虑到安全性、实验结果严谨性，决定停止使用该套仪器设备，并对其进行改造更新。

3　DBZ-Ⅰ型实验装置升级改造

本次升级改造的主要内容为在原有的基础（DBZ-Ⅰ型实验装置）上，进行自动化研制，在原来的基础上重新设计电路，消除电容易损的缺陷。升级改造后的仪器为DBZ-Ⅱ型可燃气体爆炸极限与阻火实验装置（以下简称“DBZ-Ⅱ型实验装置”）。

3.1　DBZ-Ⅱ型实验装置系统组成与结构构造

本装置全系统如图1所示，由实验台Ⅰ、控制箱Ⅱ、燃气源Ⅲ、声级计Ⅳ和若干软管与电缆组成。其中：测试装置由端盖12、火花塞4、堵孔螺丝、激爆管3、阻火试验箱2以及观察窗6组成；阻火试验箱由箱架、观察孔盖、阻火插片、阻火材料试验架和接管等组成；在测试管上开有若干测试孔并配置堵孔螺丝。

图1　可燃气体爆炸极限与阻火实验装置系统布置

Ⅰ.实验台；Ⅱ.控制箱；Ⅲ.燃气源；Ⅳ.声级计；1.消声器；2.阻火试验箱；3.激爆管；4.火花塞；6.观察窗；7.导气管；8.流量计；9.控制按钮；10.助燃气体；11.可燃气体；12.端盖；13.测试孔；14.混合器

3.2　DBZ-Ⅱ型实验装置系统工作原理

1.爆炸极限测试

图2　爆炸噪声级随可燃气体混合比变化曲线（武汉供气站液化石油气＋空气）

本装置采用压缩空气作为助燃剂。当待测可燃气体与空气由输送管路连续进入测试仪时，操纵流量计进气接头和分流器上的球阀开关调节流量，使两者稳定地达到一定比例。然后这两种气体分别连续进入实验台，经阻爆装置后，再经混合器快速将其混合成具有所需均匀混合比的有压可燃预混气体。这种混合气体连续进入激爆管时，其前沿部分将管内空气和废气迅速排出，待后继混合气进人激爆管时，基本上保持预定混合比；当确保混合气能够充满测试管后（调定混合比后再供气50s），操纵起爆箱使激爆管内的火花塞产生电火花并对动态条件下的混合气进行激爆。爆炸时产生的冲击波和爆炸产物冲出管口，产生相应的爆炸声。测试人员在距管口侧向一定距离（规定6m）处，用声级计测出可燃混合气体在不同混合比时的爆炸噪声级。根据测量记录数据，可绘出爆炸噪声级随可燃混合气体混合比的变化曲线（图2），从曲线图可确定燃气爆炸上限、爆炸下限、爆炸范围和最优混合比。还可以在燃爆管附近直接观察不同混合比时爆炸的声、光和燃烧现象，接近爆炸下限或上限时，由于爆炸噪声低，不易分辨，可以观察可燃气流量计上浮子是否跳动来判断是否爆炸。根据这些现象来判断不同混合比时的爆炸效果、化学反应情况并确定爆炸极限。测试流程如图3所示。

2.阻火耐烧测试原理

在实验箱内装上一定孔径和数量的金属丝网阻火片或装有其他阻火材料（模拟）试验架；若阻火无效，火焰即通过（或稍待后即通过）阻火片向供气端传播；若阻火片阻火有效，则火焰停留在阻火片外侧，继续燃烧10s后停止供气；待燃烧熄灭后，再继续供应混合气重复实验。

图3　可燃气体爆炸范围测试系统工作示意图

4　DBZ-Ⅱ型实验装置功能对比分析

通过技术改造，去掉过时的东西，增加新的东西，使原来的功能不仅没有影响，而且大大增强，并且高度扩展。改造后达到的主要功能有爆炸浓度极限测试、燃烧浓度测试、声压（相对爆压）随空气与燃气混合比变化规律测试、阻火材料阻火性能测试、阻火材料耐烧性能测试、材料阻爆性能测试共6项主要功能。主要技术指标有：点火装置，输出电压1 500V，系统最大爆压≤1MPa（10kgf/cm²），系统阻力≤0.05Pa（0.5kgf/cm²），噪声级≤120dB，重量≤50kg。

改造后，该仪器的实验效果会更好，从而减少实验次数，节约实验耗材；最重要的一点就是，改造后的安全性更高，因为实验材料是易燃易爆品，本身的危险性很高，因此只有不断地提高技术水平把风险控制在可接受的水平。对仪器在原基础上作了如下功能扩展。

（1）缩小仪器体积：可燃气体相关爆破参数测定一般要求在室外操作，这就要求装置有良好的可移动性，对此，新设备较之前的仪器体积有明显的缩小。

（2）采用定时控制系统：原设备点火方式为瞬时式，即摁下控制面板上的点火按钮，火花塞立即点火，与目前广泛使用的延时点火方式不同，新设备采用自动控制系统，采用定时系统对点火方式进行安全控制。

（3）提高安全性及准确性：在新仪器设备改造中，将增加缓冲设备，以缓解系统额外压力，增加系统运行安全性。同时，利用先进的控制技术，采用现代传感原理，应用更为灵敏的传感器，提高实验准备性。

（4）提高该设备的可操作性：旧设备操作箱与工作箱基本处于一体，在新设备改造时，对控制进行改进，采取远程独立控制方式，增强设备的可操作性。

（5）延长仪器使用寿命：新设备至少延长10年使用寿命。

5　结论

DBZ-Ⅰ型实验装置进行升级改造，不仅节省了购买相关产品资金，同时充分挖掘了已有资源的潜力，而且培养和锻炼了一批掌握新技术的开发、维修实验仪器的人员。通过实践，DBZ-Ⅰ型实验装置升级改造不仅满足了正常的实验教学需求，同时也带来了一定的社会经济效益。

参考文献

程泽星.可燃气体爆炸极限演示装置［P］.CN201611534U，2010.

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魏伴云，陈灿昌，孙国才.DBZ-Ⅰ型燃气爆炸极限与阻火实验装置的研制［J］.工业安全与防尘，1991（3）.

杨家才.DBZ-Ⅰ型实验装置研制成功［J］.西部探矿工程，1991（1）.