一种石化构件耐火性能的测试系统

技术领域

本发明属于安全科学与工程应急处置技术领域，具体涉及一种石化构件耐火性能的测试系统。

背景技术

随着石化行业的蓬勃发展，石化企业的规模和数量急剧增加。石化企业内部涉及的物料多为易燃易爆的油品，因此，石化火灾事故频繁发生。

石化火灾不同于建筑火灾，石化火灾主要的火灾类型包括池火、流淌火和喷射火，其中，流淌火和池火的主要区别是火灾周边是否有限制，流淌火周边没有限制，因此油品会继续流淌，池火周边有限制，因此不再流淌；相同尺寸的池火和流淌火的火焰温度和周边热辐射基本相同；而喷射火则与之不同，喷射火是高压液体或气体泄漏，遇到点火源产生，由于液体或气体是高压状态，泄漏速率与火灾的燃烧速率都较大，热释放速率高，火焰温度高，热辐射强度大。

为此，要研究石化火灾对构件的危害，主要；考虑池火和喷射火两种火灾形态对构件的影响即可。目前，国内针对石化火灾对构件的危害，并没有专门的标准，石化行业测试火灾对构件的危害，都采用GB—9978《建筑构件耐火试验方法》，该标准采用耐火试验炉，通过规定炉内温度和压力，测试建筑构件的耐火性能；而石化火灾与建筑火灾差别很大，石化池火灾的温度和温升速率都比建筑火灾高，石化喷射火的温度和温升速率则比池火灾的还要高，同时，喷射火还存在火焰形态长，具有冲击效应，多次冲击效应等；针对构件的灭火救援，还需要测试构件的抗水冲击能力。

因此，急需一种石化构件耐火性能的测试系统。

发明内容

本发明针对石化火灾及构件的特点，提出了一种石化构件耐火性能的测试系统，综合考虑了池火和喷射火的特性，考虑了抗水冲击性能，可对石化行业的构件进行耐火性能测试。

本发明采用了以下技术方案：

一种石化构件耐火性能的测试系统，其包括燃气系统、控制系统及水冲击系统；

所述的燃气系统用于模拟石化池火和/或喷射火，所述的控制系统用于控制燃气系统中燃烧喷嘴的开启或温度的增减，所述的水冲击系统用于测试石化构件的抗水冲击性能。

作为本发明的一个优选方案，上述的燃气系统包括丙烷输送机构和空气输送机构，丙烷输送机构和空气输送机构分别将丙烷和空气输送至空燃比例阀中进行混合，然后经输出管路输出，上述的输出管路连接有多根支管，其中每根支管上均设置有点火电极及燃烧喷嘴。

作为本发明的另一个优选方案，上述的丙烷输送机构包括通过第一输气管线依次连接的液化丙烷罐、第一电磁阀、气化炉、一级减压阀、气液分离器、二级减压阀，在上述的二级减压阀后的第一输气管线分为两条支路，一条支路管线通过第六电磁阀连接上述空燃比例阀，另一条支路管线连接有第七电磁阀，另一端连接在上述空燃比例阀后端的支路管线上。

进一步的，所述的空气输送机构包括通过第二输气管线依次连接的风机、流量计、第二电磁阀、第一电动流量调节阀，所述第二输气管线的另一端与所述的空燃比例阀连接。

进一步的，所述的支管至少设置有三根，对应的每根支管上设置有一个燃烧喷嘴，分别为第一燃烧喷嘴、第二燃烧喷嘴和第三燃烧喷嘴，在第一燃烧喷嘴的后方安装有第三电磁阀和第二电动流量调节阀，在第二燃烧喷嘴的后方安装有第四电磁阀和第三电动流量调节阀，在第三燃烧喷嘴的后方安装有第五电磁阀和第四电动流量调节阀。

进一步的，所述的控制系统主要包括温度传感器和PLC控制器，所述的温度传感器均匀布置在每个燃烧喷嘴的前面。

进一步的，所述的温度传感器用于将测得的温度信号传递给PLC控制器，通过所述的PLC控制器分析各个温度传感器的温度数值，与预定的温度值进行比较分析，然后发出相应的指令至相关的电磁阀和电动流量调节阀，从而实现燃烧喷嘴的开启或温度的增减。

进一步的，所述的水冲击系统包括供水装置、水泵、压力表、PID控制器、变频器、输水管线及喷枪，所述的供水装置通过水泵将水抽出，所述的水泵通过输水管线连接至分支水管，所述的喷枪位于所述的分支水管上。

进一步的，所述的输水管线上安装所述压力表，所述的压力表通过数据线与所述的PID控制器连接，将压力数据实时传输到PID控制器中，PID控制器将测量压力与预设压力比较分析，进而发出相应指令，从而传输到变频器上，所述的变频器与所述水泵连接，所述的变频器用于控制水泵转速，进而调节出水压力。

进一步的，所有的燃烧喷嘴和喷枪均匀间隔布置在同一竖直平面上。

进一步的，所述的风机的出口端先连接一软管，所述的软管的另一端连接在第二输气管线上。

进一步的，每个点火电极均位于每个燃烧喷嘴的上方。

本发明的另一任务在于提供上述石化构件耐火性能的测试系统在测量石化构件的耐火性和抗水冲击性实验中的应用。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

本发明可以模拟石化池火和喷射火，充分考虑到石化池火和喷射火的高温和高温升速率特性；同时可以模拟火焰的间断冲击效应以及水冲击效应，充分考虑到石化构件在火灾情况下可能存在的情形，进而对石化构件进行全方面的耐火性能测试。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明燃烧系统的管路示意图；

图2为本发明控制系统的控制示意图；

图3为本发明水冲击系统的示意图；

图4为本发明燃烧喷嘴和喷枪的示意图。

图中：1、液化丙烷罐，2-1、第一电磁阀，2-2、第二电磁阀，2-3、第三电磁阀，2-4、第四电磁阀，2-5、第五电磁阀，2-6、第六电磁阀，2-7、第七电磁阀，3、气化炉，4、一级减压阀，5、气液分离器，6、二级减压阀，7、空燃比例阀，8、第一输气管线，9、风机，10、软管，11、流量计，12-1、第一电动流量调节阀，12-3、第二电动流量调节阀，12-4、第三电动流量调节阀，12-5、第四电动流量调节阀，13-3、第一点火电极，13-4、第二点火电极，13-5、第三点火电极，14、燃烧喷嘴，14-3、第一燃烧喷嘴，14-4、第二燃烧喷嘴，14-5、第三燃烧喷嘴，15、支管，16、PLC控制器，17、供水装置，18、水泵，19、输水管线，20、压力表，21、PID控制器，22、变频器，23、分支水管，24、喷枪，15-3、温度传感器。

具体实施方式

本发明提出了一种石化构件耐火性能的测试系统，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明，结合图1至图4所示，一种石化构件耐火性能的测试系统，其包括燃气系统、控制系统及水冲击系统；

上述的燃气系统用于模拟石化池火和/或喷射火，上述的控制系统用于控制燃气系统中燃烧喷嘴的开启或温度的增减，上述的水冲击系统用于测试石化构件的抗水冲击性能。

上述的燃气系统包括丙烷输送机构和空气输送机构，丙烷输送机构和空气输送机构分别将丙烷和空气输送至空燃比例阀7中进行混合，然后经输出管路输出，上述的输出管路连接有多根支管，其中每根支管上均设置有点火电极及燃烧喷嘴。

上述的丙烷输送机构包括通过第一输气管线8依次连接的液化丙烷罐1、第一电磁阀2-1、气化炉3、一级减压阀4、气液分离器5、二级减压阀6，在上述的二级减压阀6后的第一输气管线分为两条支路，一条支路管线通过第六电磁阀2-6连接上述空燃比例阀7，另一条支路管线连接有第七电磁阀2-7，另一端连接在上述空燃比例阀后端的支路管线上。

上述的空气输送机构包括通过第二输气管线依次连接的风机9、流量计11、第二电磁阀2-2、第一电动流量调节阀12-1，上述第二输气管线的另一端与上述的空燃比例阀7连接。优选在上述的风机的出口端先连接一软管10，软管10的另一端连接在第二输气管线上，设置软管的目的在于为了避免振动等影响。

上述的支管15至少设置有三根，对应的每根支管上设置有一个燃烧喷嘴14，分别为第一燃烧喷嘴14-3、第二燃烧喷嘴14-4和第三燃烧喷嘴14-5，在第一燃烧喷嘴14-3的后方安装有第三电磁阀2-3和第二电动流量调节阀12-3，在第二燃烧喷嘴14-4的后方安装有第四电磁阀2-4和第三电动流量调节阀12-4，在第三燃烧喷嘴的后方安装有第五电磁阀2-5和第四电动流量调节阀12-5。

上述的控制系统主要包括温度传感器和PLC控制器16，上述的温度传感器均匀布置在每个燃烧喷嘴的前面。温度传感器15-3用于将测得的温度信号传递给PLC控制器，通过上述的PLC控制器分析各个温度传感器的温度数值，与预定的温度值进行比较分析，然后发出相应的指令至相关的电磁阀和电动流量调节阀，从而实现燃烧喷嘴的开启或温度的增减。

上述的水冲击系统包括供水装置17、水泵18、压力表20、PID控制器21、变频器22、输水管线19及喷枪24，上述的供水装置通过水泵将水抽出，水泵通过输水管线连接至分支水管23，喷枪连接在分支水管23上。输水管线上安装压力表20，压力表20通过数据线与PID控制器21连接，将压力数据实时传输到PID控制器21中，PID控制器21将测量压力与预设压力比较分析，进而发出相应指令，从而传输到变频器22上，变频器与水泵连接，变频器22用于控制水泵转速，进而调节出水压力。如图4所示，所有的燃烧喷嘴和喷枪均匀间隔布置在同一竖直平面上。

优选每个点火电极如第一点火电极13-3、第二点火电极13-4、第三点火电极13-5均位于每个燃烧喷嘴的上方。

下面结合具体实施例做详细说明。

实施例1：

燃气系统包括液化丙烷罐、电磁阀、气化炉、一级减压阀、气液分离器、二级减压阀、空燃比例阀、第一输气管、风机、软管、流量计、电动流量调节阀(带电动执行器)、点火电极、燃烧喷嘴等；

其中，液化丙烷罐通过第一输气管线依次与电磁阀、气化炉、一级减压阀、气液分离器、二级减压阀相连接，然后管线分为两支，一支通过电磁阀与空燃比例阀进行连接，另一支连接电磁阀，从而绕过空燃比例阀；风机提供空气，为了避免振动等影响，首先连接软管10，然后通过第一输气管依次与流量计、电磁阀和电动流量调节阀相连接，最后与空燃比例阀连接，这样空气和丙烷在空燃比例阀中按一定比例混合，然后输出，通过支管均匀输出到多支燃烧喷嘴上，每支支管的燃烧喷嘴后面安装有磁通阀和电动流量调节阀。

控制系统主要包括温度传感器、PLC控制器等，温度传感器均匀布置在燃烧喷嘴前面，测量的温度信号传递给PLC控制器，PLC控制器分析各个温度传感器的温度数值，与预定的温度值进行比较分析，然后发出相应的指令到电磁阀或电动流量调节阀，进而通过电磁阀或电动流量调节阀来实现燃烧喷嘴的开启或温度的增减。

水冲击系统包括供水装置、水泵、输水管线、压力表、PID控制器、变频器、分支水管、喷枪等；其中，供水装置通过水管与水泵相连接，然后通过输水管线输水，分为多支分支水管，每支分支水管上连接喷枪；输水管线上安装有压力表，实时测量水压，压力表通过数据线与PID控制器相连接，可以将压力数据实时传输到PID控制器中，PID控制器将测量压力与预设压力比较分析，进而发出相应指令，从而传输到变频器上；变频器与水泵相连接，从而控制水泵转速，进而调节出水压力。燃烧喷嘴和喷枪均匀间隔布置在同一竖直平面上，从而可以进行耐火性和抗水冲击性测试。

实施例2：

利用本发明实施例1中的耐火性能测试系统来模拟石化池火，可同时模拟石化火灾的冲击效应和水冲击效应。具体模拟方法为：

(1)模拟石化池火灾：打开除第七电磁阀2-7之外的所有的电磁阀，开启风机9，从而供应空气到空燃比例阀7中；打开液化丙烷罐1，液化丙烷首先通过气化炉3，气化炉3将绝大部分液化丙烷气化成气体，然后通过一级减压阀4，从而能够降低液化丙烷气的压力，然后通过气液分离器5，能够将没有气化的液态丙烷与气化的液化丙烷气分离，从而避免液态丙烷进入燃烧喷嘴，导致液态燃料的流淌等不安全事故；

液化丙烷气通过二级减压阀6进行再次减压，从而输出能够满足压力要求的丙烷气，丙烷气进入空燃比例阀7，按照预先设定的比例与空气混合，因为石化池火主要的特性是高温和快速升温，为了节省燃料，空燃比例设置为最佳化学当量比，从而形成空气燃料的预混气；空气燃料预混气通过多支分支管15，进入多个燃烧喷嘴；

控制点火电极进行点火，从而将预混气点燃；

燃烧喷嘴前面的温度传感器15-3测量喷嘴前面的各点温度，并将温度数据实时传输到PLC控制器16中；PLC控制器16分析传入的温度数据，并与设定的各个燃烧喷嘴前端的温度进行比较，然后首先通过调节第一电动流量调节阀12-1调节总的燃料流量，其次调节各个分支上的电动流量调节阀12-3/12-4和12-5等，调节各个燃烧喷嘴的流量，从而使各个测点处的温度满足要求。

实施例3：

利用本发明实施例1中的耐火性能测试系统来模拟石化喷射火，可同时模拟石化火灾的冲击效应和水冲击效应。具体模拟方法为：

按照标准ISO-22899，目前，石化喷射火对石化构件的测试，主要采用采用流量为0.3kg/s的丙烷气体点燃，进行测试，而不采用预混气体；

打开电磁阀第一电磁阀2-1、第七电磁阀2-7，分支管路上任意一个电磁阀如第四电磁阀2-4，打开液化丙烷罐1，液化丙烷依次通过气化炉3、一级减压阀4、气液分离器5和二级减压阀6，从而能够得到满足压力要求的丙烷气体，丙烷气不与空气混合，直接通过打开的第四电磁阀2-4进入第二燃烧喷嘴14-4；利用第二点火电极13-4，点燃第二燃烧喷嘴14-4，形成喷射火，调节第三电动流量调节阀12-4，使丙烷的流量既能够满足标准要求，又能按照自己的要求进行调整；

标准ISO22899并没有对喷射火的多次冲击性能规定测试要求，因此，需要自己设定喷射火的冲击时间间隔，冲击压力或流量，并通过控制第三电动流量调节阀12-4实现。

实施例4：

利用本发明实施例1中的耐火性能测试系统来构件抗水冲击性能测试。

打开水泵18，将供水装置中的水抽吸到输水管线19中，压力表20实时测量水管压力，并传输到PID控制器21中，PID控制器按照预先设定的压力值，通过变频器22调节水泵18转速，从而调节输出压力，使压力满足要求，输水管线19分为多支分支支管23，每支分支支管的前端连接喷枪24，设定压力的水从喷枪射出，从而可以对前面的构件进行抗水冲击性测试。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

尽管本文中较多的使用了诸如液化丙烷罐1、第一电磁阀2-1、空燃比例阀7、第一输气管线8等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。