喷射超细ABC粉体对瓦斯爆炸的抑制与增强作用

通过触发抑爆装置气体发生器产生高压运载气体(氮气),驱动超细ABC粉体快速喷射的方式,在100 L爆炸容器内开展了甲烷/空气混合物爆炸抑制研究,旨在揭示抑爆介质喷射量、抑爆装置触发时间等关键参数对瓦斯爆炸抑制效果的影响。结果表明:在抑爆介质喷射总量40 g条件下,甲烷/空气混合物点燃后50 ms时间段内触发抑爆装置,超细ABC云幕均能将爆炸火焰轮廓完全覆盖,甲烷/空气混合物爆炸火焰传播得以完全抑制,当抑爆装置触发时刻超过55 ms时,仅使爆炸发展过程推迟,并不能降低爆炸强度。抑爆装置触发时间维持55 ms不变,只有将抑爆介质喷射量增加到60 g时,才能将爆炸火焰传播熄灭。研究还发现,在抑爆装置触发时间一定时,抑制爆炸所需的超细ABC粉体存在较为确定的临界量,当抑爆介质喷射量低于临界值时,在抑爆介质喷射的初始阶段,爆炸火焰传播有所衰减,但随后火焰传播更加迅速,整体上对爆炸火焰传播起到促进和强化作用;而当抑爆介质喷射量高于临界值时,过量喷射抑爆介质对爆炸抑制效果也起不到进一步改善作用。作为驱动超细ABC粉体的必要动力源,氮气喷射过程对爆炸的强化作用十分显著,通过合适的超细ABC粉体冗余量充装可有效克服上述不足。     

抑爆剂面密度对瓦斯爆炸传播抑制效果的影响

单位面积内的抑爆剂浓度是影响瓦斯爆炸抑制效果的关键因素。为研究抑爆剂面密度对瓦斯爆炸传播抑制效果的影响,在500 mm爆炸管道内开展了5种不同面密度抑爆剂作用下的抑爆实验。研究表明:ABC超细干粉灭火剂对爆炸火焰的抑制作用较对爆炸压力的衰减作用更明显,实验中爆炸压力降幅最高为57.6%,火焰速度降幅最高达100%。抑爆效果随抑爆剂面密度的增大而增强,只有当抑爆剂面密度大于临界值时,爆炸压力与火焰才能同时得到有效控制,实验中测得的临界面密度为40.8 kg/m~2。     

输送管道内低浓度瓦斯爆炸抑制试验

自动喷粉抑爆装置是低浓度瓦斯管道输送的重要安全保障设备之一。运用内径500 mm爆炸管道研究自动喷粉抑爆装置对输送管道内低浓度瓦斯爆炸传播的抑制效果,并分析其抑爆机理。结果表明:抑爆效果受抑爆装置安装位置的影响很大,火焰传感器与抑爆器的最小安装距离为20 m。爆炸火焰在抑爆器后方需传播一定距离才能被完全扑灭,存在一个区间和时间的过程。冲击波压力峰值由于产气剂喷射压力的抵消和ABC干粉灭火剂的抑制作用发生衰减,但衰减幅度相对较小。     

超细活性及惰性粉体对甲烷/空气预混物层流火焰传播的影响

开展了施加超细惰性SiO_2及活性NaHCO_3粉体对甲烷/空气预混物爆炸层流火焰传播影响的研究,利用高速摄像及纹影系统为主要手段,探究了火焰微观结构及全程火焰传播速度的变化,以及爆炸压力增长进程等参数的变化趋势。结果表明,添加少量SiO_2超细粉体后,火焰传播得以强化,粉体施加量为50 g/m~3量级时,火焰传播速度增长近1倍,提高粉体浓度,其物理作用的抑制效能方能逐步体现,粉体施加量提高到150 g/m~3时,对火焰扰动导致的燃烧强化与吸热抑制作用可相抵消。而施加超细NaHCO_3粉体后,传播速度得以明显抑制,火焰阵面被分割成蜂窝状,抑制程度与施加量成正比,当NaHCO_3的质量浓度达到150 g/m~3时,能够将爆炸火焰完全抑制。施加超细NaHCO_3粉体后,爆炸压力的增长进程明显减缓,而施加超细惰性SiO_2对爆炸压力的抑制效能并不显著。     

瓦斯输送管道爆炸自动喷粉抑爆技术

通过论述自动喷粉抑爆技术原理及构成,分析总结瓦斯管道爆炸传播规律,得出自动喷粉抑爆技术抑爆效果主要取决于装备相应时间、干粉浓度粒度及NH4H2PO4质量分数。在DN500爆炸试验管道进行瓦斯管道爆炸传播试验和抑爆试验研究自动喷粉抑爆装置抑爆效果,抑爆器动作后,爆炸火焰在抑爆器后3.5 m内被扑灭,爆炸冲击波在爆炸火焰被扑灭后,不断衰减,最终消失。试验表明:自动喷粉抑爆技术能够有效的抑制瓦斯爆炸。     

SiO2纳米粉体抑制瓦斯爆炸的试验研究

为了研究纳米粉体的抑爆作用,采用自主改进容积为20L的近球形抑爆试验系统,测试添加SiO2纳米粉体时的瓦斯爆炸极限、压力等特性参数的变化,并同微米级粉体对比分析其抑爆效果,同时研究粉体质量浓度和点火时间对抑爆效果的影响.试验结果表明:同微米级粉体相比.纳米粉体的抑爆效果更好;质量浓度为0.1 g/L、粒径为 50 nm 的SiO2 粉体可使瓦斯与空气混合气体(瓦斯体积分数7%)的爆炸压力下降约70%,压力上升平均速率下降约90%,爆炸极限范围缩小约43%;超细粉体抑爆剂在固定空间内存在最佳抑爆浓度范围,并不是粉体添加量越大抑爆效果越好;粉体抑爆剂喷洒形成固体微粒气溶胶后存在最佳抑爆时间范围,超出该时间范围抑爆作用衰减明显.     

泡沫金属板腔体添加剂的抑爆效果研究

为了提高泡沫隔爆装置的抑爆性能,提出了向泡沫金属板中填充干粉抑爆剂来增强泡沫金属板的隔爆效果。试验以自行研制的"瓦斯-煤尘爆炸系统"为试验基础,采用15 ppi、0.3 g/cm~3、铁∶镍=9∶1泡沫铁镍金属板为填充骨架,以ABC和BC超细干粉为填充材料。通过正交试验,寻求向泡沫金属板中填充的最佳抑爆材料和填充比例。试验结果表明:泡沫金属板中填充干粉抑爆剂具有良好的抑爆效果,15 ppi、0.3 g/cm~3、铁∶镍=9∶1泡沫铁镍金属板最佳填充比例为35%,抑爆效果最佳的填充体是ABC∶BC=1∶1的混合干粉抑爆剂,能使爆炸产生的压强由0.342 MPa降低至0.098 MPa,衰减率为71.3%,火焰速度由522 m/s降低至114 m/s,降低率达到78.1%,爆炸产生的强度明显减小。     

抑制瓦斯煤尘爆炸传播的主动喷粉抑爆技术

通过阐述主动喷粉抑爆技术的技术原理,分析总结瓦斯煤尘爆炸传播规律,认为主动喷粉抑爆技术的应用效果主要与抑爆粉剂浓度、主动喷粉抑爆技术装备动作时间及瓦斯煤尘爆炸传播规律有关;并通过大型地下试验巷道,模拟实际应用主动喷粉抑爆技术及装备抑制实际发生的瓦斯煤尘爆炸传播试验,分析了主动喷粉抑爆技术对爆炸火焰及冲击波压力的抑爆效果,验证了主动喷粉抑爆技术能够在爆炸初期抑制瓦斯煤尘爆炸传播。     

超细磷酸铵盐干粉抑制瓦斯爆炸的实验研究

磷酸铵盐干粉是哈龙灭火剂的最佳替代品之一,同时,超细干粉的灭火效果要远远大于普通的干粉灭火剂。将超细磷酸铵盐干粉用于抑制瓦斯爆炸,采用容积为20 L近球形气体抑爆实验系统,测试粒径为22μm的超细磷酸铵盐干粉对瓦斯的抑爆效果。实验结果表明:该超细磷酸铵盐干粉使浓度为7%的瓦斯最大爆炸压力pm最大降低32%,同时,粉体最佳抑爆浓度为50 g/m3。实验证明,抑爆粉体的抑爆效果不仅与粉体的浓度有关,同时也与瓦斯浓度有一定的关系。     

瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势

为了有效控制和降低瓦斯爆炸事故带来的破坏效应,不断完善抑爆理论体系,在调研国内外抑制瓦斯爆炸相关文献的基础上,按抑爆材料种类的不同,分别从气体、水雾、粉体以及多相复合抑爆4个方面总结和分析了近年来瓦斯抑爆材料和抑爆机理的研究进展,并提出未来的创新发展趋势。大部分研究通过试验研究对比分析各类材料抑爆效果的差异性,结合最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、爆炸极限、爆炸威力指数、火焰传播、火焰温度等特征参数的变化规律,基于理论分析和数值模拟解释其爆炸抑制机理,主要基于物理惰化可燃气体及氧气浓度、冷却或吸收爆炸区域热量、隔绝热传递、消除甲烷爆炸支链反应产生的H、O、OH等关键自由基等进行瓦斯抑爆机理分析,发现能有效探明抑爆材料影响瓦斯爆炸反应微观作用机理的试验检测手段明显不足。多相态材料复合抑爆是近年来研究的热点,发现了多种抑爆材料联合使用时会出现协同增效现象,其抑爆效果明显比单一材料使用时抑爆效果好,但其协同抑爆机理尚未揭示清楚,有待深入研究。多种材料的组合抑爆规律、多种材料协同抑爆机理的精准揭示、使用先进的试验设备检测反应微观过程、高效环保的新材料抑爆剂研发等将是未来瓦斯抑爆研究的重点。     

Comparative experimental study on inhibiting gas explosion using ABC dry powder and diatomite powder

Using a 20 L spherical explosion suppressing test system, the largest gas explosion pressure and maximum pressure rising rate with additives of ultra-fine ABC dry powder and diatomite powder were tested and compared, and the explosion suppression effect of the two kinds of powder was analyzed. Experimental results show that both powders can suppress gas explosion and ABC dry powder is superior to diatomite powder. Adding two powders under the same experimental conditions, when methane concentration is 7.0%, the maximum explosion pressure decreased 39% and 4%, respectively, while the rising rate of the maximum pressure decreased 80% and 53%, respectively. When methane concentration is 9.5%, the maximum explosion pressure decreased 14% and 12%, respectively, the rising rate of maximum pressure decreased 62% and 27%, respectively, the maximum explosion pressure decreased 23% and 18%, respectively, while the rising rate of the maximum pressure decreased 77% and 70%, respectively. When methane concentration is 12.0%, the explosion suppression effect of ultra-fine ABC dry powder is not affected by the methane concentration, and the explosion suppression effect of diatomite powder under high methane concentrations is more obvious.     

典型盐粉及盐溶液对甲烷爆燃火焰传播特性的影响研究

为了探究典型盐粉及盐溶液对瓦斯爆炸的抑制规律,在自行搭建的不锈钢火焰加速管道内开展了NaCl、KCl粉末及NaCl溶液抑制甲烷/空气预混气体爆炸试验,研究了不同粉末铺设面密度、铺设长度、铺液浓度、铺液长度对甲烷爆燃火焰传播的抑制效果及其抑爆机理。结果表明,铺设NaCl、KCl盐粉对甲烷爆燃火焰传播具有抑制作用,爆燃压力及火焰平均传播速度均低于空白对照组|当NaCl、KCl盐粉的铺设面密度为150mg/cm2时,两种盐粉的火焰平均传播速度均衰减最大|随着粉末铺设长度的增加,对火焰传播抑制和促进作用均增强,KCl粉末的抑制作用相对于NaCl粉末更明显。布设NaCl溶液,爆燃火焰压力低于空白组。随着NaCl浓度的增加,爆燃压力的变化不明显,火焰平均传播速度呈降低趋势。溶液铺设长度增加,火焰平均传播速度、爆燃峰值压力逐渐降低。     

超细水雾-多孔材料协同抑制瓦斯爆炸实验研究

为探究超细水雾与多孔介质在协同作用下对多孔介质淬熄效果以及多孔介质上游爆炸超压的影响,自行设计并搭建了尺寸为80 mm×80 mm×1 000 mm透明有机玻璃瓦斯爆炸管道实验平台,研究超细水雾质量分数、多孔材料孔径及孔隙率对9. 5%甲烷压的协同抑制效果。实验结果表明,改变超细水雾质量分数、多孔材料孔径以及孔隙率,在多孔材料上游,最大火焰传播速度和最大爆炸超压有着显著变化,随着超细水雾质量分数增加,火焰锋面传播速度峰值和爆炸超压逐渐减小,爆炸超压峰值出现时间随之缩短,而随着孔径的减小,火焰锋面传播速度也逐渐减小,压力衰减率明显增加。同时,超细水雾和多孔材料的组合方式对瓦斯爆炸具有耦合抑制作用,管道内通入超细水雾可吸收反应区大量热能,降低反应速率与火焰传播速度,此外多孔材料的存在吸收了部分前驱冲击波,破坏正反馈机制,因此两者协同抑制优于单一抑制效果。放置在管道中的多孔材料使得传播火焰淬熄,且添加的超细水雾降低了多孔材料上游的超压,但是一旦多孔介质淬熄失败,火焰湍流加剧,可能会导致更为严重的事故发生。此外,与9. 5%甲空气预混气相比,孔隙率为87%,孔隙密度为20 PPI和超细水雾质量浓度为1 453. 1 g s,下降比例达到44. 23%,且多孔材料上游的最大爆炸超压为6. 13 kPa,降低了40. 62%,抑制效果最明显。     

超细水雾雾化方式对甲烷爆炸过程影响的实验研究

通过可视化实验对超细水雾作用下的爆炸过程进行研究,采用两种雾化方式产生超细水雾并借助PDPA实现确定水雾参数下的爆炸影响研究,发现超细水雾将导致爆炸产生增强与抑制两种相反的作用结果;超细水雾通过影响火焰阵面结构间接影响爆炸强度,而超细水雾对火焰阵面的影响程度与水雾参数(水雾粒径、速度和水雾浓度)有关;受超细水雾作用后的火焰分为4种结构,为有效实现爆炸抑制,应使其为小尺度湍流火焰,实现良好的热量交换且不引起明显的火焰面结构变化。同时,压力上升与火焰传播是相对应的,爆炸压力、压力上升速率曲线双峰值和火焰传播速度受水雾参数的影响显著。     

含弱约束结构受限空间甲烷爆炸及传播特征实验研究

为研究含弱约束受限空间内甲烷爆炸压力升高及沿扩散管的传播特征,对不同体积分数甲烷的爆炸特征参数进行了系列实验。获得了含弱约束结构受限空间在不同浓度甲烷爆炸时的压力升高规律,研究表明,含弱约束受限空间内的甲烷爆炸压力升高趋势类似封闭空间,但压力峰值远小于封闭空间,封闭空间最大压力是含弱约束结构空间的3.2倍。由于若约束结构的存在,甲烷体积分数较低时破膜压力较大,腔体内高压持续时间较短,而接近爆炸当量浓度时腔体内高压持续时间增长。扩散管中的爆炸压力和火焰传播规律随甲烷体积分数变化呈现明显不同。在实验条件下,当甲烷体积分数低于7.0%时,破膜激波与火焰锋面时间差最大为5.255 ms,扩散管中的火焰主要为膨胀火焰。而甲烷体积分数高于7.4%时,破膜激波与火焰锋面时间差为28~40 ms,说明在管外发生了二次爆炸,以湍流火焰为主。爆炸压力的沿管道传播则分为3种情况,甲烷体积分数低于7.0%时,爆炸压力随传播距离增大而减小;甲烷体积分数为7.4%和11.0%时,爆炸压力随传播距离增大呈线性增大;甲烷浓度为当量浓度时,其压力传播特征类似于全管道甲烷爆炸的特征,随传播距离呈现锯齿形增大。实验结论对天然气长输管道、LNG和CNG储罐检修过程中的爆炸事故预防和含弱约束结构的其他气体泄爆具有参考意义。     

改性赤泥粉体抑制瓦斯爆炸的实验研究

为了研制经济且高效的抑爆剂,以拜耳法赤泥为原料,经过脱碱、改性处理后得到具有较高比表面积(255 m2/g)的超细改性赤泥粉体材料。利用自制瓦斯抑爆实验系统,研究了改性赤泥粉体的抑爆性能。研究结果表明:经过改性的赤泥粉体在瓦斯抑爆实验中表现出良好的抑爆效果。其中,质量浓度为0.15 g/L的赤泥粉体可使甲烷体积分数为9.5%的甲烷-空气预混气体的爆炸最大压力降低30%,压力峰值出现时间延迟35.1%左右。结合热分析、氮气吸附-脱附等测试结果,对改性赤泥粉体的抑爆机理进行了讨论,分析表明改性赤泥具有较高的吸热性,同时具有较高的比表面积,能够有效吸附爆炸中产生的活性自基,从而达到抑爆的目的。     

利用铅冶炼烟尘制备超细氧化铅粉末

河南某底吹炉炼铅烟尘Pb含量达44.99%,可作为生产高质量超微细氧化铅粉末的重要资源。试验采用硫酸化焙烧预处理—NaCl浸出酸浸渣—氧化铅前驱体合成—氧化铅粉末生成工艺对超微细氧化铅粉末加工技术条件进行了研究。结果表明:试验确定条件下硫酸化焙烧预处理—水浸工艺的Pb、Cd、As去除率分别达2.67%、96.98%、100.00%,初步实现了铅与镉、砷等杂质元素的分离;NaCl浸出酸浸渣工艺的铅、镉作业浸出率为97.89%和98.12%;氧化铅前驱体合成工艺的铅转换率为97.88%;氧化铅粉末生成工艺彻底改变了晶体的形貌,生成物具有短棒状海绵疏松的微观形貌,长度小于2μm,氧化铅含量达98.31%,属优质超细氧化铅粉末。因此,该工艺为铅冶炼烟尘的回收和超细氧化铅粉末的制造提供了一种新的思路。     

密闭管内甲烷－煤粉复合爆炸火焰传播规律的实验研究

在1.2 m长竖直爆炸管内对不同初始条件下的甲烷－煤粉混合物进行了弱点火火焰传播实验。分别考察了甲烷浓度、煤粉浓度、煤粉粒径以及点火延迟时间对复合爆炸火焰传播特性的影响。结果表明,煤粉的存在使得纯甲烷在空气中爆炸火焰传播速度显著增大,最大火焰传播速度出现在距离点火端0.425 m（长径比等于6）处;火焰传播至长管末端壁面后,爆炸压力达到最大值;甲烷浓度越接近化学当量比,火焰传播速度越快;火焰传播速度随煤粉浓度和点火延迟时间的变化趋势为先增大后减小,最佳煤粉浓度为500 g/m³,最佳点火延迟时间为500 ms;在一定粒径范围内,火焰传播速度随着煤粉粒径的增大而减小。