基于MCS-CB的三通管内铝粉爆炸风险分析

为研究粉尘爆炸及抑爆后的风险变化,构建了基于蒙特卡罗模拟的粉尘爆炸不确定性风险及其概率变量评估方法,对三通管内铝粉爆炸压力动态不确定性变化及粉尘爆炸超压不确定性风险进行分析。结果表明：中位粒径为35 μm、质量浓度为500 g/m3的铝粉在典型位置三通管处爆炸超压服从Gamma分布,其爆炸超压平均值为0.10 MPa;蒙特卡罗模拟结果显示,以超过50%概率区间为例,分岔口处铝粉爆炸超压致管道结构损坏的风险性为85.41%,加入7.5%磷酸二氢铵后,超压对于管道结构的致损风险减小至45%。     

铝粉爆炸特性研究及抑爆剂的开发

利用20 L球对粉尘云浓度为40、60、125、250 g/m3的铝粉展开爆炸特性实验研究,测试爆炸压力随时间的变化规律、最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率。实验发现,在实验条件下,当粉尘云质量浓度为250 g/m3时爆炸压力最大,为0.557MPa;当粉尘云质量浓度为125 g/m3时最大爆炸压力上升速率最大,为22.5 MPa/s。在相同浓度下,磷酸二氢铵的抑爆效果优于碳酸钙,碳酸钙的抑爆效果优于碳酸氢铵,并且对于铝粉的抑爆效果随着抑爆剂体积分数的增加而逐渐增强,当磷酸二氢铵的体积分数超过30%便可以提供一个非常高效的抑爆效果。     

浓度对铝粉爆炸特性的影响研究

利用水平管道和垂直哈特曼管对粒径为6~7μm的铝粉在质量浓度100~800g/m3范围内的爆炸特性进行研究。研究结果表明:铝粉粒径一定时,随着铝粉浓度的增加,其最大爆炸压力、最大压力上升速率先增大后减小,即存在最佳爆炸浓度。水平管道内测得最佳爆炸质量浓度约为600g/m3,垂直哈特曼管中测得最佳爆炸质量浓度约为500g/m3。试验装置的尺寸与形状对铝粉爆炸特性有影响。     

惰性气体抑制丙酮蒸气爆炸实验对比研究

以丙酮为研究对象,利用HY-12474 型爆炸极限测试装置,测试丙酮蒸气的爆炸极限以及氮气、二氧化碳、七氟丙烷对丙酮蒸气爆炸的抑制效果。相比较而言,丙酮蒸气退出可爆范围,氮气、二氧化碳和七氟丙烷的浓度分别为32%、26%、13%。随着惰性气体的加入,氮气和二氧化碳使丙酮蒸气的火焰传播速度逐步降低。七氟丙烷的加入,在贫燃浓度时丙酮蒸气的火焰传播速度会有小幅度的提升,而后下降;在富燃浓度和化学计量浓度时,与氮气和二氧化碳的抑爆趋势相同,火焰传播速度一直降低。从数据上看,七氟丙烷的抑爆效率最高,但需要在合理的浓度范围内使用,二氧化碳次之,氮气最差。所得结论为气体抑爆剂的优选以及气体抑爆装置的研发提供了重要的理论依据。     

氢氟烃类物质对丙烷抑爆特性实验研究

采用20 L爆炸球装置开展了典型氢氟烃化合物(HFCs)对丙烷气体抑爆特性实验研究,得出爆炸压力、火焰传播速度的变化,分析不同H/F比例下氢氟烃的抑爆特性变化规律。实验起始压力为10~500 k Pa,实验温度为室温至200℃。实验结果表明:对于可燃气体丙烷,氢氟烃类抑爆剂微量加入初期导致最大爆炸压力升高,火焰传播速度加快,存在过压现象;随着H/F比例增大,五氟丙烷、五氟乙烷和七氟丙烷火焰传播速度抑制效果依次减弱,且最大爆炸压力来临时间相对缩短。     

超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸的实验研究

为掌握瓦斯-煤尘复合爆炸机理,通过可视化爆炸装置进行了密闭空间的超细水雾抑制甲烷-煤尘复合爆炸实验,探究了不同浓度的超细水雾对爆炸超压、压力上升速率、火焰传播速度的影响;研究了超细水雾作用下的火焰传播特征和爆炸不同阶段的抑爆机理。测定了不同煤尘粒径、浓度下的临界抑爆浓度。结果表明：超细水雾使爆炸超压延迟上升;爆炸火焰经历了点火焰、局部强发展火焰、连续不光滑火焰以及稳定分层火焰4 个发展阶段,抑制局部强发展火焰的出现是抑制爆炸的关键;随着超细水雾浓度的增加,压力的二次加速上升现象逐渐消失,放热速率与火焰锋面的燃烧速率的相关性增强;水雾的临界抑爆浓度随煤尘浓度的增加先增后降,随煤尘粒径的增加而降低。     

非金属球形抑爆材料抑爆性能实验研究

以激波管为主要测试设备,测定非金属球形抑爆材料在丙烷、汽油蒸气、乙烯与空气混合气体中燃爆超压和火焰传播速度,分析材料在3种介质中对火焰的抑制作用。测试压力的4个压力传感器距点火端的距离分别为0.8、2.4、3.0、3.6m。结果表明:非金属球形抑爆材料在3种气体介质与空气混合气体中抑爆能力分别为88.92%、75.44%、68.35%;材料在丙烷介质中抑爆性能最佳,且该材料对火焰速度的抑制具有很好的线性规律。设计并进行验证实验,装有球形抑爆材料的油桶点火爆炸后保持完整,达到预期的效果。     

HMX粉尘云火焰传播规律研究

采用改进的可视化Hartmann装置,研究HMX粉尘云爆炸火焰传播规律,观察不同HMX粉尘云质量浓度及粒度对其粉尘云爆炸火焰传播速度及火焰传播高度的影响。结果表明：HMX粉尘质量浓度从74.1 g/m³变化为185.1 g/m³,火焰传播最大高度从29.97 cm增加为60.81 cm,最大速度从58.91 m/s增加为175 m/s;火焰波动幅度随质量浓度的增加而增大,同时,火焰波动出现的时间明显提前。HMX粉尘粒径从19.02 μm增大为53.56 μm时,火焰传播最大高度由55.45 cm降低为40.02 cm,最大火焰传播速度由181.93 m/s降低为121.28 m/s,火焰波动幅度显著降低,火焰波动出现的时间推迟。     

方形管道内氩气对丙烷爆炸特性的影响

利用自行搭建的用于研究可燃气体爆炸特性试验平台,研究不同氩气添加量对4.5%丙烷-空气预混气爆炸压力、火焰传播速度及火焰前锋阵面结构的影响。结果表明:当预混气中氩气体积分数升高时,最大爆炸压力及火焰传播速度逐渐减小。当氩气体积分数达到37%时,预混气体不再发生爆炸,氩气起到完全抑爆的作用。当氩气体积分数24%时,火焰在传播过程中形成"郁金香"形火焰结构,并且此结构出现时间随氩气体积分数增大而滞后;当氩气体积分数≥24%时,在火焰传播过程中未形成"郁金香"形火焰。     

角联空间煤尘爆炸传播特性数值模拟

为研究角联管网内煤尘爆炸的传播特性,基于CFD理论模拟角联空间内煤尘火焰、冲击气流与压力传播特性。结果表明：煤尘入射后1 s 时爆炸反应趋于充分,该时刻角联分支与上行空间中高温火焰相遇,形成局部高度湍流,整个空间火焰最高温度升至3 100 K。爆炸反应充分时,角联管道上行空间火焰温度先减小后增大。爆炸反应充分时,呼吸带z=1.5 m 截面上冲击气流分别在管道起始端附近L 型拐弯处、上行管道与角联分支汇合处、管道末端T 型分岔口处出现三次加速,其中上行管道内L 型分岔口处冲击气流传播速度局部极大值高达77 m/s。爆炸反应充分时,沿爆炸传播方向压力总体减小,但上行管道与角联分支汇合处压力明显增大。角联分支与上行管道汇合处的压力值比下行管道汇合处压力值大0.034 MPa,证明压力波是由下行管道流经角联分支后传向上行管道的。     

密闭管道内爆炸下限甲烷-空气混合及爆炸规律

探索爆炸下限的甲烷浓度分布对密闭管道内混合气体爆炸传播规律的影响。采用实验研究和数值模拟,分析管道内爆炸下限的甲烷-空气不均匀分布对混合气体爆炸超压、火焰传播距离、火焰传播速度的影响,并分析点火位置对混合气体可燃性的影响、管道长度对火焰传播的影响。相比于均匀混合气体,非均匀混合气体爆炸超压峰值更大,火焰传播速度更快。小尺度管道的长度增大,非均匀混合气体最大瞬态火焰传播速度随之增大。     

碳酸钙、磷酸二氢氨与二氧化硅对面粉爆炸的抑制作用

以面粉为研究对象,采用20 L 爆炸球和哈特曼管测试系统,分别测试了碳酸钙、磷酸二氢氨、二氧化硅和碳酸钙与磷酸二氢氨复合对面粉最大爆炸压力、压力上升速率、火焰传播速度等特性参数的影响。对比分析了4 种惰性粉体的抑制效果及机理。结果表明：磷酸二氢氨除物理吸热外还通过化学分解抑制面粉燃烧和爆炸,其抑爆效果优于二氧化硅和碳酸钙;碳酸钙与磷酸二氢氨两者间会发生抑制燃烧爆炸的附加反应,二者复合比单一惰化粉体有更高的惰化效能。     

转弯对管道内甲烷爆炸传播特性的影响研究

设计实验方案,测试不同转弯角度对管道内甲烷爆炸传播特性的影响。转弯角度分别为52°、90°和145°,测试不同转弯角度下管道内甲烷爆炸超压峰值及火焰传播速度的变化规律。结果表明,转弯之前,转弯管道内超压峰值的变化趋势及火焰传播速度与长直管道中基本一致;转弯处,超压峰值迅速增大,而火焰传播速度却大幅度降低;转弯后,转弯角度越小,超压峰值增幅越大,火焰传播速度加速度越大。     

垂直哈特曼管与水平管道中铝粉爆炸特性

为研究铝粉粉尘在封闭空间中的爆炸特性,在其他实验条件相同的情况下研究两种不同的装置下点火延迟时间对铝粉爆炸参数的影响。结果表明:在哈特曼装置中的铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率都小于水平管道,且在最大爆炸压力上升速率上的差距更大。存在一个最佳点火时间使铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率同时达到最大值;哈特曼管中铝粉的最佳点火延迟时间小于水平管道。     

“8·2”昆山事故铝粉爆炸猛度实验研究

针对昆山爆炸事故中抛光铝粉进行实验研究,了解其爆炸危险性。利用Hartmann管对昆山事故铝粉进行爆炸筛选实验,观察其爆炸过程,定性其为爆炸性粉尘。使用20L球形粉尘爆炸罐,以不同的粉尘浓度定量研究昆山铝粉的爆炸猛度,得到最大爆炸压力为1.07 MPa,最大爆炸压力上升速率为91 MPa·s~(-1),爆炸指数为25 MPa·m·s~(-1),属于St2级爆炸性强的粉尘。通过与几种常见有机粉尘和普通铝粉对比,发现昆山铝粉的爆炸猛度比较高,危险性比较大。     

氢气系统中阻火器应用存在的几个问题

氢气在工业中应用较广。氢气是一种极易燃烧和爆炸的气体。为防止外界火源窜入氢气管网和设备之内 ,防止氢气管道因回火而引起爆炸 ,应采用氢气阻火器 ,因为氢气有其特殊性。一、氢气火焰传播的速度高管道内氢气火焰传播速度与点火距离 ,管道直径有直接关系。由表 1可以看出在开口端点火时 ,氢气与其它种气体火焰速度的比较。表 1　氢气与其它种气体火焰速度的比较点火距离(m)丙烷·空气(m/s)乙烯·空气(m/s)氢气·空气(m/s)1.5 70 70 D3 10 0 15 2 D10 10 0 D D　　注 :D表示爆轰火焰传播速度 ,可达 2 133m/s。由表 1试验结果表明 ,氢气…     

方形管道中二氧化碳抑爆性能实验研究

自行搭建研究可视化方形管道内可燃气体爆炸火焰传播规律的实验平台,充入体积分数为3%、6%、9%、12%、15%、18%的二氧化碳,研究其对9.5%甲烷空气预混气体爆炸压力和火焰传播的影响。方形管道实验段长560 mm、宽80 mm。二氧化碳体积分数为3%时爆炸压力达到最大值,为0.163 MPa;二氧化碳体积分数为18%时爆炸压力达到最小值,为0.113 MPa。利用高速摄影/纹影技术对燃烧过程进行分析。结果表明:火焰前锋阵面传播速度随二氧化碳体积分数的上升而降低。火焰传播中期,火焰前锋阵面形成"准平面火焰",火焰传播中后期,火焰前锋阵面形成"郁金香火焰"结构。二氧化碳体积分数上升至6%以后,火焰发生畸变,出现"双重郁金香火焰"及"双重半平面火焰"结构。     

4A沸石抑制小麦淀粉爆炸试验研究

摘 要：为了研究4A沸石对小麦淀粉爆炸的抑制作用,基于小麦淀粉的最佳爆炸浓度,采用封闭的Siwek 20-L球开展了小麦淀粉/4A沸石混合粉尘爆炸试验,分析了混合粉尘的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率随4A沸石质量增加的变化规律。结果表明：4A沸石能够降低小麦淀粉的爆炸猛度,抑制爆炸火焰传播;在10 g的小麦淀粉中,添加4A沸石能够连续地降低小麦淀粉的最大爆炸压力上升速率,质量分数为9.09%时,4A沸石能够大幅度地降低小麦淀粉的最大爆炸压力;添加9.09%及以上的4A沸石可使10 g的小麦淀粉不发生粉尘爆炸;4A沸石是一种物理化学混合型粉体抑爆剂,主要通过冷却、稀释、吸收自由基等作用减弱小麦淀粉的爆炸威力。     

管廊天然气爆炸火焰传播特性的试验研究

进行了管廊天然气爆炸的相似模型试验,通过无人机对天然气爆炸火焰传播过程进行全历程摄像监测,将视频处理成图片,对天然气爆炸火焰长度及火焰传播速度的变化特征进行研究。结果表明,管廊内天然气爆炸火焰冲出舱外后,在初期约100 ms时间内,火焰迅速向外传播,火焰长度达1.25～1.75 m。随后火焰长度随时间变化的速率逐渐趋于平缓,而后火焰长度随时间变化的速率保持相对稳定。多次试验条件下,火焰最大长度的最大值为2.38 m,最小值为1.80 m。天然气爆炸火焰冲出管廊舱门瞬间的火焰传播速度最大,可达到15～22 m/s,此后火焰传播速度呈逐渐减小趋势,最终趋近于0。管廊内天然气爆炸火焰传播速度随时间近似成指数关系衰减。     

甲烷爆炸初期火焰传播规律尺度效应研究

为了研究大型实际煤矿瓦斯爆炸火焰传播规律,在长1.5 m、内径0.1 m的小尺寸管道实验基础上,同比例放大管道尺寸至3、5、10、15、20倍,利用FLUENT软件模拟研究甲烷爆炸初期火焰传播特征,得出5个尺度下的火焰传播速度、爆炸压力和爆炸温度的变化规律,并得到拟合曲线。结果表明,管道尺寸对爆炸压力和爆炸温度影响较小;火焰传播速度、爆炸压力和温度是相互影响的。研究可为下一步大尺寸实验提供技术支撑。