气体爆炸抑制技术研究

本文根据气体爆炸反应的链式反应理论 ,考虑其从点火到爆炸需要一定的成长时间 (秒级 ) ,设计安装了一套气体爆炸抑爆实验装置。在此装置中 ,用复合爆炸抑制系统 ,对液化石油气和甲醇裂解气 (主成份为 co)进行了抑爆效果实验 ,研究了干粉剂用量、干粉分散均匀度和抑爆系统干粉喷散作动时间对抑爆效果的影响 ,给出了抑爆过程的压力—时间曲线。实验结果表明 :本文所提供的抑爆技术是可行的。通过及时喷洒一定量的灭火干粉 (或水 ) ,可使石油液化气爆炸峰值压力下降 59.5% ,可使甲醇裂解气爆炸峰值压力下降 43.6% ,并最终导致燃爆熄灭。

磷酸二氢铵对铝粉的爆炸抑制研究

利用美国MIE点火能测试装置,研究了磷酸二氢铵对铝粉的爆炸抑制作用.在铝粉浓度为1 000g/cm3条件下,通过改变磷酸二氢铵的质量分数、粒径测定磷酸二氢铵的爆炸抑制效果.结果表明,添加极少量磷酸二氢铵,铝粉就可以被完全惰化,抑爆效果非常明显.随着铝粉中所添加的磷酸二氢铵粒径不断增大,能使铝粉完全惰化所需的质量分数也不断增大.在铝粉被完全惰化之前,铝粉中所添加的磷酸二氢铵的质量分数越大,对铝粉的抑爆效果越好.在铝粉中添加粒径分别为75,90,109μm的磷酸二氢铵,要达到金属粉尘完全惰化所需磷酸二氢铵的质量分数分别为10%,15%,20%,75μm的磷酸二氢铵具有最佳的爆炸抑制效果.

CO_2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性研究

为了解CO_2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性,用自行搭建的实验系统,从超压、火焰传播速度和火焰结构3个方面研究了CO_2-超细水雾形成的气液两相介质对9.5%瓦斯/煤尘复合体系爆炸的抑爆效果、影响因素与原因。研究结果表明:随着CO_2体积分数和超细水雾质量浓度的增加,爆炸火焰最大传播速度、爆炸超压峰值均出现明显下降,火焰到达泄爆口时间显著延迟;尤其当CO_2体积分数达到14%与超细水雾的共同抑爆效果凸显,瓦斯/煤尘复合体系爆炸超压的"震荡平台"消失,同时火焰结构呈现"整体孔隙化"。所得结论为煤矿井下高效防爆抑爆技术进行了完善和增强。

油气爆炸抑制技术发展综述

由于油气的易燃易爆性，发生在油气工艺生产和储存场所的重大安全事故一般都伴随着油气爆炸，因此各国都非常重视油气爆炸抑制技术的研究。近年来随着研究深度的不断增加和研究范围的日益扩展，已经在阻隔爆、抑爆和泄爆三个方面取得了许多高水平的油气爆炸抑制技术研究成果。

惰性粉体抑制瓦斯/煤尘复合爆炸特性及机理研究

瓦斯/煤尘复合爆炸是一个耦合了均相燃烧与异相燃烧的复杂过程,燃烧主控机制动态变化,爆炸机理更加复杂,导致其相比单相瓦斯或煤尘爆炸具有更高的爆炸敏感性和爆炸强度,严重制约着煤矿的安全生产。为了防治瓦斯/煤尘复合爆炸灾害,选取碳酸氢钠和碳酸钙两种惰性粉体,在20 L球型爆炸装置中开展了惰性粉体抑制瓦斯/煤尘复合爆炸实验。通过系统的改变瓦斯和煤尘浓度配比,对不同浓度惰性粉体作用下瓦斯/煤尘复合体系最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率变化规律进行分析,并对比分析不同惰性粉体抑制瓦斯/煤尘复合爆炸性能之间的区别和联系。研究结果表明,碳酸氢钠和碳酸钙对不同浓度配比的瓦斯/煤尘复合体系爆炸均具有抑制作用,其中碳酸氢钠不仅可以通过分解吸热、延缓煤尘热解、降低煤尘分解速率等物理抑制方式来抑制瓦斯/煤尘复合爆炸,还可以通过消耗爆炸反应的关键自由基的化学抑制方式来抑制瓦斯/煤尘复合爆炸,而碳酸钙只能以物理吸热的方式抑制爆炸,因此碳酸氢钠对瓦斯/煤尘复合体系爆炸的抑制效果优于碳酸钙,具体表现为碳酸氢钠可完全抑制所有工况,碳酸钙仅能完全抑制瓦斯浓度低于8%时的瓦斯/煤尘复合工况。另外,2种惰性粉体对瓦斯/煤尘复合体系爆炸压力的抑制效率随着体系中瓦斯浓度的提升先升高后降低,当瓦斯浓度为6%、煤尘浓度为100 g/m^(3)时抑爆效率最高;对瓦斯/煤尘复合体系爆炸压升速率的抑制效率随着体系中瓦斯浓度的提升逐渐升高,对浓度为10%的纯瓦斯爆炸时抑爆效率最高。

含改性氯化合物对N2/细水雾抑制LPG爆炸影响研究

为了提高对液化石油气(liquefied petroleum gas,LPG)的抑爆效能,采用自主设计的半开式有机玻璃管道搭建了N2/细水雾抑爆实验平台,从爆炸超压、火焰传播速度及其峰值来临时间、火焰结构等4个方面分析含改性氯化合物N2/细水雾抑爆效果。结果表明:含氯化合物对表面活性剂具有选择性,KCl、NaCl和NH4Cl与脂肪醇聚氧乙烯醚(AeO9)、有机硅表面活性剂(Sicare2235)等2种表面活性剂之间的协同增效效果更优,爆炸超压峰值、火焰传播速度峰值均明显降低,且峰值来临时间明显延长;十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)仅与NaCl共同作用时抑爆效果有明显提升,与其他3种氯盐共同作用时没有增效效果甚至产生促爆现象;FeCl2与表面活性剂协同时会出现爆炸增强现象;含氯化合物与表面活性剂共同作用时,复合溶液的表面张力存在最佳值,即表面张力在20 mN/m时,抑爆效能最佳。化学动力学数值模拟结果表明:含改性氯化合物N2/细水雾能够有效降低绝热火焰温度,消耗关键自由基,中断燃烧链式反应,其抑爆的协同增效机理主要体现在N2惰化稀释、表面活性剂调控水雾粒径增加冷却效应和抑制链式反应3个方面。

含添加剂细水雾抑制瓦斯爆炸有效性试验研究

为进一步提高细水雾的抑爆灭火效能,在建立细水雾抑爆系统试验平台的基础上,选用MgCl_2、FeCl_2和NaHCO_3这3种添加剂,研究细水雾对瓦斯爆炸火焰的抑制效果。结果表明:使用含添加剂细水雾后,体积分数为9.5%的瓦斯的爆炸传播速度从13.8 m/s至少降到2.75 m/s;水雾区火焰长度最多缩短了242 mm;含0.8%FeCl_2的细水雾有效性系数为6,有效性最高;从火焰图片剖面像素分布可以看出,火焰的辐射体温度均出现了不同程度的降低。不同添加剂不同程度地提高了细水雾的灭火效能,对瓦斯体积分数接近化学当量比的火焰传播有明显抑制效果。

CO_2-双流体细水雾抑制管道甲烷爆炸实验

搭建了尺寸为120 mm×120 mm×840 mm透明有机玻璃瓦斯爆炸管道实验平台,采用双流体喷嘴将二氧化碳和细水雾送入实验系统,从火焰速度、瓦斯爆炸超压两个方面探讨双流体细水雾的抑爆有效性。实验结果表明CO2双流体细水雾抑制瓦斯爆炸效果显著。随着喷雾时间的延长,火焰传播速度呈缓慢增加趋势,火焰传播速度峰值大幅降低;爆炸超压曲线呈先增大后缓慢减小的趋势,超压峰值大幅降低;当CO2压力增至0.4 MPa喷雾时间大于3 s时,经多次点火无法引爆,说明CO2-双流体细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应,有利于提高细水雾的抑爆效率。

水抑制瓦斯爆炸的机理研究

分析水参与瓦斯爆炸的化学反应动力学机理，并通过爆炸反应平衡计算，说明在瓦斯爆炸链反应过程中，主要是水作为第三体或惰性液滴破坏其中的链载体，从而降低瓦斯爆炸反应能力．瓦斯空气混合物水含量增大，瓦斯爆炸能力下降，强度降低，爆炸极限浓度范围缩小．这些结论与实验结果一致．

草酸盐粉体抑制甲烷爆炸的试验研究

为了研究草酸盐粉体抑制甲烷爆炸特性,选取草酸钾、草酸钠、草酸亚铁3种较为常见的草酸盐粉体作为抑爆材料,分析了草酸盐粉体作用下的甲烷爆炸特性。结果表明,3种草酸盐粉体均具有一定的甲烷爆炸抑制作用,其抑爆作用由强到弱依次为草酸钾、草酸钠、草酸亚铁。草酸钾、草酸钠和草酸亚铁的最佳抑爆粉体质量浓度分别为0.22g/L、0.26 g/L和0.26 g/L,最大爆炸压力的降幅分别为33.25%、30.03%和20.83%。结合热重分析和甲烷爆炸抑制特性,探讨了草酸盐粉体的甲烷抑爆作用机理。

惰性颗粒抑制CH_4/O_2/N_2爆炸过程的二维数值模拟与实验验证

使用带基元化学反应的两相Eu ler方程,对惰性颗粒抑制高温火团诱导的CH4/O2/N2爆炸过程进行了二维数值模拟.其中,采用全耦合二阶精度的TVD格式求解气相方程,采用M acCorm ack格式求解惰性颗粒相方程,同时用分步方法处理方程组的耦合刚性,用Gear隐式方法处理化学反应刚性.计算并讨论了不同颗粒相浓度条件下,气相压力场、气相密度和颗粒相浓度的分布、爆炸衰减的气相结构以及两相间的能量传递.结果表明,惰性颗粒相的堆积可阻碍气相爆炸波的传播,使其衰减为引导激波,引导激波继续向颗粒相传递能量,而进一步衰减最终使得爆炸波被抑制.随着颗粒相浓度的增大,爆炸波的抑制更明显.计算结果与大型水平管的实验结果进行了比较,定性证明了计算的合理性.

催化型复合粉体抑爆剂抑制瓦斯爆炸压力实验研究

矿井瓦斯爆炸影响着矿井安全生产,瓦斯爆炸防治技术一直是矿井安全生产的重中之重。除了泄爆、隔爆等安全措施,抑爆也是一种高效防治技术。目前,投产使用的瓦斯爆炸抑制剂大多效果不佳,为了获取高效的粉体抑爆剂,以传统灭火剂KHCO3为基体材料,加入适量的二茂铁和微量的助磨剂、干燥剂,运用行星式球磨机,采用干法复配技术得到催化型复合粉体抑爆剂。通过标准的20 L球型爆炸装置,测试催化型复合粉体抑爆剂对瓦斯爆炸产生最大爆炸压力、最大压力上升速率等相关特征参数的影响。根据爆燃指数的计算结果对催化型复合粉体抑爆剂减缓瓦斯爆炸的危害程度进行详细分析。基于粉体表征结果对催化型复合粉体抑爆剂的抑制机理进行讨论。结果表明,二茂铁的加入明显改善了传统灭火剂KHCO_(3)的团聚现象,提高了其热解性能。干燥剂增加复合抑制剂的疏水性能,使其在常温常压下更易储存和运输。球磨机的研磨使得复合抑爆剂的粒径大幅减小,经检测,催化型复合抑爆剂体积加权平均粒径为40.61μm。催化型复合粉体抑爆剂最佳的抑爆减灾质量浓度为0.1 g/L,当二茂铁、KHCO_(3)、助磨剂与干燥剂3者质量比达到3∶16∶1时,催化型复合粉体抑爆剂展现了良好的抑爆性能:瓦斯爆炸最大爆炸压力降低31.6%、最大压力上升速率和爆燃指数均降低93.0%,抑制效果最佳。

硅酸铝棉对火焰速度和爆炸超压的抑制作用

为研究硅酸铝棉位置、长度对预混气体爆炸超压和火焰速度的抑制规律,进行了硅酸铝棉抑制管道内预混气体爆炸实验,在管路内置入硅酸铝棉,以室温常压下化学计量浓度的C2H2/air预混气体为介质。结果表明,当硅酸铝棉长度超过速度临界长度时,能够有效抑制火焰速度。当硅酸铝棉长度超过压力临界长度时,能够有效抑制爆炸超压。速度临界长度的大小与硅酸铝棉入口火焰速度有关。压力临界长度的大小与硅酸铝棉入口爆炸超压有关。压力临界长度小于速度临界长度,说明硅酸铝棉对压力的抑制效果更加显著。

硅酸铝棉对预混火焰速度及爆炸超压抑制效果

建立了多孔材料硅酸铝棉抑制管道内预混火焰传播的试管路。以室温、常压下体积分数5.5%的C3H8/空气为介质,研究了混气体火焰在管道内通过硅酸铝棉后,爆炸超压及火焰速度的变化结果表明,硅酸铝棉多孔材料能够有效抑制爆炸超压和火焰速度。酸铝棉越长,抑制效果越好。当长度达到800 mm时,相比无硅酸铝的管路,出口处爆炸超压可降低60%,火焰速度可降低19%。

可燃介质中高温火团诱导的爆炸及其抑制

本文对高温火团诱导的爆炸及惰性颗粒的抑爆过程进行了数值研究。这种带激波的两相化学反应流动 ,由于各种特征时间的差异 ,方程具有刚性。本文利用分裂格式处理方程刚性 ,用全耦合有限体积的 TVD格式和 Lax- Wendroff- Rubin格式分别求解气相和颗粒相方程。结果表明 ,仅当火团在其周围形成适当的温度梯度时 ,才可能导致爆炸 ,这要求火团初温不能过低或过高。抑爆剂加入时 ,浓度大于某值才有效 ,否则 ,无论多大的抑爆区域皆不能抑制爆炸。本文还对颗粒直径 ,颗粒密度等对抑爆效果的影响进行了讨论。

气固两相介质协同抑制瓦斯爆炸实验及分子动力学研究

针对传统单相抑爆介质效果不佳的问题,提出气固两相介质通过不同抑爆原理的协同作用,实现高效快速抑制瓦斯爆炸。研究使用NaHCO3粉体与CO_(2)气体协同抑制瓦斯爆炸的方法,选用标准20 L球形爆炸测试装置,并通过密度泛函理论对甲烷爆炸微观反应机理中各反应物、过渡态、产物进行构型优化,在此基础上进行后续计算。结果表明:体积分数为16%的CO_(2)和质量浓度为0.35 g/L的NaHCO3单相介质对瓦斯爆炸具有优良的抑制效果,但0.1 g/L粉体存在时会使最大升压速率提升17.9%;气固两相介质抑爆相较单相CO_(2)、单相NaHCO3粉体使最大爆炸压力降低,采用体积分数为8%的CO_(2)协同0.125 g/L粉体时,瓦斯爆炸最大爆炸压力降低72.42%,最大升压速率降至2.345 MPa/s,抑制效果达到最优;但当体积分数为4%的CO_(2)协同0.05 g/L粉体时会使最大爆炸升压速率上升93.68%,反应呈现出一定的加剧现象;量子化学计算表明,在气固两相介质协同抑制瓦斯爆炸的过程中,NaHCO3粉体裂解会吸收反应体系中的热量,其分解产物会与混合体系中的OH·、H·优先反应,阻碍O·的产生,将链式过程抑制在CH2O阶段,进而抑制链式反应的传递过程;NaHCO3粉体分解产生的CO_(2)与混合体系中的CO_(2)稀释了混合体系中甲烷的体积分数,减少甲烷与氧气分子之间碰撞发生的概率,对反应进程起到有效抑制作用。

改性沸石抑制乙烯爆炸性能及机理研究

为研发抑制性能优异且廉价环保的新型乙烯抑爆材料,以沸石为基材,根据乙烯爆炸基元反应,选取氨丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷两种硅烷偶联剂对沸石进行表面改性,并采用20 L球形爆炸装置及5 L管道爆炸装置研究了改性后沸石对乙烯爆炸超压和火焰传播抑制性能。实验结果表明:采用水解法可将硅烷偶联剂接枝在沸石表面,成功制得氨丙基沸石和乙烯基沸石。相同条件下,浓度为1500 g·m^(-3)的沸石、氨丙基沸石、乙烯基沸石可使浓度为6.5%(体积分数)的乙烯爆炸压力分别降低31.40%、42.05%、43.43%,爆炸压力上升速率分别降低63.36%、91.22%、92.40%。浓度为900 g·m^(-3)的沸石、氨丙基沸石、乙烯基沸石均可显著降低浓度为6.5%的乙烯爆炸火焰亮度和火焰结构连续性,并使火焰平均传播速度分别降低60.46%、92.23%、93.16%。相比之下,改性沸石对乙烯爆炸超压和火焰的抑制作用更为显著,即改性沸石具有更为优异的乙烯爆炸抑制性能,且乙烯基沸石抑制性能优于氨丙基沸石。结合沸石及改性沸石热解特性及乙烯爆炸基元反应,从物理和化学两个方面分析了改性沸石对乙烯爆炸的抑制机理。

改性膨润土材料抑制PMMA粉尘爆炸火焰传播效果研究

为改善我国涉粉行业的安全现状,降低粉尘爆炸的危险性,笔者成功改性了一种膨润土材料并在自行搭建的粉尘爆炸火焰传播装置中,成功验证了不同粒径和质量浓度的改性膨润土材料对200g/m^(3)、500目PMMA粉尘爆炸火焰传播的抑制效果,并分析了其抑爆机理。试验结果表明:改性膨润土材料具有一定的抑爆性能,且抑制效果随着改性膨润土材料粒径减小和质量浓度增加而增强,不同浓度大粒径改性膨润土材料对PMMA粉尘的最大爆炸火焰传播速度抑制率分别为2.81%、15.47%、21.38%、63.57%;不同浓度小粒径改性膨润土材料的最大爆炸火焰传播速度抑制率分别为25.73%、26.16%、56.68%、31.50%.

受限空间网状高分子材料抑制油气爆炸实验研究

为研究新型网状高分子材料对油气爆炸的抑制作用,搭建了狭长受限空间油气爆炸抑制实验系统,进行了油气爆炸抑制实验,通过对比是否按留空率规范填充抑爆材料所达到的3种工况,分析了爆炸超压值、升压速率、火焰强度和火焰持续时间等特性参数变化情况。实验结果表明:新型网状高分子材料对油气爆炸产生的最大爆炸超压值、升压速率和火焰强度有明显的抑制作用;新型网状高分子材料对火焰的传播有明显的阻滞作用,使火焰传播速度减小;当新型材料按照规范填充时,最大爆炸超压值和升压速率分别下降了84.36%和39.18%以上,火焰被完全熄灭,并且距离点火端越远,抑爆效果越明显。

气液两相介质抑制管道甲烷爆炸协同增效作用

瓦斯抽采管道一旦泄漏或受到外部火源波及,极有可能引发爆炸事故。基于自行搭建的惰性气体-超细水雾惰化抑制可燃气体爆炸试验系统,研究了气液两相介质抑制9. 5%甲烷/空气预混气爆炸的影响因素和协同作用规律,并分析了其抑爆协同增效的原因,提出气液两相介质抑爆存在相间耦合作用。实验结果表明:在CO_2,N_2,He和Ar四种惰性气体与超细水雾的共同作用下,气液两相介质对9. 5%甲烷/空气预混气爆炸超压、火焰传播速度和最大火焰温度的抑制均表现出明显的协同增效作用。当4种惰性气体稀释体积分数达到14%、细水雾通入量8.4mL(质量浓度694. 4 g/m^3)后,均能对9. 5%甲烷/空气爆炸产生良好的抑制效果;控制参数继续增加,抑爆增效作用的增长幅度缩小;其中CO_2与超细水雾下的协同抑爆效果最好,N_2次之,He,Ar与超细水雾的协同抑爆水平相差不大,为清洁、高效惰化细水雾抑爆技术的应用提供了技术指导。