堆积铝粉尘遇湿自燃发展规律试验与理论研究

利用设计改造的堆积铝粉尘自燃测试装置和粉尘基本参数测试平台,结合理论分析开展不同因素影响下的堆积铝粉尘自燃特征发展规律试验研究。研究表明,随着初始环境温度的升高,堆积铝粉尘的诱导时间缩短,同时着火延滞期时间缩短;随着初始粒径的变大,堆积铝粉尘的延滞期逐渐变长,粉尘自燃的诱导期也随之变长;堆积厚度为2 cm和3 cm的铝粉尘层均发生了自燃,但堆积厚度为1 cm的铝粉尘层未发生自燃,对于最终发生自燃的粉尘,随着堆积厚度的增加,其诱导时间和着火延滞时间均缩短;根据Semenov燃烧理论,进行了临界温度的理论计算估计,并与试验测试值进行对比,其结果较为吻合,证明了试验测试设备的准确性和理论近似计算的可行性。

抛光打磨铝粉尘爆炸压力传播规律研究

可燃性粉尘爆炸是金属加工、粮食加工、采矿、木材及化工等多行业常见的一种事故,容易引起二次爆炸或连续爆炸,造成重大的人员伤亡和财产损失。为对实际工况粉尘爆炸传播规律进行研究,选取典型抛光打磨铝粉尘为研究对象,利用自制除尘系统爆炸试验平台,进行抛光打磨铝粉尘爆炸压力传播规律研究,结果表明:各测点压力曲线走势基本相同,除尘仓内部压力为整个爆炸过程最大值,平均压力达到0.335 MPa,在管道内传播时呈现先减小后增大的趋势,在管道出口前端,平均压力达到0.278 MPa。

爆轰波管中铝粉尘爆轰的数值模拟

用两相流模型对爆轰波管中的铝粉尘的爆轰波进行了研究。模型考虑了气体和颗粒两相间速度和温度的不同及由于管壁引起的对流热传导和粘性引起的耗散,考虑了由于铝颗粒表面粗糙使得表面积增加的因素。铝颗粒的点火判据使用了新的判据,即铝颗粒在激波后的气流中温度达到铝的熔点且铝全部熔化即被点火。数值模拟了内径为15.2cm的爆轰波管中铝粉尘中爆轰波的传播和发展,得到了爆轰波速度及铝颗粒点火距离,还得到了爆轰流场中物理量的分布。从前导激波面到CJ面处,两相间的速度和温度有明显的差别。还考虑了粒子由于粗糙引起的表面积增加对爆轰波的影响,这个因素对铝颗粒的点火距离的影响较大,对这里计算的铝粉尘爆轰波的速度基本没有影响。结果表明,两相流模型可以较好地描述铝粉尘的爆轰过程,得到具有很粗糙表面、平均粒子直径为3.4μm的铝粉尘浓度为304g/m3时爆轰波的速度为1.63km/s,点火距离为3mm,与实验值符合较好。

铝粉尘云团爆轰温压效应的数值模拟

为研究粉尘云团形成的爆轰波在空气中传播过程及对周围环境的温压效应和毁伤规律,采用时-空守恒元解元算法两相流模型模拟了当量比为1,颗粒半径为2μm的悬浮铝粉尘均匀分布形成的半径3.0 m的云团在空气中的爆轰波传播过程。研究结果表明:在冲击波到达云团边界处3.0 m位置时压力达到最大值2.10 MPa,而后压力产生衰减;冲击波到达4.7 m时铝粉尘全部反应完毕无剩余;铝粉尘反应形成的火球会向外运动可到达10.0 m处,火球内中心区域为温度3 500 K以上、密度0.120 kg/m^3的高温低密度区域;冲击波到达24.5 m处超压为0.10 MPa,达到致人死亡标准;冲击波到达28.0 m处时超压为0.09 MPa,可致人严重损伤。

带管道连接的空间中悬浮铝粉尘爆轰波传播数值模拟

为研究悬浮铝粉尘爆轰及效应的问题,采用两相流模型数值研究了铝粉尘与空气当量比为1时,浓度0.304 kg·m^(-3),铝颗粒半径为2.0μm,悬浮铝粉尘爆轰波在通过管道连接的空间内的发展传播过程,用数值模拟得到了爆轰波的点火起爆及爆轰波传播、反射和绕射过程的压力、温度分布。结果表明,在模拟区域左侧的密闭空间中,爆轰波与壁面产生反射形成6.5 MPa局部高压区,而爆轰波与两壁产生的反射波的相互作用会形成18 MPa的局部高压区。爆轰波能通过绕射传播进入管道内,并在接近管道出口处速度能到达1571 m·s^(-1),压力能达到2.85 MPa,接近稳定传播状态。爆轰波通过绕射传播进入右侧空间中,在管道出口处绕射形成对称低压低密度区域,爆轰波压力和爆速下降,在右侧空间内继续传播。计算区域内的爆轰波后大部分区域温度保持在3400 K以上。

悬浮铝粉尘爆轰波参数

用两相流模型对爆轰波管中的悬浮铝粉尘的爆轰波进行了研究。数值模拟了管径为15.2cm的圆管中平均粒子直径为3.4μm、单位质量表面积为3m2·g-1的铝粉尘中爆轰波的传播和发展,得到了不同浓度时悬浮铝粉尘爆轰波参数,并得到了爆轰极限的下限为当量比=0.25。数值计算给出管径趋于无穷大时不同铝粉尘浓度时爆轰波的参数,得到悬浮铝粉尘爆轰极限的下限为当量比=0.16。数值模拟了当量比为=1、管径不同时爆轰波速度的变化,并得到产生爆轰的临界管径。

真实比热模型中铝粉尘两相爆轰波的数值研究

采用多流体模型对铝粉尘两相爆轰波进行数值模拟,研究颗粒能量计算方法对起爆和传播过程的影响.以前的固相颗粒能量的计算一般采用固定比热方法,本文采用随温度变化的真实比热.由于铝颗粒及其产物氧化铝的比热变化很大,模拟得到的爆轰波的速度、压力和波后参数变化和采用固定比热存在较大的差异.变比热计算得到的爆轰波压力、传播速度和实验结果更加接近,而固定比热的计算方法会对这些参数造成高估.对爆轰波的形成进行研究,发现起爆距离主要受起爆能量影响,但是相对于固定比热模型,采用变比热模型得到的起爆距离较短.

基于CE/SE方法的铝粉尘爆轰一维两相数值计算

建立了铝粉—空气两相爆轰的一维模型,采用CE/SE方法对铝粉燃烧转爆轰过程进行数值模拟.分析了铝粉尘爆轰管内流场,研究了不同位置处铝粉颗粒半径随时间的变化规律.讨论了点火能量对铝粉燃烧转爆轰过程的影响.结果表明:点火能量越低,形成稳定爆轰距离越长.本文的数值计算结果对铝粉尘爆轰研究具有重要的理论指导意义.

镁铝粉尘爆炸事故树分析与控制措施

镁铝粉尘爆炸事故是典型的金属粉尘爆炸事故,也是造成二次爆炸事故威力最大的伤亡损失事故之一。在基于分析镁铝粉尘燃烧爆炸机理的基础上,运用事故树分析法对镁铝粉尘爆炸的原因事件进行分析。通过镁铝金属粉尘爆炸事故树的最小径(割)集和结构重要度分析,主要从防止金属粉尘积聚到爆炸极限和防止金属粉尘遇到点火源两处方面提出了预防镁铝金属粉尘爆炸事故的对策措施,为了更好地预防镁铝金属粉尘爆炸事故地发生、实施安全生产管理提供技术支持和参考依据。

悬浮铝粉尘的爆轰波结构

使用两相流模型 ,对管中的悬浮铝粉尘的爆轰波结构进行了理论分析。铝粉尘的爆轰波模型中 ,气体和颗粒具有不同的速度及温度 ,并考虑了动量变化及管壁损耗对稳定结构的影响。本文研究了颗粒直径对铝颗粒的点火延迟、爆轰波压力以及温度的影响 ,得到了爆轰波中各物理量分布 ,确定了空气中悬浮铝粉尘发生爆轰的临界颗粒尺寸为 14μm。

铝粉尘爆轰的反应模型

铝粉反应模型是对悬浮铝粉尘气-固两相爆轰进行数值模拟研究的关键。通过考虑铝粉燃烧产物氧化铝(Al2O3)在高温下的分解吸热反应,改进了铝粉的扩散燃烧模型。将该模型嵌入到三维的气-固两相爆轰数值计算程序中,分别对铝粉/空气混合物以及铝粉/氧气混合物的爆轰进行了数值模拟,计算得到的稳定爆轰波速度与实验结果、文献值均吻合较好,误差小于5.5%,表明改进的铝粉反应模型适用于不同氧化气体氛围中铝粉尘爆轰的模拟计算。此外,对两相爆轰参数及爆轰流场的物理量分布进行分析,获得了铝粉反应模型对爆轰波结构的影响规律。

形状系数对20 L球内铝粉分散特性的影响研究

为研究不同形状系数(SF)的铝粉在20 L球型容器中的分散特征,通过建立描述气流携带粉尘形成两相分散系的非稳态数值模型,包括气体流动和粉尘颗粒运动轨迹方程,开展非稳态数值模拟,分析粉尘SF分别为0.2、0.4、0.6、0.8和1.0条件下的粉尘空间分布以及球室中心的湍流动能、速度随时间变化。结果表明:球室内气流携带粉尘分散可以分为进粉、扩散、稳定和沉降4个阶段,其分散均匀性和最大速度值随SF的增加而增强;SF越大,即颗粒形状越接近球形,铝粉尘的分散性越好;SF越小,粉尘容易堆积在壁面附近;标称浓度一定时,SF≤0.4,浓度峰值随SF的增加而增加;SF>0.4,浓度峰值随SF的增加而减小;铝粉-空气混合物的湍流动能最大值随SF值的增加而降低;铝粉颗粒的速度峰值随SF值的增加而升高。

浅议粉尘防爆管理中的几个典型问题

粉尘防爆安全管理是企业安全管理工作中的一项重要工作。涉爆粉尘种类较多,涉及的行业广泛,粉尘爆炸事故的多发性、后果的严重性以及涉爆粉尘判定的不确定性,使各安全管理人分毫不敢懈怠,甚至到了“谈粉色变”的程度。伴随着相关国家标准、行业标准的完善,现如今的要求越来越严格,某些监管要求及整改措施过于严苛,甚至出现了专家检查之间说法不统一,管控措施不一致的现象。虽然本意是控制粉尘爆炸风险,防止发生安全事故,但还是应考虑实际情况科学对待。

铝板打磨间安全风险分析及防范应用

本文分析了铝板打磨过程中的主要安全风险,分析了作业过程中粉尘爆炸、氢气爆炸及职业危害的特点,探讨了采用湿式除尘时粉尘防爆技术措施的应用。

废弃铝镁合金粉尘与水产氢反应的机理及影响因素

为降低湿式除尘过程中氢气爆炸的风险,使用氢气产量测试仪分析了合金粉尘颗粒的粒径及镁含量(质量分数,下同)对铝镁合金粉尘与水产氢规律的影响,借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)探究了其产氢反应的机理.结果表明:铝镁合金颗粒进入水中后,会与水发生产氢反应;当合金粉尘颗粒的镁含量越高且粒径越大时,镁的吸氢作用越强,聚集在颗粒周围的MgH2也变多,会阻碍水进入颗粒,使产氢速度下降;当合金粉尘颗粒的镁含量越低且粒径越小时,镁的吸氢作用越弱,形成的MgH2减少,阻碍也变小,产氢速度明显上升.本研究可为铝镁合金粉尘作业场所预防氢气爆炸事故提供相关的理论指导.

MPP抑制铝镁合金粉尘爆炸微观机理研究

铝镁合金在抛光打磨过程中,存在一定的粉尘爆炸危险性。为了减小铝镁合金粉尘爆炸事故的危害,选取三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)对铝镁合金粉尘的抑爆特性进行研究。利用20 L爆炸球及热分析实验,分析MPP对铝镁合金粉尘爆炸特性的抑制效果。结合爆炸产物化学成分分析和官能团变化情况,分析MPP抑制铝镁合金粉尘爆炸机理。研究结果表明,70%(质量)的MPP添加量的铝镁合金粉尘可实现完全抑爆。MPP分解反应本身为吸热反应,生成惰性气体NH_(3)、H_(2)O和CO_(2),降低了反应体系的氧浓度。抑爆过程中,聚磷酸本身还原成磷酸,反应生成物可与活性基团反应。MPP抑制Al氧化生成AlO基团的效果,明显优于其抑制Mg的氧化反应。研究结果为铝镁合金粉尘事故工业预防提供数据支撑及理论依据。

悬浮RDX炸药和铝颗粒混合粉尘爆轰的数值模拟

采用两相流方法对炸药颗粒直径为20.0μm时与铝颗粒混合物的爆轰波的发展与传播过程及爆轰波参数进行了数值计算。结果表明,在炸药粉尘中加入铝颗粒,可以大大提高爆轰波参数。当铝颗粒直径为3.4μm时,尽管铝颗粒的直径较炸药颗粒直径小,但由于炸药颗粒的点火温度低,二者的点火时间相差不多。如果铝颗粒的直径为7.0μm,由于铝颗粒的点火滞后于炸药颗粒的点火,混合颗粒粉尘中可能形成双波阵面的爆轰波。

惰性粉尘对铝镁混合粉尘云最低点燃温度的影响

为了研究惰性粉尘存在氛围下,铝镁混合粉着火爆炸的规律,采用Godbert-Greenwald恒温炉设备研究了设备吹粉压力、惰性BaCO3和SiO2粉尘粒径、惰性粉尘含量对铝镁混合粉尘云最低点燃温度的影响。结果表明,试验存在最佳吹粉压力,此时最有利于铝镁混合粉燃烧,且高浓度铝镁混合粉的最佳吹粉压力比低浓度的大;最低点燃温度随着不活泼粉尘粒径的减小而升高,粒径相同条件下,BaCO3抑制效果比SiO2明显;惰性粉尘对铝镁混合粉尘云最低点燃温度影响很大,当BaCO3和SiO2粉尘含量增加时,最低点燃温度先升高,达到一定值后趋于不变;混合粉尘中,惰性粉尘质量分数在53%以下时,BaCO3的抑制作用比SiO2强,但当惰性粉尘质量分数在53%以上时,SiO2和BaCO3对混合粉尘抑制作用正好相反;当炉体温度在630℃以上时,铝镁混合粉最低点燃温度受BaCO3和SiO2粉尘影响很小。

拐角空间中悬浮铝粉尘爆轰后效的三维数值模拟

建立三维的铝粉-空气两相爆轰计算模型,采用时-空守恒元解元(CE/SE)方法求解,并开发了悬浮铝粉尘爆轰的三维数值模拟程序.基于消息传递接口(MPI)技术实现了程序的并行化设计.通过对激波管问题以及爆轰管中铝粉-空气两相爆轰实验的模拟验证程序的可靠性.对拐角空间中左侧浓度为368 g·m-3的铝粉-空气混合物两相爆轰及其在拐角空间右侧和下方空气域内形成的冲击波和温压效应开展数值模拟,获得复杂空间内爆轰波或冲击波的传播、反射以及绕射过程.结果表明:两相爆轰在离铝粉尘区域2 m远的空气域内产生的后效冲击波能达到2.66 MPa的固壁反射压力,火球燃烧范围会超出初始铝粉尘区域约0.8 m,并且造成初始铝粉尘区域附近1.5 m范围内空气的温度高达1600 K.模拟程序可用于铝粉尘爆轰的后效研究,对工业安全及其防护具有指导意义.

铝镁合金粉尘安全特性实验研究

铝镁合金制品抛光打磨工艺过程中会产生大量粉尘,为研究其在除尘过程中的物理及相关燃烧、爆炸特性,对铝镁合金粉尘进行实验研究.结果表明：未过筛铝镁合金样粉的粒径近80％分布在0.10～10.00 μm之间;样粉的流动性指数为46,流动性评价为不太好;样粉的喷流性指数为55,喷流性程度为有倾向;样品粉尘云的最小点火能为304.5 mJ,粉尘层的最低着火温度270℃;在点火头能量为10 kJ的条件下,样粉的最大爆炸压力为0.50 MPa,最大爆炸指数为2.28 MPa·m/s,爆炸烈度为St1级;针对企业实际情况及测试结果展开相关分析并提出相对应防护对策.