高温工况燃气爆炸下限工程预测方法探讨

获得特定工况下燃气的爆炸下限,是开展爆炸风险评估及爆炸防治的基础。现有研究已经基本理解了温度对燃气爆炸下限的影响规律,但还缺少可便捷用于预测高温下不同类型燃气爆炸下限的工程方法。基于文献中给出的常压时不同类型燃气在不同温度时的爆炸下限测试数据,提出由参考温度T0时的爆炸下限LELT0预测高温T时爆炸下限LELT的关系式:(LEL_(T)/LEL_(T0))=1.3~0.3(T/T_(0)),适用范围为1≤T/T0≤2、T≤723 K。将预测结果与文献实验结果对比发现,预测结果均低于实验结果,在工程应用时偏于安全。当T/T0在1~1.5范围内时,预测结果相对误差均在-6%以内,具有较好精度。当T/T0在1.5~2范围内时,预测结果相对误差几乎均在-16%以内,仍具有较好可靠性。该公式可用于预测常压高温下NH_(3)、H_(2)、CO、CH_(4)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)气体在空气中的爆炸下限。

多组分天然气掺氢爆炸下限实验及模型研究

为评估掺氢天然气的燃爆风险,搭建天然气掺氢燃爆参数测试平台,通过开展不同初始压力及点火能量条件下天然气/氢气混合物的点火实验,研究多组分天然气爆炸下限的变化规律,建立混合物爆炸下限的预测模型。研究结果表明:初始压力由0.03 MPa增至0.1 MPa,体积分数4%的天然气起爆时所需最低掺氢量降低29.4%;点火能量由1 J增至50 J,体积分数4%的天然气起爆时所需最低掺氢量降低37.5%,本文提出的理论模型预测结果与实验数据相对误差低于16%。研究结果可为掺氢天然气的安全输送提供一定的科学参考。

锂离子电解液溶剂/空气混合物爆炸特性实验研究

本工作利用爆炸极限与点火能测试反应平台开展了典型锂离子电解液溶剂碳酸甲乙酯(EMC)蒸气爆炸实验,首次测量了不同初始温度与当量比条件下EMC的最大爆炸压力P_(max)、爆炸下限LFL等爆炸危险性基础参数,并利用数值模拟方法开展了燃烧化学反应动力学机理分析数值模拟分析。结果表明EMC/空气混合气体的最大爆炸压力P_(max)随着当量比的增加呈先增大后减小的趋势,并且在当量比φ=1.2附近取到最大值;随着温度的增加,P_(max)呈递减的趋势,且P_(max)与初始温度的倒数1/T_(0)呈线性关系;由于存在热损失,在相同工况下,P_(max,exp)均小于最大绝热爆炸压力P_(max,ad)。EMC/空气混合气体的爆炸下限LFL随着T_0的升高而降低,并呈线性关系,且对燃料爆炸下限经典模型的参数进行了修正,修正后的新公式的预测值与实验值结果吻合较好;通过反应机理分析得到不同T_0对于LFL的影响方式主要是通过影响OH?自由基的生成速率来实现的。本研究可为定量评估EMC的爆炸危险性提供一定依据以及为其实际使用中制定相应的安全标准提供一定参考。

掺氨对甲烷爆炸影响的热力学及反应分子动力学研究

实现低浓度瓦斯的安全高效利用对煤炭产业的碳减排具有重要意义,低浓度瓦斯易爆特性极大限制了其安全利用。已有大量研究探究N_(2)、CO_(2)、H_(2)O等添加剂对瓦斯爆炸的影响特性,但NH3添加对瓦斯爆炸的影响鲜有研究。采用热力学及反应分子动力学方法研究了掺氨对甲烷爆炸的影响。基于绝热燃烧温度理论研究了不同温度下甲烷/氨气混合气的爆炸下限。通过反应分子动力学方法探究了掺氨对CH_(4)氧化反应速率以及CO、CO_(2)等产物分布的影响。基于甲烷/空气以及甲烷/氨气/空气体系中自由基演变的对比分析,揭示了掺氨对甲烷爆炸反应的影响机制。结果表明:甲烷/氨气/空气混合气的爆炸下限随着初始温度的升高而降低,氨气的添加提高了混合气的爆炸下限,从而抑制了混合气的爆炸,掺氨浓度越高,抑制爆炸的效果越明显。氨气的添加降低了甲烷氧化反应速率,抑制了甲烷氧化生成CO_(2)和H_(2)O。氨气促进了OH自由基的消耗,降低了体系中OH自由基浓度,从而抑制了CH_(4)+OH→CH_(3)+H_(2)O,CH_(3)+OH→CH_(2)O+H_(2)和CO+OH→CO_(2)+H反应。

爆炸焊接基复板间距上限法则的数值模拟研究

为研究基复板上限间距对爆炸焊接质量的影响,以厚度为2 mm的304不锈钢和厚度为10 mm的Q235B钢分别作为复板和基板,利用ANSYS/LS-DYNA软件,结合SPH-FEM耦合算法,对爆炸焊接基复板上限间距试验进行三维和二维数值模拟,并对四组试验的位移变化、速度变化、碰撞角以及界面波形进行对比分析。通过二维数值模拟和仿真试验,结果表明:1)模拟结果和试验结果基本相符,上限间距和下限装药组合得到了良好的复合界面波形,复合板界面呈小波状结合,且界面波形与试验金相组织形貌结果较为吻合。2)上限间距能使复板经充分加速后与基板更好地结合,下限装药能充分利用炸药的能量,两者组合不仅可以获得优质的焊接界面,而且可以降低炸药用量。

基于BP人工神经网络的有机化合物爆炸下限预测

运用定量结构-性质关系对458种有机化合物的爆炸下限展开预测研究。首先运用Dragon 2.1软件计算并预筛出708种分子描述符,随后采用遗传算法确定了5个特征分子描述符作为模型的输入变量,最后运用SPSS和MATLAB分别构建了多元线性回归线性模型、支持向量机与人工神经网络两种非线性模型。研究结果为:MLR模型的训练集和测试集的复相关系数R2分别为0.8387和0.8588;SVM模型的R^(2)分别为0.8569和0.8779;ANN模型的R2分别为0.9284和0.9328。由此表明,无论是训练集还是测试集,SVM模型的预测效果均优于MLR模型,ANN模型的预测效果均优于SVM模型,有机化合物的爆炸下限与其分子结构之间存在着较强的非线性关系。此外,本研究采用内外验证方法及与其他研究的比较对模型性能进行了验证,证实了ANN模型对爆炸下限具有较好的预测能力。通过绘制Wiliams图分析了模型的应用域,验证了所建模型均具有良好的泛化能力和鲁棒性。通过QSPR方法预测有机化合物的爆炸下限,能为危险化学品的风险管控及安全工艺的研究提供有力的理论和技术支持。

纺织厂除尘机组粉尘浓度分布情况和防爆措施探究

棉纺织企业的粉尘大多属于可燃性粉尘,在达到爆炸危险浓度,具有足够的氧气,遇到明火,就会发生爆炸事故。对棉纺织企业清花梳棉车间有安全隐患的蜂窝除尘机组进行调研,测试机组内部粉尘浓度,第一级粉尘浓度最低为2.968mg/m^(3)(生产涤纤维),最高为32.261mg/m^(3)(生产棉纤维),均低于粉尘爆炸下限50g/m^(3);而第二级更是远低于爆炸下限,完全没有达到爆炸危险浓度。但为了降低爆炸风险,建议在除尘机组安装泄爆装置,并增加火花探测和熄火系统,彻底消除产生爆炸的安全隐患。

低压环境下固液混合燃料爆炸特性研究

为研究高原低压环境下固液混合燃料的燃爆特性及反应机制,利用20 L爆炸球测试系统,以铝粉-乙醚和铝粉-乙醚-硝基甲烷2种固液混合燃料为研究对象,开展环境初始压力对爆炸峰值压力、爆炸质量浓度下限及爆炸产物的影响趋势研究。研究表明:2种固液混合燃料的最佳爆炸质量浓度、爆炸压力和爆炸危险性随环境压力的降低而降低;与零海拔相比,在模拟海拔4500 m处(57.4 kPa),450 g/m^(3)固液混合燃料的爆炸压力降低了26.84%~30.80%,爆炸质量浓度下限提高了5~10 g/m^(3);随着环境压力降低,爆炸气体产物一氧化碳(CO)体积分数增加,二氧化碳(CO_(2))、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO_(2))体积分数降低;爆炸固体残余物主要为α-氧化铝(α-Al_(2)O_(3))和铝(Al)。

Lower limit law of welding windows for explosive welding of dissimilar metals

The influence of explosive charge thickness on the quality of explosive welding of dissimilar metals was investigated.The lower limit law should be followed in the course of explosive welding.Three welding experiments of stainless steel（410S）and steel（Q345R）were carried out in three different kinds of explosive charge thicknesses,namely 15,25and 35mm.Interfaces of morphology and mechanical properties of three samples were observed and tested.It was found that micro and small wavy bonding is mainly formed for charge thickness of 15mm whose strength is the highest with minor deformation and few defects in the interface;small and middle wavy bonding are mainly formed for charge thickness of 25 mm whose strength is comparatively mediocre;big wavy bonding is mainly formed for charge thickness of 35 mm whose strength is the lowest.The cause of high bonding strength of the micro and small wavy interface was analyzed and verified on the basis of the results of Electron Probe Micro-Analyzer（EPMA）tests of three selected samples.

可燃气体爆炸下限分析仪设计选型分析

本文介绍了可燃气体爆炸下限分析仪系统功能和技术特点,对某石化装置废气焚烧进行了论述,同时对4种可燃气体爆炸下限测量分析方法进行比较并最终选用FTA火焰温度分析进行测量,取得了良好的控制效果,为其他项目提供可参考案例。

基于绝热火焰温度法的掺氢天然气爆炸下限计算模型

本文分析了管输泄漏条件下掺氢天然气爆炸下限(LEL)的影响因素,基于贫燃料化学反应式和燃烧过程中的热力学平衡,依靠爆炸下限处绝热火焰温度法建立了针对掺氢天然气的多元可燃气体爆炸下限计算模型。结果表明,气体组分对爆炸下限的影响较大,而在管输泄漏过程中,常温条件下环境因素对掺氢天然气爆炸下限的影响可忽略,建立的模型在计算N_(2)等惰性气体含量较低的含氢可燃性气体爆炸下限时,相对误差均在5%以内,计算精度高于Le Chaterlier公式及其改进方法,满足工程需要,为管输掺氢天然气泄漏爆炸事故预防提供参考。

二氧化碳压缩机段间冷却器和分离器及管道内气体发生闪爆原因分析

介绍尿素装置二氧化碳压缩机在开机前管道内引二氧化碳气体时,段间冷却器、分离器及管道内发生闪爆的现象。分析认为直接原因为管道内聚集的氢气与空气混合发生闪爆,间接原因为压缩机入口阀门前没有设置放空阀和取样阀,无法取样。通过采取相应的处理措施,保障了装置的运行安全。

高温条件下二元可燃气体爆炸下限的数值预测

提出了一种数值模拟方法,对二元混合气体在不同比例组成下的爆炸下限进行了预测并验证了模型的可靠性。同时采用该数值模型,对二元混合气体在高温条件(25~300℃)下的爆炸下限进行了预测,分析了环境温度、混合物比例组成对混合气体爆炸危险性的影响。结果表明,在甲烷与其他燃料组成的二元混合气体中,在考察温度范围内随着甲烷含量的升高,其爆炸下限逐渐增大进而爆炸危险性降低。当甲烷含量一定时,爆炸下限浓度的变化量随温度的升高而下降的幅度越来越大,说明可燃气体发生爆炸的危险性越高。对于任意二元混合气体,其爆炸下限在任何比例条件下均随温度的升高而降低且呈线性关系,表明温度越高,混合气体越容易发生爆炸。

基于HAZOP技术和风险图法的可燃气体爆炸下限监测与控制回路SIS设计

以蓄热式热氧化工艺处理化学原料药制造企业挥发性有机废气(VOCs)为背景,给出蓄热式氧化炉(RTO)系统关键设备SIS设计与验证的研究方法与关键步骤。基于HAZOP技术进行风险识别,利用风险图法进行风险评估与安全完整性等级(SIL)定级,依据GB/T 20438—2017、HJ1093—2020和苏应急〔2021〕46号进行安全仪表系统(SIS)设计,借助多阶段马尔可夫模型对SIS进行验证。结果表明:RTO系统首要安全风险在于过高浓度VOCs废气进入其装置而引发爆炸;设计SIS以确保进入RTO装置的VOCs废气浓度低于其爆炸极限下限的25%;SIS包括传感器、逻辑解算器和最终执行元件;SIS的PFDavg为1.32E-04,满足SIL3等级要求;SIS中传感器部分是最不可靠的。

蓄热式热氧化装置的设计与控制

近年来蓄热式热氧化装置时有爆炸,因而蓄热式热氧化装置的设计和过程安全控制十分重要。为保障蓄热式热氧化装置的运行安全,设计人员应该更加注重以下五个方面:(1)爆炸下限(LEL)分析仪表应设置在蓄热式热氧化炉前合适位置;(2)提升阀应保证零泄漏和故障率低;(3)燃烧器应选择低氮长明灯型,且带有高温自动停系统;(4)高温热旁通阀门必须选择耐高温调节型;(5)控制系统应按照工艺参数的重要性和安全预评价,进行冗余设置或采用安全仪表系统。本文为采用蓄热式热氧化装置作为废气处理技术的工程项目提供了参考。

点火能量对粉尘爆炸行为的影响

为防控工业粉尘爆炸和完善粉尘爆炸测试方法,在Siwek 20 L球形爆炸测试系统内,实验研究了不同点火能量下高、低挥发性粉尘的爆炸行为。对粉尘爆炸猛度(最大爆炸压力、最大升压速率和燃烧持续时间)、敏感度(爆炸下限)及惰性介质的抑爆效力随点火能量的变化规律进行了重点探讨。结果表明,增加点火能量能提高粉尘云爆炸能量和燃烧速率,低挥发性粉尘爆炸行为受点火能量的影响更显著。低挥发性粉尘在低质量浓度下无法被低点火能量充分引燃,爆炸不良效应显著;随着粉尘质量浓度的增加,爆炸不良效应不断减弱直至消失。低挥发性粉尘爆炸下限随点火能量增加急剧下降,而高挥发性粉尘爆炸下限受点火能量影响较小。惰性介质抑爆效力随点火能量增加而下降。建议采用5～10 kJ点火能量考察低挥发性粉尘爆炸下限及惰性介质对粉尘爆炸的抑制效力。研究结果有助于理解粉尘爆炸规律、完善测试方法和安全设计。

氢气的生成及对瓦斯爆炸的影响

利用痕量氢气测定方法，对煤氧化过程产生的氢气进行测定，借助20L球形爆炸实验装置，研究氢气对瓦斯爆炸特性的影响．实验结果表明当煤温升高到200～250℃时就可以检测到氢气，之后随温度升高氢气浓度呈指数上升，当煤温升至280℃，φ（H2）最高可达0．479／5．煤样粒径对氢气的生成影响不大，而煤种对氢气的产生却有较大的影响．煤变质程度越低，析出氢气的温度也越低，析出氢气量越多．氢气的存在会大幅度降低甲烷的爆炸下限，并增加甲烷的爆炸威力．φ（H2）为0．5％时，φ（CH4）为2．4％的混合气体就会发生爆炸．

密闭空间煤粉的爆炸特性

利用ISO6184/1和IEC推荐的20L球型爆炸测试装置,对4种规格的煤粉进行了系统的粉尘爆炸实验,探讨了煤粉的爆炸规律。得到了样品的爆炸下限浓度、最大爆炸压力,最大爆炸压力上升速率变化规律;分析了浓度、粒径、点火能量对煤粉爆炸猛烈度的影响。结果表明,粒径越小的煤粉,爆炸下限越小,而且在指定浓度下爆炸越猛烈。随着浓度的增大,最大爆炸压力和上升速率先增后减。样品3,峰值爆炸压力对应的浓度为400～1000g/m3,爆炸压力最大值为0.54MPa;点火头能量的增大在一定程度上促使反应更充分,从而爆炸强度更强。由于煤粉组成的特点,实验数据一定程度上说明了爆炸过程中气相燃烧的重要作用。

甲烷-煤尘复合体系中煤尘爆炸下限的实验研究

在3.2L的燃烧管道中,采用小能量的高压点火装置,通过改变甲烷体积分数、煤尘种类与粒径,研究了甲烷-煤尘复合体系中煤尘爆炸下限的变化规律。研究结果表明,在本文实验条件下,甲烷-煤尘混合物中甲烷体积分数的增加能明显降低煤尘的爆炸下限。对于煤尘粒径小于42μm煤样A,当甲烷体积分数从1.8%增加到2.2%时,煤尘的爆炸下限相应从30g/m3下降到6.25g/m3。煤尘的爆炸下限也随着煤尘中挥发分含量的增加而降低。煤尘粒径对其爆炸下限的影响较弱。实验结果与文献中高能量化学药头点火的测试结果进行比较表明,甲烷对煤尘爆炸下限的影响趋势并不随着点火源能量的改变而改变。

糖粉粒径对其爆炸特性影响的试验研究

为研究糖粉粉尘爆炸特性,采用20 L球形爆炸装置进行试验测试,通过改变糖粉粒径来测定粉尘爆炸下限质量浓度（LEL）、爆炸压力以及爆炸指数特性参数,研究粒径对糖粉爆炸特性的影响。结果表明,随着粒径的减小,粉尘LEL先由70~80 g/m3降低到0~10 g/m3,再上升到20~30 g/m3;爆炸压力由0.75 MPa增大到1.07 MPa;爆炸指数由11.2 MPa·m/s增大到23.4 MPa·m/s。此外,粒径为45~53μm的3号粉尘的LEL为0~10 g/m3,其爆炸敏感度最高;而粒径小于等于45μm的4号粉尘的爆炸压力为1.07 MPa,爆炸指数为23.4 MPa·m/s,其爆炸烈度最大。随着粒径的减小,糖粉粉尘的爆炸烈度单调性增大。