多元混合气体爆炸特性及惰化防爆研究

为了完善常见多元混合气体爆炸特性参数数据库,为安全工程师开展城镇燃气防爆管理、安全操作规程的制定及对废弃管道进行改造、拆除提供依据,采用理论和试验方法对CO2与N2两种惰性气体对液化石油气（LPG）爆炸特性参数的影响规律进行了研究,对比分析了两种惰化剂对LPG的抑爆效果。结果表明：LPG体积分数为4.0%、CO2体积分数为22%时,LPG可燃气退出爆炸区间,此时极限氧体积分数为15.54%;LPG体积分数为3.5%、N2体积分数为32%时,LPG可燃气退出爆炸区间,此时极限氧体积分数为13.545%;两种惰化剂对LPG爆炸特性的抑制规律基本相似,但CO2的抑制效果明显优于N2。当CO2和N2充入的体积分数均为20%时,最大爆炸压力到达时间分别由166 ms延长到1 222 ms和826.30 ms;两种惰化剂用量在体积分数大于10%之前,对最大爆炸压力到达时间的影响均较小,因此在工程应用中采用惰化方式抑爆,惰化剂充入的体积分数需高于10%。

惰化系统极限氧浓度变化规律及监测预警研究

为解决高龄油气管罐事故多发且事故后果严重的问题,通过研究惰性气体保护封存技术,提出惰化系统氧浓度等级分级、氧浓度安全裕量设定原则以及极限氧浓度（LOC）测试方法;通过理论与试验相结合的方法,分析CO_2、N_2等2种惰化剂对液化石油气（LPG）爆炸极限与LOC的影响以及抑制机制,并基于此设定预警阈值。结果表明：随着CO_2、N_2量的增加,最大爆炸压力到达时间延时可达7倍,抑爆效果明显,2种惰化剂抑爆机制的不同主要体现在三元碰撞反应;当CO2充入量达到22%或N2充入量达到32%时,LPG处于完全惰化状态;根据试验结果,可设定LPG惰化系统在线和间断氧浓度监测时预警阀值。

独立窨井内氮气惰化设备进气参数优化设计

为了探究独立窨井中氮气惰化设备进气参数(进气流量、进气位置、进气角度)变化对惰化效果的影响规律,构建了独立窨井三维模型并进行网格划分,使用CFD方法对窨井充氮惰化过程进行数值模拟。分析惰化过程中窨井内氧气体积分数平均值、氧气体积分数最大值随时间的变化规律,探究惰化最终时刻窨井内氧气分布及流场分布特点。结果表明,增大进气流量、平吹进气、窨井下部进气均有利于将窨井内氧气体积分数降低至临界安全氧浓度以下,形成较大不易耗散的涡旋使窨井内部氮气分布较均匀,具有较好的惰化效果。使用正交试验分析3个进气参数对窨井内氧气体积分数降低效果的影响,从主到次依次为进气角度、进气流量、进气位置,确定以临界安全氧体积分数为判据的惰化效果最佳的进气参数组合:进气速度为12 m/s,下部位置位于窨井下部,进气角度为平吹进气。该进气参数组合可将窨井内氧气体积分数降低至6.17%,远低于临界安全氧体积分数14.4%,具有最好的惰化效果。研究成果可为窨井内氮气抑爆设备进气参数设计提供理论依据。