抑制爆炸系统检测技术研究

介绍了一种抑制爆炸系统检测试验技术和装置。

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%.

全氟己酮抑制乙醇/汽油替代物爆炸特性及机理研究

为探究全氟己酮对不同乙醇掺混浓度汽油替代物的抑制效果和其详细反应动力学机理,开展了全氟己酮抑制乙醇/汽油替代物爆炸实验及模拟研究。结果表明,全氟己酮可有效降低不同浓度乙醇/汽油替代物的爆炸超压和火焰速度,全氟己酮浓度越高抑制效果越显著。此外,组建了包含241种组分、1346个基元反应的全氟己酮抑制乙醇/汽油替代物燃烧的动力学机理模型,研究发现提升乙醇掺混浓度,层流燃烧速度增加、火焰温度降低;全氟己酮通过含氟自由基捕获H、OH等关键自由基降低反应强度,R694:CF_(3)+H CF_(2)+HF和R760:CF_(2)+OH CF_(2):O+H为关键捕获路径。

卤代烷气体灭火剂促进-抑制瓦斯燃爆特性试验

瓦斯爆炸是严重威胁煤矿安全生产的主要灾害之一,开发高效的瓦斯抑爆技术可有效提升瓦斯爆炸事故防控水平,而其重点在于抑爆材料的作用性能。为系统研究典型卤代烷气体灭火剂对瓦斯爆炸的作用效果,采用试验测试和理论分析相结合的方法,系统研究了七氟丙烷(C_(3)HF_(7))、六氟丙烷(C_(3)H_(2)F_(6))和三氟甲烷(CHF_(3))等典型卤代烷气体对甲烷燃爆特性的影响,分别利用20 L球形爆炸装置和自研本生灯层流火焰传播速度系统测试了卤代烷对甲烷爆炸压力参数和层流燃烧速度的作用效果。得到了爆炸压力峰值、最大升压速率、层流燃烧速度等特征参数变化规律和层流火焰形貌演化特性。结果表明:富氧工况下卤代烷随添加体积分数的增大而对甲烷燃爆过程表现出明显的促进−抑制双重作用。在化学当量条件下,仅C_(3)HF_(7)对甲烷爆炸压力峰值、最大升压速率有先促进后抑制的作用,CHF_(3)和C_(3)H_(2)F_(6)均表现出抑制作用;3种卤代烷气体对甲烷层流燃烧速度均表现出抑制作用。在贫氧工况中,3种卤代烷气体对甲烷的爆炸压力峰值,最大升压速率和层流燃烧速度均表现出抑制作用。整体而言,C_(3)H_(2)F_(6)和C_(3)HF_(7)对甲烷爆炸压力特征参数和层流燃烧速度的抑制效果优于CHF_(3)。理论分析结果显示,富氧工况下卤代烷随掺混体积分数的增大而表现出的促进−抑制双重作用,可归因于其对体系反应过程中热释放特性的提升与其主要含F中间产物对H、O和OH等关键自由基的抑制之间的竞争结果。研究结果为瓦斯爆炸防治相关理论研究和技术开发提供一定的理论依据。

细水雾抑制管道瓦斯爆炸的实验研究

在搭建细水雾抑制管道瓦斯爆炸的小尺寸实验平台和阐明瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道瓦斯爆炸的有效性,并对其进行定性、定量分析。研究发现:在水雾足量的情况下,细水雾能有效抑制管道瓦斯爆炸的传播速度、降低火焰温度,并能改变火焰图像特性;瓦斯浓度较高或雾通量不足时,细水雾将通过助燃促进瓦斯爆炸的产生。

煤尘与瓦斯复合环境下的爆炸风险及其控制策略

本研究旨在探讨煤尘与瓦斯复合环境下的爆炸风险,以及相应的控制策略。煤矿事故中的煤尘与瓦斯爆炸一直是引起重大安全问题的主要因素之一,因此对这一问题的深入研究至关重要。本文通过分析煤尘与瓦斯的特性,以及它们在混合环境中的相互作用,探讨了爆炸风险的形成机制。同时,综合考虑了国内外相关研究成果,总结了多种有效的控制策略,包括通风系统的优化、气体抽放与监测技术的应用、滞尘降尘技术的研发等。这些策略能够降低煤矿爆炸事故的发生概率,提高矿工的安全。

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。

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。

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．

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。

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。

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.

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。

φ700mm管道细水雾抑制瓦斯爆炸试验研究

为了预防瓦斯在输送和排放管道中的爆炸，在Ф700mm管道进行了细水雾抑制瓦斯爆炸试验。结果表明：在一定水流量和水雾带长度条件下，细水雾能够抑制管道内瓦斯爆炸，抑制瓦斯爆炸距离最短为41．5m、最长为63．7m；抑制瓦斯爆炸的最佳喷嘴水流量为5．03L／min，水雾带长度为33m；抑制瓦斯爆炸水流量越大，抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值越小，但喷嘴水流量达到6．19L／min后，水流量的增加对抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值影响不明显；细水雾抑制瓦斯爆炸系统安装于管道10～50m时抑制瓦斯爆炸比较理想。

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.

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。