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。

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.

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。

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。

基于Logistic统计方法的煤粉爆炸下限研究

粉尘云爆炸下限是表征粉尘易燃易爆危险性的主要参数,相对精确地测试并表示粉尘云爆炸下限对评估和预防粉尘爆炸灾害是十分重要的。基于统计分析的Logistic回归模型,应用以概率表示粉尘云爆炸下限的计算方法,在20 L球形爆炸罐中对不同粒径的煤粉-空气混合物进行爆炸下限测试实验,利用SPSS统计分析软件计算得到不同粒径、不同实验次数下煤粉点火成功概率-浓度分布曲线,结果表明不同点火概率下的爆炸下限均随粒径的减小而呈现逐渐减小的趋势,且粉尘粒径越小,点火成功概率从p=10%增至p=90%的浓度区间越窄,即其燃爆特性越稳定。实验次数对爆炸下限概率分布存在影响,实验次数越多,爆炸下限概率分布的浓度区间越窄,但点火概率为50%的浓度值与实验次数无关,是研究粉尘爆炸下限的关键值。与其他计算方法的结果相比,以概率表示特定物质的爆炸下限更符合实际情况,更能满足不同生产环境对安全控制的需要。

7-氨基头孢烷酸粉尘爆炸特性实验研究

选取石药集团中润制药有限公司生产的7-氨基头孢烷酸(7-ACA)粉体为研究对象,利用20L球形爆炸测试系统进行粉尘爆炸特性实验研究。首先测定7-ACA粉体样本的粒度分布及湿度;用20L球形爆炸装置实验测得7-ACA粉尘在2kJ的点火能量下的爆炸下限质量浓度为18.5g/m3,且粉尘爆炸下限随点火能量的增大呈现降低趋势;粉尘的最大爆炸压力及最大压力上升速率随着粉尘浓度的增加呈先增大再下降的规律,在775g/m3附近达到最大值,并随点火能量的增大而增大。研究结果为中润公司及类似企业7-ACA生产车间的安全管理及防爆工程设计提供了一定的科学依据。

硬脂酸粉尘爆炸特性试验研究

为研究硬脂酸粉尘的爆炸特性,采用20 L球型爆炸仪对4个粒径范围的硬脂酸粉尘进行粉尘爆炸试验研究。结果表明:一定浓度范围内增大粉尘浓度能够提升硬脂酸粉尘的爆炸能量和燃烧速率。增大粉尘浓度,爆炸猛烈度先增强后减弱;减小粉尘粒径,能增强爆炸猛烈度和敏感度。粒径小于58μm粉尘的爆炸猛烈度和敏感度最大,浓度500g/m^3时,该粉尘有最大爆炸压力1.12 MPa和最大升压速率142.00 MPa/s。

一元醇非常温爆炸极限的测定

爆炸极限是重要的物性参数。常温下爆炸极限数据已很充足 ,非常温下爆炸极限数据却很罕见。本文用约2 0L的爆炸容器 ,在 2 5～ 2 10℃范围内测定了甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇及醇水体系的LEL值和UEL值。并用回归分析的方法得出各种体系爆炸极限随温度变化的规律。用本法在常温下所测数据与文献值相同。

五氯硫酚锌盐粉尘爆炸下限浓度的实验研究

五氯硫酚锌盐的一些基本的危险性参数,如燃烧爆炸性能,目前国内外报道极少。笔者采用野外定性燃烧试验、哈特曼管实验及20 L球实验,对该物质粉尘爆炸的危险性进行研究。结果表明,该物质具有燃烧爆炸危险性,但与细小片状铝粉(燃爆危险性很强烈)相比,其粉尘的燃爆危险性很弱。以硅系点火具作为点火源,在20 L爆炸球中测试获得该粉尘爆炸下限浓度约为213 g/m3。根据ISO-6184及VD I-3673等标准,认为该粉尘的爆炸猛烈度为1级。所得结果为该物质的生产及使用安全提供了重要的参考。

基于绝热火焰温度混合气体爆炸下限的预测

准确地预测可燃混合气体的爆炸极限,对防止工业生产中时有发生的混合气体爆炸事故有着重大的意义。通过采用Gaseq软件计算CH4,C3H8,C2H4,C3H6,CH3OCH3和CO的绝热火焰温度(CAFT),分析初始温度对甲烷和丙烷混合气体(体积比1∶1)爆炸下限(LEL)的影响。结果表明:随着初始温度的升高,临界火焰温度基本不变,而LEL线性下降。使用计算绝热火焰温度法对不同比例的二元混合气体(体积比1∶1,3∶1,1∶3)以及三元混合气体(体积比1∶1∶1)的LEL进行预测,在选取的35组不同组份的混合气体中,LEL的预测值与文献值的平均绝对误差为0.081 8,平均相对误差为0.02。

爆炸焊接最小作用量原理分析

最小作用量原理是自然界的一条基本法则,也是物理学的最后规律.通过爆炸焊接的理论分析、界面测试和生产实践发现,爆炸焊接过程也遵循物理学"最小作用量原理",即以最小的装药量获得最佳的焊接界面.在复板和基板发生非弹性碰撞直至结合这一力学过程中,其"作用量"可认为是"复板和基板的结合能量".为了使界面结合能量为最小,在选取爆炸焊接工艺参数时,需遵循"装药厚度下限法则"和"基复板间隙上限法则"等原则,并优选"最低临界爆炸速度炸药",即可实现爆炸焊接过程"最小作用量原理",从而使爆炸焊接界面状态达到最佳.

爆炸焊接下限的确定

文中提出了爆炸焊接参数应取焊接窗口下限的原则 ,并根据爆炸焊接载荷产生的弯矩要大于复板材料的动态极限弯矩这一条件 ,得出了适合于工程应用的爆炸焊接下限 ,此下限比传统算法小 2 0 %～ 30 %。

高炉喷吹用潞安贫瘦煤爆炸下限与返回火焰长度的试验研究

该试验通过测定爆炸下限与返回火焰长度这两个参数来确定4种煤粉的爆炸性.爆炸下限指能使喷入一定装置中的粉尘云点燃并维持火焰传播的最小粉尘浓度,是确定粉尘爆炸性重要参数,试验室通常使用20L的爆炸装置进行测定.喷吹现场广泛采用长管式煤粉爆炸性测试仪检测煤尘引燃后产生的返回火焰长度,该长度随煤粉爆炸性的强弱而显著变化:返回火焰长度大于600 mm可认定该煤粉具有强爆炸性;在400～600 mm之间则煤粉具有中强度爆炸性;小于400 mm则煤粉具有弱爆炸性.结果表明:20 L球测得4种煤粉的爆炸下限在6 0～85 g/m3之间;长管式煤粉爆炸性测定仪测得4种煤粉的返回火焰长度在20 ～50 mm之间.由测定的返回火焰长度可知,试验所用的4种煤样均属于弱爆炸性煤种.