液化石油气爆炸特征规律及抑爆技术实验研究

作     者：褚晓萌 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘贞堂

授予年度：2023年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：液化石油气 多元气体爆炸 爆炸特性 防爆抑爆 

摘      要：液化石油气(LPG)是一种主要成分为C、C的多元气体混合物,主要应用于居民生活、有色金属冶炼、窑炉焙烧和汽车燃料等领域,但LPG一旦发生泄漏,遇到点火源或高温,极其容易造成火灾或爆炸事故,造成极大的危害。研究LPG的爆炸特性及抑爆方法,对于LPG爆炸事故防控尤为重要。因此,本文利用20升球型爆炸测试装置,研究了LPG爆炸特性及不同材料抑制爆炸的效果。具体研究内容及结论如下:(1)研究了LPG在常温常压下的爆炸极限及不同浓度LPG爆炸特征参数变化规律及爆炸火焰的传播特性。结果表明:常温常压下LPG的爆炸极限为(2.25%,9.25%)。随着LPG浓度的增大,爆炸超压峰值P、压力上升速率峰值(d P/dt)呈先增大后减小的趋势,在4%LPG时达到最大值0.714 MPa和33.073MPa/s;达到爆炸超压峰值的时间t和达到压力上升速率峰值时间t均呈先减小后增大的趋势,在4%LPG时达到最小值200.0 ms和127.0 ms。在低浓度LPG时,爆炸火焰明亮,从点火电极中心呈近圆球状扩散至容器内部;在高浓度LPG时,火焰颜色暗淡,从爆炸球顶部开始燃烧并逐渐向下蔓延传播,火焰形态无规则。(2)开展了单一抑制介质惰性气体和惰性粉体抑制LPG-空气混合物爆炸的实验研究。实验结果表明:随着惰性介质的增加,爆炸超压峰值P和压力上升速率峰值(d P/dt)减小,达到爆炸超压峰值的时间t和达到压力上升速率峰值时间t增大,惰性介质的抑爆效果逐步增强。当添加体积分数为37%的CO或40%的N时,LPG爆炸被完全抑制,CO的抑爆效果总是优于N。添加相同质量浓度的惰性粉体时,抑爆效果依次为:Na HCOAl(OH)Si O。(3)进一步开展了复配粉体和气/固两相抑制剂对LPG爆炸的实验研究。结果表明:两相抑制剂均能够抑制LPG爆炸,添加量越多,抑爆效果越明显。添加Na HCO的复配粉体具有更好的抑爆效果,三种复配粉体的抑爆效果依次为:Na HCO/Al(OH)Na HCO/Si OAl(OH)/Si O,但抑爆效果均小于单一Na HCO粉体,没有良好的协同抑爆作用。两种气/固两相抑制剂的抑爆效果均随着CO体积分数或Na HCO、Al(OH)质量浓度的增加而增强,其中CO/Na HCO具有比CO/Al(OH)更好的协同抑爆作用,且CO的体积分数越大协同抑爆效果越明显。相同质量浓度500 g·m粉体,10%CO/Na HCO时抑爆效果最好,能够完全抑制LPG爆炸。本文研究结果为LPG爆炸特征及LPG抑爆提供了新的认识,对LPG爆炸事故防控具有理论和现实意义。论文有图幅35个,表4个,参考文献110篇。