抽尘管道可燃性金属粉尘运移规律及在线监测技术研究

作     者：张彪 

作者单位：重庆科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：易俊;王杰

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

主      题：可燃性金属粉尘 抽尘管道 粉尘沉积 运移规律 在线监测 

摘      要：随着金属制品加工企业的日益增多,抛光打磨作业环节中产生的可燃性金属粉尘也日趋增多,可燃性金属粉尘除尘系统中粉尘发生爆炸的机率随之增大,粉尘爆炸往往会造成重大的人员伤亡和经济损失。例如,在航空航天、国防军工、汽车、冶金等领域广泛使用的镁铝合金,其部件在抛光打磨加工过程中产生的镁铝合金粉尘就是一种可燃性金属粉尘,如果抽尘管道中粉尘沉积过量就存在因粉尘浓度过高且遇到点火源时产生爆炸隐患。本文依托于国家重点研发计划,以镁铝合金抛光打磨作业场所抽尘管道为研究对象,针对镁铝合金粉尘在抽尘管道中的沉积和管道静电接地装置失效导致壁面静电放电的问题,通过对抽尘管道中镁铝金属粉尘的运移沉积规律研究来确定管道中沉积粉尘的监测点,通过对金属粉尘抽尘管道在线监测技术的研究来确定管道壁面静电、沉积粉尘厚度、浮游粉尘浓度三个参数,以实现抛光打磨作业场所可燃性金属粉尘抽尘管道粉尘爆炸防控。本文主要研究工作如下:(1)分析了抽尘管道粉尘运移沉降及气固两相流数值模拟理论,明确了粉尘在管道中沉降的主要影响因素,确定了数值模拟模型。将粉尘粒径、除尘风速、发尘浓度作为主要影响因素,对镁铝合金粉尘在管道中的运移沉积规律进行研究。对比了气固两相流数值模拟湍流模型的优缺点,确定采用Realizable k-ε模型为湍流模型进行模拟。(2)通过数值模拟和实验的方法,研究了镁铝合金粉尘在抽尘管道中的运移沉积规律。对管道内压强分布、粉尘浓度分布、粉尘沉积位置等模拟结果进行分析,得出了不同工况下抽尘管道中镁铝合金粉尘沉积量高点的分布位置。采用金属粉尘除尘系统实验平台进行了镁铝合金粉尘运移沉积实验,得出镁铝合金粉尘在管道中沉积位置、沉积质量。通过与数值模拟结果进行对比分析,不同工况下镁铝合金粉尘在抽尘管道中的总体沉积趋势、沉积量高点分布管段与数值模拟结果基本一致,实验和数值模拟存在一定的差异,通过优化模型和参数可减小误差,数值模拟和实验具有较好的一致性。研究结果为管道沉积粉尘在线监测传感器确定监测点提供了数据参考。(3)开展了可燃性金属粉尘抽尘管道在线监测技术研究,对抽尘管道壁面静电电压、沉积粉尘厚度、浮游粉尘浓度三个参数实现了在线监测。首先,对比分析了管道壁面静电积累的影响因素和静电检测方法的优缺点,确定了管道壁面静电电压检测的方法。开展了管道壁面静电监测实验,实验结果揭示了金属粉尘在气力输送过程中,粉尘颗粒与管壁产生电荷转移,会形成强电场、大电压、瞬时放电的现象。其次,对比了沉积粉尘厚度检测方法和浮游粉尘浓度检测方法,对其检测原理进行了分析,进行了沉积粉尘厚度和浮游粉尘浓度在线监测装置的测量精度试验验证。最后,证实了静电监测传感器和粉尘沉积厚度监测传感器的测量精度误差在5%以内,浮游粉尘浓度监测传感器测量精度误差在10%以内,传感器测量精度均符合在线监测要求。为实现对管道静电、沉积粉尘厚度、浮游粉尘浓度的在线监测提供了技术支撑。(4)通过在重庆某镁铝合金制品加工企业对管道静电、沉积粉尘厚度、浮游粉尘浓度在线监测设备进行现场工业性示范,根据监测数据和用户反馈的效果,证实了在线监测设备对管道静电、沉积粉尘厚度、浮游粉尘浓度监测的实时性、有效性、准确性。本研究为作业场所抽尘管道可燃性金属粉尘爆炸防控提供了新思路和新方法,具有一定工程意义。