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多元混合气体对瓦斯爆炸动力学特性影响研究

安全与环境学报 2024年

作者：罗振敏罗传旭刘利涛张帆陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心陕西省煤火灾害防治重点实验室西安科技大学安全科学与工程学院

为探究多元气体对瓦斯爆炸影响及机理，利用20 L爆炸球研究了多元混合气体(V(C2H6)∶(C2H4)∶V(CO)∶V(H2)=5∶5∶1∶1)分别对7%、9.5%和11%体积分数甲烷的爆炸特性的影响规律，进一步的利用CHEMKIN软件分析了不同工况下爆炸反应中关键... 详细信息

为探究多元气体对瓦斯爆炸影响及机理，利用20 L爆炸球研究了多元混合气体(V(C2H6)∶(C2H4)∶V(CO)∶V(H2)=5∶5∶1∶1)分别对7%、9.5%和11%体积分数甲烷的爆炸特性的影响规律，进一步的利用CHEMKIN软件分析了不同工况下爆炸反应中关键自由基和基元反应的演化过程。结果表明，在7%体积分数甲烷中加入多元混合气体后，最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率增大，最大压力出现时间延后。而在9.5%和11%体积分数甲烷中掺混多元混合气体后则出现相反的影响效果。对于7%体积分数甲烷，多元混合气体的掺混会使H·和·OH峰值上升，且达到峰值时间提前。对于9.5%或11%体积分数甲烷，多元混合气体的掺混使H·峰值增大，O·和·OH峰值减小。最大爆炸压力与H·、O·和·OH摩尔分数峰值存在线性关系。最大爆炸压力与H·峰值呈分段线性关系，分割点出现在当量比为1和1.37处。总体来说，最大爆炸压力与摩尔分数峰值相关性随当量比增大而减小。R38(H+O2?O+OH)是主要的耗氧反应，也是控制甲烷消耗速率和爆炸反应能量释放的主要基元反应之一。因此当O2较少时，R38反应受限，宏观上表现为高当量比时爆炸效应较弱。

关键词：安全工程矿井瓦斯甲烷爆炸自由基

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氨纶防黄剂粉尘的着火特性分析

材料导报 2024年第11期38卷 288-295页

作者：罗振敏张春艳杨勇西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心西安710054

为研究氨纶防黄剂粉尘的燃烧特性,采用粉尘云最低着火温度标准实验装置和同步热分析技术,分别研究了典型防黄剂HN-150粉尘云最低着火温度(MITC)的分布特性和粉尘热解过程,根据实验结果进行燃烧特性和动力学分析。研究结果表明:粉尘粒径... 详细信息

为研究氨纶防黄剂粉尘的燃烧特性,采用粉尘云最低着火温度标准实验装置和同步热分析技术,分别研究了典型防黄剂HN-150粉尘云最低着火温度(MITC)的分布特性和粉尘热解过程,根据实验结果进行燃烧特性和动力学分析。研究结果表明:粉尘粒径越小,MITC越低;喷尘压力增大,MITC升高;粉尘云质量浓度增大,MITC先降低后稳定,且当粉尘云质量浓度大于2 096 g/m^(3)时,MITC稳定在270℃,小于150 g/m^(3)时,不会发生着火;粉尘云质量浓度对MITC的影响最大。随着粒径的增大,粉尘的着火温度、峰值温度、燃尽温度呈上升趋势,最大燃烧速率、平均燃烧速率、可燃性指数和综合燃烧特性指数呈下降趋势;随着升温速率的增大,粉尘的燃烧特性参数均呈上升趋势。随着粒径的减小,粉尘的平均活化能减小,越容易发生燃烧。MITC和热解过程中的着火温度相对应,这与燃烧特性和热分析动力学结果一致。因此该基础研究可为防黄剂的安全生产提供参考依据。

关键词：最低着火温度粒径热解燃烧特性动力学分析

掺氢比例对金属丝网阻抑掺氢甲烷燃烧火焰传播的影响

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爆炸与冲击 2024年第4期44卷 169-178页

作者：程方明苟籽妍罗振敏葛天姣葛汉漳西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安市城市公共安全与消防救援重点实验室陕西西安710054 陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心陕西西安710054

为进一步揭示金属丝网阻抑掺氢甲烷燃烧火焰传播特征的规律,通过实验研究了掺氢比例对不同孔隙密度金属丝网阻火过程的影响。结果表明:随着掺氢比例的增加,金属丝网的阻火难度加大,金属丝网的阻火效果可由成功转为失败,对火焰传播的影... 详细信息

为进一步揭示金属丝网阻抑掺氢甲烷燃烧火焰传播特征的规律,通过实验研究了掺氢比例对不同孔隙密度金属丝网阻火过程的影响。结果表明:随着掺氢比例的增加,金属丝网的阻火难度加大,金属丝网的阻火效果可由成功转为失败,对火焰传播的影响作用可能从抑制转变为促进;当金属丝网阻火失败时,金属丝网会引起火焰褶皱并导致火焰加速,但郁金香形火焰的首现时间有所延迟;随着掺氢比例的增大,火焰穿过金属丝网后的加速现象更为明显;提高金属丝网孔隙密度可提高金属丝网对掺氢甲烷预混火焰的阻火能力,孔隙密度越大,阻火能力越强;60 mpi以上金属丝网能够有效淬熄掺氢甲烷预混火焰。

关键词：掺氢甲烷阻火金属丝网掺氢比例火焰传播速度

卤代烷气体灭火剂促进-抑制瓦斯燃爆特性实验

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煤炭科学技术 2024年

作者：王涛董哲盛禹淮南凡杨哲杨鹏孟帆罗振敏西安科技大学安全科学与工程学院

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，本文采用实验测试和理论分析相结合... 详细信息

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，本文采用实验测试和理论分析相结合的方法，系统研究了七氟丙烷(C3HF7)、六氟丙烷(C3H2F6)和三氟甲烷(CHF3)等典型卤代烷气体对甲烷燃爆特性的影响，分别利用20L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C3HF7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，CHF3和C3H2F6均表现出来抑制作用；三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，三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，C3H2F6和C3HF7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CHF3。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。本文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。

关键词：瓦斯爆炸卤代烷爆炸抑制促爆作用爆炸压力层流燃烧速度

卤代烷气体灭火剂促进-抑制瓦斯燃爆特性试验

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 265-274页

作者：王涛董哲盛禹淮南凡杨哲杨鹏孟帆罗振敏西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054

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,... 详细信息

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。

关键词：瓦斯爆炸卤代烷爆炸抑制促爆作用爆炸压力层流燃烧速度

金属丝网位置对氢气/甲烷/空气火焰传播特性的影响

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安全与环境学报 2024年第7期 2593-2600页

作者：程方明葛汉漳邓军罗振敏葛天姣苟籽妍西安科技大学安全科学与工程学院陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心西安市城市公共安全与消防救援重点实验室

为研究管道内不同位置金属丝网对氢气/甲烷/空气预混火焰传播的影响，在半封闭管道中研究了金属丝网位置对其阻火效果的影响以及阻火失效后火焰传播特性的变化。结果表明，位置会影响金属丝网对预混火焰的阻火效果，金属丝网距点火位置... 详细信息

为研究管道内不同位置金属丝网对氢气/甲烷/空气预混火焰传播的影响，在半封闭管道中研究了金属丝网位置对其阻火效果的影响以及阻火失效后火焰传播特性的变化。结果表明，位置会影响金属丝网对预混火焰的阻火效果，金属丝网距点火位置越近，阻火效果越好。当火焰未被淬熄时，金属丝网距点火位置越远，对火焰传播的促进作用越小。当金属丝网距点火位置较远时，与无金属丝网工况相比，火焰传播时间和“I”形火焰存在时长显著增加，郁金香火焰首现时间也延迟，呈现出一定的抑制作用。此外，随着金属丝网距点火位置距离的增加，火焰振荡的周期和振幅明显降低，火焰不稳定性减弱。

关键词：安全工程阻火火焰形态火焰传播速度火焰不稳定性

非巨灾型地震Natech事件中储罐泄漏致多米诺效应动态演化分析

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中国安全生产科学技术 2024年第5期20卷 35-42页

作者：程方明蒋萌邓军罗振敏苏畅李卓西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学西安市城市公共安全与消防救援重点实验室陕西西安710054

为探究地震作用下地裂缝诱发的非巨灾型Natech事件对储罐泄漏火灾多米诺效应的影响,提出1种基于Natech情景假设的GERT-DBN演化分析模型。该模型将非巨灾型Natech事件的时空演化与概率预测相结合,基于量化的情景信息,明确组成多米诺事故... 详细信息

为探究地震作用下地裂缝诱发的非巨灾型Natech事件对储罐泄漏火灾多米诺效应的影响,提出1种基于Natech情景假设的GERT-DBN演化分析模型。该模型将非巨灾型Natech事件的时空演化与概率预测相结合,基于量化的情景信息,明确组成多米诺事故情景的主要失效储罐组合及其发生概率;在储罐受不同程度地裂缝损伤的失效情景假设下,获得多米诺效应升级概率伴随事故情景演化的变化规律,实现储罐多米诺事故升级概率的动态预测,并应用实例进行预测验证。研究结果表明:实例加氢站储罐组事故情景下,地震及其次生地裂缝损伤的增大与热辐射累积产生耦合作用会加速多米诺事故升级;多米诺事故升级概率在储氢罐失效前伴随事故演化逐渐下降;安全防护系统效用会一定程度上受到地裂缝损伤影响。研究结果可为非巨灾型地震Natech事件中的风险研判与管控工作提供参考。

关键词： Natech事件地裂缝多米诺效应动态贝叶斯网络(DBN) 非巨灾事件

Effect and Mechanism of Rare Earth Hydrotalcite Inhibiting Coal Spontaneous Combustion

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2024年第1期39卷 50-59页

作者：张小娟 LIU Bo 罗振敏 SUN Lu School of Safety Science and Engineering Xi’an University of Science and TechnologyXi’an 710054China

A hydrotalcite(layered double hydroxide, LDH) inhibitor which is suitable for the whole process of coal spontaneous combustion and a LDH inhibitor containing rare earth lanthanum elements were prepared. The inhibition effect and mechanism were analyzed by scanning electron microscopy(SEM),X-ray diffraction(XRD), thermal performance analysis, in-situ diffuse reflectance infrared spectroscopy and temperature-programmed experiment. The results have shown that the inhibitor containing lanthanum can play a good inhibitory role in every stage of coal oxidation. During the slow oxidation of coal samples, the inhibitor containing lanthanum ions can slow down the oxidation process of coal and increase the initial temperature of coal spontaneous combustion. At the same time, because the hydroxyl groups in LDHs are connected with-COO-groups on the coal surface through hydrogen bonds, the stability of coal is improved. With the increase of temperature, LDHs can remove interlayer water molecules and reduce the surface temperature of coal. CO release rate of coal samples decreases significantly after adding inhibitor containing lanthanum element, and the maximum inhibition rate of the inhibitor is 58.1%.

关键词： rare earth hydrotalcite coal spontaneous combustion mechanism

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气粉两相体系爆炸动力学特性及机理研究进展

化工学报 2024年第6期75卷 2109-2122页

作者：苏彬董浩伟罗振敏邓军王涛程方明西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心陕西西安710054

可燃性粉尘与易燃易爆气体广泛存在于工贸行业的各个环节之中,即使当粉尘和气体浓度都低于爆炸下限时,混合体系仍有发生爆炸的可能性,所以与单一粉尘或气体相比,气粉两相体系具有更高的爆炸危险性。主要从气粉两相体系的爆炸条件、爆炸... 详细信息

可燃性粉尘与易燃易爆气体广泛存在于工贸行业的各个环节之中,即使当粉尘和气体浓度都低于爆炸下限时,混合体系仍有发生爆炸的可能性,所以与单一粉尘或气体相比,气粉两相体系具有更高的爆炸危险性。主要从气粉两相体系的爆炸条件、爆炸效应以及爆炸机理三方面分析总结了两相体系爆炸敏感度参数、爆炸强度参数、火焰传播特性变化规律及其爆炸反应机理。研究结果表明,气粉两相体系的爆炸特性主要是受粉体粒径、粉体浓度、粉体物理化学特性、可燃气体浓度等多因素的共同影响,且不同体系之间具有较大差异性。此外,依据粉体热稳定性将两相体系分为两大类别,并分别探讨了其爆炸机理。基于此,对气粉两相体系爆炸防控亟待解决的方向和今后研究重点进行展望,为工矿气粉涉爆企业的安全生产提供理论指导。

关键词：安全爆炸混合物爆炸敏感度爆炸特性爆炸机理两相体系

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