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工矿自动化 2019年第7期45卷 59-65页

作者：刘天奇沈阳航空航天大学安全工程学院

为研究水平管道空间煤尘爆炸火焰传播特性,以水平玻璃管道煤尘爆炸实验装置为依托,以褐煤为研究对象,构建了煤尘爆炸火焰传播特性数学模型和水平管道几何模型,采用数值模拟方法研究了水平管道空间煤尘爆炸不同时刻沿水平管道长度方向(z... 详细信息

为研究水平管道空间煤尘爆炸火焰传播特性,以水平玻璃管道煤尘爆炸实验装置为依托,以褐煤为研究对象,构建了煤尘爆炸火焰传播特性数学模型和水平管道几何模型,采用数值模拟方法研究了水平管道空间煤尘爆炸不同时刻沿水平管道长度方向(z方向)火焰传播特性、爆炸反应充分时沿z方向火焰温度传播特性及不同截面火焰温度传播特性。研究结果表明:①不同时刻爆炸火焰传播距离模拟值与实测值最大误差为0.09m,最小误差为0.01m,验证了数值模拟方法的可行性。②煤尘爆炸反应充分时,水平管道空间可划分为初始扬尘区z=0~0.1m、高温点火区z=0.1~0.3m、温度跃升区z=0.3~0.56m、高温核心区z=0.56~0.86m和高温扩散区z=0.86~1.4m。③煤尘爆炸反应充分时,z=0.2m处截面上,距圆心越近则温度越低,说明该区域虽为爆源,但不是爆炸热量释放核心区;z=0.2,0.4m处截面最外围近壁区域存在约500K窄环形低温区,这是由于管壁设置温度恒为常温300K所致;z=0.86~1.4m处截面上,距圆心越近则温度越高,截面距高温核心区越远则温度越低。数值模拟结果与火焰实际传播情况相符。

关键词：煤尘爆炸煤尘爆炸强度爆炸火焰传播火焰传播特性火焰传播距离火焰温度传播特性水平管道空间数值模拟

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褐煤煤尘爆炸火焰传播动力学研究

褐煤煤尘爆炸火焰传播动力学研究

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作者：刘毅飞中北大学

学位级别：硕士

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础,我国能源结构以煤炭为主,然而近年来煤炭开采事故频发,严重威胁到我国能源安全以及人民的生命财产安全。其中煤尘爆炸作为井下开采的主要灾害之一,因其具有极强的破坏性以及容易形成二次爆炸等... 详细信息

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础,我国能源结构以煤炭为主,然而近年来煤炭开采事故频发,严重威胁到我国能源安全以及人民的生命财产安全。其中煤尘爆炸作为井下开采的主要灾害之一,因其具有极强的破坏性以及容易形成二次爆炸等危害而受到人们的广泛关注。为了更好的了解煤尘云爆炸特性以及机理,为安全开采以及灾害预防提供理论依据。本文以褐煤煤尘为研究对象,通过现代分析手段对煤样进行了粒径分析、工业分析和元素分析;利用粉尘云爆炸火焰动态测试系统,分析了不同影响因素对煤尘云爆炸火焰传播的影响;采用Reax FF分子动力学模拟方法(Reax FF-MD)对煤尘热动力学机理进行了研究。得到以下结论:(1)随着煤尘云浓度和点火延时的增加,煤尘云爆炸火焰传播高度以及火焰传播速度均呈现出先增大后减小的变化规律;随着点火能的增加,煤尘云爆炸火焰传播高度以及火焰传播速度均呈现出持续增大的变化规律;随着粒径的减小,煤尘云爆炸火焰传播高度以及火焰传播速度均呈现出持续增大的变化规律。(2)在褐煤热动力学机理研究中,发现大分子煤结构逐步分解,芳香环、C-C键、C-O键和C-H键等断裂,产生更小的分子结构,其中包括H、HO、CO和CHO等小分子。其中,在热解和燃烧反应体系中,最主要的产物分别是H和CO。此外还发现,温度升高对煤分子热解和燃烧反应均有促进作用。(3)通过对比分析褐煤热解和燃烧的主要反应路径可得,O+H→HO是反应中出现频次最多的反应,·HO自由基的不稳定性促使其与·HO自由基反应生成HO分子(HO+HO→HO+O),是HO产生的主要途径。此外,·CO和·CHO自由基的进一步分解以及CO的进一步氧化是CO的主要产生来源。热解反应体系中,HO+H→H+HO是该反应中出现频次最多的反应,是H产生的主要途径。此外,·CHO、·CHO、·CHO自由基以及HO的进一步分解析出·H离子,H+H→H也是H的主要产生来源。

关键词：粉尘爆炸爆炸火焰传播热解模拟燃烧模拟

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燃烧废气对粉末涂料/空气混合物爆炸的惰化作用

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中国安全科学学报 2021年第11期31卷 71-77页

作者：石永国唐庆胡斯源丁超王信群浙江省应急管理科学研究院浙江杭州310012 中国计量大学安全工程研究所浙江杭州310018

为提高静电涂装过程中粉末涂料爆炸防控的针对性,采用截面80 mm×80 mm、高度800 mm的爆炸试验平台,研究有机及无机颜料粉末涂料的爆炸传播特性,以及施加天然气燃烧废气的惰化防爆效果。结果表明:有机颜料可促进粉末涂料爆炸传播,致使... 详细信息

为提高静电涂装过程中粉末涂料爆炸防控的针对性,采用截面80 mm×80 mm、高度800 mm的爆炸试验平台,研究有机及无机颜料粉末涂料的爆炸传播特性,以及施加天然气燃烧废气的惰化防爆效果。结果表明:有机颜料可促进粉末涂料爆炸传播,致使火焰传播速度峰值由4.8 m/s提高至7.5 m/s;施加天然气燃烧废气,对无机、有机颜料粉末涂料/空气混合物爆炸火焰传播均有惰化效能,但其作用方式存在一定差别,前者爆炸强度随燃烧废气施加量呈渐进式衰减,而有机颜料粉末涂料,当氧含量降至18%时,仅使点燃时间延迟,爆炸火焰传播速度峰值未明显降低,而氧含量降至15%时,点燃难度骤升,火焰传播不能自持。

关键词：燃烧废气粉末涂料惰化作用爆炸火焰传播交联固化粉尘/空气混合物

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超细粉体惰化剂对铝合金抛磨废弃物粉尘爆炸的防控效果

超细粉体惰化剂对铝合金抛磨废弃物粉尘爆炸的防控效果

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作者：仝校炎中国计量大学

学位级别：硕士

目前我国对铝合金制品需求急剧增加,在铝合金工件抛光打磨的过程中爆炸事故偶有发生。为采取恰当措施减少甚至排除生产现场铝合金抛磨废弃物粉尘的爆炸隐患,在对铝合金抛磨废弃物粉尘爆炸特性定量化研究的基础上,本文分别在国际通用的Ha... 详细信息

目前我国对铝合金制品需求急剧增加,在铝合金工件抛光打磨的过程中爆炸事故偶有发生。为采取恰当措施减少甚至排除生产现场铝合金抛磨废弃物粉尘的爆炸隐患,在对铝合金抛磨废弃物粉尘爆炸特性定量化研究的基础上,本文分别在国际通用的Hartmann装置和方形管道内系统地研究了超细粉体惰化剂施加量和种类对铝合金抛磨废弃物粉尘爆炸敏感度的钝化效果、以及对火焰传播进程的惰化作用,并与同等中位粒径的高纯度铝粉对比。此外,根据得出的结论在典型生产现场进行了具体应用,通过向抛光除尘管道内投放超细粉体惰化剂,探究其对生产过程中可燃粉尘的实际惰化效果,进一步阐述了超细粉体惰化剂对铝合金抛磨废弃物粉尘/空气混合物爆炸火焰的影响机理,为在实际生产过程中采用和推广相关技术手段防控铝合金抛磨废弃物粉尘爆炸提供了翔实可靠的数据支撑和应用基础。主要的结论如下:（1）在Hartmann装置和方形管道内分别对比研究了高纯度铝粉、铝合金抛磨废弃物粉尘的爆炸特性和火焰传播规律。实验测得高纯度铝粉爆炸下限为80g/m,最小点火能量在40-45m J范围内;两种铝合金抛磨废弃物粉尘爆炸危险性相对较弱,其中铝合金抛光粉尘爆炸下限为150g/m,最小点火能量位于500-550m J之间;铝合金抛丸粉尘爆炸下限为150g/m,最小点火能量位于700-750m J之间。此外,高纯度铝粉、铝合金抛磨废弃物粉尘的爆炸火焰在成长阶段传播进程较为猛烈,火焰传播到标志位置速度较快。与高纯度铝粉相比,铝合金抛光粉尘的爆炸火焰传播至装置顶部的时间更长,而铝合金抛丸粉尘的传播进程和爆炸效果均弱于其他两种粉尘。（2）实验研究了超细粉体惰化剂的施加量对高纯度铝粉、铝合金抛磨废弃物粉尘/空气混合物火焰传播进程的影响。结果表明,随着超细惰化剂施加量的增加,铝合金抛磨废弃物粉尘/空气混合物爆炸火焰传播进程被显著延缓,具体表现为:爆炸火焰传播至标志位置（电极上方380mm）处的时间延长;在方形管道内火焰纵向传播距离变短;爆炸火焰达到传播速度峰值对应的时间延长;随着超细粉体惰化剂质量分数的增加,传播速度峰值出现不同程度的减小。（3）实验研究了超细粉体惰化剂种类对高纯度铝粉、铝合金抛磨废弃物粉尘/空气混合物爆炸敏感度及火焰传播进程的影响。2种超细粉体惰化剂对高纯度铝粉和铝合金抛磨废弃物粉尘爆炸的惰化效果为:超细CaCO>超细Al（OH）,主要表现为:随着可燃粉体中超细粉体惰化剂质量分数的增加,高纯度铝粉和铝合金抛磨废弃物粉尘的点火能量和爆炸下限均随之增大,在施加超细CaCO时,其增大的幅度明显高于超细Al（OH）。当以超细CaCO作为惰化剂时,对以点火能量和爆炸下限为代表的爆炸敏感度参数的钝化效果更明显。超细CaCO对其火焰传播进程的延缓更为显著,即施加超细CaCO对高纯度铝粉和铝合金抛磨废弃物粉尘的惰化效果更优。（4）在典型生产应用中发现,生产现场铝合金抛磨废弃物粉尘云初始被点着的位置是随机的。在未施加超细粉体惰化剂时,爆炸初始阶段独立发光点火焰数量较多,在成长阶段火焰前锋连续光滑;当施加超细惰化剂后,独立发光点火焰数量显著减少,在成长阶段火焰整体更为离散,火焰的传播进程明显被延缓。施加超细CaCO后,一方面降低了可燃粉尘的局部浓度;另一方面超细粉体惰化剂因粒径较小易于悬浮在空气中,且大量超细CaCO粉体可吸附于铝合金废弃物粉尘颗粒上,阻拦可燃粉尘与空气接触,降低了其与氧气的接触面积,施加超细粉体惰化剂对生产现场降低或排除粉尘爆炸隐患有一定的借鉴意义。

关键词：铝合金抛磨废弃物粉尘超细粉体惰化剂爆炸敏感度爆炸火焰传播爆炸防控

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萘酐粉尘/空气混合物惰化防爆研究

萘酐粉尘/空气混合物惰化防爆研究

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作者：金登科中国计量大学

学位级别：硕士

作为染料等有机合成工业的重要原材料之一,萘酐在生产、应用等环节中的粉尘爆炸事故时有发生,因而,结合生产实际,在对其爆炸特性进行定量化研究的基础上,探索有效的防控技术措施,对于保障相关行业的安全生产具有重要的现实意义。鉴于此... 详细信息

作为染料等有机合成工业的重要原材料之一,萘酐在生产、应用等环节中的粉尘爆炸事故时有发生,因而,结合生产实际,在对其爆炸特性进行定量化研究的基础上,探索有效的防控技术措施,对于保障相关行业的安全生产具有重要的现实意义。鉴于此,本文在标准的1.2L Hartmann爆炸实验装置中系统地研究了在不同影响因素(萘酐粉尘浓度、点火能量、氧含量等)下1.8萘二甲酸酐粉尘的爆炸特性参数,包括爆炸下限、最大爆炸压力、最小着火能量、极限氧含量等。此外,还在自主设计的垂直矩形管道内分别就粉尘浓度、惰性气体种类及添加量对萘酐粉尘/空气混合物爆炸火焰的传播进行了探究,并从整体和局部两个方面,分析了惰性气体对萘酐粉尘/空气混合物的惰化及防爆机理,为涉及可燃粉尘/空气混合物的工业生产过程提供了详实可靠的数据和惰化防爆技术基础。主要的结论如下:(1)在1.2L Hartmann爆炸实验装置和方形管道内分别研究了萘酐粉尘的爆炸特性和火焰传播规律。实验测得萘酐粉尘的爆炸最危险浓度为800g/m,最大爆炸压力为0.61MPa,爆炸下限为50g/m,最易着火浓度为200g/m,极限氧含量(最大允许含氧量)为11%。实验发现,萘酐粉尘的爆炸火焰经历了先加速纵向传播,再减速向上传播,最终到达管道装置顶部的过程。爆炸火焰结构随粉尘浓度的增加而逐渐清晰、完整。(2)实验研究了惰性气体添加量对萘酐粉尘/空气混合物爆炸强度及火焰传播进程的影响。结果表明,爆炸压力峰值和压力上升速率峰值均随着惰性气体添加量的增加而降低,到达其相应压力峰值的时间总体上也有所推迟;爆炸火焰传播至所标识位置和到达传播速度峰值所需的时间均随惰性气体添加量的增加而延长,其相应的火焰传播速度峰值也有着不同幅度的减小。(3)实验研究了惰性气体种类对萘酐粉尘/空气混合物爆炸强度及火焰传播进程的影响。结果表明,3类惰性气体对萘酐粉尘爆炸的惰化效果为:CO>CO+N>N,主要表现为:萘酐粉尘的爆炸下限和最小着火能量均随着混合气中氧含量的降低而不断增大。当添加CO作为惰性气体时,其增大的幅度明显高于氮气和混合气体,而对以爆炸压力峰值为代表的爆炸特性参数的降幅则更明显。其着火感应期明显比预混相同体积分数的其他惰性气体时更长,即添加了二氧化碳气体对萘酐粉尘的惰化作用更优。(4)实验发现,萘酐粉尘云初始被点燃的位置是随机的。在空气环境下点火后,点火源附近的萘酐粉尘小颗粒先受热并快速分解,产生可燃气态热解产物并与氧气混合发生爆燃,再加速预热分解其余萘酐粉尘颗粒,而使爆炸火焰连续传播。火焰很少被分离,其生长形状在传播过程中一直是连续的,而当氮气作为惰性气体加入时,着火感应期延长,火焰形态随氮气添加量的增加而更紊乱、离散。当添加CO作为惰性气体而使氧含量降低后,即使未能有效惰化萘酐粉尘,其对于阻止爆炸火焰蔓延、降低爆炸的危害仍具有一定的积极作用。

关键词： 1,8-萘酐惰性气体爆炸特性参数爆炸火焰传播惰化防爆

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