多元可燃性混合气体爆炸中间产物发射光谱特性实验研究

从矿井火区实际出发,选用类似于煤矿开采现场产生的多元可燃性气体:CH4,C2H6 ,C2H4,CO,H2 ,利用瞬态光谱测量系统探究了爆炸引发阶段中间产物的光谱特征,分析了组分配比、组分浓度和甲烷浓度对压力特性和中间产物光谱的影响。研究结果表明:在多组分气体加入量较小（未形成体系贫氧状态）时,3种自由基发射光谱峰值出现时间随着甲烷浓度的增大先缩短后延长;在多组分气体加入量较大（形成体系贫氧状态）时,自由基发射光谱峰值出现时间随着甲烷浓度的增大不断延长;当其以任意比例混合后,微观反应过程中关键自由基的出现顺序为:OH自由基先于O自由基, O自由基先于H自由基出现。     

多元可燃气体对CH_4爆炸及其自由基发射光谱影响试验

为探究矿井火区多元可燃气体对CH_4爆炸特性的影响,采用20 L多功能球形气体爆炸试验装置开展爆炸试验,采集爆炸压力参数;通过数字示波器得到CH_4爆炸关键自由基OH~*和CH_2O~*的发射光谱信息;从宏观、微观2方面分别分析多元可燃气体对CH_4爆炸特性的影响,并将两者进行关联对比。研究表明:多元可燃气体对CH_4爆炸的影响因氧气含量不同呈现不同特征,贫氧状态下多元可燃气体含量的增加对CH_4爆炸起到抑制作用,随着氧气含量的增加抑制作用逐渐减弱,最后达到富氧状态时变为促进作用;关键自由基发射光谱的相对强度与其对应的爆炸压力参数变化特征基本一致;不同自由基虽然在参与反应过程中整体变化趋势相同,但是受到氧气含量影响程度不同,相对于OH~*而言CH_2O~*在整个反应过程中更易受到氧气含量的影响。     

甲烷爆炸中尿素粉体浓度对典型自由基影响研究

要有针对性地采取措施提高甲烷抑爆效果，深入分析尿素抑制甲烷爆炸的微观机理十分重要。采用光谱分析方法，利用试验获得的甲烷爆炸初期火焰发射光谱，分析了CHO、NO、HNO、C₂、OH、CN、CO、HNO₂和C₃含量随时间的变化、随尿素粉体质量浓度的变化以及存在时长的变化规律。结果表明，NO、HNO、C₂、CN、CO和C₃自由基含量随时间呈现先上升后下降的趋势，CHO、OH和HNO₂含量随时间基本保持在一定范围内波动。CHO、NO和HNO含量随加入尿素粉体质量浓度增大而增大，C₂、OH和CN含量随加入尿素粉体质量浓度增大而降低，CO含量随加入尿素粉体质量浓度增大呈现先增大后降低的趋势。加入尿素后，CHO、NO、OH、CN、CO和HNO₂自由基的存在时长会有明显的缩短，而尿素的加入对HNO、C₂和C₃自由基的存在时长基本没有影响。NO和HNO自由基是关键抑爆自由基，尿素在甲烷爆...     

丙烷对甲烷-空气预混气体爆炸影响机理研究

为探究丙烷对甲烷爆炸的影响，通过试验研究不同体积分数丙烷对甲烷爆炸特性的影响特征，利用CHEMKIN-PRO软件模拟丙烷影响甲烷爆炸过程中自由基变化特征。结果表明，随着丙烷体积分数的增大，丙烷对甲烷爆炸呈现出先促进后抑制的作用。当丙烷体积分数为0.2%～0.6%时，促进甲烷爆炸；当丙烷体积分数为0.8%～1.0%时，抑制甲烷爆炸。在丙烷促进甲烷爆炸阶段，丙烷通过均裂反应生成·C₂H₅和·CH₃,·CH₃增大·H、·O、·OH的生成速率，导致爆炸强度增强；在丙烷抑制甲烷爆炸阶段，随着丙烷体积分数的持续增加，O₂体积分数降低，·O生成速率降低，·H、·OH生成速率降低，导致爆炸强度减弱。     

N2/CO2混合气体对丙烯爆炸特性的影响

为了研究N₂、CO₂及其混合气体对丙烯爆炸特性的影响，使用可燃气体爆炸极限试验装置，将气体按一定比例进行混合，从爆炸极限与危险度、临界氧体积分数和惰化效果3个方面研究了N₂/CO₂混合气体对丙烯爆炸的影响。结果表明：1)N₂和体积比分别为2∶1、1∶1、1∶2的N₂/CO₂混合气体，以及CO₂的添加对丙烯的爆炸均有抑制作用，且使丙烯的爆炸范围缩小，爆炸危险度减小，变化趋势近似为线性；2)随着惰性气体体积分数的增加，爆炸极限对应的氧体积分数呈下降趋势，CO₂惰化丙烯比N₂惰化丙烯时的临界氧体积分数提高了约1.87个百分点；3)结合爆炸三角形图，对比发现，在5种不同的比例下，CO₂惰化丙烯时的爆炸区域面积最小，表明CO₂对丙烯的抑爆效果更好。     

天然气供应企业常见的安全隐患

<正>天然气作为“低消耗、低污染”的“无烟工业”,可广泛应用于工艺生产、燃气发电、城市燃气和化工原料等领域,作为生活的燃料、运输燃料,压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)用于轻型车辆上。天然气的主要成分是甲烷(CH₄),占其组成的70%～90%;其他成分包括乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈)、丁烷(C₄H₁₀)和戊烷(C₅H₁₂)。清洁方便的天然气给人民的生活带来了极大便捷,但因燃气泄漏引发的火灾和爆炸事故让人无法忽视,据中国城市燃气协会安全管理工作委员会发布的《全国燃气事故分析报告2023年上半年综述》显示,     

低压环境下固液混合燃料爆炸特性研究

为研究高原低压环境下固液混合燃料的燃爆特性及反应机制,利用20 L爆炸球测试系统,以铝粉-乙醚和铝粉-乙醚-硝基甲烷2种固液混合燃料为研究对象,开展环境初始压力对爆炸峰值压力、爆炸质量浓度下限及爆炸产物的影响趋势研究。研究表明：2种固液混合燃料的最佳爆炸质量浓度、爆炸压力和爆炸危险性随环境压力的降低而降低;与零海拔相比,在模拟海拔4 500 m处(57.4 kPa),450 g/m³固液混合燃料的爆炸压力降低了26.84%～30.80%,爆炸质量浓度下限提高了5～10 g/m³;随着环境压力降低,爆炸气体产物一氧化碳(CO)体积分数增加,二氧化碳(CO₂)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)体积分数降低;爆炸固体残余物主要为α-氧化铝(α-Al₂O₃)和铝(Al)。     

混合均匀性对甲烷爆炸特性影响的试验研究

为探明甲烷在不同混合均匀性下的爆炸特性,预防甲烷气体爆炸,设计由喷射流混合器和静态混合器组成的2级气体混合器,并利用自行研制的可燃气体爆炸特性测试装置,试验测试不使用和使用2级气体混合器2种情况下甲烷的爆炸极限和爆炸压力。结果表明:在2级气体混合器的作用下,甲烷的爆炸下限从5. 25%降低到5. 15%,爆炸上限从17. 15%升高到17. 55%,甲烷爆炸极限范围拓宽了4. 20%,且甲烷爆炸上限受混合均匀性的影响较大;使用2级气体混合器时,甲烷爆炸压力升高,且随着甲烷体积分数的升高,爆炸压力的增幅先增大后减小,当甲烷体积分数为11%时,爆炸压力的增幅最大,甲烷爆炸压力受混合均匀性的影响也最大。     

多元可燃气体爆炸极限理论预测模型研究*

为准确掌握和预测多元可燃气体的爆炸极限,开展2种多元可燃气体爆炸极限的理论预测模型研究。第1种模型针对“多种可燃气体+多种惰性气体”在空气中或氧气中混合,基于求解可燃气体绝热火焰温度的总比热特性方法以及化学平衡反应中的贫燃料(富氧)反应,提出该多元可燃气体的爆炸下限预测模型;第2种模型针对“可燃气体+惰性气体+氧气”混合,基于热平衡方程及混合气体的各组分浓度、淬灭电势及燃烧潜热,提出该多元可燃气体的爆炸极限预测模型。结果表明:在预测多元可燃气体的爆炸极限时,第1种模型具有较广泛的应用性,且表现出较高的准确度;第2种模型具有使用简单的特点,且扩展了LCR（勒夏特列原理）的应用范围。     

含磷酸盐对聚乙烯粉尘爆燃的抑制影响实验研究

为了揭示含磷酸盐(KH₂PO₄,NH₄H₂PO₄,Ca(H₂PO₄)₂)对聚乙烯粉尘爆炸的抑制作用,通过哈特曼管实验装置和20 L球形爆炸罐,研究含磷酸盐对聚乙烯粉尘爆炸火焰和压力传播特性的抑制效果。采用高速摄影方法记录含磷酸盐对聚乙烯粉尘爆炸火焰传播的影响;采用20 L球形爆炸罐,收集压力传感器数据,分析含磷酸盐对聚乙烯粉尘爆炸压力的影响;采用同步热分析仪研究聚乙烯粉尘和含磷酸盐的热解行为。研究结果表明：含磷酸盐对聚乙烯粉尘爆炸火焰传播特性参数和爆炸压力特性参数均有显著的影响,通过对比得到NH₄H₂PO₄抑制效果相对最好。研究结果可为含磷酸盐在抑爆剂工程应用提供理论基础。     

惰性粉体对蔗糖粉尘最小点火能的影响研究

为了预防蔗糖粉尘爆炸,利用1.2 L哈特曼管研究了NH₄H₂PO₄与Al(OH₄对蔗糖粉尘爆炸的抑制作用。在蔗糖粉尘质量分数一定的条件下,通过改变 NH₄H₂PO₄与Al(OH)₄的粒径和质量分数,测定其对蔗糖粉尘爆炸的抑制效果。结果表明:随着NH₄H₂PO₄和Al(OH)₄质量分数的增加,粒径的减小,蔗糖粉尘的最小点火能均逐渐增大,当惰性粉体增加到一定质量时,蔗糖粉尘被完全惰化,在蔗糖粉尘中分别加入粒径为48~74,38~47,25~37 μm的NH₄H₂PO₄和Al(OH)₄,3种粒径的NH₄H₂PO₄使蔗糖粉尘完全惰化的质量分数分别为40%,35%,30%,3种粒径的Al(OH)₃使蔗糖粉尘惰化的质量分数均为60%。因此(NH₄)H₂PO₄抑制蔗糖粉尘爆炸的效果比Al(OH)₃更显著。     

煤对CO2，N2和CH4的吸附速率经验公式与异同性研究*

为了解决吸附速率拟合公式缺乏而解吸经验公式众多的问题，通过替换解吸参数、定性和对比分析各经验公式对煤吸附CO₂，N₂，CH₄吸附速率的适用性，选取4种不同煤质的煤样在0.5，1.0和2.0 MPa下进行定温吸附实验，分析压力和煤质对吸附速率的影响规律。研究结果表明:时间函数式对3种气体在不同压力和煤质下的吸附速率拟合效果最佳；压力和煤质对3种气体吸附速率的影响既存在共性又具有差异性，气体吸附速率与压力符合指数函数关系，与挥发分呈现出二次函数关系，并且压力升高会导致最低吸附速率趋向于较高变质程度煤样；CH₄和N₂的吸附速率随压力升高而升高，而CO₂的吸附速率因煤样而不同，且在同压下，不同气体的最高和最低吸附速率煤样的变质程度也不同。     

地层条件下油气混合气安全氧含量实验研究

为了确定地层高温高压环境下油气混合气的安全氧含量，避免在采油过程中形成可燃性混合气体引发燃烧或者爆炸事故，保证注空气采油工艺过程的安全性，设计了1种测试地层高温高压环境下油气混合气体安全氧含量的实验装置；通过对采油现场井筒内的气体进行取样分析，选取一定组分的混合气体，在理论分析的基础上，对混合气体分别在1，5，10 MPa和40，120℃条件下的安全氧含量进行了实验研究，并将实验结果与理论分析结果进行了比较分析。研究结果表明:随着温度和压力的升高，安全氧含量逐渐降低；在地层高温高压环境下所测得的安全氧含量要远低于常温常压下的理论估算值；在10 MPa，120℃时达到8.27%，很大程度上增加了采油工艺过程的危险性。     

初始温度和压力对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性影响的模拟研究

市政排污空间作为城市公共基础设施的重要组成部分，易积聚可燃气体形成爆炸性环境。结合排污空间的特殊环境条件，采用Fluidyn-MP多物理场数值模拟软件，建立了20 L球形爆炸罐分析模型，通过改变初始温度和初始压力，对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性及其变化规律进行模拟研究。结果表明:初始温度升高导致甲烷-空气混合物最大爆炸压力降低，缩短了到达最大爆炸压力的时间；初始压力增加导致最大爆炸压力急剧升高，并延长了到达最大爆炸压力的时间；最大爆炸压力对初始压力的敏感程度远大于初始温度的影响。此外，随着初始温度和初始压力的升高，爆炸火焰平均传播速度增加，而火焰传播速度对初始温度较敏感。     

民居内燃气泄漏爆炸特性及其数值仿真研究进展

为研究民居内可燃气体爆炸规律及特点,预防燃气泄漏爆炸案/事件发生,提高案/事件现场勘验与侦破效率,综述受限空间内燃气爆炸的形成机理和传播特性、现场结构和障碍物对爆炸的影响规律以及爆炸后现场勘验和重建技术方法,阐述数值仿真技术在气体爆炸案件现场勘验和重建中发挥的作用。研究结果表明：民居内燃气爆炸现场特征明显异于传统爆炸类案件现场,尤其是炸点特征存在差异;数值仿真可有效揭示燃气泄漏爆炸的形成、传播和作用机理;目前,燃气爆炸实验研究方法和体系需进一步统一,以提高研究结论普适性。研究结果可为民居内燃气爆炸现场勘验和重建提供技术支持。     

呼吸效应对矿井封闭火区氧浓度的影响分析

为避免因火区封闭导致重大安全事故发生，通过采集某矿井1 d内3个不同监测点的大气压力变化情况，建立大气压力波动模型并分析计算，同时建立火区内外压差100，750 Pa情形下的氧浓度模型进而获得火区内侧氧气浓度因呼吸效应，在不同压差、体积大小火区、风阻、瓦斯涌出量、封闭时刻等多因素耦合影响下随时间的变化规律，以评估火区危险性。研究结果表明:井下大气随地面大气周期波动，封闭火区内、外侧之间的气压差因外界大气波动呈现16 h的余弦波动和8 h的线性波动周期变化；密闭质量好的火区具有更好地抗干扰性，内侧氧浓度的降低主要依靠瓦斯稀释；密闭质量差的火区，内侧氧浓度易受到火区涌出瓦斯、外界涌入大气双重影响；火区氧浓度在2%~12%之间波动，以至火区存在发生瓦斯爆炸的可能性；火区内外压差较大时，氧浓度波动变化幅度更大，危险作用持续时间更长。结合火区氧浓度波动模型，可有效地对矿井火区采取安全的防范措施，避免瓦斯爆炸事故发生。     

基于FLACS的海上钻探平台井喷爆炸事故后果模拟分析*

为研究海上钻探平台井喷燃爆事故后果,运用FLACS软件对某深海钻探平台井喷爆炸事故进行模拟,研究在不同事故场景下气云爆炸发展过程及平台荷载分布规律,讨论井喷速率、风向、点火位置等对爆炸超压的影响。研究结果表明:随泄漏速率增加,爆炸强度和爆炸范围均增大,爆炸严重程度不仅与井喷速率密切相关,同时也受平台结构影响;点火位置会对爆炸超压产生影响,在可燃气体与空气混合气体比例为化学理论当量比处点燃气体,生活区承受的爆炸超压最大;在设施及建构筑物分布较为密集、拥塞度较高的地方产生的爆炸超压更大。研究结果可为可为平台的阻隔防爆性能设计与应急响应提供指导。     

多元可燃性混合气体临界氧浓度的测定

可燃性气体(蒸气)的临界氧浓度目前只限于对单元气体混合物的研究,且影响因素较少提及。通过实验测定了人工煤气、液化石油气的爆炸极限和临界氧浓度,对可燃性气体(蒸气)临界氧浓度的影响因素进行了研究,所测定的数据为煤气、液化石油气的安全防爆工作提供了依据。