可燃气体爆炸破坏效应的试验研究

借助高速摄像机及ProAnalyst软件,研究可燃气体体积分数和障碍物对可燃气体爆炸破坏力的影响。测定不同体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸冲击波超压,和爆炸火焰波在有无乒乓球方向传播的平均速度。试验结果表明:超压和平均速度均随着甲烷体积分数的增加呈现先增大后减小的变化趋势,其最大值均出现在甲烷体积分数为10%～11%之间;同一体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸火焰波在有乒乓球方向传播的平均速度比没有乒乓球方向传播的平均速度大。根据试验结果,推导出可燃气体爆炸冲击波超压和爆炸火焰波传播平均速度与可燃气体体积分数之间的函数关系,并得出障碍物对爆炸火焰波传播的加速作用随着体积分数的增加呈现先加强后减弱的变化趋势。     

温度对烃类可燃气体最小点火能的影响

研究非常温下温度对烃类可燃气体最小点火能的影响。通过电火花点火方法,以甲烷为试验气体测得最小点火能测试系统的敏感条件,验证测试系统的可靠性。在20~80℃范围内、测试系统可靠、气体敏感体积分数下,测试烃类可燃气体最小点火能随温度的变化规律。结果表明,测试系统的敏感间隙为1.5 mm,敏感电容为60.168p F。试验测得甲烷最小点火能为0.263 m J,与文献值0.28 m J基本一致,测试系统可靠性好。丙烯、异丁烯、异丁烷和环氧乙烷的敏感体积分数分别为4.8%、3.3%、3.2%和8%。在20~80℃范围内,这4种烃类气体的最小点火能都随温度升高呈显著的线性下降趋势。为避免具有同样性质的可燃气体发生燃烧或爆炸危险,需密切关注此类气体自身温度及其生产、储存和工业使用过程的环境温度。     

可燃气体燃爆特性综合试验装置构建与甲烷试验

为研究半开敞空间内可燃气体爆炸过程,设计带有泄压面的气体爆炸室,并在此基础上构建一套可燃气体燃爆特性综合试验装置。运用该试验装置,研究预混塔内甲烷气体分层现象以及甲烷爆炸浓度与最小点火能之间的变化规律。甲烷分层试验结果表明:静置一段时间后,预混塔中甲烷浓度随高度的增加而增大。最小点火能试验结果显示,当甲烷的试验爆炸体积分数在10%～13%时,其浓度与点火能之间呈现比较平缓的变化关系,而当其体积分数小于10%或大于13%时,浓度稍微变化,其点火能将发生明显变化。     

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。     

新型茧覆惰化材料对不同体积分数甲烷的吸收性能分析

针对研制出的新型茧覆惰化材料,选择在甲烷爆炸下限以下2%、3%和4%三个体积分数梯度,使用纯水、多体积分数水平的新型复配试剂和参比试剂(国际先进水基灭火溶液F-500)对含有不同体积分数甲烷的混合气体进行喷洒,对比研究新型试剂在不同体积分数甲烷泄漏环境中的吸收性能。结果表明,不同甲烷体积分数环境下,两试剂均表现出良好的吸收包覆甲烷的能力,配方试剂对应曲线较参比试剂的波动小,甲烷体积分数下降速度更快,茧覆吸收效果突出、稳定;随添加量增加,两试剂受到分布不均及包覆饱和的影响,作用后期出现小范围反吸收效应,但不影响甲烷体积分数的整体下降趋势。配方试剂吸收包覆可燃烷烃的能力随试剂添加量及作用时间增长而增强,当添加量超过3%时,作用效果明显,试验初期甲烷体积分数下降迅速,后期逐步趋于稳定。总体而言,新型茧覆惰化材料具有良好的吸收包覆甲烷气体的能力。     

市政污水检查井可燃气体组分及分布影响因素研究

为研究市政污水管网内主要可燃气体成分与分布,以实现其燃爆灾害的精准防控,本文采用现场检测的方法采集污水检查井内甲烷、氢气等5种可燃气体以及总的可燃气体浓度,统计分析污水管网各可燃气体的浓度范围,研究检查井深度和季节对甲烷浓度分布的影响。研究结果表明:污水检查井内甲烷浓度占比较大,一氧化碳、硫化氢、氢气和氨气所占比例较小;沿检查井深度方向,甲烷分布规律不尽相同,大部分检查井内甲烷随着与井口距离的增大呈逐渐增大变化趋势;季节对甲烷浓度变化影响较大,夏秋两季甲烷浓度较高,春季次之,冬季未检出甲烷。     

基于实时监测数据的城镇窨井可燃气体泄漏特性分析

为了研究城镇窨井气体泄漏的规律及其影响因素,从而为城市用气安全和工程实践提供指导,同时为气体泄漏事故的应急救援提供理论指导,依托合肥市城市生命线工程燃气管网相邻地下空间安全监测系统,对监测系统运行半年以来的监测数据进行了统计分析。结果表明:城镇燃气管道中燃气泄漏的概率与管道内气体压力呈正相关,而管压又与城市居民用气需求量呈正相关;一般用气高峰过后的1～2 h是最危险的时间段,此时最容易发生燃气泄漏;城镇窨井产生沼气的影响因素主要是温度和湿度等,尤其以温度为主,因此高温季节更容易诱发窨井内沼气的产生和积聚;通常发生燃气泄漏时甲烷体积分数较大,波动剧烈,而窨井自身产生沼气时甲烷体积分数较小且比较稳定,同时产生沼气时,沼气中的甲烷体积分数变化与温度变化趋势一致,据此可判断引发报警的可燃气体的种类;沼气组成成分除甲烷外,还有硫化氢和一氧化碳等气体成分,因此为了对城镇窨井内的报警气源做更准确的分析,需要辅助监测硫化氢、一氧化碳等有毒气体。     

煤矿其他可燃气体对空气中甲烷爆炸极限的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO),氢气(H2),乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)等可燃气体对空气中甲烷(CH4)爆炸极限和爆炸危险度(F值)的影响及双组份可燃气体爆炸界限和爆炸危险度的变化,采用空气中可燃气体爆炸极限测定方法完成一系列试验,测定加入不同体积分数其他可燃气体时CH4的爆炸极限。其他可燃气体的加入,均使空气中CH4和混合可燃气体的爆炸界限加宽;同时加大了CH4和混合可燃气体的爆炸危险度。试验结果表明:加入C2H4气体对CH4爆炸极限影响较大,使CH4及其双组份混合气体的爆炸危险度明显增大;加入量为2.0%时,CH4的F值增加了540%。而加入CO气体比加入C2H6,C2H4和H2等气体对CH4及混合气体的爆炸极限影响都小。     

EVA树脂粉尘/甲烷/空气杂混物爆炸特性

在20 L爆炸实验装置中,开展了3种不同中值粒径的EVA树脂粉尘/甲烷/空气所组成的杂混物爆炸特性研究,探究了甲烷浓度对粉尘爆炸下限、最大爆炸压力的影响。结果表明,尽管添加的甲烷气体浓度低于爆炸下限,仍使得粉尘爆炸下限得以降低,粒径较大的EVA III粉尘,当甲烷体积分数为1%时,爆炸下限降低约25%;粒径较小的EVA I粉尘,当混入甲烷体积分数为4%时,爆炸下限则降低80%;甲烷体积分数每增加1%,可燃粉尘最大爆炸压力上升约10%,但对于粒径较小的EVA I粉尘,当甲烷体积分数为4%时,最大爆炸压力的上升呈现突变趋势,上升近50%。     

以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度甲烷爆炸特性的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO)、氢气(H_2)、乙烯(C_2H_4)和乙烷(C_2H_6)等其他可燃气体对甲烷(CH_4)爆炸特性的影响,利用可视球形气体爆炸系统开展了多元可燃气体爆炸压力特性试验,观察并分析了峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率及其相应时间。通过高速摄影系统拍摄了视窗范围内爆炸火焰传播图像,基于边缘检测方法确定了火焰前锋位置,继而得到最大火焰传播速度。分析了以氢气为主要成分的其他可燃气体对低浓度CH_4-空气混合物压力特性和火焰传播行为的影响。结果表明,多元可燃气体的存在增加了低浓度CH_4-空气混合物的爆炸危险性。随混合气体体积分数增加,低浓度CH_4-空气混合物的峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和最大火焰传播速度非线性增加;此外,到达峰值爆炸压力、最大爆炸压力上升速率的时间显著缩短。     

甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰传播特性的影响

为探究甲烷体积分数对煤粉爆炸过程的影响,并掌握甲烷-煤粉爆炸火焰传播特征,通过粒度分析仪和同步热分析仪研究2种煤粉样品的粒径大小和热解过程。利用1 500 mm×80 mm×80 mm的半开口竖直燃烧管道,探究不同甲烷体积分数下,中位粒径分别为65和25μm烟煤粉的火焰传播特性,分析甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰结构、温度和速度的影响。结果表明:25μm煤粉比65μm煤粉的火焰更加明亮,甲烷体积分数的增加对65μm煤粉火焰有更强的促进作用;当甲烷体积分数越接近当量比时,火焰锋面越规则,火焰速度也越快;随着甲烷体积分数的增加,火焰温度和火焰传播速度均呈现先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9%时,火焰温度达到最大值;甲烷体积分数为8%和10%时,65和25μm煤粉最大火焰速度为分别为26.53和39.28 m/s。     

超细水雾抑制甲烷爆炸的影响因素分析

为深入了解超细水雾对甲烷爆炸的抑制作用,搭建小尺寸半封闭可视化试验平台并开展试验,研究超细水雾喷施量、甲烷体积分数、通入甲烷位置和预混时间4个因素对甲烷与空气的混合物的爆炸的影响。结果表明:超细水雾能有效抑制甲烷爆炸,其中对9. 5%甲烷的抑制作用最明显;随着超细水雾喷施量的增大,抑制作用增强;甲烷体积分数对甲烷爆炸最大爆炸超压ΔP_(max)有显著影响,超细水雾喷施量对甲烷爆炸ΔP_(max)有一定影响;超细水雾喷施量对甲烷爆炸火焰传播时间有显著影响,甲烷体积分数对甲烷爆炸火焰传播时间有一定影响。     

甲烷含量对塑料粉尘空气混合物爆炸特性的影响

为探究可燃气体的添加对塑料粉尘/空气混合物爆炸特性的影响,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和热塑性聚氨酯弹性体(TPU)2种塑料粉尘为研究对象,在对其进行热重分析(TG)的基础上,利用20 L球形爆炸试验装置,研究甲烷体积分数对这2种塑料粉尘/空气混合物爆炸压力、爆炸压力上升速率、爆炸下限等特征参数的影响。热重试验结果表明:PMMA粉体分解速率高,在外界供热条件下易发生燃烧,而TPU粉体分解所需能量更多,分解更加困难。爆炸试验结果表明:在试验选定的粉尘浓度条件下,2种粉尘爆炸压力及压力上升速率均随粉尘浓度呈现先升高后降低的变化趋势;当甲烷体积分数从0增加到4%时,塑料粉尘爆炸的猛度和敏感度随之增加,其中PMMA粉尘爆炸猛度受甲烷影响更大,而TPU粉尘基本不受影响,但其爆炸下限下降更明显。     

LS-SVM在地下空间可燃气体分类中的应用研究

在城市燃气管线相邻地下空间可燃气体监测过程中,由微生物产生的沼气会对可燃气体监测预警的准确性造成影响。为了能够准确地对地下空间中可燃气体的来源进行判别,提出了一种基于最小二乘法支持向量机(LS-SVM)的可燃气体分类预测模型。选取了典型的燃气及沼气体积分数时空演化数据,分析得到了两类可燃气体数据的基本特征。基于最小二乘法支持向量机分类算法,选取多项式核函数和径向基核函数分别构建可燃气体分类预测模型。通过样本数据对两种分类器分别进行测试,结果显示两种分类器的准确度相差不大,其中采用径向积核函数的分类模型测试准确度达到81%。最小二乘法支持向量机对于可燃气体监测分类具有一定的应用价值,有助于提高燃气监测运维过程的准确性和高效性。     

基于详细化学动力学的甲烷热着火影响因素分析

利用化学动力学软件CHEMKIN4.1,在不同初始温度、浓度、湿度和压强下,对甲烷热着火进行了详细化学动力学 模拟。通过对主要组分摩尔浓度分析和温度敏感性分析,得到了甲烷热着火过程的主要基元反应和引发热着火发生的主 要原因。通过对甲烷热着火的延迟时间、热着火发生后主要生成物摩尔浓度和反应后的温度的对比分析,揭示了初始浓 度、湿度和压强对甲烷热着火的影响规律。本研究可以为甲烷为主的气体如瓦斯、天然气等可燃气体的燃烧和爆炸提供 理论支撑,从而有效利用这些可燃气体,降低灾害的发生。     

约束空间可燃气体燃烧爆轰特性的数值研究

在可燃气体的输送、贮存、加工和使用过程中,容易发生可燃气体的燃烧和爆炸事故。文中基于有限体积方法,采用五阶WENO格式进行左右状态量的重构后,利用ROE格式进行空间离散,自行开发程序对甲烷氧气的气相爆轰波传播过程进行了数值研究。计算结果表明:在CH4质量分数为10%的混合气体中,高温高压气团可诱导气相发生爆轰,爆轰波以2133.3 m/s的速度传播。在带有障碍物的约束空间内,文中分析了障碍物不同高度、不同间距条件下爆轰波传播时波的绕射、马赫反射等现象,给出障碍物表面压力随时间变化历程和冲量值,揭示波与障碍物的相互作用机理以及由此引发流场的变化规律,为有效地控制可燃气体的燃烧速率、防治爆炸灾害的发生提供理论依据。     

高校实验室甲烷泄漏扩散过程的数值模拟

为分析高校实验室甲烷气瓶在泄漏后的危险性,基于计算流体力学(CFD)方法,以某高校实验室楼层为模型,使用Fluent软件模拟甲烷泄漏后的扩散过程,研究甲烷扩散规律,分析风速与通风条件对甲烷扩散的影响,判定甲烷危险爆炸区域.结果表明,甲烷流动受建筑结构影响显著,室内甲烷体积分数呈梯度分布,良好通风环境下的高风速对气体输送作用强,湍动能大,因而能快速降低甲烷体积分数,低风速条件下甲烷滞留在室内时间更久而易增加风险.甲烷气瓶发生泄漏时,爆炸区间主要集中在室内顶板,靠近泄漏点正上方的墙壁死角体积分数最高,并且气云在泄漏点同一侧的空间活动更多,相邻室内的甲烷旋流发生累积.最后针对模拟结果提出防控及应急措施,如危险化学品类气瓶的实验室选址、室内结构及监测装置的考虑等,并根据泄漏特性对撤离时的疏散路线给出建议.     

真空紫外光降解瓦斯反应动力学规律

为了研究真空紫外光降解瓦斯过程的反应动力学规律,在自制的真空石英光化学反应器中以含甲烷标准气体模拟矿井瓦斯,运用Langmuir-Hinshelwood(L-H)拟一级反应动力学模型对不同光照强度、氧气体积分数、甲烷初始体积分数和水分子体积分数下瓦斯(甲烷)的降解过程进行拟合.结果表明:真空紫外光降解瓦斯反应动力学规律符合一级反应动力学特性;光照强度、甲烷初始体积分数、氧气体积分数和水分子体积分数是影响真空紫外光降解瓦斯的主要因素;瓦斯(甲烷)降解的反应速率随光照强度和氧气体积分数增大而增大,随甲烷初始体积分数增大而减小,随水分子体积分数增大而先增大后减小.     

长直空间内可燃气体爆炸灾害效应研究进展

为系统了解可燃气体爆炸灾害效应研究成果,基于长直空间内可燃气体爆炸的特点,总结灾害后果评估的一般流程,综合梳理长直空间内可燃气体爆炸荷载的理论计算模型、试验及数值模拟结果,探讨可燃气体爆炸作用下结构的动力响应以及可燃气体爆炸对人员伤亡和结构毁伤后果评估等国内外研究进展。结果表明:现有可燃气体爆炸荷载经验式大多有各自的适用范围,不具有通用性,长直空间内可燃气体爆炸作用下结构动力响应的试验数据较少;现有对压力容器的研究成果对长直空间动力响应研究价值有限,爆炸冲击波作用下人员和建筑物的伤害标准还不统一。     

丙烯氨氧化制丙烯腈反应器开车过程尾气燃爆危险性研究

丙烯直接氨氧化制丙烯腈工艺由于反应温度高,且反应器内的气相空间存在丙烯、丙烷、丙烯腈、乙腈、氧气、氮气等可燃性气体混合物,极易发生燃爆危险。为研究和评估该工艺装置反应器尾气的燃爆特性,采用11 L爆轰管测试在400℃、40 k Pa (G)工艺条件下,装置开车进料及反应过程中不同进料配比时反应器尾气组成的爆炸极限,并以此绘制爆炸极限三元相图,最终得到爆炸极限和极限氧体积分数。结果表明:反应器内可燃尾气的爆炸上限随氧气体积分数增加而升高,爆炸下限没有明显变化;在开车进料及反应过程中,反应器可燃尾气的极限氧体积分数LOC范围在8. 0%～8. 5%。因此,为避免反应器气相空间在开车过程中发生燃爆危险,需监测反应器内氧气体积分数,并设置氧体积分数报警值小于8. 0%。