地下储库油气爆炸及抑爆机理与技术研究

针对地下储库受限空间的特点和油气爆炸抑制的需要.在前期所完成的系统油气爆炸试验和理论研究的基础上,采用超细冷气溶胶抑爆新技术,建立地下受限空间油气爆炸及其抑爆模拟试验系统,研制出新型超细冷气溶胶粉体抑爆剂,并对其进行可行性与有效性研究.对地下受限空间油气爆炸抑制的影响因素进行研究,分析了抑爆剂作用机理.结果表明:超细冷气溶胶是一种高效的抑制地下储库油气爆炸的抑爆剂;在相同试验条件下,迎着火焰传播方向喷射抑爆剂的抑爆效果优于垂直火焰传播方向喷射抑爆剂;喷射压力存在临界值,较小较大都不利于油气爆炸抑制,在本文试验条件下.最佳抑爆效果的喷射压力临界值约为0.8 Mpa;抑爆剂用量不能低于临界抑爆浓度,实验得到的抑爆刑临界浓度为0.232 ks/m3;布置方式对抑爆效果具有明显的影响.分散布置比集中布置具有更好的抑爆效果.本文的研究对后续抑爆装置的研制提供了重要的理论参考和关键设计参数.     

ABC和BC干粉抑制92号汽油蒸气-空气混合物爆炸效果研究

为研究干粉组成及粒径对其抑制汽油蒸气与空气混合物爆炸效果的影响,以92号汽油为例,在220 L爆炸罐基础上建立一整套可燃气体(液体蒸气)抑爆研究装置。选取磷酸铵盐、超细磷酸铵盐和钠盐3种干粉为抑爆剂。通过时间继电器调节点火时间,在油气爆燃转爆轰阶段喷射干粉,比较抑爆前后汽油蒸气爆炸的峰值压力、压力上升速率和能量的变化。试验结果表明:铵盐对汽油蒸气的抑爆效果优于钠盐,适当降低磷酸铵盐的粒径有利于提高气体抑爆效果。超细铵盐抑制汽油蒸气爆炸的效果最佳,能降低58.5%的汽油爆炸压力和31.6%的爆炸能量,3种干粉的最佳抑爆质量浓度分别为:超细铵盐0.682 g/L,铵盐0.228 g/L,钠盐0.455 g/L。     

喷粉压力对KHCO_3冷气溶胶甲烷抑爆效果影响研究

为实现主动式喷粉抑爆系统的最佳抑爆效果,基于5 L管道爆炸试验平台,测试喷粉压力对碳酸氢钾(KHCO_3)冷气溶胶分散状况的影响,并开展KHCO_3冷气溶胶对于9.5%甲烷-空气预混气体爆炸的抑制试验,考察了不同喷粉压力下形成的KHCO_3冷气溶胶对甲烷爆炸压力及火焰传播的抑制效果。结果表明:喷粉压力显著影响KHCO_3冷气溶胶的分散状况,进而影响其甲烷抑爆效果,KHCO_3冷气溶胶在低喷粉压力下难以分散且抑爆效果不佳,仅对前期火焰产生抑制作用;随着喷粉压力增加,KHCO_3冷气溶胶抑爆效果逐渐提升,甲烷爆炸火焰传播减缓,最大爆炸压力降低;但当KHCO_3冷气溶胶得到充分分散时,继续增加喷粉压力对其抑爆效果提升很小。     

ABC干粉抑制瓦斯爆炸的实验研究

为测定ABC干粉对瓦斯爆炸的抑制作用,采用容积为20L的近球形抑爆实验系统,粒径为20.76μm,主要成分为高聚合度磷酸铵盐的ABC干粉进行瓦斯抑爆实验。实验结果表明：ABC干粉的添加能够降低瓦斯爆炸的压力;粉体浓度为0.10g/L时,抑爆效果最好;粉体的抑爆效果,不仅与粉体浓度有关,还与爆炸性混合气体中的甲烷浓度有关;点火延迟时间越长,粉体抑爆效果越差。     

液体气溶胶抑制受限空间内烃类挥发的实验研究

在含有残留油品的受限空间内作业时,易发生油气燃爆事故。利用两性离子型氟碳表面活性剂组分制备了具有低表面张力的抑爆剂溶液,能够在易挥发烃类液体表面自由铺展成液膜,从而对烃类液体形成液封,抑制油气挥发。利用超细雾化装置,能够将抑爆剂溶液雾化形成液体气溶胶,气力输送至受限空间内。实验验证了受限空间内液体气溶胶中的微小液滴能够沉积在残留油品的表面形成液封,同时液滴和液膜的气液界面能够吸收空间内的油气分子,从而降低空间内的油气浓度。研究证明,利用抑爆剂液体气溶胶混合物来置换含残留油品受限空间内的油气,能够将受限空间内的油气浓度长久维持在10%LEL(Lower Explosion Limit)以下,降低空间内油气燃爆风险。     

超细碳酸氢钠抑制玉米淀粉空气混合物爆炸试验

为探究抑爆介质对玉米淀粉-空气混合物爆炸的抑制效果,以超细碳酸氢钠粉体为抑爆介质,利用自主研制的抑爆装置,在容积为3 m3的受限空间内开展玉米淀粉-空气混合物爆炸抑制试验,研究抑爆介质用量、抑爆装置触发时间及布设方式等参数对玉米淀粉-空气混合物爆炸压力的影响。结果表明:增加抑爆介质喷射量、缩短抑爆装置触发时间和增加抑爆装置数量均能有效降低爆炸压力的峰值,延迟到达爆炸压力峰值的时间,表明抑爆介质有助于增强受限空间内粉尘爆炸的抑制效果;增加抑爆装置数量还可避免复燃现象的发生,预防二次爆炸。     

NaHCO_3分散状况对其抑制甲烷爆炸的影响研究

喷粉压力和点火延迟时间严重影响着粉体抑爆剂在空间内的分散状况,进而影响粉体抑爆剂的抑爆效果。为探究不同分散状况下粉体抑爆剂的抑爆效果,在自行搭建的5 L试验管道中,结合高速摄像和超压分析开展不同喷粉压力和点火延迟时间下不同质量的NaHCO_3抑制甲烷体积分数为9. 5%的甲烷-空气混合物爆炸试验。结果表明:评估不同质量粉体的抑爆效果所需的喷粉压力和点火延迟时间不同。管道底部喷粉和点火时,较小或较大的喷粉压力均无法使粉体分散均匀;粉体的总质量越大,所需的喷粉压力越高;在相同的喷粉压力下,总质量较大的粉体分散均匀时所需的时间较长;抑爆效果良好的粉体能使爆炸火焰的传播时间延缓数百毫秒,此时若仍选择粉体分散均匀时点火,火焰传播前期颗粒的沉降反会使管内粉体分散不均。因此,为合理评估不同质量粉体的抑爆效果,应选择粉体即将充满管道时的扬尘上升期作为点火时刻。     

长庆油田油气爆炸参数及抑爆试验研究

采用哈特曼爆炸试验装置完成长庆油田典型油气组分爆炸特性参数测试,建立了油气爆炸模拟试验装置,并针对长庆油田油气爆炸研制自动抑爆装置,进行了长庆油田油气爆炸抑爆试验.长庆油田油气爆炸下限体积分数为3.0％,爆炸上限体积分数为14.0％,最大爆炸压力0.671 MPa,最大爆炸压力上升梯度40.625 MPa/s.长庆油田油气点爆后33 ms发展成爆炸,230 ms爆炸火焰向上扩展,624 ms爆炸火焰达到最大状态,920 ms爆炸火焰强度明显减弱,爆炸火焰很快自行熄灭.所研制的自动抑爆装置由紫外传感器、控制器和抑爆器组成.紫外传感器能抗太阳光、一般电源光的干扰;控制器由高能干电池供电,使用方便;自动抑爆装置响应时间小于15 ms,成雾时间小于150 ms.油气抑爆试验表明,自动抑爆装置能在1.5m范围内扑灭油气爆炸火焰.     

纳米粉体抑制矿井瓦斯爆炸的实验研究

针对目前粉体抑爆剂抑制矿井瓦斯爆炸的局限性,采用自主改进的20 L近球型瓦斯抑爆实验系统进行纳米粉体的抑爆实验。其结果表明:同微米级粉体相比,纳米粉体的抑爆效果更好,甲烷最大爆炸压力、压力上升平均速率分别下降了70.5%和90%以上,爆炸压力峰值时间延长了3倍多;依据纳米粉体表面效应理论,从对爆炸过程中自由基的抑制作用分析了纳米粉体特殊的阻燃抑爆作用,并对纳米粉体及相关技术抑爆进行了展望。     

管内煤粉爆炸特性及抑制技术研究

为更好地预防煤粉爆炸事故,利用大型水平粉尘爆炸试验管道系统开展试验,探讨煤粉粒度和挥发分含量对爆炸峰值超压的影响,选取ABC粉、CaCO_3粉和SiO_2粉等3种粉尘抑爆剂,分析抑爆剂种类、浓度和粒度等因素对煤尘爆炸抑制效果的影响。结果表明,煤粉粒度以及挥发分含量对爆炸峰值超压的影响程度随着煤粉质量浓度的增加逐渐减弱。试验所用3种粉尘抑爆剂的抑爆效果由高到低依次为ABC粉,SiO_2粉和CaCO_3粉。就ABC粉抑爆剂而言,平均粒径越小抑爆效果越好,且只有当其质量浓度超过920 g/m3时,才能完全抑制爆炸波,否则穿越抑爆区后将会重新成长。     

受限空间内惰性气体对CH4爆炸抑制特性研究

N2和CO2是常用的惰性抑爆气体,为研究两种气体的抑爆特性,采用20L球形爆炸试验装置,分析了不同浓度配比条件下N2/CH4/空气以及CO2/CH4/空气混合气体的爆炸压力,同时采集爆炸后的气体样品,对比分析爆炸后残留气体的主要成分。结果显示:随CH4浓度从5%增加至12.5%时,完全抑制CH4爆炸需要的惰性气体最小量先增大后降低,CH4浓度在6.5%~7.5%之间时,抑爆需要的惰性气体的量最大;在同一CH4浓度条件下,抑爆需要N2的量大于CO2,并且CH4浓度在5%~6.5%时,抑爆需要两种惰性气体的量值差别最大;当CH4浓度一定时,随着加入惰性气体量的增大,爆炸最大超压逐渐降低,惰性气体浓度和爆炸超压之间基本呈线性关系;在同样条件下,相对于N2,CO2为抑爆气体时,爆炸后腔体内残留的CH4浓度较高。研究成果为惰性气体抑爆技术提供技术支撑,同时为揭示惰性气体抑爆机理有一定作用。     

CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性研究

为了解CO2-超细水雾对瓦斯/煤尘爆炸抑制特性，用自行搭建的实验系统，从超压、火焰传播速度和火焰结构3个方面研究了CO2-超细水雾形成的气液两相介质对9.5%瓦斯/煤尘复合体系爆炸的抑爆效果、影响因素与原因。研究结果表明:随着CO2体积分数和超细水雾质量浓度的增加，爆炸火焰最大传播速度、爆炸超压峰值均出现明显下降，火焰到达泄爆口时间显著延迟；尤其当CO2体积分数达到14%与超细水雾的共同抑爆效果凸显，瓦斯/煤尘复合体系爆炸超压的“震荡平台”消失，同时火焰结构呈现“整体孔隙化”。所得结论为煤矿井下高效防爆抑爆技术进行了完善和增强。     

原油管道氮气抑爆实验研究

为了探究不同浓度下的氮气对管道受限空间内油气爆炸的影响作用，通过原油实验管道测得不同油气浓度下的最大爆炸压力值，研究氮气对原油管道爆炸特性的抑制作用。研究结果表明:实验原油管道油气浓度在4.32%~14.25%区间管道油气发生爆炸，在低油气浓度的爆炸区间内，相近油气浓度的爆炸压力等爆炸特性上升较快，高浓度的爆炸区间内，变化较缓慢，在9.23%的油气浓度时爆炸特性变化最明显；在爆炸区间内充入浓度为0%~30%的不同浓度的氮气，随原油管道内氮气浓度的扩充，实验所测得爆炸区间不断压缩，在26%的氮气浓度时几乎不发生油气爆炸，且实验研究的爆炸特性均有所减弱。     

密闭空间内可燃液体蒸气爆炸强度研究

采用20 L球燃爆实验装置,研究分析了油气浓度、点燃延迟时间的变化对油气环境的爆炸影响因素及变化规律。研究表明,随着油气浓度的增加,油气最大爆炸压力呈现先上升后下降的趋势,点燃延时影响油气-空气混合物爆炸强度,超过一定时间后爆炸猛烈程度降低。     

多元混合气体爆炸特性及惰化防爆研究

为了完善常见多元混合气体爆炸特性参数数据库,为安全工程师开展城镇燃气防爆管理、安全操作规程的制定及对废弃管道进行改造、拆除提供依据,采用理论和试验方法对CO2与N2两种惰性气体对液化石油气(LPG)爆炸特性参数的影响规律进行了研究,对比分析了两种惰化剂对LPG的抑爆效果。结果表明:LPG体积分数为4.0%、CO2体积分数为22%时,LPG可燃气退出爆炸区间,此时极限氧体积分数为15.54%;LPG体积分数为3.5%、N2体积分数为32%时,LPG可燃气退出爆炸区间,此时极限氧体积分数为13.545%;两种惰化剂对LPG爆炸特性的抑制规律基本相似,但CO2的抑制效果明显优于N2。当CO2和N2充入的体积分数均为20%时,最大爆炸压力到达时间分别由166 ms延长到1 222 ms和826.30 ms;两种惰化剂用量在体积分数大于10%之前,对最大爆炸压力到达时间的影响均较小,因此在工程应用中采用惰化方式抑爆,惰化剂充入的体积分数需高于10%。     

抑爆粉剂浓度及粒度对瓦斯爆炸抑制效果的影响

抑爆粉剂的参数指标是影响隔抑爆装置抑制瓦斯爆炸效果的重要因素之一。通过20 L球形爆炸特性实验装置对多种不同抑爆粉剂浓度及粒度条件下的瓦斯爆炸特性参数进行了测试。研究表明:随着抑爆剂浓度的逐渐增加，瓦斯爆炸最大压力降低，最大压力上升速率降低，压力到达峰值时间延迟；在20 L密闭环境，粉剂粒度＜15 μm的条件下，当抑爆粉剂浓度增加到225 g/m3时，瓦斯混合气体被完全惰化，失去爆炸性；在15~80 μm抑爆粉剂粒度范围内，随着粒度的减小，抑爆性能先减弱后增强，在抑爆粉剂浓度为200 g/m3时，15 μm 与70~80 μm粉剂粒度最大爆炸压力分别下降了19.8%，17.8%，而40~50 μm粒度爆炸压力下降了6.4%。     

隔爆水幕对瓦斯爆炸传播规律影响的试验研究

为研究自制隔爆水幕抑制瓦斯爆炸的有效性,采用大直径瓦斯爆炸试验管道系统,在不同瓦斯浓度和不同水幕流量条件下进行瓦斯爆炸试验,利用数据采集系统测量瓦斯爆炸特性参数并对其变化规律和隔爆效果进行分析。结果表明:瓦斯浓度9.5%时经过隔爆水幕抑制作用,瓦斯爆炸压力峰值由64 kPa下降到39 kPa,衰减了39%;温度峰值由969 K下降到498 K,衰减了49%;速度最大值由136 m/s下降到73 m/s,衰减了15%。虽然隔爆水幕对不同浓度瓦斯产生的爆炸起到良好的抑制效果,但隔爆之后的传播规律依然受到瓦斯浓度影响。隔爆水幕对瓦斯爆炸的抑制效果取决于喷水流量的大小,随着流量的增加,水幕的隔爆效果增强,喷头最佳的工作流量为16.4 L/min。     

湍流状态下甲烷爆炸特性的实验研究

利用20L近球形气体爆炸反应装置,测试甲烷在宏观静止和湍流两种不同状态下的爆炸特性。实验结果表明:甲烷的爆炸极限受其流动状态的影响不明显;湍流状态下甲烷爆炸压力Pm和爆炸压力上升速率(dp/dt)m较宏观静止状态明显增大,爆炸压力峰值时间tm明显缩短,其中爆炸压力上升速率受湍流影响较为显著;甲烷浓度不同,其爆炸受湍流影响的程度也不同,较高浓度(11%～16%)时的Pm受湍流的影响程度较大,越靠近最佳浓度(dp/dt)m和tm受湍流的影响程度越大;同一浓度下Pm和(dp/dt)m随着湍流的加强而增大,tm则缩短。该研究表明,避免和减少湍流对矿井瓦斯爆炸过程的抑制具有重要作用。     

密闭管道瓦斯爆炸冲击波冲量及压力上升速率的实验研究

针对矿井瓦斯爆炸破坏模式主要在压力破坏和冲量破坏的研究,实验分析瓦斯在密闭管道发生爆炸时瓦斯浓度对冲击波冲量及压力上升速率的影响,利用管道中距离点火源不同位置的压力传感器测试了不同浓度瓦斯的爆炸压力,对冲击波冲量及压力上升速率进行分析,为防爆抑爆提供依据。研究结果显示:在管道中距离点火源的不同位置上,当浓度为9.5%时,瓦斯爆炸冲击波冲量及压力上升速率最大;由于超压衰减和传播距离的增加,在距离点火源4m和8m时压力冲量较大;在瓦斯浓度较低的范围内瓦斯爆炸时,其压力上升速率增长较快,而随着浓度的增加在较宽的浓度范围内,能较稳定地维持在高位值。     

超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究(英文)

用自行设计的三面透明的细水雾抑制甲烷爆炸的实验装置,研究了不同体积超细水雾对不同浓度甲烷爆炸的抑制现象。运用GigaView高速摄影观察了超细水雾抑制甲烷爆炸的过程,并且对现象进行了分析。采用四个E12-1-K型快速响应热电偶获取超细水雾抑爆过程中四个不同位置的温度变化情况,并且讨论了甲烷浓度和超细水雾体积对爆炸延迟时间的影响。实验结果表明,超细水雾对甲烷爆炸的抑制效果是与水雾的体积和甲烷浓度紧密相关的。初步确定了超细水雾抑制甲烷爆炸的临界体积。