无火焰泄放装置性能检测技术研究*

为有效提高无火焰泄放装置产品质量特性和应用技术,避免或减轻爆炸事故发生造成的灾害程度,选择玉米淀粉粉尘为测试粉尘,采用1 m3爆炸罐进行扇形无火焰泄放装置爆炸泄放实验。结果表明:扇形无火焰泄放装置不适合重复使用。当扇形无火焰泄放装置重复进行爆炸泄放实验时,爆炸罐内压力会呈现升高趋势,而外场压力和温度呈现下降趋势,且阻火元件孔隙内残留大量玉米淀粉粉尘燃烧后生成的炭黑以及积聚部分高温燃烧的粉尘,致使阻火元件损坏失效。     

筒仓内烟草粉尘爆炸数值模拟

为探究在实际生产中采用的大型筒仓内烟草粉尘的爆炸及其泄爆过程,基于大规模数值仿真FLACS软件的粉尘爆炸模块,通过改变初始浓度、点火位置、等比例变化筒仓容积,系统对比研究了泄放火焰的传播范围以及爆炸超压的演化规律。模拟结果表明,筒仓内粉尘浓度、点火位置、筒仓容积的变化均对爆炸过程有影响。水平泄压时,在500～1 000 g/m~3质量浓度范围内,筒仓内粉尘质量浓度越大,爆炸超压越大,火焰传播距离越远;点火位置离泄压口越远,爆炸超压越大,火焰传播距离越远;筒仓容积越大,爆炸超压越大,火焰传播距离越远。     

涉爆粉尘企业除尘器粉尘爆炸泄压面积计算方法研究

为合理设计除尘器的爆炸泄压面积,降低涉爆粉尘企业粉尘爆炸风险,本文以标准《粉尘爆炸泄压指南》(GB/T 15605-2008)为依据,分析推理出涉爆粉尘企业常用的旋风除尘器和布袋除尘器的爆炸泄压面积的计算公式,并在实例中进行验证.结果表明:该公式能准确计算出除尘器的爆炸泄压面积,为企业设计除尘器的泄压面积提供参考.     

基于1 m3泄爆装置的墨粉爆炸泄压机制研究*

为了研究墨粉在爆炸泄压过程中燃烧与流动的变化机制,通过改变泄爆片尺寸、墨粉浓度以及泄爆片的惯性力等参数对爆炸泄放过程中反应釜中压力以及外场火焰形态变化进行试验研究,同时与完全封闭空间内不同墨粉浓度的压力曲线对比。研究结果表明:相同泄爆开口尺寸下,粉尘浓度与受控爆炸压力（采用爆炸泄压保护措施后工业腔体内产生的压力）负相关;开口尺寸增加可以提升泄压效率;结合外场火焰形态的变化情况揭示声动火焰不稳定性对反应釜中压力发展的影响;通过无惯性泄爆试验的对比证明泄爆片惯性对受控爆炸压力的影响不可忽视。     

洗煤厂干燥系统泄爆设计研究

在洗煤厂的干燥系统中极易发生煤粉燃烧爆炸事故,为了减轻爆炸危害,对干燥系统进行泄爆设计尤其重要。应用20 L粉尘爆炸特性测试系统,对某洗煤厂煤样煤尘云爆炸性参数进行测试,得出最大爆炸压力0.74 MPa,最大爆炸压力上升速率为58.5 MPa/s,计算出最大爆炸指数为15.88 MPa/(m·s)。根据测试结果计算出洗煤厂干燥系统干燥器、除尘器及冷却器泄爆面积分别为5.15,0.68,0.62 m~2。并结合现场实际环境对泄爆装置及泄爆口位置进行分析设计。     

泄爆面特征参数对天然气爆炸超压峰值的影响规律

为揭示泄爆面特征参数对大尺度受限空间内天然气爆炸超压峰值结构的影响机制，基于典型房间特征，借助计算流体动力学技术研究不同泄爆面开启压力、开启时间以及泄压比等参数条件下室内天然气泄爆超压峰值结构的分布规律。研究结果表明:峰值Pb随开启压力和开启时间增加均呈线性增长趋势，而泄压比对Pb影响较小；峰值Pmfa与室内最大火焰面积有关，随开启压力、开启时间的增加和泄压比的减小，气体出流速度增大，进而产生更强的湍流，导致室内火焰面积和气体燃烧率增加，最终Pmfa增大；峰值Pext随泄压比增加呈快速降低趋势，同时开启压力和开启时间对Pext影响具有协同效应，共同促进Pext快速增加。     

粉尘爆炸泄压面积计算及影响因素分析

随着涉粉行业各类企业数量的增长,以及粉尘爆炸产生的巨大危害,企业对粉尘泄爆、防爆越来越重视。在粉尘泄爆方面,泄爆装置的泄放面积影响最大泄爆压力,国内外不同标准的计算方法也有区别,因此针对不同标准的计算方法做出了比较并举例计算说明,为泄爆装置尺寸的选择提供理论依据。     

泄爆容器中粉尘爆炸的试验研究与数值模拟

为了解泄爆容器中粉尘爆炸的发展过程,采用试验和数值模拟相结合的方法对玉米淀粉在圆柱形容器内的泄爆过程进行研究。数值模型采用欧拉–拉格朗日方法模拟粉尘爆炸的两相流问题,通过求解非稳态的湍流两相反应流守恒方程对试验进行二维仿真。试验和模拟结果表明,点火位置对爆炸发展过程有明显影响,点火位置离泄爆口越远,容器中的最大泄爆压力Pred,max越高。在粉尘爆炸的安全防护设计中,应把点火位置作为重要影响因素之一加以考虑。     

粮食粉尘爆炸过程分析及泄爆面积的计算

分析了粮食粉尘在密闭设备中的爆炸发展过程,引用了等温爆炸模型假设、燃烧产物质量变化速率、压力上升速率的概念及公式,在此基础上对泄爆面积的计算理论和方法进行了分析和归纳,利用爆炸指数K st值诺谟图公式法和粉尘爆炸等级St诺谟图公式法对进口加拿大小麦在定容设备、斗式提升机及袋式除尘器储存输送过程中的泄爆面积进行了计算.     

泄爆面积比对泄爆门封闭泄爆特性的影响研究*

为研究泄爆面积比对泄爆门泄爆特性的影响,运用FLUENT软件建立煤矿井下1∶1巷道模型,在不同泄爆面积比的工况下对瓦斯爆炸传播规律及泄爆过程进行模拟,分析其变化特征和封闭泄爆效果。结果表明:S0工况条件下,压力和温度衰减后保持在0.29 MPa和565 K;S1~S4工况条件下,S4比S1,S2和S3达到封闭状态时间快780,260,50 ms,封闭时间最大节省70.91%;随着泄爆面积比的增大,封闭火区内的压力的峰值、峰值数量和达到封闭状态时间减小,泄爆能力增强;火焰速度峰值和衰减速率增大;温度的初始峰值、峰值数量和达到稳定状态时间减小,最大峰值反而增大,说明泄爆门对瓦斯爆炸火焰无抑制作用。     

Characteristics of dust explosion venting pressure and flame under high activation pressure

A 20 L spherical explosive device with a venting diameter of 110 mm was used to study the vented pressure and flame propagation characteristics of corn dust explosion with an activation pressure of 0.78–2.1 bar and a dust concentration of 400∼900 g/m³. And the formation and prevention of secondary vented flame are analyzed and discussed. The results show that the maximum reduced explosion overpressure increases with the activation pressure, and the vented flame length and propagation speed increase first and then decrease with time. The pressure and flame venting process models are established, and the region where the secondary flame occurs is predicted. Whether there is pressure accompanying or not in the venting process, the flame venting process is divided into two stages: overpressure venting and normal pressure venting. In the overpressure venting stage, the flame shape gradually changes from under-expanded jet flame to turbulent jet flame. In the normal pressure venting stage, the flame form is a turbulent combustion flame, and a secondary flame occurs under certain conditions. The bleed flames within the test range are divided into three regions and four types according to the shape of the flame and whether there is a secondary flame. The analysis found that when the activation pressure is 0.78 bar and the dust concentration is less than 500 g/m³, there will be no secondary flame. Therefore, to prevent secondary flames, it is necessary to reduce the activation pressure and dust concentration. When the dust concentration is greater than 600 g/m³, the critical dust concentration of the secondary flame gradually increases with the increase of the activation pressure. Therefore, when the dust concentration is not controllable, a higher activation pressure can be selected based on comprehensive consideration of the activation pressure and destruction pressure of the device to prevent the occurrence of the secondary flame.     

不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下爆炸传播规律研究

为了探究不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律,利用自行搭建的直管瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸实验系统,从冲击波压力和火焰传播速度2个方面,研究了不同含水率沉积煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律和原因。研究结果表明:当煤尘含水率小于40%时,管道内沉积煤尘会在瓦斯爆炸诱导下产生二次爆炸,同时沉积煤尘总量一定时,沉积煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值和火焰传播速度随着煤尘含水率的增加先增大后减小;当沉积煤尘含水率为20% 时,煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值、火焰传播速度峰值达到最大值,分别为1.657 MPa和468.060 m/s;当沉积煤尘含水率大于40%时,沉积煤尘无法产生二次爆炸,此时爆炸产生的威力小于单一瓦斯爆炸,火焰传播速度衰减较无煤尘的瓦斯爆炸更快,沉积煤尘起到抑制瓦斯爆炸传播的作用。研究结果可以为防治煤尘二次爆炸提供理论依据。     

Wire-mesh inhibition of jet fire induced by explosion venting

Explosion venting is widely applied in industrial explosion-proof designs due to the convenient, economical and practical features of this method. Natural gas is usually stored in storage tanks. If the gas in the vessel is mixed with air and encounters an ignition source, explosion venting might occur, producing jet fire, generating new secondary derivative accidents and causing casualties and property losses. In this paper, a set of test platforms including wire-mesh suppression devices is established to study the inhibition of jet fire induced by explosion venting by wire mesh. The experimental research shows that a wire mesh significantly inhibits the jet fire induced by explosion venting. The flame propagation velocity and pressure clearly decrease with increasing numbers of wire-mesh layers. The wire-mesh structure significantly affects the flame propagation, and the more layers of mesh there are, the better the suppression effect is. The flame temperature gradually decreases with the addition of the wire mesh. The mesh size significantly affects the pressure propagation of explosion venting. The explosion pressure gradually decreases with the addition of the wire mesh. With increasing distance between the wire mesh and the explosion vent, the maximum temperature first increases and then decreases, and the maximum explosion pressure first decreases and then increases. In the case of single gas cloud, the flame suppression effect is the most obvious when the wire mesh is 0.2 m away from the explosion vent. In the case of double gas clouds, the flame suppression effect is the most significant when the distance between the wire mesh and the first gas cloud is 0.4 m.     

管道内瓦斯煤尘共混爆炸温度特性

采用瞬态火焰传播实验系统,对7%,8%,9%,10%和11%的瓦斯体积浓度分别与不同浓度的长焰煤煤尘混合,并使用直径25 μm的Pt/Rh13-Pt微细热电偶测量温度,揭示受限空间内瓦斯与煤尘混合爆炸温度特性。结果表明:煤尘浓度一定时,随着瓦斯浓度的增加,爆炸温度先增加后减小;纯瓦斯浓度在10%时爆炸温度最高,加入煤尘后的混合体系中,瓦斯浓度为9%时爆炸温度最高;瓦斯浓度不变时,随着煤尘浓度的增加,爆炸温度一直减小;7%~11%瓦斯分别与130 g/m3煤尘混合爆炸后测得最高温度分别为1 333.6,1 475.4,1 511.4,1 455.6,1 396.4 ℃;与9%纯瓦斯爆炸相比,9%瓦斯与130,260,520,780 g/m3煤尘混合爆炸后测得最高温度分别降低7.2%,11.5%,15.0%和22.9%。结论得到的瓦斯煤尘共混爆炸温度数据可为煤矿灾害高温防护提供参考依据。     

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。     

泄爆口参数对氢气火焰传播过程影响的数值模拟*

为了减少管内气体爆炸造成的损失与破坏,基于大涡模拟LES模型和Zimont燃烧模型,研究泄爆尺寸(直径为40,60,80 mm)和泄爆位置(侧方距点火端1,3,5 m)等泄爆条件对受限空间中氢气燃爆特性的影响。研究结果表明:大孔径泄爆口更好的排放效果造成火焰锋面在通过泄爆口时发生严重畸变,而泄爆口与点火端距离的增加则会削弱火焰锋面畸变的程度,且不同尺寸泄爆口产生的泄压效果差异较大。因此,应考虑将合适尺寸的泄爆口设置于靠近易燃点处。通过探索不同泄爆孔径与泄爆口位置对氢气火焰传播的影响规律,可为实际应用中的安全泄爆起到指导性作用。     

障碍物对瓦斯煤尘爆炸火焰传播规律的影响

为了进一步探究瓦斯煤尘耦合爆炸火焰的传播规律,用自行搭建的半封闭垂直管道爆炸试验系统,研究障碍物对瓦斯煤尘耦合爆炸火焰传播规律的影响。研究结果表明:障碍物能显著提高瓦斯煤尘爆炸火焰的传播速度,其加速机理主要是障碍物诱导的湍流区会促进火焰的传播;火焰在传播过程中的加速度不是一直增加,随着火焰速度的增加会出现上下波动;煤尘的加入会使瓦斯爆炸产生的火焰传播速度显著增大及速度的最大值距离点火端较远;通过障碍物时爆炸产生的火焰形状发生较大的改变,出现拉伸和褶皱现象。