基于绝热火焰温度混合气体爆炸下限的预测

准确地预测可燃混合气体的爆炸极限,对防止工业生产中时有发生的混合气体爆炸事故有着重大的意义。通过采用Gaseq软件计算CH4,C3H8,C2H4,C3H6,CH3OCH3和CO的绝热火焰温度(CAFT),分析初始温度对甲烷和丙烷混合气体(体积比1∶1)爆炸下限(LEL)的影响。结果表明:随着初始温度的升高,临界火焰温度基本不变,而LEL线性下降。使用计算绝热火焰温度法对不同比例的二元混合气体(体积比1∶1,3∶1,1∶3)以及三元混合气体(体积比1∶1∶1)的LEL进行预测,在选取的35组不同组份的混合气体中,LEL的预测值与文献值的平均绝对误差为0.081 8,平均相对误差为0.02。     

基于绝热火焰温度多元混合气体可燃性极限的理论预测

为了预测多元混合气体可燃性极限,通过化学平衡计算软件分析确定了气体在可燃性下限（LFL）和可燃性上限（UFL）的燃烧产物及计算绝热火焰温度（CAFT）,基于能量平衡方程和简化反应模型,分别建立了混合气体LFL和UFL预测模型。应用该预测模型对CH4、C2H4、C3H8、C3H6和CO组成的不同比例混合气体可燃性极限进行预测。结果表明:简化反应模型对于LFL和UFL预测值与文献中实验值的平均相对误差分别为2.76%和5.45%,相关系数分别为0.995和0.950;同时发现两步简化模型对含有C2H4和CO混合组分预测结果误差较大,但对于平均碳原子数大于2的混合气体,预测结果一致性较好。     

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。     

NH3/CH4混合气体爆炸极限试验研究及动力学分析

为了预防化工场所合成氨工艺中混合气体爆炸事故,利用爆炸极限测试仪和CHEMKIN软件,研究了 NH3和CH4混合气体的爆炸极限和动力学过程.通过分析NH3和CH4混合气体的爆炸极限和爆炸传播火焰特征,以及爆炸过程中温度、压力和关键自由基·H和·OH的变化规律,探讨了不同体积分数的NH3对CH4爆炸极限的影响.结果表明:NH3的存在使混合气体的爆炸下限上升,在某种程度上抑制了 CH4爆炸,且体积分数越大,抑制作用越明显;爆炸下限时的火焰经历了半圆形向指尖形的转变,NH3体积分数越大,爆炸火焰颜色越亮;NH3主要通过影响CH4爆炸链式反应的关键自由基·H和·OH来抑制CH4爆炸.所得结论为有效预防NH3/CH4混合爆炸事故提供了理论依据.     

多元混合气爆炸极限的非线性预测研究

根据混合气的爆炸极限与混合气各成分的体积浓度之间具有非线性关系的特点,笔者提出采用神经网络非线性方法来计算含有H2,CH4和CO的多元混合气体的爆炸极限。在模型中,H2,CH4和CO的体积浓度作为输入,爆炸上限和下限作为输出。计算结果表明,该非线性模型预测混合气爆炸下限和上限的最大相对误差为3.90%,3.57%,而模型预测值与计算值的相关系数分别为0.971,0.981;非线性模型的预测结果要好于偏最小二乘回归的预测结果。当H2,CO,CH4在混合气中的体积浓度给定时,非线性模型能够准确预测混合气的爆炸极限。     

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。     

不同可燃气体影响氮气惰化甲烷爆炸的试验

为了探究矿井瓦斯中不同可燃气体对CH_4惰化防爆的影响,通过测定加入少量C_2H_4和CO时混合气体中CH_4的爆炸极限、临界体积分数等参数,归纳了C_2H_4和CO对N_2惰化CH_4爆炸的作用规律。结果表明:少量C_2H_4或CO均会降低CH_4在空气中的爆炸上下限,2. 0%C_2H_4和2. 0%CO分别可以使CH_4爆炸上限下降0. 9%、0. 2%,使爆炸下限下降3. 6%、0. 6%;且少量C_2H_4或CO均会使CH_4爆炸危险度上升,而爆炸下限相对爆炸上限下降的程度更大; C_2H_4或CO存在时将CH_4-空气体系完全惰化所需的N_2量相应加大,2. 0%C_2H_4和2. 0%CO分别使N_2量增大4. 7%、3. 7%;随C_2H_4或CO体积分数由0增加至2. 0%,CH_4的爆炸上下限在达到重合点时的体积分数逐渐下降,分别下降了2. 0%、0. 8%;含有2. 0%C_2H_4时CH_4的爆炸极限范围为13. 5%,比含有2. 0%CO时大3. 4%,重合点低1. 2%; C_2H_4和CO均会使CH_4爆炸三角形向左下方移动并延伸,爆炸区域扩大,窒息比明显增大。不同可燃气体对N_2惰化CH_4爆炸的影响程度差异明显,C_2H_4存在时带来的防爆难度明显比CO更大。     

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。     

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。     

受限空间内C_2H_6对瓦斯爆炸的促进机理研究

为了研究受限空间内C2H6对瓦斯爆炸的影响,采用GRI Mech 3.0甲烷燃烧反应机理对定容燃烧反应器内瓦斯爆炸过程中压力、温度变化趋势进行详细分析,同时,对瓦斯爆炸过程中关键反应步进行敏感性分析。结果表明:混合气体中依次充入0.5%、1%、1.5%、2%的C2H6,瓦斯爆炸压力、温度明显增加。其中,与混合气不含C2H6相比,加入2%的C2H6后,达到瓦斯爆炸最大压力、最高温度所对应的CH4体积分数都提前了3%,且爆炸最大压力增大了0.004MPa,爆炸最高温度升高了20K;混合气中加入C2H6,促进CH4生成反应步的敏感性系数大幅度下降,促进CO、NO生成反应步的敏感性系数升高。C2H6对瓦斯爆炸起促进作用,且随着C2H6含量的增加,瓦斯爆炸强度增大,同时,C2H6促进致灾性气体CO、NO的生成。     

新型爆炸极限测试演示装置研制成功

一种新型可燃气体动态爆炸浓度极限测试与演示装置已由中国地质大学研制成功。它可用于一般可燃气体爆炸浓度极限测试,以及连续直观观察爆炸极限范围内随可燃气体与助燃气体混合比例变化出现的各种化学反应状况。该装置使用小型空气压缩机作为助燃空气输送源,经混合器与可燃气体混合,由流量计与微调开关调节混合比,通过高压电火     

油田注空气工艺防爆实验的研究

通过实验,研究可燃气体(甲烷)的爆炸极限规律和加入惰性气体(氮气)后可燃气体临界氧含量的变化规律,测定在特定条件下甲烷的爆炸极限范围和安全氧含量,根据实验结果,确定氧含量的安全标准并提出相应的事故预防与控制措施,确保注空气采油技术实施过程中的风险处于可控制范围内,使注空气采油技术得到更广泛的应用。     

水蒸气抑制甲烷燃烧和爆炸实验研究与数值计算

在爆炸激波管中对水蒸气抑制甲烷燃烧和爆炸进行较系统的实验研究,并对其抑燃、抑爆化学动力学作用机理进行数值计算分析。结果表明:加入一定量的水蒸气后,可以有效降低CH4-O2混合气体的燃烧速度和爆炸强度;当水蒸气量达到某临界值时,CH4-O2混合气体将不能被点燃。化学动力学数值计算结果表明:在混合气体中加入水蒸气后,增大了甲烷的点火延迟时间,降低了燃烧温度和H,O和OH等高活性自由基的浓度。水蒸气能有效抑制甲烷燃烧和爆炸,其作用效果源于其物理抑制和化学阻化的综合效应。     

航空压力环境对锂离子电池热解气体爆炸极限影响*

针对航空锂离子电池热失控释放气体安全性研究不足的问题,采用气体拉曼光谱技术、气相色谱仪(Gas Chromatography,GC)和质谱(Mass Spectroscopy,MS)耦合来探究压力和荷电状态(State of Charge,SOC)对锂离子电池早期故障气体类型、气体动态演变及气体潜在危险性等特征的影响规律,同时综合考虑压力、电压和电池温度等多种因素分析锂离子电池热失控危害。研究结果表明:电池SOC越高且环境压力越低,电池越早触发热失控,爆炸极限越宽,其中30 kPa下100%SOC电池热解气体爆炸极限为8.01%~53.35%;SOC和环境压力越高,电池热失控越危险,释放的气体体积越多;CO,CO2,PF3,C2H4及电解液（C3H6O2、C3H6O3、C4H8O2）等气体可作为航空锂离子电池早期故障诊断特征。研究结果对保障锂离子电池在航空领域的安全运输及应用具有重要意义。     

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。     

空气中易燃易爆物质浓度测定方法及爆炸危险性评估

空气中易燃易爆物质主要是指空气中存在的可燃气体和易燃液体蒸气(简称为可燃气体)。可燃气体与空气混合时遇火源可发生燃爆的最低浓度称为爆炸下限(LEL)，用容积百分数(V％)或每立方米中的毫克数表示(mg／m^3)。最高浓度称为爆炸上限。上、下限之间的爆炸浓度称为爆炸范围。     

受限升温煤体空间气体变化规律试验研究

为探讨升温煤体受限空间气体的变化规律,设计加工升温煤体引爆瓦斯试验平台,针对不同初始CH4体积分数开展受限空间煤体升温试验。利用Matlab计算试验数据,绘制O2,N2,CO,CH4,C2H4,C2H2的体积分数变化规律曲线。基于可燃性气体爆炸极限理论和计算公式,计算可燃性气体体积分数与混合气的爆炸上下限值,并绘制其关系图。结果显示,当温度为190~400℃时,受限空间气体将失去爆炸性。分析现场煤自燃引爆瓦斯的条件和形式,提出防治煤自燃引爆瓦斯的重点是防止煤柱、断层和高冒煤自燃升温到更高温度,尤其是要防止该区域提前氧化升温,同时要保持工作面风流稳定。     

多元可燃性气体爆炸压力与中间产物发射光谱特性的耦合研究

工业生产中爆炸事故往往是由多元可燃气体与空气混合后遇到明火而引起的，为研究乙烷（C₂H₆）、乙烯（C₂H₄）、一氧化碳（CO）、氢气（H₂）对甲烷爆炸特性的影响，选取多组分可燃气体甲烷爆炸压力特性和自由基发射光谱的影响进行研究，利用陕西省工业过程安全与应急救援工程技术研究中心重点实验室搭建的多功能球形气体/粉尘爆炸实验装置和单色仪进行爆炸实验测试，同步采集时间—压力曲线、中间产物（OH，CH₂O）的发射光谱信号，考察多组分可燃气体浓度对甲烷爆炸压力特性和中间产物的影响。结果表明:在富氧状态下，多组分可燃气体加剧了甲烷—空气混合体系的爆炸剧烈程度，随着体系中氧气含量的减少、由富氧状态变为贫氧状态、促进作用逐渐减弱转变为阻尼作用，爆炸压力特性与中间产物发射光谱参数的影响规律基本保持一致，均呈高度正相关；多元混合体系爆炸剧烈程度越大，自由基发射光谱达到峰值的速度越快，自由基更早、更快的积累是加剧爆炸程度的原因之一。     

可燃气体(液体蒸气)的爆炸极限与最大允许氧含量的对比研究

通过实验研究了可燃气体(液体蒸气)的爆炸极限规律,从全新的角度分析了各种浓度可燃气体(液体蒸气)的最大允许氧含量的规律,并运用数值分析原理拟合出其规律函数,可从理论上求得各种浓度可燃气体(液体蒸气)的最大允许氧含量值。通过爆炸极限和最大允许氧含量规律的对比研究,分析了两者相辅相成的重要关系,指出两者从不同角度界定了可燃气体(液体蒸气)的爆炸范围,是衡量可燃气体(液体蒸气)爆炸危险性的两个重要参数。     

空调压缩机冷媒爆炸反应特征分析

冷媒与空气的反应特征对空调压缩机安全性有重要影响.本文采用最小自由能原理,分别对两种冷媒R407C和R410A与空气的混合气体的爆炸反应参数进行了数值计算,得到了不同初始压力和不同冷媒含量条件下,混合气体爆炸反应温度和压力,分析了混合气体反应压力条件和爆炸极限范围.结果表明:初始压力低于0.2 MPa时,R407C-空气混合气体和R410A-空气混合气体均不会发生爆炸;初始压力超过0.3 MPa时,混合气体能够发生爆炸,爆炸反应温度和压力随着初始压力的升高而升高;R407C和R410A质量分数分别在34%、35%左右,混合气体反应温度和压力达到最大值.R407C和R410A易燃易爆特征相近;但爆炸范围都比氟利昂(R22)气体宽,即同样的条件下更容易发生爆炸.该计算结果能够为新型冷媒R407C和R410A的安全使用提供一定的依据.