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。     

H_2/CO合成气的最小点火能研究

为探究工业合成气(主要成分为H_2和CO)的体积分数及惰化作用下其最小点火能变化特征,首先,选取CH_4气体样品利用最小点火能测试装置确定试验系统的敏感条件;然后基于系统敏感条件,测定不含惰性气体N_2系统中添加不同比例的H_2与CO混合物的最小点火能;最后,测定N_2稀释作用下气体混合物的最小点火能。研究结果表明:不含惰性气体的H_2与CO合成气中,H_2体积分数低于25%时其对合成气的敏感体积分数值影响较大;含惰性气体N_2的H_2与CO合成气中,燃料体积分数大于40%时,惰化作用效果显著;含惰性气体N_2气体的H_2与CO合成气中,燃料体积分数小于40%时,系统最小点火能值的贡献主要取决于H_2所占体积分数。     

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%。     

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。     

浮顶油罐油气惰化防火防爆实验研究

对浮顶油罐的油气空间进行惰化,是一种新的油罐防火防爆方法。向浮顶油罐一、二次密封间的油气空间中加入氮气,可缩小浮顶油罐的一、二次密封之间环形空间油气的爆炸极限的范围。根据这一原理,通过模型实验对大型双重密封型浮顶油罐的油气空间进行了氮气惰化保护实验研究。实验结果表明油气空间内氮气的体积分数会随着氮气通入时间的增长而逐渐升高,油气的体积分数则逐渐降低。氮气通入开始一段时间,环形空间内氮气的体积分数会迅速上升,油气体积分数迅速下降。但随着氮气通入时间的增长,氮气体积分数的上升和油气体积分数的下降速度都会趋于平缓。另外当入口处氮气流量从27Nm3/h变化到54Nm3/h时,为使油气体积分数下降至油气爆炸下限1%所需氮气持续通入的时间也从300分钟左右下降至200分钟左右。     

R290制冷剂惰化燃爆特性实验研究

为了研究R290制冷剂惰化燃爆特性,采用带搅拌功能和氧浓度在线测定的20L球试验装置,对R290制冷剂进行了极限氧浓度测定。实验测定了丙烷在CO2和N2惰化气氛中的爆炸极限及极限空气浓度LAC,确定丙烷的极限氧浓度LOC;采用三元图爆炸区、丙烷-O2二维图爆炸区和ASTM标准分布图分析了混合气体爆炸区边界的燃爆特征,给出了极限氧浓度的确定方法和边界爆炸压力分布规律。实验结果表明:常温常压下R290的爆炸极限为2.1%～9.6%,CO2惰化气氛中的极限氧浓度为13.3%,对应的丙烷浓度为3.3%;N2惰化气氛中的极限氧浓度为10.8%,对应的丙烷浓度为2.7%。通过对比分析不同CO2和N2浓度下的爆炸区分布特征,表明CO2对丙烷的惰化效果要优于N2,以氮气和二氧化氮体积分数比为1∶2测试惰化气氛保护能力,惰化效果介于同浓度单种惰性气体之间。     

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%。     

水蒸气对乙烷在金属铁表面还原NO的影响

温度在300~1 100℃时,由程序控温电加热水平陶瓷管反应器在N_2气氛和模拟烟气气氛下,试验研究了水蒸气对乙烷(C_2H_6)在金属铁表面还原NO的影响。在不同温度和模拟烟气中C_2H_6的化学计量比条件下测试了NO的还原效率,讨论了水蒸气对NO还原效率的影响。对反应后铁样品的组分和微观结构变化进行了XRD和SEM分析。结果表明,水蒸气参与了金属铁的氧化反应,而C_2H_6参与了Fe2O3的还原反应,它们的共同作用影响了铁表面的微观结构和组分的变化,从而影响了NO的还原效率。在N_2气氛中,700℃以上时水蒸气降低了C_2H_6还原NO的效率。当C_2H_6的量一定时,随着水蒸气的增加,NO的还原效率有一定的增大。有水蒸气、800℃以下时,不使用C_2H_6时的NO还原效率低于有C_2H_6时,而在800℃以上时高于有C_2H_6时的NO还原效率。在N_2氛围和含有水蒸气条件下,800℃以下时C_2H_6在金属铁表面还原NO的效率要高于相同条件下甲烷(CH4)的效率;800℃以上时C_2H_6/CH4在金属铁表面还原NO的效率的差距逐渐减少。在模拟烟气、800℃以上、富燃料条件下,水蒸气和SO_2对C_2H_6在金属铁表面还原NO的影响较小,可忽略。在模拟烟气(O_2体积分数2.0%、CO_2体积分数16.8%、NO体积分数0.05%、H_2O体积分数7%、SO_2体积分数0.02%、N_2配平)、900℃以上、富燃料条件下,如空气过量系数SR1=0.7时,C_2H_6还原NO的效率超过90%。在富氧条件下,水蒸气使NO的还原效率显著提高,如在模拟烟气(O_2体积分数2.0%、CO_2体积分数16.8%、NO体积分数0.05%、N_2配平)中,当SR1=1.2、1 000℃时,体积分数7%的水蒸气使NO的还原效率增加了27.6%。     

镁粉生产工艺防爆方法及存在的问题

镁粉生产工艺具有较大的火灾爆炸危险性.从预防爆炸发生和减缓爆炸后果两方面对我国镁粉生产工艺的防爆方法进行了比较和分析.从着火过程理论不完善、爆炸性数据不完整和防爆方法缺乏实验依据3个方面分析了镁粉防爆存在的问题,着重分析了镁粉惰化和部分惰化方法的不足,指出了进一步加强镁粉防爆基础研究的方向.     

C2H6/CO2组分构成对瓦斯着火延迟时间的影响规律研究

为进一步研究多种不同性质的气体对瓦斯着火过程的影响,采用CHEMKIN-PRO Release软件,选择CH_4燃烧化学反应机理USC Mech 2.0模型对不同组分构成的C_2H_6/CO_2与甲烷混合气体进行数值模拟,然后分析不同组分下瓦斯着火延迟时间的变化趋势,并利用SENKIN程序对其进行敏感性分析。计算结果表明:当C_2H_6百分比小于CO_2百分比时,随着CO_2百分比的增加,瓦斯着火延迟时间略有增加,且其在T=1200K下延长了17.0%,在T=2200K下延长了8.4%,同时抑制CH_4生成的关键反应步敏感性系数下降幅度略大,其协同抑制瓦斯爆炸;当C_2H_6百分比大于CO_2百分比时,随着C_2H_6百分比的增加,瓦斯着火延迟时间大幅缩短,且其在T=1200K下缩短了63.7%,在T=2200K下缩短了35.5%,同时促进CH_4生成的关键反应步敏感性系数下降幅度大,其协同促进瓦斯爆炸。     

NH_4H_2PO_4对蔗糖粉尘爆炸的抑制作用试验研究

为研究NH_4H_2PO_4粉尘对蔗糖粉尘爆炸的抑制作用,利用20 L球形爆炸试验装置分析NH_4H_2PO_4-蔗糖混合粉尘的最大爆炸压力p_(max)和最大压力上升速率(dp/dt)_(max)。结果表明:NH_4H_2PO_4能够降低蔗糖粉尘的p_(max)和(dp/dt)_(max),并延迟其到达峰值的时间,从而降低蔗糖粉尘的爆炸强度;质量浓度分别为200、350、500、750 g/m~3的蔗糖粉尘中NH_4H_2PO_4的质量分数分别达到8%、14%、14%、13%时,蔗糖粉尘被完全惰化;质量浓度为350 g/m~3的蔗糖粉尘在不同粒径(48～74、38～47、25～37μm),NH_4H_2PO_4质量分数分别达到14%、13%、11%时被完全惰化;添加NH_4H_2PO_4能有效减轻蔗糖粉尘的爆炸危害,且在一定粒径范围内,粒径越小,对蔗糖粉尘爆炸的抑爆效果越好。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

惰化系统极限氧浓度变化规律及监测预警研究

为解决高龄油气管罐事故多发且事故后果严重的问题,通过研究惰性气体保护封存技术,提出惰化系统氧浓度等级分级、氧浓度安全裕量设定原则以及极限氧浓度(LOC)测试方法;通过理论与试验相结合的方法,分析CO_2、N_2等2种惰化剂对液化石油气(LPG)爆炸极限与LOC的影响以及抑制机制,并基于此设定预警阈值。结果表明:随着CO_2、N_2量的增加,最大爆炸压力到达时间延时可达7倍,抑爆效果明显,2种惰化剂抑爆机制的不同主要体现在三元碰撞反应;当CO2充入量达到22%或N2充入量达到32%时,LPG处于完全惰化状态;根据试验结果,可设定LPG惰化系统在线和间断氧浓度监测时预警阀值。     

油页岩利用过程粉尘爆炸研究现状及趋势分析

在石油资源日益紧张的形势下,我国油页岩资源的开发利用正得到前所未有的重视,但其利用过程潜在的粉尘爆炸危险性并未引起关注。对国内外有关油页岩粉尘着火、爆炸的文献进行了综述,约旦学者对油页岩粉尘爆炸下限、着火温度及惰化粉尘对下限的影响进行了持续性的研究。国内学者多涉及油页岩利用工艺的研究,只注重页岩油蒸气的爆炸风险,多采用经验公式的方法进行分析,具有较大的局限性。根据爆炸风险控制原理,提出了油页岩粉尘防爆安全需要进一步进行的基础研究工作,突出了加强油页岩粉尘和蒸气杂混物爆炸机理研究的重要性。     

超细Al(OH)3惰化粉体对铝合金抛丸废弃物粉尘的爆炸防控效果试验研究

为探究超细粉体惰化剂对铝合金抛丸伴生粉尘爆炸特性的影响规律，利用标准化Hartmann试验装置及自行搭建的试验平台，对不同惰化比(ε)条件下高纯度铝粉尘和铝合金抛丸废弃物粉尘爆炸传播特性进行试验研究。试验结果显示：不同类型的铝粉尘在不同惰化比条件下的爆炸敏感度、爆炸传播强度以及爆炸火焰传播形态演化等方面特性存在较大差异。由于高纯度铝粉尘燃烧反应活性高，最小点火能量和爆炸下限质量浓度分别是铝合金抛丸废弃物粉尘的6%和53.3%,其爆炸火焰传播速度峰值是铝合金抛丸废弃物粉尘的2.1倍。因此，在工程实践中不宜将高纯度铝粉尘相关爆炸参数作为铝合金抛丸作业现场燃烧爆炸风险评估依据。同时，当惰化比提高到30%时，铝合金抛丸废弃物粉尘的点火敏感性大幅降低，爆炸无法形成有效火焰进而传播，且在爆炸发生后很短时间内便会发生自行熄灭，即使在强点火条件下，也未发生火焰持续传播现象。因此，在铝合金抛丸生产现场采用添加一定量超细Al(OH)₃粉体以作为抑爆措施的惰化剂具有一定的可行性。     

空气泡沫驱伴生气燃爆特性及临界氧体积分数变化规律研究

为了探究高初始压力条件下空气泡沫驱井筒伴生气的燃爆特性，设计并搭建了高温高压可燃气体燃爆特性测试系统，对井筒伴生气的爆炸上限、下限以及临界氧体积分数等燃爆特性进行了测试。测量结果表明，随着初始温度和压力的升高，爆炸下限和临界氧体积分数降低，爆炸上限增加，伴生气的危险性增加。在0.5 MPa和10℃条件下伴生气的爆炸极限为2.01%～19.97%,而在15 MPa和80℃时爆炸极限迅速扩大至1.14%～56.67%。临界氧体积分数的测试结果从11.85%(0.5 MPa, 10℃)下降到8.91%(15 MPa, 80℃),最大差值为2.94%。根据试验结果拟合了临界氧体积分数的经验式，可快速评定不同初始条件下伴生气的安全氧含量。