微米级铝粉最低着火温度和爆炸特性试验研究

为更好防治铝粉爆炸,针对不同因素对微米级铝粉的最低着火温度和爆炸特性的影响灵敏度进行试验研究,揭示不同因素对其影响程度大小。最低着火温度和爆炸特性分别由粉尘云最低着火温度测试系统和20 L球爆炸装置测试。试验结果表明:粒径越小,比表面积越大,铝粉越容易发生燃烧爆炸;逐个分析粒径、质量浓度和分散压力这3项影响因素对铝粉尘云最低着火温度影响敏感度,得出敏感度大小为粒径分散压力质量浓度;逐个分析点火延迟时间、粒径和质量浓度这3项影响因素对铝粉爆炸参数的影响灵敏度,得出灵敏度大小为粒径点火延迟时间质量浓度。     

基于多孔环形喷嘴的可燃爆粉尘分散特征的密度效应研究*

为了研究不同密度的可燃爆粉尘在内置多孔环形喷嘴的20 L爆炸特性测试装置中的分散特征,基于负载粒子流方法、耦合DPM动量平衡方程和时间平均 Navier Stokes控制方程组,实现3种不同密度的煤粉、铝粉和锆粉在20 L爆炸测试装置中粉尘分散全过程的数值模拟。研究结果表明:多孔环形喷嘴的分散较为均匀,但是约束管道末端存在局部粉尘残留区,致使爆炸仓内真实粉尘浓度远低于形式浓度;爆炸仓中心位置的最大湍动能随着粉尘密度的增加而减小,只有显著地变化粉尘密度才能展示区分度较高的浓度峰值和抵达浓度峰值的时间。     

粉尘密度对20 L球罐内粉尘分散规律影响

为分析不同粉尘因密度的差异对20 L球形爆炸装置球罐内粉尘分散过程流场变量变化和点火延迟时间的影响,利用CFD数值模拟的方法,研究了3种不同密度的粉尘在球罐分散过程中湍流动能、流场速度、粉尘浓度3种流场变量在球心处的变化规律。研究结果表明:在其他条件一致的情况下,粉尘密度越小,湍流动能的峰值越小,粉尘云浓度和流场速度的峰值则越大;粉尘密度对湍流动能的增值速率没有影响,而粉尘密度越小,流场速度和粉尘浓度的增值速率越快,粉尘浓度衰减至稳定值的时间也越短。表明粉尘密度越小,点火延迟时间也越小,因此,建议铝粉点火延迟时间在50~60 ms之间,锆粉和锌粉在60~80 ms之间。     

水平管道内铝粉爆炸特性的试验研究

为研究铝粉在密闭空间内爆炸特性,降低其爆炸造成的损害,利用自行设计的水平管道式可燃气体-粉尘爆炸装置,在室温下对粒度为6～8μm,9～12μm,15～17μm的铝粉在100～800 g/m3浓度范围内的爆炸特性进行试验研究。结果表明:铝粉在浓度为600 g/m3时,最大爆炸压力和最大压力上升速率最大,爆炸时间最小;铝粉浓度较低时,由于氧气充足,随着铝粉浓度增大,最大爆炸压力和最大压力上升速率增大,爆炸时间减小;当铝粉浓度超过600 g/m3,受到氧气浓度限制,最大爆炸压力和最大压力上升速率随浓度增大而减小,爆炸时间增大;相同浓度的铝粉,粒度越小,最大爆炸压力和最大压力上升速率越大,爆炸时间越小。粒度越小的铝粉,爆炸的可能性和危险性越大。     

抛光铝粉爆炸及ABC粉体抑爆特性的实验研究

为研究抛光铝粉的爆炸危险和ABC粉体的抑爆特性,在对实验粉体粒径分布进行分析的基础上,采用20 L粉尘爆炸特性实验装置,分别对不同铝粉尘浓度、不同抑爆剂浓度条件下的爆炸特性参数进行测试。研究结果表明:在实验条件下,铝粉的爆炸下限为45 g/m3＜C＜60 g/m3;随铝粉浓度增加,爆炸烈度呈现出先增强后减弱的变化趋势,在浓度为400 g/m3时爆炸烈度最大。ABC抑爆剂能够有效抑制铝粉爆炸超压和爆炸反应进程,随着惰性粉体浓度的增加,抑制效果愈加明显,爆炸逐渐减弱。当ABC惰性粉体的质量占比增加到50%时,相较单一铝粉爆炸,反应过程时间由72 ms增加至785 ms,爆炸最大压力、最大压力上升速率分别下降了61.7%,89.5%;当ABC粉体质量占比为53%时,铝粉被完全惰化,未发生爆炸。     

超细CaCO3惰化剂对铝合金抛光伴生粉尘爆炸的防控效果*

为探究超细粉体惰化剂对铝合金抛光伴生粉尘爆炸特性的影响规律,利用标准化实验装置及自行搭建的实验平台,在对爆炸基本参数进行测试的基础上,分别研究超细CaCO3粉体对抛光废弃物粉尘点燃敏感度的钝化作用以及对爆炸火焰传播进程的惰化效果,并在相同条件下与同等粒径高纯度铝粉的实验效果进行比对。研究结果表明:铝合金抛光废弃物粉尘最小点火能量为280 mJ,而同等粒径高纯度铝粉最小点火能量为35 mJ;在铝合金抛光废弃物粉尘质量浓度为300 g/m3条件下,发生爆炸的火焰传播速度峰值为7.4 m/s,约为高纯度铝粉的57%,铝合金抛光废弃物粉尘的爆炸敏感度及猛烈度均低于高纯度铝粉;当超细CaCO3粉体的惰化比为30%时,可将铝合金抛光废弃物粉尘的最小点火能量钝化至约1 J,爆炸火焰失去持续传播能力,惰化作用效果充分显现。     

密闭球形空间内超细铝粉爆炸特性研究

为探究超细铝粉在密闭球形空间内的爆炸危险性,采用20 L标准球形爆炸装置,研究不同试验条件下超细铝粉的爆炸特性,并分析粉尘质量浓度C_D、氧气浓度C_(O_2)和粉尘平均粒径d_(50)对爆炸特性参数(最大爆炸压力P_(max)、最大压力上升速率(dP/dt)_(max)、爆炸指数K_(st))的影响。结果表明:超细铝粉的爆炸下限质量浓度在50～80 g/m~3范围内;随C_D增大,100 nm铝粉P_(max)先增大后减小,而(dP/dt)_(max)和K_(st)也随之增大,且当C_D为2 000 g/m~3时,具有超强爆炸性;在贫氧环境下,随着C_(O_2)减小,超细铝粉氧化速率降低,释放热量减小,P_(max)和(dP/dt)_(max)均减小;对于800 nm,2μm和10μm等3种粒径的铝粉,相同氧气浓度环境下,随着d_(50)增大,铝粉比表面积减小,氧气扩散作用降低,P_(max)和(dP/dt)_(max)也随之减小。     

粉尘浓度对20L球罐内硫磺粉尘分散过程流场特性的影响

为了解不同浓度的硫磺粉尘在20 L球罐内分散过程流场特性的变化规律,采用CFD数值模拟方法再现球罐内硫磺粉尘分散过程,揭示粉尘浓度与湍流动能、流场速度、粉尘云浓度、最佳点火延迟时间之间的关系。研究结果表明:在其他条件一定时,喷入的粉尘越少,球罐内湍流动能和流场速度的峰值越大,球心处的粉尘云等效浓度的峰值越小,粉尘颗粒滞留在球心处的时间越短,即粉尘浓度越小,最佳点火延迟时间段越小;粒径为163μm、浓度为0.15,0.3,0.45 kg/m3的硫磺粉尘对应的最佳点火延迟时间分别是50~60,50~85,50~105 ms。     

橡胶粉尘的爆炸特性及抑爆的试验研究

为了研究橡胶粉尘的爆炸特性以及惰性粉体对橡胶粉尘的抑爆,用20 L球形爆炸装置测试橡胶粉尘的爆炸特性,分析粉尘浓度和粒径对橡胶粉尘爆炸压力(pmax)和爆炸指数(Kst)的影响,并且探究聚磷酸铵、磷酸二氢铵、碳酸钙和碳酸氢钠4种不同惰性粉体对橡胶粉尘的抑爆效果及不同粒径的聚磷酸铵对橡胶粉尘爆炸压力的影响。结果表明:在爆炸极限范围内,橡胶粉尘的爆炸压力随粉尘质量浓度增加先增大后减小;橡胶粉尘粒径越小,其爆炸后果越严重;聚磷酸铵对橡胶粉尘的抑爆效果相对较好;且在一定质量浓度范围内粒径越小,抑爆效果越好。     

混合金属粉尘爆炸最小点火能量影响因素研究*

为探究混合金属粉尘爆炸危险性及与单一粉体爆炸特性差异,确保车间安全生产,采用粉尘云点火能量测试系统对车间混合金属粉尘及铝粉最小点火能量在不同影响因素下的变化规律及2种粉尘火焰变化特征进行测试。研究结果表明:混合金属粉尘和铝粉最小点火能量在一定范围内（38~96 μm）与粒径呈正相关性,当混合金属粉尘粒径大于75 μm时,所需最小点火能量大于1 000 mJ,其爆炸敏感性迅速降低,此时铝粉仍有较强爆炸敏感性;2种粉尘最小点火能量随质量浓度增加呈先降低后升高的趋势,最小点火能分别为295,15 mJ,对应的敏感质量浓度为600,1 000 g/m3,混合金属粉尘在质量浓度为500~700 g/m3时具有较大爆炸危险性;同铝粉相比,混合金属粉尘点火能量更高、火焰燃烧时间更短、火焰高度更低、爆炸剧烈程度更弱。     

速生杨木粉尘最小点火能的实验研究

为防止木材加工中木质粉尘燃爆事故的发生,以纤维板生产中常见的原材料速生杨木粉尘作为研究对象,在分析粉尘粒径分布、元素分析、工业分析及形貌特征的基础上,采用1.2 L哈特曼管对3种不同粒径（0~50,＞50~96,＞96~180 μm）速生杨木粉尘进行最小点火能实验,探究点火延迟时间、喷粉压力、质量浓度和粒径分布对速生杨木粉尘最小点火能的影响及变化规律。研究结果表明:在质量浓度为500 g/m3时,分别增加点火延迟时间和喷粉压力,最小点火能都先减小后增大;最佳点火延迟时间和最佳喷粉压力分别为120 ms和120 kPa;粒径对最佳点火延迟时间和最佳喷粉压力无显著影响。在点火延迟和喷粉压力分别为120 ms和120 kPa条件下,最小点火能随质量浓度的增加先减小后增大。粉尘粒径与最小点火能呈正相关性,3种样品的最小点火能分别为1~3,1~3和7~13 mJ,对应的敏感质量浓度分别为500 ,750和1 250 g/m3,属于特别着火敏感性粉尘。     

硬脂酸粉尘爆炸特性试验研究

为研究硬脂酸粉尘的爆炸特性,采用20 L球型爆炸仪对4个粒径范围的硬脂酸粉尘进行粉尘爆炸试验研究。结果表明:一定浓度范围内增大粉尘浓度能够提升硬脂酸粉尘的爆炸能量和燃烧速率。增大粉尘浓度,爆炸猛烈度先增强后减弱;减小粉尘粒径,能增强爆炸猛烈度和敏感度。粒径小于58 μm粉尘的爆炸猛烈度和敏感度最大,浓度500 g/m3时,该粉尘有最大爆炸压力1.12 MPa和最大升压速率142.00 MPa/s。     

三环唑粉尘爆炸特性研究

利用激光粒度仪对三环唑粉尘的粒径分布进行分析,并用20 L爆炸球测试装置、哈特曼管装置探讨了粉尘质量浓度、点火延迟时间、点火能量、粒径分布对粉尘爆炸的影响并总结了相关规律。实验结果表明:粉尘粒度是影响粉尘最小点火能和爆炸下限的单调因素,粉尘质量浓度是影响粉尘爆炸压力的极值因素,点火延迟时间是影响粉尘最小点火能的极值因素。     

Experimental investigation and modelling of aluminum dusts explosions in the 20 L sphere

An experimental investigation was carried out on the influences of dust concentration, particle size distribution and humidity on aluminum dust explosion. Tests were mainly conducted thanks to a 20 L explosion sphere. The effect of humidity was studied by storing the aluminum particles at constant relative humidity until the sorption equilibrium or by introducing water vapour in the explosion vessel. The tested particles sizes ranged from a volume median diameter of 7 to 42 μm and the dust concentrations were up to 3000 g m^?3.Among other results, the strong influence of the particle size was pointed out, especially when the Sauter mean diameter is considered. These results stressed the predominance of the specific surface area on the mass median particle diameter.The effect of water on aluminum dust explosion was decoupled: on the one hand, when water adsorption occurs, hydrogen generation leads to an increase of the explosion severity; on the other hand, when the explosion of dried aluminum powder occurs in a humid atmosphere, the inhibiting effect of humidity is put forward.A model based on mass and heat balances, assuming a shrinking core model with chemical reaction limitation, leads to a satisfactory representation of the pressure evolution during the dust explosion.     

基于20 L球罐的多相混合物扩散模拟

为更好地探索多相混合物的爆炸特性，以铝粉、乙醚、空气为研究对象，基于20 L球型爆炸罐建立三维计算模型，对气固两相和气液固三相混合物的分散过程进行数值模拟，以分析不同多相混合物分散过程的差异，并为测量多相混合物爆炸下限时的点火延迟时间设定提供参考。监测分析铝粉浓度粒子分布、流场内部湍流动能以及液相体积百分数等的演化过程，讨论混合物分散效果的差异，并确定测量爆炸下限的点火延迟时间。研究结果表明:实验工况下，液相的存在会降低粉尘云团的湍流动能、降低其扩散速度，并使粉尘云内部浓度更均匀。测量多相混合物爆炸下限时，三相混合物的最佳点火延迟时间早于气固两相混合物10~20 ms。     

Experimental study of the influence of particle size on Minimum Explosible Concentration of sulfur dust

Despite the extensive use of sulfur in the industry, very little information is available in the literature on its key dust explosion properties. The work presented in this paper contributes to filling the current knowledge gaps on sulfur dust explosion properties and focuses on the experimental determination of the MEC of sulfur dust using a Modified Hartmann Tube and a 20 L dust explosion sphere. First, the MEC of sulfur dust samples collected at a sulfur production facility from areas prone to the generation of fine sulfur dust was measured. The results showed that these sulfur dust samples are fine enough to cause dust explosions with 55 ± 5< MEC <105 ± 5 g/m³. Second, the influence of the particle size of sulfur dust was investigated with both equipment. The use of the Modified Hartmann Tube for MEC determination showed that the MEC increases with increasing particle size in the particle size range of 0–2000 μm. Unlike the Modified Hartmann Tube, MEC experiments done in the 20 L Sphere did not allow the quantification of the influence of the particle size on the MEC. These results were explained by the phenomenon of particle breakage induced by the 20 L Sphere's dispersion mechanism. Additional experiments with the 20 L sphere confirmed the particle breakage of sulfur dust particles and showed that it is inversely proportional to dust concentration and proportional to the dust's original particle size distribution.