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。     

小麦淀粉粉尘爆炸特性参数的研究

采用哈特曼管式爆炸测试装置和20L球爆炸测试装置对小麦淀粉粉尘爆炸特性参数进行评估,对粒度小于75μm的样品的爆炸危险性参数进行测试,得出了一定条件下的小麦淀粉对静电火花的敏感程度以及其爆炸的猛烈程度,进而对其爆炸危险性程度进行分级。结果表明,温度在25℃,喷粉压力为0.70MPa,小麦淀粉的最小点火能量在40~80mJ;在点火能量为10 kJ时,最大爆炸压力为0.60MPa,最大爆炸指数为7.87MPa.m/s,其粉尘爆炸危险性为Ⅰ级。     

常见烯烃爆炸特性的研究

为减少烯烃类爆炸事故带来的严重危害,采用国际通用的20L球型爆炸测试装置测试了常温初始压力为0.1 MPa条件下,4种常见烯烃的爆炸特性参数.结果表明,随着烯烃含量的增加各项爆炸特性参数均呈现出先增大后减小的特征,最大爆炸压力和爆炸指数均在化学计量比附近获得,4种烯烃最大爆炸压力分别为乙烯1.5 MPa、丙烯1.3 MPa、正丁烯1.5 MPa、异丁烯1.6 MPa,爆炸指数分别为16.56 (MPa·m)/s、7.37(MPa·m)/s、16.98 (MPa·m)/s、29.07(MPa· m)/s.     

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。     

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。     

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。     

浓度对橡胶粉尘爆炸特性的影响

为了解橡胶粉尘的爆炸危险性,采用20 L球爆炸测试装置对常温常压下、粒径75μm以下的橡胶粉尘在质量浓度50~700 g/m3范围内的爆炸特性进行试验研究,测定其最大爆炸压力及爆炸指数随质量浓度的变化规律,进而对其爆炸危险性程度进行分级。结果表明:橡胶粉尘质量浓度为300 g/m3时,爆炸压力达到最大值0.49MPa;在橡胶粉尘质量浓度为250 g/m3时,爆炸指数达到最大值5.04MPa·m/s,根据ISO 6184粉尘爆炸烈度等级分级标准,其粉尘爆炸危险性分级为St-1级。     

苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸特性研究

采用MIE-D1.2型最小点火能测试装置及20 L球型粉尘爆炸测试装置,对苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘的爆炸特性进行研究。结果表明,过74μm、58μm、47μm孔径筛的粉尘对静电火花敏感,其最小点火能表征值分别为610 mJ、361 mJ、201 mJ。随粉尘质量浓度增加,最小点火能呈现先减小后增加的规律。随粉尘粒径减小,最小点火能与粉尘质量浓度变化关系曲线向低粉尘质量浓度和低点火能量方向偏移,且对应的最敏感爆炸质量浓度从500 g/m~3降至200 g/m~3。随粉尘质量浓度增加,过147μm、74μm、47μm孔径筛的苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸压力及爆炸压力上升速率呈现先增加后减小趋势。在相同粉尘质量浓度下,中位径小于74μm的苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘,粉尘的爆炸压力增幅明显减小。苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸下限质量浓度为25 g/m~3,最大爆炸指数为14.636 MPa·m/s,爆炸危险等级划分为St1。     

玉米淀粉粉尘爆炸危险性研究

为研究玉米淀粉粉尘爆炸危险性,采用哈特曼管式爆炸测试装置和20 L球爆炸测试装置对200目(<75μm)以下的玉米淀粉粉尘爆炸危险性进行评估,基于静电火花和粉尘质量浓度对粉尘爆炸的影响,对玉米淀粉的静电火花最小点火能量、爆炸下限质量浓度、最大爆炸压力和爆炸指数进行了研究,根据试验结果对玉米淀粉爆炸危险性进行分级。试验结果表明:温度在25℃,喷粉压力为0.80 MPa,粉尘质量浓度在250～750 g/m3范围内,粉尘的最小点火能量随着粉尘质量浓度增加而降低,其最小点火能量在40～80 mJ之间;在点火能量为10 kJ时,粉尘爆炸下限质量浓度在50～60 g/m3之间;在粉尘质量浓度为750 g/m3时,爆炸压力达到最大,为0.66 MPa;在粉尘质量浓度为500 g/m3时,爆炸指数达到最大,为17.21 MPa.m/s,其粉尘爆炸危险性分级为Ⅰ级。     

酚醛树脂粉尘爆炸危险性实验研究

针对工业生产中的酚醛树脂粉尘爆炸问题,运用20 L近球形粉尘爆炸特性测试系统,测试了常温常压条件下酚醛树脂粉尘的爆炸下限、最大爆炸压力和最大压力上升速率等爆炸特征参数,分析不同质量浓度与其之间的变化规律,并计算出相应爆炸指数,对爆炸危害等级进行分级。实验结果表明,酚醛树脂粉尘云的爆炸下限质量浓度为10~20 g/m~3;最大爆炸压力、最大压力上升速率和爆炸指数关系曲线变化趋势大致相同,均呈现先升高后降低的现象,并同在200 g/m~3时达到最大值,分别为0.664 MPa,82.5 MPa/s,22.4 MPa·m/s;其粉尘爆炸危害等级为S_(t2)。     

螺旋形障碍物对瓦斯爆炸影响的研究

瓦斯爆炸事故给煤矿生产、国家经济发展以及人民的生命财产造成了巨大损失,因此,在置障条件下研究瓦斯爆炸特性,对预防和减少瓦斯爆炸事故具有重要意义。利用水平管道式气体爆炸实验装置,研究了螺旋形障碍物对瓦斯最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率的影响。结果表明:螺旋形障碍物的存在对瓦斯爆炸的爆炸压力和最大压力上升速率有明显促进的影响,随螺旋形障碍物螺旋的增加,对最大爆炸压力和最大压力上升速率的激励作用越明显。     

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。     

Experimental investigation on explosion flame propagation of wood dust in a semi-closed tube

In order to explore flame propagation characteristics during wood dust explosions in a semi-closed tube, a high-speed camera, a thermal infrared imaging device and a pressure sensor were used in the study. Poplar dusts with different particle size distributions (0–50, 50–96 and 96–180 μm) were respectively placed in a Hartmann tube to mimic dust cloud explosions, and flame propagation behaviors such as flame propagation velocity, flame temperature and explosion pressure were detected and analyzed. According to the changes of flame shapes, flame propagations in wood dust explosions were divided into three stages including ignition, vertical propagation and free diffusion. Flame propagations for the two smaller particles were dominated by homogeneous combustion, while flame propagation for the largest particles was controlled by heterogeneous combustion, which had been confirmed by individual Damköhler number. All flame propagation velocities for different groups of wood particles in dust explosions were increased at first and then decreased with the augmentation of mass concentration. Flame temperatures and explosion pressures were almost similarly changed. Dust explosions in 50–96 μm wood particles were more intense than in the other two particles, of which the most severe explosion appeared at a mass concentration of 750 g/m³. Meanwhile, flame propagation velocity, flame propagation temperature and explosion pressure reached to the maximum values of 10.45 m/s, 1373 °C and 0.41 MPa. In addition, sensitive concentrations corresponding to the three groups of particles from small to large were 500, 750 and 1000 g/m³, separately, indicating that sensitive concentration in dust explosions of wood particles was elevated with the increase of particle size. Taken together, the finding demonstrated that particle size and mass concentration of wood dusts affected the occurrence and severity of dust explosions, which could provide guidance and reference for the identification, assessment and industrial safety management of wood dust explosions.     

固体惰性介质对煤粉爆炸压力的影响研究

通过对固体惰性介质在减轻煤粉爆炸作用的实验研究,给出影响固体惰化剂作用效果的主要影响因素。实验分别选用来自加拿大和中国的3种煤粉和石灰石,对每种实验样品的成分、粒度都进行分析。用20L球形容器进行实验,测定煤粉中加入不同含量的石灰石后煤粉爆炸的Pmax和(dp/dt)max值。结果表明,石灰石能够起到减轻煤粉爆炸影响的作用,并且随着煤粉粒度的减小,要达到相同的抑爆效果需要的石灰石的用量将加大。     

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。     

超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性研究

为研究超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性,通过粉尘层最低着火温度测试装置、MIE-D1.2最小点火能测试装置、20 L球形爆炸测试装置,对其最低着火温度、最大爆炸压力、最小点火能量(MIE)等爆炸特性参数进行测定,探讨了加热温度、点火延滞时间、粉尘质量浓度、粉尘粒径对粉体燃爆特性的影响。结果表明:超细聚苯乙烯微球粉尘层在350℃左右时会发生无焰燃烧,且加热温度越高,粉体粒径越小,粉尘层发生着火时所需的时间越短;当粉体质量浓度为250 g/m3时,最大爆炸压力达到0.65 MPa,质量浓度为500 g/m3时,最大爆炸压力的上升速率达90 MPa/s以上;随点火延滞时间增加,最小点火能表现出先缓慢减小再急剧增大的规律;随粉尘质量浓度增加,最小点火能逐渐降低,当粉尘质量浓度超过500g/m3后逐渐趋于稳定。