高密度聚乙烯粉尘燃爆特性及泄爆实验研究

为研究高密度聚乙烯(HDPE)粉尘燃爆及其泄爆特性,通过结合热重(TG)和差示扫描量热(DSC)分析高密度聚乙烯燃爆机理,利用20 L球形爆炸测试系统、最小点火能测定仪、最低着火温度测定仪等探究粉尘质量浓度对最小点火能(MIE)、最低着火温度(MIT)、最大爆炸压力(P_max)和爆炸指数(K_st)的影响;在300 g/m³爆炸浓度及以上时,分析高密度聚乙烯泄放特性并探究在不同质量浓度下的泄放火焰特征。研究结果表明：随着HDPE粉尘质量浓度增加,最大爆炸压力先增加后减小、最低着火温度和最小点火能先减小后增加;泄爆压力峰值随着HDPE粉尘泄爆膜层数增加而升高,随着泄爆口径的增大而下降;在质量浓度为300 g/m³时,出现2次火焰长度较大值,且第2次泄放火焰更亮,燃烧面积更大;在质量浓度为400 g/m³时,产生2次火焰。研究结果可为预防聚乙烯粉尘爆炸事故以及减小相应事故损失提供参考。     

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。     

密闭空间中甘薯粉爆炸特性的试验研究

利用20 L球形爆炸测试装置探寻甘薯粉尘在密闭空间内的爆炸特性.测得甘薯粉的爆炸下限质量浓度,研究质量浓度,粒度和点火能量对爆炸猛烈度(最大爆炸压力和最大压力上升速率)以及燃烧特续时间的影响.结果表明:粒径较小时,甘薯粉爆科较猛烈,燃烧持续时间较短；随着质量浓度的增加,燃烧持续时间减少,最大压力上升速率逐渐增大并趋于稳定,而最大爆压呈现先增后减,并且存在一个最佳浓度范围,使粉尘爆炸最猛烈；最大爆压和上升速率随点火能量的增强而增大,较强的点火能量能显著改善低质量浓度粉尘的“爆炸不良”效应.将甘薯粉的爆炸下限质量浓度爆炸猛烈度与锌粉、镁粉和烟煤粉进行对比,发现甘薯粉的爆炸风险远高于烟煤粉和锌粉.     

不同粒径镁铝合金粉尘爆炸与抑爆特性研究

为了研究镁铝合金粉爆炸危险特性,利用20L球形爆炸容器进行测试,结果表明:180目 (80 μm)、 120目(125 μm) 和60目(250 μm)3种粒径下的金属粉尘爆炸下限浓度分别为45 g/m3,55 g/m3和95 g/m3。相同浓度下最大爆炸压力随粒径增大的而减小。以碳化硅和石墨为代表的研究中,60目,120目和180目的镁铝合金粉以10%的浓度梯度加入碳化硅浓度分别至50%,70%和80%,石墨浓度至30%,50%和60%时,镁铝合金粉不会发生爆炸。表明碳化硅及石墨等惰性粉尘都能对粉尘爆炸有抑制作用,其中石墨对镁铝合金粉的抑爆作用明显优于碳化硅。     

不同粒径镁铝合金粉尘爆炸与抑爆特性研究北大核心CSCD

为了研究镁铝合金粉爆炸危险特性,利用20L球形爆炸容器进行测试,结果表明:180目(80μm)、120目(125μm)和60目(250μm)3种粒径下的金属粉尘爆炸下限浓度分别为45 g/m^3,55 g/m^3和95 g/m^3。相同浓度下最大爆炸压力随粒径增大的而减小。以碳化硅和石墨为代表的研究中,60目,120目和180目的镁铝合金粉以10%的浓度梯度加入碳化硅浓度分别至50%,70%和80%,石墨浓度至30%,50%和60%时,镁铝合金粉不会发生爆炸。表明碳化硅及石墨等惰性粉尘都能对粉尘爆炸有抑制作用,其中石墨对镁铝合金粉的抑爆作用明显优于碳化硅。     

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。     

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。     

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%。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

抑爆粉剂浓度及粒度对瓦斯爆炸抑制效果的影响

抑爆粉剂的参数指标是影响隔抑爆装置抑制瓦斯爆炸效果的重要因素之一。通过20 L球形爆炸特性实验装置对多种不同抑爆粉剂浓度及粒度条件下的瓦斯爆炸特性参数进行了测试。研究表明:随着抑爆剂浓度的逐渐增加,瓦斯爆炸最大压力降低,最大压力上升速率降低,压力到达峰值时间延迟;在20 L密闭环境,粉剂粒度＜15 μm的条件下,当抑爆粉剂浓度增加到225 g/m3时,瓦斯混合气体被完全惰化,失去爆炸性;在15~80 μm抑爆粉剂粒度范围内,随着粒度的减小,抑爆性能先减弱后增强,在抑爆粉剂浓度为200 g/m3时,15 μm 与70~80 μm粉剂粒度最大爆炸压力分别下降了19.8%,17.8%,而40~50 μm粒度爆炸压力下降了6.4%。     

Law of variation for low density polyethylene dust explosion with different inert gases

To reveal the effects of different inert gases on explosion characteristics during low density polyethylene (LDPE) dust explosion and optimize the explosion-proof process, eight N₂ (CO₂)/air mixed inerting conditions were experimentally studied. Typical inerting conditions with 12 L cylindrical explosive tank were used to study the characteristics on the flame propagation. The thermogravimetric analysis with related theories were used to further explain the mechanism and quantities in low density polyethylene (LDPE) dust explosion with different inert gases. The results showed that the reduction of O₂ concentration could effectively delay the progress of flame growth process and weaken the effect of dust combustion reaction. The flame growth process of condition (N₂/air (18% O₂)) was 2.05 times slower than that of the non-inert condition. The explosion strength was obviously reduced, and the characteristic parameters such as explosion pressure and flame propagation speed were also affected by the decrease of O₂ concentration. For LDPE powder, the smaller the median diameter, the greater the explosion intensity and the lower the limiting oxygen content (LOC). The LOC with CO₂ was usually higher than that with N₂ and the effect of CO₂ was significantly better than N₂ in inerting.     

初始扰动对CO2抑制瓦斯爆炸特性研究*

为了预防实际生产过程中发生的瓦斯爆炸事故,利用20 L球形爆炸装置,通过改变粉尘仓充压压力产生不同的扰动,研究9.5%CH4浓度下不同扰动条件对CO2抑爆特性的影响。通过对所得参数进行分析,得到CO2抑爆特性与初始扰动的关系。研究结果表明:相较于均匀静置状态,初始扰动的存在均能提高CH4的爆炸强度,当引发初始扰动的粉尘仓压力为1.5 MPa时,最大爆炸压力达到0.78 MPa;随CO2浓度增大,爆炸强度整体下降,呈二次下降趋势、最大爆炸压力时间呈上升趋势,且各初始扰动压力间爆炸强度均大于均匀静置状态、最大爆炸压力时间小于均匀静置状态;同时利用CHEMKIN软件得到绝热平衡压力,计算热损失参数发现,同一气体混合比例工况下,初始扰动状态的热损失及热损失分数明显低于均匀静置状态的,且当CO2浓度为15%时,差距最大,不同初始扰动间热损失及热损失分数最小值分别为0.013 19 kJ/m2,17.9%,远小于静置状态下0.036 29 kJ/m2,46.4%,说明初始扰动对于CO2抑爆效果存在削弱作用。     

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。     

基于Factsage的金属硫化矿尘爆炸过程产物分析*

为研究金属硫化矿尘爆炸的过程与产物,预防与控制其粉尘发生爆炸,在20 L爆炸球中开展金属硫化矿尘爆炸试验,发现存在磁黄铁矿含量越高爆炸产物颜色越红的现象。为揭示这一现象的本质,应用XRD对爆炸产物进行分析,基于Factsage软件模拟计算黄铁矿矿尘与磁黄铁矿矿尘爆炸过程。结果表明:产物中含有的Fe2O3是主要致色原因;最终产物除固体Fe2O3外还存在气体SO2,SO3,反应中间过程主要固体产物为Fe2(SO4)3;在磁黄铁矿与黄铁矿含硫量相同或质量相同时,Fe2O3的生成量磁黄铁矿较黄铁矿多,且磁黄铁矿含硫量越多Fe2O3生成量越多,模拟计算结果与试验现象一致,研究结果可为分析金属硫化矿尘爆炸过程提供理论与数据支撑。     

基于20L球形爆炸装置的甲烷煤尘混合爆炸实验

利用实验室自行设计的20L球形爆炸装置,对煤尘及甲烷煤尘混合物的爆炸特性进行了研究。结果表明:无论有无甲烷,煤尘的最大爆炸压力随煤尘浓度增加呈现先升高后降低的变化趋势,并且均在在煤尘浓度为600g/m3时均达到最大值。同时,甲烷的加入明显提高了煤尘最大爆炸压力值,而且随着甲烷浓度的增加,最大爆炸压力增幅先增加后降低,在甲烷5%时增幅最大。煤尘的爆炸持续时间随煤尘浓度增加呈现先降低后升高的特点,甲烷存在时有同样规律,但是有甲烷时爆炸持续时间明显降低,而且随着甲烷含量的增加,煤尘的爆炸持续时间降低幅度不断增加,在甲烷5%以后趋于稳定。实验结果对生产实践有一定的指导作用。     

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。