多孔材料-CO2对CH4/H2抑爆失效研究

为探讨多孔材料-CO₂对低氢比混合气体抑爆失效情况下爆炸特性的变化,本文自行设计并搭建尺寸为100mm×100mm×1 000mm有机透明玻璃爆炸管道实验平台,研究H₂体积分数φ以及CO₂喷气压力对低氢比混合气体爆炸火焰行为和超压的影响。结果表明：抑爆失效情况下,CO₂喷气作用加剧低氢比混合气体的燃烧,促进火焰结构发育,导致火焰锋面速度峰值增大。同时,CO₂喷气压力增大,上游爆炸压力峰值P_1-peak在不同程度上升高;下游爆炸压力峰值P_2-peak仅在φ=10%且CO₂压力分别为0.2、0.4MPa情况下有所衰减,其他失效情况均使压力峰值升高。     

采空区注超临界CO2防灭火试验研究

为研究超临界CO₂注入采空区防灭火的规律,自主研制了产生超临界CO₂和模拟采空区遗煤自燃升温试验系统,得到了不同温压条件下超临界CO₂注入采空区前后不同监测点的温度、O₂和CO浓度变化数据信息。试验结果表明:注入采空区的超临界CO₂发生相变,有序结构急速失序,大量吸收热量,采空区内的煤体、空气温度随时间呈线性快速下降规律,其降温能力是气态N₂的10倍;超临界CO₂在自燃发火煤体中的强渗透扩散特性,使自燃煤体快速惰化,防灭火效率高;停止注入后,小范围回温符合反二次函数特征;高压力超临界CO₂相对于低压条件,防灭火性能更佳;超临界CO₂是1种降温降氧能力显著,且输送性能优良的采空区新型防灭火材料,超临界CO₂防灭火效果优于气态N₂。     

惰性气体-水雾协同抑爆甲烷研究

采用自行改造的20 L球形爆炸容器进行瓦斯抑爆研究，试验中采用分压法来制备混合气体，定量描述了爆炸压力、爆炸压力上升速率及抑爆效率等特征，分析了在3种惰性气体(CO₂、N₂和Ar)作用下CH₄的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率。结果表明，CO₂的抑爆效果优于其他两种惰性气体，当CO₂的体积分数达到6%时，CH₄的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率分别降为0.113 MPa和1.58 MPa/s,下降了78.6%和86.4%。通过试验可知，3种惰性气体均能延缓瓦斯爆炸的发生，降低爆炸的强度，但对于N₂和Ar而言则需要增加惰性气体的体积分数以达到与CO₂相同的抑爆效果。基于上述单相抑爆结果，选择3种惰性气体中抑爆效果最佳的CO₂来进行惰性气体-水雾协同抑爆效率的研究。通过大量重复性试验得出，2%CO₂-1 MPa水雾抑爆效率由单相体积分数为2%的CO₂     

障碍物管道中H2/CO2/空气爆炸特性影响的数值模拟研究

为掌握不同因素和不同条件对H₂/空气管道预混气体火焰传播的作用和影响，应用FLACS软件在不同的当量比、燃料中的CO₂体积分数、障碍物数量和阻塞率等条件下，分别以火焰传播速度、超压、升压速率和温度等特征参数为表征，对半开口管道中H₂/空气预混火焰传播过程及其参数影响进行模拟研究。结果表明：当量比为1.2时，半开口管道中H₂/空气预混火焰最高温度最大，当量比为1时，H₂/空气爆炸压力的最大超压和最大升压速率最大；CO₂对H₂/空气预混火焰的传播具有明显的抑制作用，且随着燃料中CO₂体积分数的增加，抑制效果越突出，预混火焰最高温度、最大超压和最大升压速率也就越小；障碍物的存在对预混火焰的传播具有激励作用，且激励效果在一定程度内随着障碍物数量和阻塞率的增大而增大。     

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。     

煤对CO2，N2和CH4的吸附速率经验公式与异同性研究*

为了解决吸附速率拟合公式缺乏而解吸经验公式众多的问题,通过替换解吸参数、定性和对比分析各经验公式对煤吸附CO₂,N₂,CH₄吸附速率的适用性,选取4种不同煤质的煤样在0.5,1.0和2.0 MPa下进行定温吸附实验,分析压力和煤质对吸附速率的影响规律。研究结果表明:时间函数式对3种气体在不同压力和煤质下的吸附速率拟合效果最佳;压力和煤质对3种气体吸附速率的影响既存在共性又具有差异性,气体吸附速率与压力符合指数函数关系,与挥发分呈现出二次函数关系,并且压力升高会导致最低吸附速率趋向于较高变质程度煤样;CH₄和N₂的吸附速率随压力升高而升高,而CO₂的吸附速率因煤样而不同,且在同压下,不同气体的最高和最低吸附速率煤样的变质程度也不同。     

海州露天矿采空区地表CO2通量的试验研究

为探究海州露天矿东邦废弃采空区自然发火状态,基于采空区遗煤自燃特性和气体扩散理论,采用智能土壤气体通量监测系统,以月为单位,对东邦自燃采空区上覆地表CO₂通量开展长周期、多测点连续性监测试验;根据试验区域内地表CO₂通量和土壤温度分布特征,探究地下火区释放CO₂的地表涌出范围和变化情况;同时,着眼于温室气体排放的评估,计算试验区域内的CO₂涌出量,并分析其随时间的变化特征。结果表明:地表CO₂通量与土壤温度有明显正相关性;试验区域地表CO₂高通量区域呈逐月扩大和递增的趋势;CO₂涌出量随月份逐渐递增,试验区域年CO₂涌出量约为3.6×10⁶ m³。     

充填浆液的产气测试及对CO传感器监测的影响

针对采空区充填浆液因发生物化反应后产生干扰气体,引起矿用电化学CO传感器误报警的问题,基于浆液的氧化周期、产气特性、反应后成分的X射线衍射(XRD)及充填产生气体对矿用电化学CO传感器的交叉干扰等测试,研究煤矸石、粉煤灰、普通硅酸盐水泥和矿井水以65.5∶4.5∶10∶20比例配置成的充填浆液的产气特性,探究充填产生气体对矿用电化学CO传感器的影响特征。结果表明：采空区充填浆液在物化反应过程中会消耗O₂和CO₂,且会产生H₂、CO和CH₄;其中O₂和CO的体积分数变化与煤矸石氧化有关,CH₄的体积分数变化与煤矸石中甲烷解吸有关,CaO和CO₂的反应会导致CO₂体积分数的降低,粉煤灰中的铝粉在碱性环境中反应会产生H₂,且H₂是造成矿用电化学CO传感器误报警的主要因素,并对矿用电化学CO传感器检测结果呈正交叉干扰。     

氢氧混合气体爆炸临界条件实验研究

可燃气体的燃烧、爆炸是工业生产中常见的灾害性事故,危害极大.通过爆轰管实验装置,采用疏密分布的压力传感器测量氢氧混合气体的爆轰特性,并依据压力和波速在燃烧转爆轰瞬间发生突跃,判断混合气体爆炸的临界条件.实验结果表明,爆炸压力随氢气初始浓度呈∩形变化,50%氢气体积分数为爆炸最佳浓度值;在常温常压下,氢氧混合物爆炸的临界氢气体积分数是15%和90%;化学计量比的氢氧混合气体发生爆炸的临界初始压力为0.01 MPa;氮-氢-氧三元混合气体爆炸的临界氮气体积分数为60%.     

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%。     

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。     

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%。     

全氟己酮与惰性气体对甲烷爆炸的协同阻爆作用

为探究全氟己酮及其与CO₂、N₂协同下的抑爆能力，通过改变全氟己酮用量和CO₂、N₂的压力来观测其对甲烷爆炸传播特性的影响。结果表明：在试验条件下，单喷CO₂和N₂不能实现对甲烷的完全抑爆；而单喷全氟己酮能实现对甲烷的完全抑爆；全氟己酮与CO₂或N₂混合喷出有利于全氟己酮完全汽化、提升其抑爆能力；与N₂混合，抑爆所需的全氟己酮最小量由23 mL下降到17 mL,与CO₂混合，阻爆所需全氟己酮最小量从23 mL下降到5 mL,全氟己酮与CO₂混合使用的抑爆能力强于全氟己酮与N₂混合使用的抑爆能力。全氟己酮/CO₂的协同抑制机理在于全氟己酮产生的自由基F会优先替代氧气产生的O参与基元反应，CO₂作为第3体参与反应会优先阻断OH的放热反应，二者具有良好的协同互补关系，从而更好地抑制和阻断甲...     

氢氩混合气（5%∶95%）在空气中可爆性实验研究

为研究氢氩混合气（5%∶95%）在空气中爆炸时所对应氢、氧极限含量,按照爆炸性测试标准EN 1839—2017,测试氢氩混合气在与空气的总混合气体中不同占比时的可爆性。研究结果表明:氢氩混合气（5%∶95%）在总混合气体中体积分数为76.018%~86.029%时,总混和气体具有爆炸危险性,与之对应能够发生爆炸的最低氢气体积分数为3.8%,最低氧气体积分数为2.93%,不具有爆炸性的最高氧含量为2.72%,该值较ISO 10156—2017《气体和气体混合物-气瓶阀口选择用潜在燃烧性和氧化能力的测定》中规定的极限氧含量低,研究结果可为氢氩气与空气的混合气体爆炸事故预防提供新的参考。     

海上CCS/CCUS工程CO2泄漏风险评估技术分析

CCS/CCUS是实现我国双碳目标的重要途径,是CO₂减排的重要手段,但因CO₂泄漏造成的安全事故时有发生。收集CO₂相关事故案例、CO₂职业限值标准、CO₂监测检测手段、CO₂泄漏风险评估进行文献综述,以期为目前CCS/CCUS工程安全防护设计提供参考。     

液态CO2相变爆破孔网参数优化研究

为优化液态CO₂相变爆破钻孔布置参数，研究双孔同时起爆应力波的传播特征、控制孔对煤体裂隙扩展规律的影响，基于LS-DYNA有限元软件模拟分析单孔爆破、双孔不同孔间距爆破及添加控制孔爆破的裂隙扩展特征，并在山西某矿15号煤层进行液态CO₂相变致裂现场试验。结果表明：液态CO₂单孔爆破的有效致裂半径为2.16 m;双孔爆破有效致裂半径为2.54 m,较单孔有效致裂半径提高了17.59%。随着炮孔间距的增大，两炮孔中间连线贯通区由完全贯通演化至非连续贯通，当孔间距为5 m时，致裂效果最好。含控制孔爆破较双孔爆破有效致裂半径提高了8.27%,控制孔主导了爆生主裂隙的定向扩展及孔壁环向裂隙的生成，裂隙扩展速度和影响范围均有显著增加。液态CO₂相变致裂后，平均瓦斯抽采体积分数提高了2.68倍，平均瓦斯抽采流量提高了6.09倍。     

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。     

榆林煤化工CO2捕集系统典型风险分析与评价

在对榆林煤化工CO₂捕集系统危害因素进行分析的基础上,进一步对CO₂分离器发生的典型风险之分离器泄漏发生其他爆炸进行了分析。结合分析结果,通过事故树评价得出了可能导致其他爆炸风险的最小割集和最小径集,并结合结构重要度进行量化处理,找到预防事故的关键管控因素和对策方案,为企业预防和控制事故发生提供可靠依据,为企业安全生产提供技术支持。     

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。     

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。