Mg(BH_4)_2和MgH_2对RDX热分解特性的影响

在黑索今(RDX)中加入具有高热值的金属氢化物(Mg(BH4)2和MgH2)有望提高RDX的爆炸性能,但同时给RDX的安全使用带来挑战。为了探索RDX与这2种金属氢化物的相容性与安定性,采用差示扫描量热法(DSC)研究Mg(BH4)2和MgH2对RDX热分解性能的影响,并由DSC得到的数据计算动力学参数,参照GJB770B—2005的方法分析这2种金属氢化物与RDX的相容性和安定性。结果表明,加入Mg(BH4)2使RDX的表观活化能从159.22 kJ/mol增加至180.27 kJ/mol,加入MgH2使RDX的表观活化能降低至133.69 kJ/mol;Mg(BH4)2与RDX的相容性为1级,MgH2与RDX的相容性为3级,加入Mg(BH4)2使RDX的安定性有所提高,加入MgH2降低了RDX的安定性。因此,在将MgH2作为RDX的高能添加剂以前,必须首先提高其与RDX的相容性以保证试验和存储过程的安全。     

Mg(BH_4)_2对钝化RDX安全性的影响

在钝化黑索今(RDX)中加入硼氢化镁(Mg(BH_4)_2)有望提高其爆炸性能,但也带来潜在的危险。为研究Mg(BH_4)_2在钝化RDX中的应用可行性,参照炸药试验方法,测试钝化RDX/Mg(BH_4)_2混合炸药的爆热、机械感度、热感度、热安定性以及组分间的相容性。结果表明,Mg(BH_4)_2质量分数为10%和20%时,炸药爆热分别提升16.93%和33.02%;表观活化能略有增加,对热安定性无明显影响;Mg(BH_4)_2与钝化RDX相容性为一级;质量分数为10%时,混合炸药的5 s爆发点为283℃,与钝化RDX相似,但机械感度明显增大。Mg(BH_4)_2作为添加剂虽然能够增强炸药能量,但必须避免撞击、摩擦等外界条件,以保证试验和生产安全。     

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。     

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。     

点火能量对粉尘爆炸下限浓度的影响

运用20L标准粉尘爆炸特性测试装置对不同粉尘在不同点火能量时的爆炸下限浓度进行测试,以此方法研究粉尘爆炸下限浓度随点火能量的变化规律。试验过程分别采用2. 5 k J、5 k J、10 k J点火能量对石松子粉、石墨粉、铝粉、金属打磨粉尘、纸粉、PVC粉、纺织粉、烟叶粉的爆炸下限浓度进行测试。试验结果显示粉尘爆炸下限浓度随点火能量的增加总体呈下降趋势;对于不易点燃的粉尘,其爆炸下限浓度随点火能量的增加将急剧下降。石墨粉随点火能量增加爆炸下限浓度急剧下降,铝粉、石松子粉和金属打磨粉尘受点火能量影响较小,对纸粉、纺织、烟叶粉尘影响中等。高点火能量可以扩大点火源波及的区域,从而使更多粉尘参与初始爆炸及其后的传播过程,这对于不易点燃粉尘的爆炸传播影响较大,而对于易燃粉尘的爆炸传播影响不大。为了更好的涵盖各种粉样的测试情况,也为了更加安全的指导作业现场粉尘防爆实践,推荐采用10 k J点火能量测试不易点燃的粉尘的爆炸下限。     

NH_4H_2PO_4和SiO_2粉体对铝粉火焰传播特性的影响

为探索受限空间内惰性粉体对铝粉火焰结构及火焰传播特性的影响机制,利用小尺寸开口竖直管道和高速摄影仪和微细热电偶,研究添加质量分数为20%的NH_4H_2PO_4和SiO_2粉体时铝粉燃烧火焰形态、火焰温度和火焰传播速度等参数的分布特征。结果表明:NH_4H_2PO_4和SiO_2粉体能稀释铝粉尘云浓度,有效减弱反应强度;铝粉粒径增大,惰性粉体对铝粉最高火焰温度的抑制作用先增大后减小,当铝粉粒径为30μm时,抑制效果最显著;惰性粉体对铝粉火焰传播速度的抑制作用与铝粉粒径负相关;NH_4H_2PO_4对铝粉火焰的抑制效果比SiO_2明显。     

铝粉尘云燃烧火焰形态分析实验研究

为探索铝粉尘云燃烧火焰形态和灾变演化,基于改造的竖直开口实验管道,借助高速摄像仪和离子探针,研究火焰结构及变化,分析粒径因素对铝粉火焰前锋形态的影响.实验结果表明:铝粉燃烧能量的释放和空间束缚使燃烧转为爆燃,火焰前锋下方存在大片的燃烧反应区;铝粉粒径越小,颗粒氧化层破裂需要的热应力越小,越容易被点燃;随着铝粉粒径减小,...     

不同点火模式下软质聚氨酯泡沫燃烧的实验研究

为研究软质聚氨酯泡沫(FPUF)的燃烧行为对火灾的影响,采用锥形量热仪(CONE)分析FPUF在强制点火和非强制点火模式下的燃烧行为、热释放速率HRR、质量损失速率MLR和燃烧效率η。研究结果表明：当外部辐射≥40 kW/m²时,FPUF在2种点火模式下燃烧的HRR和MLR均出现2个明显的峰值且η约为88%;当外部辐射<40 kW/m²时,FPUF在非强制点火模式下燃烧的HRR和MLR曲线趋于单峰形式;FPUF在强制点火模式下燃烧前期为异氰酸酯(TDI)和多元醇的混合燃烧,在非强制点火模式下为TDI的挥发。根据研究结果修正现有燃料组分的热值计算方法,获得FPUF和多元醇的热值分别为(20±2),(28±3) kJ/g。     

碱性水对煤自燃特性影响实验研究

为了研究碱性水对煤自燃特性的影响,选取葫芦素煤矿102工作面煤样作为实验煤样,利用STA-449C型同步热分析仪进行热重实验,研究加入PH=8 NaOH的煤样与原煤以及加入蒸馏水煤样在空气氛围中燃烧失重、放热量、特征温度点等变化规律,并根据Coats-Redfern积分模型计算了3种煤样燃烧反应动力学参数（活化能、指前因子）。研究结果表明:加入碱性水的2号煤样失重量较1,3号少,燃烧失重速率更低;2号煤氧化燃烧温度区间缩短,着火温度点升高,放热量少,比1,3号煤分别少485.0,480.4 J/g;3种煤样反应机理基本遵循一级化学反应函数,2号煤各段活化能高于1,3号煤,但2号煤失水活化能小于3号,表明碱性水具有抑制煤自燃效应。     

储氢材料Kβ-MgH2的动态真空安定性研究

为研究储氢材料Kβ-MgH2分解放气过程,在以10 ℃为步长,80~130 ℃区间内,48,120 h时间条件下,采用基于传感器压力变化计算被测物质分解放气量的动态真空安定性测试(DVST)方法,得到在上述条件下Kβ-MgH2分解过程中的压力变化、Kβ-MgH2的单位分解放气量和在不同研究温度下的分解放气规律,分析DVST测试时长的设置方法,验证Kβ-MgH2在时温等效系数为2.5时的时温等效特性。结果表明:在选定的测试条件下,Kβ-MgH2分解放气量稳定,单位分解放气量与样品状态无关;Kβ-MgH2单位质量放气量先快速增加,随后趋于平稳,测试温度越高,Kβ-MgH2放气速率越快,单位质量放气量越大;根据选定的测试温度和温度变化步长,可知Kβ-MgH2分解放气过程具有时温等效性。     

长直水平管道中铝粉/空气混合物爆炸试验研究

在长为32.4 m,内径为0.199 m的大型长直水平管道中对铝粉/空气两相流的爆炸过程进行了试验研究.试验初始压力为0.14MPa,初始温度为20℃,水平布置17个传感器对试验数据进行测量记录.采用40J电火花进行点火,对铝粉/空气混合物燃烧转爆轰过程(DDT)进行分析,并对不同质量浓度时混合物的燃爆情况进行比较.结果表明:铝粉质量浓度为184 g/m3时,铝粉/空气混合物未被引燃;铝粉质量浓度为230 g/m3时,水平管道末端刚好进入爆轰阶段,此质量浓度为该条件下燃烧转爆轰的最低临界质量浓度;质量浓度为276g/m3、367 g/m3、459 g/m3 505g/m3、551 g/m3、643 g/m3时,均能在此水平管道内完成爆燃向爆轰的转变,并且能够自持.铝粉/空气混合物爆轰的最优质量浓度为551 g/m3.对质量浓度为505 g/m3时的铝粉/空气混合物的燃烧转爆轰过程进行分析,进入爆轰阶段后,多相燃料空气混合物爆轰超压和速度曲线呈现随距离传播不断振荡,但均值稳定的典型特征,其爆轰波胞格尺寸λ约为0.486m.     

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.     

TG-DSC联用研究瓦斯气氛对煤自燃热特性的影响

为表征瓦斯气氛下煤自燃热特性,运用热重分析法和差示扫描量热法(TG-DSC)联用试验研究不同瓦斯体积分数下煤自燃过程;分析瓦斯影响下的煤自燃特征温度点、失重量、放热量参数的变化特征,获得瓦斯气氛下煤增重阶段与燃烧阶段动力学参数。结果表明:随着瓦斯体积分数的增高,失重量降低,放热量减小,煤氧复合速率放缓;煤自燃过程分为蒸发脱附、增重和燃烧3个阶段;在煤增重阶段,活化能、活化因子随瓦斯体积分数的增加而增加,整体变化不大;在煤燃烧阶段,活化能、活化因子随瓦斯体积分数的增加而减小。     

不同变质程度煤燃烧特性及动力学参数研究

为研究煤的变质程度对煤矿火灾时期煤燃烧放热特性的影响,选取6种不同变质程度煤样作为试验样品,采用STA-449C型同步热分析仪进行热重(TG)试验。研究煤样的质量变化、放热量变化规律。通过对TG曲线进行一阶微分得到煤样失重速率(DTG)曲线。利用Freeman-Carrol模型计算各煤样的燃烧反应动力学参数。结果表明:失重率和最大失重速率随着煤样变质程度升高逐渐降低,DTG曲线近似符合Gauss分布;初始放热温度T_(f_0)随着煤样水分含量升高而升高;煤样变质程度升高,特征温度点T_1,T_3,T_(s_1)与T_4呈线性增加,T_(f_0)与T_(s_0)呈线性下降趋势变化;放热量随煤变质程度升高呈指数关系变化,相同温度时,煤样变质程度越高放热量越小;煤化程度越高,综合燃烧特性指数S越大,放热量越大,失水活化能、着火活化能与燃烧活化能均升高。     

包钢干熄焦除尘灰用于高炉喷吹的研究

为研究包钢干熄焦除尘灰代替部分高炉喷吹用煤,对干熄焦除尘灰进行了工业分析和微观形貌分析,采用热重分析仪对干熄焦除尘灰和高炉喷吹用煤的着火点、燃尽温度、燃尽时间、综合燃烧特性指数以及动力学参数进行了分析,探讨了干熄焦除尘灰配入量对高炉喷吹性能的影响。研究结果表明:活化能随干熄焦除尘灰配入量的增加而增大,燃烧性能降低,干馏烟煤、无烟煤、半焦和干熄焦除尘灰(配比为40%30%25%5%)搭配组成的混合煤燃烧性能最好。     

低压环境下固液混合燃料爆炸特性研究

为研究高原低压环境下固液混合燃料的燃爆特性及反应机制,利用20 L爆炸球测试系统,以铝粉-乙醚和铝粉-乙醚-硝基甲烷2种固液混合燃料为研究对象,开展环境初始压力对爆炸峰值压力、爆炸质量浓度下限及爆炸产物的影响趋势研究。研究表明：2种固液混合燃料的最佳爆炸质量浓度、爆炸压力和爆炸危险性随环境压力的降低而降低;与零海拔相比,在模拟海拔4 500 m处(57.4 kPa),450 g/m³固液混合燃料的爆炸压力降低了26.84%～30.80%,爆炸质量浓度下限提高了5～10 g/m³;随着环境压力降低,爆炸气体产物一氧化碳(CO)体积分数增加,二氧化碳(CO₂)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)体积分数降低;爆炸固体残余物主要为α-氧化铝(α-Al₂O₃)和铝(Al)。     

城市生活垃圾制备水泥窑用衍生燃料的性能分析

由城市生活垃圾制备了衍生燃料(RDF),并对其性能进行了分析。结果表明,该燃料着火点低、燃烧速度快、燃烬时间短,其燃烧包括4个阶段:水分蒸发释放、挥发分释放与有机物的裂解、挥发物可燃组分的快速着火燃烧和焦炭物质的燃烧。垃圾衍生燃料主要由挥发分和灰分构成,热量主要来自于挥发分中的可燃物燃烧,热值不高。用联合质谱-热重分析了挥发分的释放特性及有害气体的产生过程。RDF燃烧后的灰分主要成分与水泥熟料矿物的化学成分一致。研究表明,可以利用水泥生产线对RDF进行工业化协同处理。     

不同粒径铝粉火焰传播特性试验研究

为探索不同粒径铝粉火焰结构及其传播特性,用一竖直粉尘燃烧管道试验装置进行铝粉燃烧试验。借助高速摄像设备,观察不同粒径铝粉的火焰形态。利用微细热电偶记录铝粉火焰温度变化。分析不同粒径铝粉火焰的传播速度与铝粉火焰最高温度的关系。结果表明,铝粉粒径越小,火焰越平滑,燃烧越充分、越剧烈,火焰传播速度增长越快;铝粉火焰传播速度和火焰最高温度均与其粒径成反比。     

彩虹粉引燃危险性实验研究

为了研究彩虹粉引燃危险性,应用固体燃烧速率试验仪初步甄别了彩虹粉传播燃烧能力,发现堆垛状彩虹粉固体火焰传播危险性较低;采用粉尘爆炸筛选装置,判定彩虹粉具有爆炸性;应用最小点火能测定装置测定彩虹粉粉尘云的最小点火能在24~60 mJ之间,最优爆炸浓度为1 167 g/m3;应用快速筛选量热仪测试,彩虹粉在227℃开始分解;固体自燃点测试仪显示彩虹粉在250℃附近会发生自燃。向彩虹粉内添加不同比例相近粒径分布的食用盐粉体进行抑爆研究,结果证明食用盐对彩虹粉具有明显的抑爆效果。     

铝粉超细化对KClO3/Al/S配方药剂特性的影响

为研究铝粉超细化后对烟火药剂性能的影响,将普通铝粉和纳米铝粉分别与氯酸钾、硫黄粉按照零氧平衡的同一配比(17%Al+63%KClO3+20%S)配制成烟火药剂,分别用0#样品和1#样品表示。用ARC、WL-1型落锤仪和MGY-1型摆式摩擦感度仪等试验装置从热安全性、撞击感度和摩擦感度等方面进行对比试验。结果表明,与含普通铝粉的0#样品相比,含纳米铝粉的1#烟火药剂热分解的初始反应温度明显降低(118.67℃<123.3℃),反应到达最大温升速率所需的时间明显延长(4.94min>0.13 min),反应所能达到的最高压力明显降低(2.77 MPa/g<3.14 MPa/g),反应动力学因子明显降低(361.85 kJ/mol<409.41 kJ/mol),撞击感度明显下降(12%<100%)。这说明铝粉粒径对药剂的性能有一定的影响。纳米铝粉的加入在加速烟火药剂反应进程的同时,可有效降低其反应的激烈程度、压力危险性和撞击危险性,即铝粉超细化后可以有效改善烟火药剂的性能,提高其安全性。