可燃气体燃爆特性综合试验装置构建与甲烷试验

为研究半开敞空间内可燃气体爆炸过程,设计带有泄压面的气体爆炸室,并在此基础上构建一套可燃气体燃爆特性综合试验装置。运用该试验装置,研究预混塔内甲烷气体分层现象以及甲烷爆炸浓度与最小点火能之间的变化规律。甲烷分层试验结果表明:静置一段时间后,预混塔中甲烷浓度随高度的增加而增大。最小点火能试验结果显示,当甲烷的试验爆炸体积分数在10%～13%时,其浓度与点火能之间呈现比较平缓的变化关系,而当其体积分数小于10%或大于13%时,浓度稍微变化,其点火能将发生明显变化。     

H2/CO合成气的最小点火能研究

为探究工业合成气(主要成分为H2和CO)的体积分数及惰化作用下,其最小点火能变化特征,首先,选取CH4气体样品,利用最小点火能测试装置确定试验系统的敏感条件;然后,基于系统敏感条件,测定不含惰性气体N2系统中添加不同比例的H2与CO混合物的最小点火能;最后,测定N2稀释作用下气体混合物的最小点火能.研究结果表明:不含惰...     

甲烷/空气混合物的火花着火敏感性分析

最小点火能、着火延迟时间和火焰传播速度是表征可燃气体着火危险性的重要参数。根据可燃气体的着火机理,通过建立数学模型并数值计算揭示了环境温度、火花能量对甲烷/空气混合物在电火花作用下着火过程的影响机制。结果表明：随环境温度上升,甲烷/空气混合物的最小点火能降低,着火延迟时间缩短,火焰传播速度增大;火花能量对火焰传播速度无影响,当火花能量逐渐接近最小点火能时,火花能量对着火延迟时间影响显著。     

可燃气体爆炸破坏效应的试验研究

借助高速摄像机及ProAnalyst软件,研究可燃气体体积分数和障碍物对可燃气体爆炸破坏力的影响。测定不同体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸冲击波超压,和爆炸火焰波在有无乒乓球方向传播的平均速度。试验结果表明:超压和平均速度均随着甲烷体积分数的增加呈现先增大后减小的变化趋势,其最大值均出现在甲烷体积分数为10%～11%之间;同一体积分数下的甲烷-空气预混气体爆炸火焰波在有乒乓球方向传播的平均速度比没有乒乓球方向传播的平均速度大。根据试验结果,推导出可燃气体爆炸冲击波超压和爆炸火焰波传播平均速度与可燃气体体积分数之间的函数关系,并得出障碍物对爆炸火焰波传播的加速作用随着体积分数的增加呈现先加强后减弱的变化趋势。     

复合灾害条件下可燃气体监测仪环境适应性评价

为研究可燃气体监测仪在高低温、风雨雪冰冻耦合等复合情况下的环境适应性,提出复合情况下可燃气体监测仪关键性能指标,建立环境适应性指标体系,突破传统灾害环境适应性试验平台性能单一的不足,模拟复合灾害环境,构建可燃气体监测仪试验平台,将甲烷作为典型的可燃气体,用可燃气体监测仪监测复合条件下的甲烷体积分数,采取层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)-价值函数法对可燃气体监测仪进行综合评价。结果表明：环境温度低于-20℃和高于60℃时,对可燃气体监测仪监测精度有较大影响,而复合环境相比单一环境对可燃气体监测仪影响大;ZNRQ200L型可燃气体监测仪环境适应性评价等级为优秀,与环境适应性试验结果中甲烷体积分数监测示值误差不超过1%相对应,证明评价体系合理、可行。     

空气泡沫驱伴生气燃爆特性及临界氧体积分数变化规律研究

为了探究高初始压力条件下空气泡沫驱井筒伴生气的燃爆特性，设计并搭建了高温高压可燃气体燃爆特性测试系统，对井筒伴生气的爆炸上限、下限以及临界氧体积分数等燃爆特性进行了测试。测量结果表明，随着初始温度和压力的升高，爆炸下限和临界氧体积分数降低，爆炸上限增加，伴生气的危险性增加。在0.5 MPa和10℃条件下伴生气的爆炸极限为2.01%～19.97%,而在15 MPa和80℃时爆炸极限迅速扩大至1.14%～56.67%。临界氧体积分数的测试结果从11.85%(0.5 MPa, 10℃)下降到8.91%(15 MPa, 80℃),最大差值为2.94%。根据试验结果拟合了临界氧体积分数的经验式，可快速评定不同初始条件下伴生气的安全氧含量。     

敏感条件对粉尘云最小点火能的影响规律分析

为使粉尘云最小点火能实验测量更准确,从多个方面分析影响最小点火能的测量因素,并根据粉尘云状态、粉尘颗粒固有性质、点火电路等几个方面对影响粉尘云最小点火能的因素,即敏感条件进行了分类。在实验测量中,具体归纳为:粉尘浓度、粉尘湿度、粉尘粒度及其分布、粉尘挥发份含量、粉尘温度(环境温度)、粉尘云的湍流度、粉尘分散质量、粉尘云初始压力、环境氧浓度、电极材料、电极直径和电极末端曲率、电极间距、电火花持续时间、点火延迟时间、电火花能量密度、火花触发电路、可燃气体影响、实验次数等18个影响因素。重点分析了敏感条件对最小点火能的影响规律,从粉尘云点火机理和过程出发,着重分析一些敏感条件对最小点火能影响的内在原因和实质。     

铝粉最小点火能实验研究

为了研究点火延迟时间、喷尘压力、粉尘浓度和铝粉粒径对铝粉最小点火能的影响,本文利用1.2L哈特曼管实验装置对200~500目的铝粉最小点火能进行测试,得出结论如下:实验测得铝粉最小点火能为38.6~48.9m J,最佳喷粉压力为110k Pa、粉尘敏感浓度为750 g/m~3;根据拟合函数求得铝粉最佳喷尘压力为104k Pa,铝粉敏感浓度为758 g/m~3。试验数据和拟合数据接近,试验可靠。铝粉最小点火能随着点火延迟时间、喷粉压力、粉尘浓度的增大先降低后增大;铝粉最小点火能随着粒径的减少而减小。     

CF_3I对R290的抑爆性能研究

利用气体爆炸极限测试装置和卧式激波管系统,研究了抑爆剂CF_3I对R290爆炸极限、最小点火能、爆速以及爆压的影响。结果表明,添加CF_3I的R290爆炸概率和爆炸危害均明显降低。当CF_3I体积分数达到50%时,混合气爆炸区间缩小91.02%,最小点火能提高196倍,距爆心1.6 m处平均爆速降至3.52m/s,爆压下降37.12%。继续增加CF_3I体积比至VCF_3I/VR290≥1.2时,体系不具有爆炸性。     

甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰传播特性的影响

为探究甲烷体积分数对煤粉爆炸过程的影响,并掌握甲烷-煤粉爆炸火焰传播特征,通过粒度分析仪和同步热分析仪研究2种煤粉样品的粒径大小和热解过程。利用1 500 mm×80 mm×80 mm的半开口竖直燃烧管道,探究不同甲烷体积分数下,中位粒径分别为65和25μm烟煤粉的火焰传播特性,分析甲烷体积分数对甲烷-煤粉复合火焰结构、温度和速度的影响。结果表明:25μm煤粉比65μm煤粉的火焰更加明亮,甲烷体积分数的增加对65μm煤粉火焰有更强的促进作用;当甲烷体积分数越接近当量比时,火焰锋面越规则,火焰速度也越快;随着甲烷体积分数的增加,火焰温度和火焰传播速度均呈现先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9%时,火焰温度达到最大值;甲烷体积分数为8%和10%时,65和25μm煤粉最大火焰速度为分别为26.53和39.28 m/s。     

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%。     

最小点火能的影响因素及计算误差分析研究

对可燃气体 (液体蒸气 )、可燃粉尘的最小点火能测试中的影响因素进行了分析总结 ,并结合实验分析了求得最小点火能精确值所需要的环境条件和设备设施条件———敏感条件 ;分析了敏感条件下运用常规测试方法和常规计算公式中存在较大误差的原因 ,进而提出了相对准确合理的测试方法及计算公式———直接积分法及拟合近似积分法 ,从而大大降低了误差度 ,获得了比较符合实际的数据。     

混合均匀性对甲烷爆炸特性影响的试验研究

为探明甲烷在不同混合均匀性下的爆炸特性,预防甲烷气体爆炸,设计由喷射流混合器和静态混合器组成的2级气体混合器,并利用自行研制的可燃气体爆炸特性测试装置,试验测试不使用和使用2级气体混合器2种情况下甲烷的爆炸极限和爆炸压力。结果表明:在2级气体混合器的作用下,甲烷的爆炸下限从5. 25%降低到5. 15%,爆炸上限从17. 15%升高到17. 55%,甲烷爆炸极限范围拓宽了4. 20%,且甲烷爆炸上限受混合均匀性的影响较大;使用2级气体混合器时,甲烷爆炸压力升高,且随着甲烷体积分数的升高,爆炸压力的增幅先增大后减小,当甲烷体积分数为11%时,爆炸压力的增幅最大,甲烷爆炸压力受混合均匀性的影响也最大。     

泄压点火不同端管道内甲烷爆炸特性数值模拟

结合气体爆炸传播机理,利用FLACS软件对泄压点火不同端两种方式(泄压口通径为25 mm和泄压口完全开放)下甲烷的爆炸过程进行数值模拟,获得了5种体积分数甲烷的爆炸特性参数,分析得出:两种不同泄压方式下,10%,9.5%,11%体积分数的甲烷爆炸特性变化趋势接近,7%,8%的甲烷较前三者有所延迟;5种甲烷在管道中心处的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最大爆炸压力下降速率、温度峰值都随甲烷体积分数的增大而逐渐上升,在10%时达到最大,继续增加甲烷体积分数则出现下降趋势,最大爆炸压力时间变化趋势与其相反;管道中心处的爆炸产物浓度随着甲烷体积分数的增大而增大,与泄压方式无关;增大管道泄压口面积有利于爆炸压力以及爆炸高温高压气体的释放,使得各体积分数甲烷的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最大爆炸压力下降速率、温度峰值均下降,到达最大爆炸压力的时间均增大。     

氢气对预混甲烷/空气燃爆过程的影响

为研究氢气的加入对不同体积分数甲烷/空气预混爆炸过程影响的规律,在尺寸为150 mm×150 mm×1 000 mm的管道中通入体积分数为8%、9.5%和11.5%的甲烷/空气预混气体,然后加入一定体积分数的氢气。氢气所占体积分数分别为0、0.74%、1.48%、2.95%、4.40%。分别对加入不同体积分数的甲烷爆炸过程中爆炸压力、火焰图像和爆炸温度进行测量、分析。结果表明:只有在8%纯甲烷爆炸时能够形成完整的郁金香火焰。8%和9.5%甲烷体积分数试验中,氢气的加入使火焰面由上下对称变得不对称,火焰阵面上移,火焰速度加快;爆炸中的最大超压增大并且最大超压时刻点提前。在11.5%的甲烷加氢试验中,随加氢量增加,爆炸压力、温度、火焰速度分别略微降低。这表明氢气的加入在体积分数为8%的爆炸反应中较大地促进了反应,而体积分数为11.5%时加氢后爆炸反应减弱。通过理论分析计算了半封闭管道中体积分数为9.5%甲烷爆炸温度和实测温度之间的差异。爆炸压力和温度的变化能很好地反映加入氢气对甲烷爆炸的影响。     

甲烷-煤尘复合体系中煤尘爆炸下限的实验研究

在3.2 L的燃烧管道中,采用小能量的高压点火装置,通过改变甲烷体积分数、煤尘种类与粒径,研究了甲烷-煤尘复合体系中煤尘爆炸下限的变化规律.研究结果表明,在本文实验条件下,甲烷-煤尘混合物中甲烷体积分数的增加能明显降低煤尘的爆炸下限.对于煤尘粒径小于42 μm煤样A,当甲烷体积分数从1.8%增加到2.2%时,煤尘的爆炸下限相应从30 g/m3下降到6.25 g/m3.煤尘的爆炸下限也随着煤尘中挥发分含量的增加而降低.煤尘粒径对其爆炸下限的影响较弱.实验结果与文献中高能量化学药头点火的测试结果进行比较表明,甲烷对煤尘爆炸下限的影响趋势并不随着点火源能量的改变而改变.     

气液共存工况下蒸气最小点火能微量测试方法研究

针对传统最小点火能测试方法不适用于液体化学品气液共存工况的问题,提出了一种微量液体的蒸气最小点火能测试方法。首先设计了小容积实验装置及对应测试流程,通过样品实验确定了敏感电极间隙,并研究了样品量与搅拌对最小点火能测试的影响;测试了样品在不同温度条件下的最小点火能,结合电火花点火机理分析了样品温度与蒸气最小点火能的内在联系,为最小点火能最低值测定提供了指导;最后验证了微量方法的准确性及重复性。实验结果表明：微量测试方法能够有效测试气液共存工况下液体蒸气的最小点火能,且最小点火能测试值略高于高温蒸气工况,样品最小点火能的相对标准差小于6.0%,重复性良好,为液体化学品的静电燃爆危险性评估提供了技术支撑。     

LS-SVM在地下空间可燃气体分类中的应用研究

在城市燃气管线相邻地下空间可燃气体监测过程中,由微生物产生的沼气会对可燃气体监测预警的准确性造成影响。为了能够准确地对地下空间中可燃气体的来源进行判别,提出了一种基于最小二乘法支持向量机(LS-SVM)的可燃气体分类预测模型。选取了典型的燃气及沼气体积分数时空演化数据,分析得到了两类可燃气体数据的基本特征。基于最小二乘法支持向量机分类算法,选取多项式核函数和径向基核函数分别构建可燃气体分类预测模型。通过样本数据对两种分类器分别进行测试,结果显示两种分类器的准确度相差不大,其中采用径向积核函数的分类模型测试准确度达到81%。最小二乘法支持向量机对于可燃气体监测分类具有一定的应用价值,有助于提高燃气监测运维过程的准确性和高效性。     

温度对烃类物质爆炸极限的影响及其预测模型研究

为研究温度对烃类气体爆炸极限的影响,利用爆炸极限测试仪对C1-C4烃类气体在20℃、60℃、100℃、140℃等初始温度条件下的爆炸极限进行了测试。结果表明:C1-C4烃类气体的爆炸下限在20-140℃范围内与温度呈线性关系,同一系列烃类物质,随着碳原子数的增加,同一温度下所对应的爆炸下限数值依次降低;对于相同碳原子数的烃类物质,相同温度下烷烃的爆炸下限数值高于烯烃的爆炸下限数值。此外,建立了高温条件下烃类物质爆炸极限的预测模型,为烃类物质爆炸极限的预测提供了一种方法。     

点火位置对污水管网可燃气体爆燃特性影响模拟研究

针对典型市政污水管网内可燃气体爆燃过程,采用流体动力学软件Fluidyn,建立了由顶端封闭、深度为4 m的竖直检查井和两端开口、长度各为20 m的水平井构成的管网模型,研究了不同点火位置（检查井上部、中部和下部）对甲烷爆燃特性的影响。研究结果表明:不同位置点火时,管网内测点压力时程呈现出亥姆霍兹振荡,各压力峰值曲线具有明显的分段性,且相同测点的数值接近;爆炸温度在点火位置附近出现最大值,其中上部点火时数值最大,中部点火时居中,下部点火时最小,但在水平井内温度峰值近似呈线性衰减并在端口出现最小值;与下部点火相比,上部和中部点火时,检查井和水平井连接处扩容效应造成火焰传播速度衰减显著,但在水平井内均近似呈线性增大并在端口出现最大值。