超细水雾抑制甲烷爆炸的实验研究(英文)

用自行设计的三面透明的细水雾抑制甲烷爆炸的实验装置,研究了不同体积超细水雾对不同浓度甲烷爆炸的抑制现象。运用GigaView高速摄影观察了超细水雾抑制甲烷爆炸的过程,并且对现象进行了分析。采用四个E12-1-K型快速响应热电偶获取超细水雾抑爆过程中四个不同位置的温度变化情况,并且讨论了甲烷浓度和超细水雾体积对爆炸延迟时间的影响。实验结果表明,超细水雾对甲烷爆炸的抑制效果是与水雾的体积和甲烷浓度紧密相关的。初步确定了超细水雾抑制甲烷爆炸的临界体积。     

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-空气预混区外含钾细水雾抑爆特性研究

为了解含钾细水雾在综合管廊燃气泄漏场景下的抑爆能力,采用自制的爆炸试验系统,开展含添加剂细水雾位于甲烷-空气爆炸区域外的抑爆试验,分析纯水及草酸钾、碳酸钾、氯化钾3种含钾化合物细水雾对9.5%甲烷-空气爆炸超压与过火范围的影响。研究结果表明：纯水细水雾的临界抑爆雾化质量浓度区间为320～480 g/m³;含草酸钾条件下超压下降率随质量分数增加呈现正态累积分布函数(NormalCDF)变化,最佳抑爆质量分数为10%;当雾化质量浓度为480 g/m³、雾滴D₃₂为61.7μm、化合物质量分数为10%时,对应抑爆能力均大于纯水细水雾条件,其中,含草酸钾抑爆能力最强,其次为碳酸钾与氯化钾,峰值超压下降率较纯水细水雾条件分别提高2.32、1.88与1.53倍,过火范围分别缩减46.7%、40%与13.3%。相较于碳酸钾与氯化钾条件,爆炸气体预混区域外含草酸钾细水雾能够吸收更多的爆炸热量、消耗更多的活性自由基。     

基于FLACS的CH4/CO2/air混合气爆炸参数分析

利用FLACS软件分析初始压力、初始温度对CH4/CO2/air混合气的爆炸温度、最大爆炸压力的影响;并与计算值对比。结果表明:①初始压力对爆炸温度、爆炸前后压力比影响可以忽略。常温变压条件下二氧化碳浓度增加,爆炸温度与爆炸前后压力比基本呈线性降低。常压变温条件较复杂,二氧化碳浓度升高爆炸温度降低;初始温度对低浓度（<15%）二氧化碳混合气爆炸温度几乎没有影响,而高浓度（>15%）二氧化碳混合气爆炸温度随初始温度增加而升高;最大爆炸压力随二氧化碳浓度以及温度升高而降低。②在设定条件下,低浓度（5%~10%）二氧化碳混合气爆炸温度计算值与模拟值相对误差小于5.5%,吻合较好;最大爆炸压力计算值与模拟值相对误差在6.5%～10.5%之间。     

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。     

大长径比管道汽油-空气混合气爆炸与抑制实验研究

为探究狭长受限空间中油气爆炸失控时的发展状态,探索高效环保的油气爆炸抑制方法,利用长径比155的管道开展92号汽油-空气混合气爆炸发展规律和七氟丙烷主动抑爆技术研究.通过测量不同端部开口条件下油气爆炸超压、火焰传播速度、火焰强度等参数,对比研究空爆和抑爆工况下的油气爆炸变化规律,探讨长直管道中的油气爆炸特性,分析七氟丙...     

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。     

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。     

载流雾化水惰化甲烷空气预混气体特性实验研究

设计了预混气体载流雾化水惰化和抑制燃烧管实验台,对层流火焰的燃烧速度、稳定性及拉伸变形规律进行实验研究,分析了雾化水抑制和熄灭层流预混火焰的过程和机理,获得了雾化水惰化爆炸极限内甲烷和空气预混气体的特性。研究结果表明:浓度为7%的甲烷和空气预混气体,最小惰化雾化水通量为20.8ml/(m2.min);对于浓度为9%的甲烷和空气预混气体,最小惰化雾化水通量为32.9ml/(m2.min);对于浓度为11%的甲烷和空气的预混气体,最小惰化雾化水通量为44.6ml/(m2.min)。研究成果为雾化水熄灭甲烷火焰和抑制甲烷爆炸具有一定的指导意义。     

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%。     

甲烷煤尘燃烧爆炸试验研究

为揭示甲烷煤尘空气混合物爆炸波的传播规律,采用试验分析的方法,建立甲烷煤尘空气混合物燃烧爆炸的3种试验方案,分析不同体积分数的甲烷和不同质量浓度的煤尘消耗不同体积空气时的爆压和爆速等参数的发展趋势,探究爆轰波传播的稳定性,阐明了甲烷煤尘燃烧爆炸的基本特征。试验结果表明,在最优配比条件下,与单一甲烷空气、煤尘空气混合物相比,甲烷煤尘空气混合物的爆压、爆速明显增加。甲烷煤尘空气混合物爆轰比单一的气相、固相混合物爆轰的爆炸压力、爆速明显增加、爆轰更稳定。     

受限空间内惰性气体对CH4爆炸抑制特性研究

N2和CO2是常用的惰性抑爆气体,为研究两种气体的抑爆特性,采用20L球形爆炸试验装置,分析了不同浓度配比条件下N2/CH4/空气以及CO2/CH4/空气混合气体的爆炸压力,同时采集爆炸后的气体样品,对比分析爆炸后残留气体的主要成分。结果显示:随CH4浓度从5%增加至12.5%时,完全抑制CH4爆炸需要的惰性气体最小量先增大后降低,CH4浓度在6.5%~7.5%之间时,抑爆需要的惰性气体的量最大;在同一CH4浓度条件下,抑爆需要N2的量大于CO2,并且CH4浓度在5%~6.5%时,抑爆需要两种惰性气体的量值差别最大;当CH4浓度一定时,随着加入惰性气体量的增大,爆炸最大超压逐渐降低,惰性气体浓度和爆炸超压之间基本呈线性关系;在同样条件下,相对于N2,CO2为抑爆气体时,爆炸后腔体内残留的CH4浓度较高。研究成果为惰性气体抑爆技术提供技术支撑,同时为揭示惰性气体抑爆机理有一定作用。     

甲烷-空气预混气体泄爆过程的实验研究

对甲烷-空气预混气体在球形容器和球形管道连通容器内的泄爆过程进行实验研究,根据实验结果得出在较小的泄压面积时,与密闭容器爆炸实验比较,不能降低容器内的最大压力,反而会增大容器内的最大压力。通过实验结果分析,泄爆口安装在远离点火源的位置,当发生预混气体爆炸时能较好地降低容器内的最大压力,起到保护容器的作用。     

气体二氧化氯爆炸特性参数的测定

利用20L圆柱形可燃气体(蒸气)爆炸测试实验装置,用预先配制好浓度的盐酸溶液和亚氯酸钠溶液现场发生反应生成二氧化氯气体,对二氧化氯气体爆炸特性参数进行测定。采用TST6150动态数据储存仪和压力传感器等实验设备获得了高清晰度的二氧化氯气体爆炸压力变化曲线。通过综合分析实验结果,得到了二氧化氯气爆炸极限和爆炸压力变化规律。根据该研究结果,对于预防二氧化氯气体爆炸事故的发生提供数据参考,对指导安全生产和使用,均具有实际意义。     

矿井瓦斯爆炸高速气流的破坏和伤害特性研究

针对煤矿瓦斯爆炸事故频发现状,基于爆炸动力学、流体动力学理论对巷道受限空间瓦斯爆炸冲击波波阵面后高速气流的传播特性进行分析,建立高速气流压力和速度关系的数学模型。结合在实验巷道中瓦斯爆炸高速气流压力实验数据,拟合瓦斯爆炸高速气流速度和传播距离的计算公式,其结果表明,井下瓦斯爆炸事故高速气流的传播速度随传播距离的增加而减小。依据我国陆地地面风力等级划分标准比照可得瓦斯爆炸高速气流的等级为飓风级,对井下人员伤害巨大。该研究成果为控制和预防瓦斯爆炸破坏和伤害事故扩大及事故应急救援提供了理论依据。     

受限空间瓦斯爆炸与氢气促进机理研究

为探索受限空间中瓦斯爆炸及氢气对爆炸过程的影响,采用GRI-Mech 3.0甲烷燃烧机理,建立受限空间中瓦斯爆炸的数学模型,应用CHEMKIN软件,对受限空间内瓦斯爆炸过程及氢气对反应物浓度、活化中心浓度、主要致灾性气体浓度的影响进行模拟分析。通过对反应机理的敏感性分析,找出影响瓦斯爆炸及爆炸后主要致灾性气体生成的关键反应步。结果表明:混合气中分别充入0.5%,2%,3.5%氢气时,爆炸时间分别提前0.005 7,0.010 5,0.011 1 s;爆炸后压力分别提高2.53,4.05,7.60 kPa;爆炸后温度分别提高20,60,100 K。由此可见,随着混合气中氢气含量的增加,瓦斯引爆时间越来越短,其爆炸强度也随之增大,且氢气在一定程度上对有害气体CO,CO2,NO,NO2的生成有很大影响。     

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。