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。     

过硫酸铵的热稳定性研究

采用绝热加速量热仪(Accelerating Rate Calorimeter,ARC)对正常和潮湿条件下的过硫酸铵进行对比热容分析试验,得到了不同条件下过硫酸铵样品的热分解温度和压力随时间的变化曲线及压力和温升速率随温度的变化曲线.分析了过硫酸铵的热分解过程,用速率常数法计算了表观活化能Ea和指前因子A,得到了样品在最危险状态即绝热状态下的初始放热温度、初始温升速率、最大温升速率、自反应放热最高温度、绝热温升等反映其热稳定性的参数.结果表明,在绝热环境中,潮湿条件下的过硫酸铵比正常条件下更具有热危险性,更易发生自反应放热分解,且过程更加剧烈.过硫酸铵在储存过程中若不慎与水或潮湿空气接触,应尽量进行通风冷却和干燥处理,防止发生自分解放热进而引发火灾.     

过氧化苯甲酰合成工艺热危险性分析

采用RC1e反应量热仪对过氧化苯甲酰(BPO)合成工艺危险性进行研究,测试不同Na OH溶液初始浓度(1.96 mol/L、3.93 mol/L、7.14 mol/L)下反应的放热历程,获得BPO合成反应过程中的热危险性参数,并采用PHI-TECⅡ绝热加速量热仪对产物进行热稳定性分析,最后评估该反应热风险。结果表明,Na OH浓度为7.14 mol/L时,反应初期放热速率慢,热累积度大,后期反应剧烈,绝热温升(ΔTad)及热失控时工艺反应达到的最高温度(MTSR)最大。热稳定性试验表明,合成的粗产物BPO初始分解温度、活化能、指前因子、最大放热速率到达时间为24 h时的对应温度(TD24)均低于纯BPO。利用合成粗产物BPO的TD24对反应进行危险度评估,该工艺热危险性等级均为5级,工艺危险性大。     

环氧乙烷水溶液失控反应特性研究

为了系统研究环氧乙烷水溶液失控反应热动力学参数的变化规律,采用等温扫描量热仪C600和绝热量热仪VSP-2分别对环氧乙烷水溶液进行了量热试验研究,得到了纯环氧乙烷的热稳定性数据,以及不同质量分数环氧乙烷水溶液的起始放热温度、最高放热温度和压力、放热量、绝热温升及失控反应过程的温度、压力变化等。结果表明,纯环氧乙烷发生失控反应的起始温度接近360℃,其放热量高达2 600 k J/kg。水加入环氧乙烷能够显著降低体系的起始放热温度至200℃以下。随环氧乙烷水溶液质量分数升高,失控反应致灾后果的严重程度明显提高。最高温度和压力、温升和压升速率、放热量及绝热温升随环氧乙烷质量分数升高而增大,而达到最大反应速率的时间减小。     

蒸汽灭火

众所周知,灭火的方法不外乎四种,这就是冷却法、窒息法、隔离法和抑制法。用水灭火,这是自古以来人们普遍应用的冷却法。也许有人认为水的温度越低,灭火的效能就越高。其实不然,据苏联《社会主义工业报》报道,开水的灭火效果要比冷水高10倍。1升的热水每秒钟所起的作用相当于20～30升的冷水。 为什么热水的效果反而比冷水灭火效能高呢?这是因为热水喷射在燃烧物的火焰上,除了起一定的冷却作用外,热水很快汽化,变成蒸汽,笼罩在燃烧物的上空,起了大面积的窒息作用。如果我们用1公斤的冷水,泼浇在燃烧物的表面,即使是它的冷却效果再好,其灭火的…     

细水雾灭火技术的研究

细水雾灭火技术主要通过汽化隔氧、冷却燃料和氧化剂以及吸收部分热辐射等效应与火相互作用,降低燃烧化学反应速率和火焰传播速率,达到控制和扑灭火灾的目的,不会产生“二次性环境污染”,可以达到火灾防治洁净化目标。为此,对细水雾抑制火灾的过程和机理进行了实验研究和数值模拟,以促进细水雾灭火技术的发展     

煤质粉末活性炭自燃和热稳定性分析

针对煤质粉末活性炭最显著的热危险特性——自燃危险性进行试验。采用粉尘层最低着火温度测定系统对煤质粉末活性炭进行自燃试验,测定煤质粉末活性炭的最低着火温度;采用SDT Q600热重分析仪测定煤质粉末活性炭在氮气和空气气氛中以20℃/min的速率升温至700℃时的热解和燃烧特性,通过TG/DTG曲线计算其着火温度,并进行热稳定性评价。粉尘层自燃试验结果表明,煤质粉末活性炭最低着火温度为400℃,具有自燃危险性,易形成阴燃;氮气气氛中热解试验表明,热解过程经历了室温~120.0℃和280.0~700.0℃两次轻缓失重阶段,646.44℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为0.082 6%/℃,自燃危险性较低;空气气氛中燃烧试验表明,燃烧过程经历了室温~95.5℃和300.0~600.0℃两次剧烈失重阶段,分别为吸附水分受热蒸发和氧化生成的有机官能团分解脱附导致,565.35℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为13.20%/min,粉末较强的氧气吸附效应和较低的导热系数导致其自燃倾向较高,火灾危险性较大。     

普通壁纸与防火壁纸热解特性的对比研究

利用热重分析仪对市场上两种壁纸(普通壁纸和防火壁纸)在不同气氛、不同升温速率条件下的热解特性进行了研究。实验结果表明:空气气氛下壁纸的失重温度区间相对N2气氛向低温区移动,总失重率增加,残碳量减少,热解更完全。随升温速率提高,壁纸的热解曲线有向高温区移动的趋势,增大升温速率使主要热解阶段初始热解温度升高,最大失重速率增加,总失重率增加,热解更完全。防火壁纸与普通壁纸相比不易分解燃烧,更有利于防火。     

自然通风房间内细水雾与油池火作用的数值模拟

采用大涡模拟、混合物分数燃烧模型和欧拉-拉格朗日粒子运动描述法,对自然通风房间内细水雾与油池火焰作用过程进行数值模拟;探讨细水雾在火羽流的不同区域内的灭火机理;分析雾滴直径在自然通风条件下对细水雾灭火效果的影响。模拟结果表明:细水雾冷却热烟气层分为温度迅速降低和缓慢下降两个阶段;在间歇火焰区和浮力羽流区以及热烟气层主要发挥细水雾的蒸发冷却作用,在恒定火焰区则是蒸发冷却和隔氧窒息共同作用;着火区域封闭性较差时,直径较小的水雾系统的灭火效果较低。     

不同聚合度的聚磷酸铵灭火性能研究*

为考察聚磷酸铵（APP）干粉灭火剂的聚合度对其灭火性能的影响,选用3种不同聚合度的APP,结合其晶体结构、粒度分布及热性能测试,并通过粉体杯式燃烧器进行小尺寸灭火实验,对比3种样品的灭火性能及灭火机理,研究聚合度与其灭火性能的关系。热性能测试结果显示,聚合度的升高会导致APP的热稳定性下降,随着聚合度从80升至1 500,其初始分解温度从326.11 ℃降低至321.54 ℃,失重率从75.21%增加至79.66%。实验结果表明:随着APP聚合度的增加,火焰降温速率升高,最小灭火浓度（MEC）降低,灭火性能增强,当聚合度为1 500时,MEC为118.143 g/m3。聚合度的升高有助于APP在进入火场后更早、更充分地与火焰发生反应,从而使灭火性能得到提升。     

水成膜泡沫对变压器油池火的窒息特性研究

水成膜泡沫在油类表面的窒息作用是扑灭油类火灾的重要机理之一,针对自行开发的快速型泡沫灭火剂开展了其对油池火的窒息灭火特性研究。首先通过老化试验测试了泡沫液的热稳定性,然后对比了不同成分泡沫液在25#变压器油表面的铺展特性,之后研究了不同发泡倍率和成分的泡沫液对油池火的窒息灭火效果及影响规律。研究发现,铺展性能不佳的泡沫液会逐渐丧失窒息能力,而铺展性能优异的泡沫液能持续发挥窒息作用。提升泡沫液热稳定性有利于在油面形成稳定的液膜,隔绝氧气并降低可燃分子挥发速率。此外,发泡倍率较低的泡沫液的流动性更强,在相同液体流量条件下低倍数泡沫的窒息灭火效果更优。自研的快速型泡沫灭火剂在热稳定性和铺展性能两方面均具备优良的性能,因此其窒息灭火效率和抗复燃能力优于现有的大部分同类泡沫灭火剂。     

乙酸对过氧化氢热稳定性的影响

为了研究氧化脱硫工艺中以乙酸作催化剂为代表的过氧化氢/羧酸氧化体系的热稳定性,利用快速筛选仪和绝热加速量热仪对过氧化氢/乙酸体系的放热分解过程进行试验研究,得到其初始放热温度、最大温升速率等参数.结果表明,30％过氧化氢和乙酸在等体积配比时具有的危险性最大;乙酸的加入使过氧化氢的活化能、初始放热温度降低,体系的热稳定性降低.通过绝热相容性分析计算可知,30％ H2O2和H2O2/CH3COOH的平均加速度分别为0.579 8和0.049 8,乙酸和过氧化氢的相容性较好,体系的危险性降低.     

黄磷燃烧特性的试验研究

研究了不同试验条件下,黄磷的燃烧速率、火焰高度、温度、热辐射通量等特性,并对采集的试验数据进行整理.结果表明:黄磷燃烧速率与容器面积正相关,面积越大,燃烧速率越大;黄磷燃烧的火焰脉动现象很明显,不同的试验条件,脉动程度存在差异,并对此给出了理论阐述;黄磷燃烧时90％以上的热量以对流的形式向外传递,热辐射只占很小一部分.     

变压器油池火燃烧规律的实验研究*

为对变压器油池火灾进行准确有效的灭火,研究不同尺寸和不同厚度下变压器油的火灾动力学特征和基本燃烧特性,具体分析变压器油的燃烧过程和变压器油燃烧速率、火焰温度以及辐射热流随油池直径以及厚度的变化规律。结果表明:整个油品的燃烧过程分为预热燃烧阶段、稳定燃烧阶段和火焰熄灭阶段。对于厚度大于10 mm的油池燃烧,稳定阶段的燃烧速率与油层厚度无关,稳定阶段的燃烧速率随着油池直径的增加而增加。同时,变压器油火灾连续火焰区温度接近750 ℃。对于稳定燃烧阶段下的变压器油燃烧,基于辐射通量可得出在燃烧过程中,辐射热量占总燃烧热的占比约为1/3。研究结果可丰富变压器油燃烧的基础数据,为变压器火灾的灭火提供参考。     

受限空间脉冲细水雾灭火数值模拟

为研究脉冲细水雾灭火效果和灭火机理,采用FDS软件对连续和脉冲细水雾熄灭受限空间油盘火进行了数值模拟。通过模拟和理论分析确定了脉冲细水雾周期为8 s开启、8 s暂停,并设置了冷却和窒息两种灭火条件,对两种细水雾熄灭不同尺寸的柴油池火进行了研究。结果表明:连续细水雾无法熄灭直径15 cm和20 cm的小尺寸油盘火,对直径25 cm中尺寸油盘火的灭火机理为冷却,对直径为30cm和35 cm大尺寸油盘火的灭火机理为窒息;脉冲细水雾能够熄灭不同尺寸的油盘火,且灭火效率高,火焰熄灭均发生在喷头暂停喷水期间,灭火机理为水雾蒸发稀释氧气而窒息。     

抗溶泡沫灭火剂灭水溶性液体火的对比试验研究

采用标准油盘火试验模型对比考察了无水乙醇和丙酮的燃烧性质差异,以及3类6种抗溶泡沫灭火剂灭乙醇火和丙酮火的灭火性能差异。试验结果表明,乙醇的燃烧剧烈程度和放热量远低于丙酮,且乙醇火比丙酮火易于扑灭;不同类型抗溶泡沫灭火剂在灭火效能上没有明显差异,但不同来源产品灭火效能差异较大。在选用抗溶泡沫灭火剂时建议开展针对性的灭火试验评估。     

基于水成膜泡沫叠加灭火法的油烃池火处置效能试验

为检验水成膜泡沫(AFFF)叠加灭火法的可行性，通过油烃池火扑救试验，分别对比不同风向和泡沫流量下AFFF叠加灭火法的灭火效能，油池燃烧过程由热成像设备实时记录。结果表明：相较于非AFFF叠加的灭火方法，AFFF叠加灭火法处置油池火的整体效能较高，符合油池火扑救要求。AFFF叠加灭火法具备如下优势：对泡沫灭火剂通用性强，灭火所需的低倍数、中倍数AFFF均可使用低倍数AFFF原液调制；具有良好的灭火性能，能够克服AFFF热稳定性不足的缺陷、提升AFFF的覆盖效果；能够提升泡沫延展性，使泡沫叠层达到油池远端的铺展覆盖。该灭火战术对处置燃烧面积较大的平面流淌火灾具有积极意义。     

不同受限条件下综合管廊电缆桥架火灾烟气温度分布特性研究

为了更有效地防控综合管廊电缆桥架火灾,在全尺寸综合管廊中开展了电缆桥架火灾试验,系统研究了电缆层数和卷吸条件对电缆桥架火灾烟气温度分布的影响。在电缆桥架附近垂直和水平布置一系列热电偶,分别用于测量管廊内垂直和顶棚水平温度分布。基于管廊内的垂直温度分布,揭示了火灾场景下管廊垂直温度分层规律。结果表明,管廊内发生电缆桥架火灾时,管廊内从上往下可以分为三部分：顶部射流层、中间热烟气过渡层和下部冷空气层。通过分析管廊不同端口的顶棚横向温度分布,发现顶棚温度在半封闭端的衰减速度比全封闭端更快,建立了考虑热释放速率和火源距离顶棚距离的全封闭端顶棚下方无量纲纵向温度分布模型。最后根据卷吸条件与顶棚最大温升的对应关系,发现整体火源功率越大的电缆桥架火灾受到侧壁和端壁的热反馈影响越强烈,针对不同卷吸条件下的电缆桥架火灾分别建立了顶棚最大温升预测模型。通过将模型预测值与试验值对比,发现模型误差在16%以内。     

装饰用壁纸的热解特性研究

文章利用TGA851。型热重分析仪对装饰用壁纸在不同升温速率（10、15、20℃／min）、气氛（氮气、空气）、空气流速（10、30、50m1／min）条件下的热解特性进行了研究。通过研究发现,样品的热解失重与样品的组成成分有关,总失重为各成分失重叠加的结果。增大升温速率使主要热解阶段初始热解温度和最大失重速率对应的温度升高,热解反应速率增加;并且随着升温速率增加,TG曲线向高温区移动。在对气氛的比较中发现,氧气的参与使热解机理发生改变,反应提前,热解速度增快,反应更彻底。而空气流速的增加相当于氧气的输送量增加,新输入的氧气使反应后气体被及时排出,热失重速率提升,反应速度加快,样品在该环境中的火灾危险性增加。通过对样品TG和DTG曲线的计算,求出了各阶段的活化能和频率因子。结果表明,氮气气氛下随着升温速率加快,活化能增加。     

微量Fe3+对过氧化氢异丙苯热稳定性影响研究

为研究微量铁离子（Fe³⁺）对过氧化氢异丙苯（CHP）热稳定性的影响,采用绝热加速量热仪（ARC）对CHP及含4种不同浓度Fe3+的CHP进行了绝热分解测试,测试分析了5个样品在绝热条件下的起始分解温度（To,s）、绝热温升（ΔTad,s）、最大温升速率（mm,s）和最大温升速率到达时间（θm,s）等参数,并利用热惰性因子Φ对实验数据进行了修正。研究结果表明:在绝热条件下,微量Fe3+的存在对CHP分解的To,s,ΔTad,s,mm,s和θm,s均有较大影响,且浓度不同对各参数的影响不一样;Fe³⁺的存在增加了CHP分解的剧烈程度,且浓度越大,CHP分解越剧烈,其热分解失控可能性越大,危险性越高;储存运输CHP时要避免与高浓度的Fe³⁺接触。研究结果可为CHP的热稳定性安全提供一定参考。