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。     

速生杨木粉尘最小点火能的实验研究

为防止木材加工中木质粉尘燃爆事故的发生,以纤维板生产中常见的原材料速生杨木粉尘作为研究对象,在分析粉尘粒径分布、元素分析、工业分析及形貌特征的基础上,采用1.2 L哈特曼管对3种不同粒径（0~50,＞50~96,＞96~180 μm）速生杨木粉尘进行最小点火能实验,探究点火延迟时间、喷粉压力、质量浓度和粒径分布对速生杨木粉尘最小点火能的影响及变化规律。研究结果表明:在质量浓度为500 g/m3时,分别增加点火延迟时间和喷粉压力,最小点火能都先减小后增大;最佳点火延迟时间和最佳喷粉压力分别为120 ms和120 kPa;粒径对最佳点火延迟时间和最佳喷粉压力无显著影响。在点火延迟和喷粉压力分别为120 ms和120 kPa条件下,最小点火能随质量浓度的增加先减小后增大。粉尘粒径与最小点火能呈正相关性,3种样品的最小点火能分别为1~3,1~3和7~13 mJ,对应的敏感质量浓度分别为500 ,750和1 250 g/m3,属于特别着火敏感性粉尘。     

点火延迟时间对甘薯粉尘爆炸的影响研究

为了预防甘薯粉尘爆炸事故的发生,本文研究点火延迟时间对甘薯粉尘爆炸的影响规律,利用20 L球形爆炸仪研究甘薯粉尘的爆炸特性及其在200 g/m3,500 g/m3和800 g/m3质量浓度下通过改变点火延迟时间的爆炸规律。结果表明:粉尘的最佳点火延迟时间与浓度有关,在该点火时间下所测得的最大爆炸压力均高于在固定点火延迟时间下的测量值,60 ms的固定点火延迟时间不适用于甘薯粉尘爆炸测试。     

三环唑粉尘爆炸特性研究

利用激光粒度仪对三环唑粉尘的粒径分布进行分析,并用20 L爆炸球测试装置、哈特曼管装置探讨了粉尘质量浓度、点火延迟时间、点火能量、粒径分布对粉尘爆炸的影响并总结了相关规律。实验结果表明:粉尘粒度是影响粉尘最小点火能和爆炸下限的单调因素,粉尘质量浓度是影响粉尘爆炸压力的极值因素,点火延迟时间是影响粉尘最小点火能的极值因素。     

基于响应面法的木粉尘最大爆炸压力试验研究——以桑木粉尘为例

为研究粉尘质量浓度、粒径和点火延迟时间对木粉尘最大爆炸压力影响,以桑木粉尘为对象,利用1.2 L的Hartmann管进行试验。研究结果表明:最大爆炸压力随着粉尘质量浓度的增加先增大后减小,随着粉尘粒径的增大而减小,随着点火延迟时间的增大而增大。在单因素试验基础上,运用Design-Expert软件对Box-Behnken所设计的响应面试验方案分析,得到影响粉尘最大爆炸压力大小顺序为:点火延迟时间>质量浓度>粒径,同时Design-Expert软件预测出最危险爆炸强度的试验条件为:质量浓度840.24 g/m3,粒径260目,点火延迟时间12 s,最大爆炸压力为0.511 775 MPa,经检验,拟合性较好,为防爆设备本质安全强度设计提供了一定的参考价值。     

点火延迟时间对粉尘最大爆炸压力测定影响的研究

根据粉尘云形成时颗粒分散及沉降的时间效应,指出目前国际通行的球型爆炸装置采用固定点火延迟时间测定粉尘最大爆炸压力的方法具有不确定性,并以煤粉为介质在20 L标准爆炸球装置上进行系列爆炸实验,研究装置点火延迟时间对粉尘爆炸压力的影响。结果表明:点火延迟时间对粉尘爆炸压力测定有十分显著的影响,不同粒径粉尘的最大爆炸压力有不同点火延迟时间,目前仅以气相湍流度所确定的固定点火延迟时间下,所测粉尘最大爆炸压力可能严重偏离实际。     

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。     

酒精蒸气/烟草粉尘两相混合体系最小点火能试验研究

在烟草加工的加香工序,挥发的酒精和搅拌混料产生的烟草粉尘形成气粉混合体系,其燃爆特性相较于单相烟草粉尘有较大变化。对20 L爆炸球进行了部分改造,可完成20℃～80℃环境温度、100%LEL以下酒精蒸气浓度、最大2 J电火花能量组合的气粉混合物的最小点火能测试。选用烘丝和加香烟草粉尘做对比,探究了环境温度和酒精蒸气浓度对酒精蒸气/烟草粉尘两相混合体系点火能的影响规律。结果表明：相同环境温度下,加香烟草粉尘的最小点火能比烘丝烟草粉尘低;加香粉尘、烘丝粉尘及混合体系的最小点火能随环境温度变化的趋势一致,均随温度的升高而降低;加入10%LEL的酒精蒸气后,相同温度下气粉混合体系的最小点火能低于单相烟草粉尘。随着环境温度的升高,二者的差值逐渐减小,酒精蒸气诱导烟草粉尘最小点火能降低的能力逐步减小甚至消失;在电点火条件下,当酒精蒸气浓度低于50%LEL时,气粉混合体系较难被点燃,当酒精蒸气浓度高于75%LEL时,混合体系较易被点燃。     

超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性研究

为研究超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性,通过粉尘层最低着火温度测试装置、MIE-D1.2最小点火能测试装置、20 L球形爆炸测试装置,对其最低着火温度、最大爆炸压力、最小点火能量(MIE)等爆炸特性参数进行测定,探讨了加热温度、点火延滞时间、粉尘质量浓度、粉尘粒径对粉体燃爆特性的影响。结果表明:超细聚苯乙烯微球粉尘层在350℃左右时会发生无焰燃烧,且加热温度越高,粉体粒径越小,粉尘层发生着火时所需的时间越短;当粉体质量浓度为250 g/m3时,最大爆炸压力达到0.65 MPa,质量浓度为500 g/m3时,最大爆炸压力的上升速率达90 MPa/s以上;随点火延滞时间增加,最小点火能表现出先缓慢减小再急剧增大的规律;随粉尘质量浓度增加,最小点火能逐渐降低,当粉尘质量浓度超过500g/m3后逐渐趋于稳定。     

煤粉粒径对粉尘爆炸影响试验研究与数值模拟

为分析煤粉粉尘的爆炸特性,利用20 L爆炸球测试装置与Fluent软件,试验研究煤粉粒径、质量浓度对煤粉云最大爆炸压力、爆炸指数的影响。结果表明,当试验环境温度为293~303 K时,点火能量为10 k J,粒径为26,73和115μm等3种粉尘云的最大爆炸压力均随着粉尘质量浓度的增加先升后降,在350 g/m3处达到最大值。同一粉尘质量浓度下,最大爆炸压力、爆炸指数均随着粒径的减小而增大。在60~120 ms时间内,粒径为26μm、质量浓度为350 g/m3的粉尘颗粒在球体内能保持一定的稳定状态,60 ms左右扩散达到相对均匀状态。爆炸后,燃烧最高温度为2 060 K,未燃区温度由300 K上升至375 K。粒径为26μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅱ级,粒径为73和115μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅰ级。     

超细CaCO3惰化剂对铝合金抛光伴生粉尘爆炸的防控效果*

为探究超细粉体惰化剂对铝合金抛光伴生粉尘爆炸特性的影响规律,利用标准化实验装置及自行搭建的实验平台,在对爆炸基本参数进行测试的基础上,分别研究超细CaCO3粉体对抛光废弃物粉尘点燃敏感度的钝化作用以及对爆炸火焰传播进程的惰化效果,并在相同条件下与同等粒径高纯度铝粉的实验效果进行比对。研究结果表明:铝合金抛光废弃物粉尘最小点火能量为280 mJ,而同等粒径高纯度铝粉最小点火能量为35 mJ;在铝合金抛光废弃物粉尘质量浓度为300 g/m3条件下,发生爆炸的火焰传播速度峰值为7.4 m/s,约为高纯度铝粉的57%,铝合金抛光废弃物粉尘的爆炸敏感度及猛烈度均低于高纯度铝粉;当超细CaCO3粉体的惰化比为30%时,可将铝合金抛光废弃物粉尘的最小点火能量钝化至约1 J,爆炸火焰失去持续传播能力,惰化作用效果充分显现。     

Explosibility of micron- and nano-size titanium powders

Explosibility of micron- and nano-titanium was determined and compared according to explosion severity and likelihood using standard dust explosion equipment. ASTM methods were followed using a Siwek 20-L explosion chamber, MIKE 3 apparatus and BAM oven. The explosibility parameters investigated for both size ranges of titanium include explosion severity (maximum explosion pressure (P_max) and size-normalized maximum rate of pressure rise (K_St)) and explosion likelihood (minimum explosible concentration (MEC), minimum ignition energy (MIE) and minimum ignition temperature (MIT)). Titanium particle sizes were ?100 mesh (<150 μm), ?325 mesh (<45 μm), ≤20 μm, 150 nm, 60–80 nm, and 40–60 nm. The results show a significant increase in explosion severity as the particle size decreases from ?100 mesh with an apparent plateau being reached at ?325 mesh and ≤20 μm. Micron-size explosion severity could not be compared with that for nano-titanium due to pre-ignition of the nano-powder in the 20-L chamber. The likelihood of an explosion increases significantly as the particle size decreases into the nano range. Nano-titanium is very sensitive and can self-ignite under the appropriate conditions. The explosive properties of the nano-titanium can be suppressed by adding nano-titanium dioxide to the dust mixture. Safety precautions and procedures for the nano-titanium are also discussed.     

基于20 L球罐的多相混合物扩散模拟

为更好地探索多相混合物的爆炸特性，以铝粉、乙醚、空气为研究对象，基于20 L球型爆炸罐建立三维计算模型，对气固两相和气液固三相混合物的分散过程进行数值模拟，以分析不同多相混合物分散过程的差异，并为测量多相混合物爆炸下限时的点火延迟时间设定提供参考。监测分析铝粉浓度粒子分布、流场内部湍流动能以及液相体积百分数等的演化过程，讨论混合物分散效果的差异，并确定测量爆炸下限的点火延迟时间。研究结果表明:实验工况下，液相的存在会降低粉尘云团的湍流动能、降低其扩散速度，并使粉尘云内部浓度更均匀。测量多相混合物爆炸下限时，三相混合物的最佳点火延迟时间早于气固两相混合物10~20 ms。     

戊唑醇粉尘最小点火能试验研究

采用1.2 L哈特曼管爆炸装置分别对粒径小于54μm、74μm、150μm及大于150μm的戊唑醇粉尘进行测试。针对戊唑醇粉尘浓度及粒径范围对其最小点火能的影响,分别进行单因素试验,并对其危险性进行分级。结果表明,保持粒径小于150μm,环境温度为20℃,喷粉压力为0.7 MPa,在质量浓度100~1 300 g/m~3之间,戊唑醇粉尘的最佳敏感质量浓度ρ_m为983.71 g/m~3,此时的最小点火能为404.74 mJ。保持戊唑醇粉尘质量浓度为900 g/m~3,环境温度为20℃,喷粉压力为0.7 MPa不变,粒径小于54μm、74μm、150μm及大于150μm的戊唑醇粉尘的最小点火能分别为10 mJ、100 mJ、400 mJ和1 000 mJ以上。因此,判定戊唑醇粉尘最小点火能属于M2级,为特别着火敏感性。