粉尘云最低着火温度的研究现状与发展趋势

粉尘爆炸事故统计表明,部分爆炸事故的发生是由于生产设备最高容许温度超过或达到了粉尘云的最低着火温度.通过大量文献调研,对近40年粉尘云的最低着火温度的实验与理论研究进行了分析,并根据目前工业生产实际存在的问题提出了新时期研究复杂条件下着火温度的必要性.同时,应在此基础上建立数学模型并利用数值分析验证实验结果,以便工业应用.     

粉尘云浓度对HDPE粉尘云最低着火温度的影响

为准确评价高密度聚乙烯（HDPE）粉尘爆炸敏感性和开展有效的粉尘防爆工作,采用Godbert-Greenwald恒温炉标准实验装置研究了典型HDPE粉尘云最低着火温度的分布特性,着重探讨了粉尘云浓度对不同喷尘压力条件下HDPE粉尘云最低着火温度的影响规律。研究表明:测试条件下HDPE粉尘云最低着火温度的变化处于360~445 ℃范围,随粉尘云浓度的增加呈现先降低后升高的总体趋势,粉尘云浓度为1.111 kg/m3时出现拐点,且粉尘云最低着火温度随喷尘压力的增加而降低。     

CFRP、Ti及其混合物粉尘云最低着火温度研究北大核心CSCD

为研究碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)、钛(Ti)和CFRP/Ti叠层压板粉尘云最低着火温度(MITC),利用Godbert-Greenwald炉对CFRP粉尘、Ti粉尘及其3种混合粉尘的MITC进行测定,分析了粉尘云质量浓度、喷粉尘压力对不同粉尘MITC的影响,以及CFRP和Ti混合情况下MITC的变化规律。结果表明:CFRP粉尘及Ti质量分数分别为25%、50%、75%的混合粉尘的MITC均处于510~525℃,Ti粉尘的MITC为470℃;在质量浓度454~4545 g/m^(3)范围内,5种粉尘的MITC均随质量浓度增加而降低,质量浓度越高,下降幅度越小;在喷粉尘压力10~80 kPa范围内,5种粉尘的MITC均先随压力增大而减小,而后随压力增大而增大,其中CFRP粉尘及3种混合粉尘的MITC在20 kPa时最小,Ti粉尘则在50 kPa时最小;CFRP/Ti混合粉尘的MITC较单种粉尘有所升高。     

彩色玉米粉粉尘云最低引燃温度试验研究

利用HY16429粉尘云引燃温度试验装置,分别对5种彩色玉米粉在不同喷尘压力和不同质量浓度下进行粉尘云最低引燃温度的测定。结果表明:在不同的喷尘压力下,粉尘云最低引燃温度随粉尘云质量浓度增加先下降后上升,在2 250~3 500 g/m~3达到最危险浓度;在不同的质量浓度下,粉尘云最低引燃温度随喷尘压力增加先下降后上升,在60~80 k Pa达到最低值,表明当粉尘云形成的悬浮状态最佳时,最低引燃温度为360℃;无色玉米粉的引燃温度普遍低于含色素的玉米粉,表明色素的添加可使玉米粉的燃爆危险性降低,这与玉米粉粒度分布情况和所含元素中碳氮比有关,C元素含量和碳氮比越高所需引燃温度越低;无色玉米粉粒度分布相对分散且粉尘粒度相对较大,加入色素后粒度分布较集中且粉尘粒度相对较小;不同颜色的玉米粉最低引燃温度呈现不同的变化规律,可解释为色素的发色基团对应于不饱和双键的共轭体系,在受热时它的结构易发生变化所导致。     

基于交互正交试验的全麦粉粉尘云最低着火温度的影响研究

为了探究饲料粉尘的燃烧特性,选用全麦粉为试验对象,使用Godbert-Greenwald(G-G)恒温炉装置从粉尘粒径、质量浓度、惰性介质碳酸钙质量分数这3个因素找出对全麦粉粉尘云最低着火温度（MITC）的影响效应。利用交互正交试验通过直观分析法和方差分析法分析试验数据得出各因素及其交互作用对混合粉尘MITC的影响程度,旨在为饲料行业生产防火防爆提供理论依据。结果表明：惰性介质碳酸钙质量分数对全麦粉尘MITC影响最显著;粉尘粒径与质量浓度对全麦粉尘MITC存在交互作用。     

不同挥发分煤尘层最低着火温度变化规律研究

针对煤化工等行业的沉积煤尘热自燃问题,运用煤尘层最低着火温度测试系统,研究了不同挥发分煤尘层的着火状态、不同挥发分及不同厚度煤尘层最低着火温度的变化规律。结果表明:煤尘层厚度为5 mm时,挥发分质量分数大于35%的煤尘在较低温度便出现着火现象,肉眼很容易观察到火星的出现,温度曲线波动剧烈,而对于挥发分质量分数小于15%的煤尘,通过煤尘层内部"温度达到450℃"来判断其着火;在灰分质量分数相当的情况下,煤尘层最低着火温度随挥发分增加呈严格递减的趋势变化;得到了煤尘层厚度和最低着火温度的函数关系式,通过试验得到了挥发分质量分数为37.45%煤尘的重要常数M和N。     

煤油共生矿区含油煤尘云最低着火温度试验研究

为研究煤油共生矿区含油煤尘最低着火温度的变化规律,选取3种含油浓度不同的煤样,采用粉尘云最低着火温度测定系统,研究含油煤尘云最低着火温度随含油浓度、喷尘压力及煤尘质量的变化规律。研究结果表明:含油煤尘的最低着火温度较不含油煤尘显著降低,且随着煤尘含油浓度的增加,煤尘中挥发分含量增多,煤尘云最低着火温度降低,爆炸危险性增强;低含油浓度煤尘,煤尘受原油挥发分影响较大,在含油浓度为5.7%,4.3%且质量浓度为1364~4550 g/m3时煤尘云最低着火温度随喷尘压力的增大呈先增大后减小的变化趋势,在5.7%,4.3%含油浓度且喷尘压力为0.05 MPa时煤尘MIT随煤尘质量浓度增加先降低后缓慢升高。高含油浓度煤尘,受煤尘团聚现象影响较大,煤尘云最低着火温度随喷尘压力的增加而升高,随煤尘质量的增加呈先减小后增大再缓慢减小的变化规律。     

惰性粉尘对铝镁混合粉尘云最低点燃温度的影响

为了研究惰性粉尘存在氛围下,铝镁混合粉着火爆炸的规律,采用Godbert-Greenwald恒温炉设备研究了设备吹粉压力、惰性BaCO3和SiO2粉尘粒径、惰性粉尘含量对铝镁混合粉尘云最低点燃温度的影响。结果表明,试验存在最佳吹粉压力,此时最有利于铝镁混合粉燃烧,且高浓度铝镁混合粉的最佳吹粉压力比低浓度的大;最低点燃温度随着不活泼粉尘粒径的减小而升高,粒径相同条件下,BaCO3抑制效果比SiO2明显;惰性粉尘对铝镁混合粉尘云最低点燃温度影响很大,当BaCO3和SiO2粉尘含量增加时,最低点燃温度先升高,达到一定值后趋于不变;混合粉尘中,惰性粉尘质量分数在53%以下时,BaCO3的抑制作用比SiO2强,但当惰性粉尘质量分数在53%以上时,SiO2和BaCO3对混合粉尘抑制作用正好相反;当炉体温度在630℃以上时,铝镁混合粉最低点燃温度受BaCO3和SiO2粉尘影响很小。     

高硅铝合金粉尘云燃爆特性研究

通过开展硅质量分数25%高硅铝合金粉尘燃爆特性研究,揭示了硅质量分数25%高硅铝合金粉尘的最小点火能、最低着火温度、爆炸下限和最大爆炸压力。研究结果表明,在实际生产中要防止高硅铝合金粉尘云与雷电、静电、生产中摩擦或碰撞所产生的火花等能量源接触,避免达到高硅铝合金粉尘云的最小点火能0.1～0.2 mJ而引发爆炸事故;要防止出现明火与发热设备热表面温度达到高硅铝合金粉尘云最低着火温度960℃;对高硅铝合金生产场所、工艺设备等进行抗爆设计时,约束爆炸压力措施承受最大爆炸压力的冲击至少要在0.525 MPa或以上。     

粉尘云电火花点火研究

分析了粉尘云电火花点火研究的主要目的。对工业实际中常见的电火花点火源及其放电能量和现有实验装置中的火花触发电路与喷粉系统进行了研究,分析了实验过程中以电容能量和火花能量来衡量粉尘云电火花点火敏感性的主要误差。     

不同煤质煤尘层最低着火温度特性及其影响因素研究

为研究不同煤质的煤尘层最低着火温度特性及其影响因素,选取褐煤、长焰煤、不粘煤、气煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤8种不同变质程度的煤尘样品,测试分析8种煤尘层的最低着火温度及最低着火温度工况下煤尘层着火类型、着火时间,并研究了粒径和煤尘层厚度对煤尘层最低着火温度的影响。结果表明,随变质程度由褐煤逐渐增大,最低着火温度T_L由290℃不断增大。褐煤、长焰煤、不粘煤和气煤为a类着火,其着火时间较为接近,均值为19. 5 min,而焦煤、瘦煤和贫煤为c类着火,着火时间均值为11 min,表明随变质程度增大,虽然TL增大,但着火时间明显缩短。通过分析最低着火温度工况下不同煤质的温度T-时间t变化情况,认为褐煤、长焰煤、不粘煤和气煤煤尘层温度曲线中出现明显上下波动现象,是因为煤尘层厚度有限,无法长时间积聚能量。通过构建TL与粒径r、煤尘层厚度d的三维空间拟合模型,发现粒径小、厚度大的煤尘层具有更大的着火敏感性和爆炸潜伏性,更应加强防范。     

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。     

苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸特性研究

采用MIE-D1.2型最小点火能测试装置及20 L球型粉尘爆炸测试装置,对苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘的爆炸特性进行研究。结果表明,过74μm、58μm、47μm孔径筛的粉尘对静电火花敏感,其最小点火能表征值分别为610 mJ、361 mJ、201 mJ。随粉尘质量浓度增加,最小点火能呈现先减小后增加的规律。随粉尘粒径减小,最小点火能与粉尘质量浓度变化关系曲线向低粉尘质量浓度和低点火能量方向偏移,且对应的最敏感爆炸质量浓度从500 g/m~3降至200 g/m~3。随粉尘质量浓度增加,过147μm、74μm、47μm孔径筛的苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸压力及爆炸压力上升速率呈现先增加后减小趋势。在相同粉尘质量浓度下,中位径小于74μm的苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘,粉尘的爆炸压力增幅明显减小。苯乙烯丙烯酸共聚物/碳黑混合体系粉尘爆炸下限质量浓度为25 g/m~3,最大爆炸指数为14.636 MPa·m/s,爆炸危险等级划分为St1。     

管道内瓦斯煤尘共混爆炸温度特性

采用瞬态火焰传播实验系统,对7%,8%,9%,10%和11%的瓦斯体积浓度分别与不同浓度的长焰煤煤尘混合,并使用直径25 μm的Pt/Rh13-Pt微细热电偶测量温度,揭示受限空间内瓦斯与煤尘混合爆炸温度特性。结果表明:煤尘浓度一定时,随着瓦斯浓度的增加,爆炸温度先增加后减小;纯瓦斯浓度在10%时爆炸温度最高,加入煤尘后的混合体系中,瓦斯浓度为9%时爆炸温度最高;瓦斯浓度不变时,随着煤尘浓度的增加,爆炸温度一直减小;7%~11%瓦斯分别与130 g/m3煤尘混合爆炸后测得最高温度分别为1 333.6,1 475.4,1 511.4,1 455.6,1 396.4 ℃;与9%纯瓦斯爆炸相比,9%瓦斯与130,260,520,780 g/m3煤尘混合爆炸后测得最高温度分别降低7.2%,11.5%,15.0%和22.9%。结论得到的瓦斯煤尘共混爆炸温度数据可为煤矿灾害高温防护提供参考依据。     

4种典型易燃烟煤的着火特性分析*

为了研究典型易燃烟煤的着火特性,预防和控制煤尘爆炸,采用粉尘云最低着火温度实验装置和同步热分析仪,分别研究崔木长焰煤、东荣二矿气煤、察哈素不粘煤和丁集焦煤4种烟煤在不同条件下的煤尘云最低着火温度和煤尘热解过程。研究结果表明:当煤尘云浓度从0.90 kg/m3上升到5.99 kg/m3时,4种煤尘的最低着火温度先降后升,在1.50 kg/m3煤尘云浓度时,4种煤尘的最低着火温度均达到最小,分别为450,580,610,620 ℃。随着升温速率的升高,煤的着火温度、峰值温度、燃尽温度和煤样最大放热量整体呈上升趋势,失重率整体呈下降趋势,在5~20 ℃/min的升温速率范围内,崔木长焰煤、东荣二矿气煤、察哈素不粘煤和丁集焦煤热解过程中的最小着火温度分别为354.17,404.37,443.18,484.13 ℃。4种烟煤的最低着火温度和热解过程中的最小着火温度有相对应关系,研究结论可为以上4个煤矿的具体煤样研究和数据分析提供参考依据。     

乙醇汽油自燃温度及爆炸极限测试

为评估不同标号乙醇汽油(E10)的燃爆危险特性,补充完善乙醇汽油的技术指标,首次采用AIT551自燃温度测试仪和FRTA爆炸极限测试仪测试了E10的自燃温度和爆炸极限,并分析了温度对乙醇汽油爆炸极限的影响规律。结果表明:90号、93号、97号E10自燃温度分别为373℃、339℃、373℃,对应着火延迟时间为8 s、9 s、8s;90号、93号、97号E10的爆炸范围分别为1.223%~8.292%、1.343%~8.893%、1.294%~8.546%;温度从20℃升高至120℃,93号E10的爆炸范围从1.491%~8.765%变宽至1.318%~9.103%,即E10蒸气爆炸极限范围随温度升高而变宽;推导了测量E10蒸气爆炸极限时待测样品量预估计的公式。     

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。