CO_2-双流体细水雾抑制管道甲烷爆炸实验

搭建了尺寸为120 mm×120 mm×840 mm透明有机玻璃瓦斯爆炸管道实验平台,采用双流体喷嘴将二氧化碳和细水雾送入实验系统,从火焰速度、瓦斯爆炸超压两个方面探讨双流体细水雾的抑爆有效性。实验结果表明CO2双流体细水雾抑制瓦斯爆炸效果显著。随着喷雾时间的延长,火焰传播速度呈缓慢增加趋势,火焰传播速度峰值大幅降低;爆炸超压曲线呈先增大后缓慢减小的趋势,超压峰值大幅降低;当CO2压力增至0.4 MPa喷雾时间大于3 s时,经多次点火无法引爆,说明CO2-双流体细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应,有利于提高细水雾的抑爆效率。     

点火延迟时间对CO2-超细水雾的抑爆特性影响

利用20 L球爆炸实验平台,系统研究了不同点火延迟时间对CO₂-超细水雾抑制瓦斯/煤尘爆炸特性的影响。结果表明：相比单一抑爆,在CO₂-超细水雾作用下,随着点火延迟时间延长和水雾浓度增大,瓦斯/煤尘爆炸强度削弱,火焰传播速度降低,火焰亮度降低且出现下沉现象,火焰内部煤尘粒子运动状态由向心运动向旋转运动转换。10%CO₂、306 g/m³超细水雾时,在1500 ms点火延迟时的最大爆炸压力和最大压力上升速率比无水雾时分别降低了6.79%和16.14%,最大爆炸压力来临时间延长了24.47%;10%CO₂、204 g/m³超细水雾下,在2000 ms点火延迟时的最大爆炸压力和火焰平均速度比1000 ms点火延迟时分别降低了5.22%和37.5%,最大爆炸压力来临时间延长24.66%。研究结果为气液两相抑爆剂抑制瓦斯/煤尘爆炸控制参数的确定提供了技术指导。     

NaHCO3抑制瓦斯爆炸火焰与压力的耦合分析

为研究粉体作用下瓦斯爆炸火焰与压力的耦合规律,在5 L石英管道中开展了不同浓度NaHCO₃抑制瓦斯爆炸的实验。结果表明：随着粉体浓度的升高,瓦斯爆炸压力波形逐渐由单峰曲线向双峰曲线过渡;高浓度粉体抑爆下,单位体积内粉体小颗粒较多,小颗粒快速分解抑制火焰传播,使粒径较大的粉体有较长的时间吸热分解,进一步抑制火焰的发展;火焰传播中后期,大颗粒粉体沉降造成空间内粉体分布不均,形成粉体浓度较低的燃烧区、浓度较高的粉体沉降汇集区和低浓度的小颗粒悬浮区,影响粉体中后期的抑爆效果;火焰前锋速度与爆炸超压随时间变化曲线的线形相似,火焰前锋速度能一定程度上反映管内燃烧强度,但瓦斯爆炸超压的升降并不完全取决于火焰前锋速度的变化;当火焰前锋速度较大时,短暂的速度降低不会立刻造成爆炸超压的减小。     

草酸盐和碳酸氢盐抑制聚乙烯粉尘爆炸特性

为研究草酸盐和碳酸氢盐抑制聚乙烯粉尘爆炸特性，选取NaHCO₃、KHCO₃、Na₂C₂O₄和K₂C₂O₄四种粉体，从火焰结构和火焰传播速度两方面分析其对聚乙烯粉尘爆炸的抑制性能，并结合抑爆粉体的理化性质分析抑爆机理。结果表明，四种抑爆粉体均可抑制聚乙烯粉尘爆炸火焰传播，且抑制效果随抑爆粉体浓度增加而增强。相同条件下，抑爆性能KHCO₃>NaHCO₃>K₂C₂O₄>Na₂C₂O₄，即钾盐粉体抑爆性能优于具有相同酸根离子的钠盐，碳酸氢盐粉体抑爆性能优于具有相同金属离子的草酸盐。另外，结合抑爆粉体热解特性测试及爆炸产物分析，探究了四种抑爆粉体的抑爆机理及离子构成带来的抑爆性能差异性原因。     

超细水雾协同甲烷氧化菌降解与抑制甲烷爆炸的实验研究

搭建了半封闭的实验管道平台,开展了不同喷雾量的超细水雾降解与抑制甲烷爆炸的实验研究,分析了甲烷氧化菌的形态,抑爆过程中火焰变化,管道内部最大爆炸超压,平均升压速率的变化规律。结果表明：含甲烷氧化菌-无机盐的超细水雾能够有效降解甲烷,喷雾量越大,降解甲烷的速率越快,当甲烷的体积分数为9.5%,在喷雾量达到0.7 ml,立即引爆后的火焰亮度和火焰传播速率明显高于降解时间为360 min且二次喷雾量为0.7 ml的工况。喷雾量从0.7 ml增加至4.9 ml,无论近端还是远端最大爆炸超压均呈现下降的趋势,对于近端的平均升压速率也呈现下降的趋势。以无机盐为培养基的甲烷氧化菌和超细水雾降解与抑制甲烷爆炸具有协同作用,能够在一定时间内有效降解甲烷。     

超细水雾协同甲烷氧化菌降解与抑制甲烷爆炸的实验研究

搭建了半封闭的实验管道平台,开展了不同喷雾量的超细水雾降解与抑制甲烷爆炸的实验研究,分析了甲烷氧化菌的形态,抑爆过程中火焰变化,管道内部最大爆炸超压,平均升压速率的变化规律。结果表明:含甲烷氧化菌-无机盐的超细水雾能够有效降解甲烷,喷雾量越大,降解甲烷的速率越快,当甲烷的体积分数为9.5%,在喷雾量达到0.7 ml,立即引爆后的火焰亮度和火焰传播速率明显高于降解时间为360 min且二次喷雾量为0.7 ml的工况。喷雾量从0.7 ml增加至4.9 ml,无论近端还是远端最大爆炸超压均呈现下降的趋势,对于近端的平均升压速率也呈现下降的趋势。以无机盐为培养基的甲烷氧化菌和超细水雾降解与抑制甲烷爆炸具有协同作用,能够在一定时间内有效降解甲烷。     

含草酸钾的超细水雾抑制甲烷爆炸的特性

为研究含草酸钾的超细水雾对抑制甲烷爆炸有效性的影响,采用自制的半封闭管道进行抑爆实验,研究了草酸钾浓度的变化对超细水雾粒径的影响以及对甲烷抑爆性能的影响,分析了不同浓度草酸钾条件下火焰传播速度、爆炸超压、平均升压速率以及爆炸威力指数参数变化。实验结果表明：添加草酸钾对超细水雾的粒径特性影响较小;对于体积分数为9.5%的甲烷,在相同的通雾时间下,当草酸钾浓度为2%时,抑爆性能最显著,火焰传播速度、最大爆炸超压、平均升压速率以及爆炸威力指数较纯甲烷自由爆炸时分别下降了57.1%、66.3%、77.9%、91.5%;较纯水超细水雾分别下降了43.1%、61.3%、75.3%、90.5%;草酸钾的热解温度较低能够增强超细水雾的物理惰化作用并阻断化学链式反应从而有效抑制甲烷爆炸。     

含草酸钾的超细水雾抑制甲烷爆炸的特性

为研究含草酸钾的超细水雾对抑制甲烷爆炸有效性的影响,采用自制的半封闭管道进行抑爆实验,研究了草酸钾浓度的变化对超细水雾粒径的影响以及对甲烷抑爆性能的影响,分析了不同浓度草酸钾条件下火焰传播速度、爆炸超压、平均升压速率以及爆炸威力指数参数变化。实验结果表明:添加草酸钾对超细水雾的粒径特性影响较小;对于体积分数为9.5%的甲烷,在相同的通雾时间下,当草酸钾浓度为2%时,抑爆性能最显著,火焰传播速度、最大爆炸超压、平均升压速率以及爆炸威力指数较纯甲烷自由爆炸时分别下降了57.1%、66.3%、77.9%、91.5%;较纯水超细水雾分别下降了43.1%、61.3%、75.3%、90.5%;草酸钾的热解温度较低能够增强超细水雾的物理惰化作用并阻断化学链式反应从而有效抑制甲烷爆炸。     

竖直管道中氧化铝抑制铝粉爆炸特性研究

为研究氧化铝对铝粉爆炸的影响,在自行搭建的实验平台进行铝粉爆炸实验研究。对火焰结构演化特性、火焰锋面传播特性和爆炸超压波形分析的结果表明：在惰化比不断增加的情况下,氧化铝表现出对铝粉爆炸火焰的明显抑制作用,且粒径较小的氧化铝粉抑制效果更好;在火焰锋面传播方面,氧化铝对后期火焰锋面传播抑制效果更明显,火焰传播速度下降,锋面到达管口需要更长的时间;粒径4 μm的氧化铝在其惰化比φ=30%的条件下,第二波爆炸超压波峰消失,在惰化比φ=70%条件下,抑爆效率高达88.9%,抑爆效果十分明显。但是粒径为89 μm的氧化铝抑爆效用有明显的极限值,超过该极限值,抑爆效用不再提高。     

含双侧分支结构受限空间油气泄压爆炸超压特性与火焰行为

为研究含有双侧分支结构受限空间内油气泄压爆炸超压和火焰演变特性,进行了不同初始油气体积分数工况下含有双侧分支结构受限空间和长直受限空间内的对比实验。研究结果表明： ①爆炸超压曲线会出现3个典型的超压峰值p₁、p₂、p_max,其中p₁的形成与管道开口端密封材料瞬时破裂有关,p₂与分支结构泄压有关,而p_max受管道内部爆炸强度与火焰加速协同效应影响。②分支结构对爆炸超压有强化作用,当油气体积分数在1%～2%区间,爆炸超压强化程度先增强后减小,且在1.4%～1.8%之间最为强烈。③火焰在分支结构处发生显著的弯曲、褶皱变形,这增大了火焰面积,提高了燃烧速率,加速了流场的传热传质效率,诱导爆炸强度的急剧增大,同时提高了火焰传播速度并增大了最大火焰锋面位置。④火焰在含有双侧分支结构的管道内呈现“半球形火焰--指尖形火焰--平面状火焰--浪花状火焰”形态变化。     

Suppression of methane/air explosion by water mist with potassium halide additives driven by CO2

To enhance the explosion suppression effects of water mist, various potassium halide additives were tested in a confined vessel filled with a 10% mixture of methane/air. Air and CO₂ (0.7 MPa) were used as driver gases. The results revealed that halide additives exhibit considerable suppression effects on explosion overpressure. A 30% KI mist decreased the explosion overpressure by 27.46% compared with the suppression by pure water mist under the same conditions. When CO₂ is used as the driver gas, it will dissolve in water under high pressure. The synergistic effect of a CO₂ solution with an effective additive afforded significant suppression. Under the same conditions, the overpressures suppressed by a mist of 30% KI + 0.7 MPa CO₂ solution decreased by 33.53% compared with those suppressed by pure water mist driven by air. The synergistic suppression effect is much better than that of a 0.7 MPa CO₂ solution mist or 30% KI mist alone. The multicomponent additives can be considered when suppressing methane/air explosions with pressure-formed water mist.     

含NaCl荷电细水雾对甲烷爆炸火焰传播的抑制特性

为进一步提高细水雾抑制甲烷爆炸的效率,搭建了小尺寸细水雾抑制甲烷爆炸实验平台,在普通细水雾中添加NaCl添加剂,并对其荷电,进行含NaCl添加剂荷电细水雾抑制甲烷爆炸火焰传播特性的实验研究。结果表明,含NaCl添加剂荷电细水雾对甲烷爆炸火焰传播的抑制效果,优于普通细水雾单独添加NaCl添加剂和荷电作用的抑制效果之和。随着NaCl浓度和荷电电压的增大,甲烷爆炸火焰传播速度明显减小;其中荷电8 kV、NaCl浓度12.5%的工况抑制效果最佳,甲烷爆炸火焰传播速度二次峰值较普通细水雾作用时下降了10.747 m·s^-1,下降比例高达60.26%;分析认为,在细水雾抑制甲烷爆炸火焰传播的过程中,NaCl添加剂和荷电作用之间存在相互促进抑制效果的耦合作用。     

CO2/海泡石抑爆剂对氢气/甲烷爆炸特性参数的影响

为了氢气/甲烷预混气体的安全使用,选用CO₂-海泡石粉体气固两相材料作为抑爆材料,通过20L球形爆炸装置测试了海泡石粉体及其浓度对氢气/甲烷预混气体的爆炸特性参数及抑制效果进行实验研究。结果表明,在不同的喷气压力下,粉体的分散性是不同的,造成了粉体最佳抑爆浓度的产生。二氧化碳单独作用下,氢气/甲烷预混气体在氢气添加比例较低时具有较好的抑制效果,对50%以上氢气添加下的氢气/甲烷预混气体的抑制效果较差。而CO₂和海泡石粉体两相抑制剂作用下复合抑爆剂对含氢气较高的氢气/甲烷预混气体具有较好的抑制效果。此外,本文结合海泡石粉体的元素组成及热解特性分析其氢气/甲烷抑爆机理。     

N2和CO2对液化石油气(LPG)惰化抑爆效能对比分析

为探究惰性气体对液化石油气（LPG）惰化抑爆效能的影响规律,本文运用可燃气体爆炸极限测定装置和可视化球型爆炸综合实验系统,分别测试了不同体积分数N₂和CO₂时,LPG的爆炸极限和压力特性参数并进行对比分析。结果表明：N₂和CO₂都会缩小液化石油气的爆炸极限,且对爆炸上限的影响程度更大;达到爆炸临界点时,CO₂体积分数为34%,小于N₂的43%,并且给出了爆炸危险区域的计算公式;在相同条件下,CO₂使得液化石油气的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率降幅大于N₂的作用效果,且更好地降低了爆炸危险度和最大爆炸指数,提前了爆炸最猛烈程度的出现时间,减小爆炸危险时间。综合对比后发现,CO₂对LPG的抑爆性能要优于N₂。     

Combined effects of obstacle and fine water mist on gas explosion characteristics

Combined effects of obstacles and fine water mist on a methane-air explosion of a semi-closed pipe were investigated experimentally. In this study, the diameter of the water mist, the location, and the number of obstacles was considered. The results demonstrated that 5 μm water mist present a significant suppression affected while 45 μm shows a slight promotion effected on a gas explosion of the condition without obstacles. In the presence of an obstacle, however, the inhibitory effect of 5 μm water veils of mist dropped significantly during flame propagation, and the effect of 45 μm water veils of mist changed from the enhancement of inhibition, and its inhibitory effect was significant. The inhibitory effect of 45 μm water veils of mist on gas explosion weakened firstly and then enhanced with the increasing distance between obstacle location from the ignition location as well as in several obstacles.     

聚多巴胺包覆混合粉体抑制甲烷爆炸的实验研究

为了减小甲烷爆炸带来的影响,研究了多巴胺自聚合合成聚多巴胺,包覆二氧化硅和碳酸钙混合粉体,在自主研发的亚克力管道实验平台进行甲烷爆炸实验。进行不同浓度聚多巴胺包覆混合粉体的抑爆对比实验,以探究多巴胺浓度对甲烷爆炸的影响。通过粒径分析、电镜扫描、热重分析等技术手段对聚多巴胺包覆混合粉体进行表征分析。实验结果表明聚多巴胺包覆混合粉体符合一般抑爆粉体特征。结合分析最大爆炸超压、火焰传播特征图像来探究其甲烷抑爆性能。分析其爆炸超压时,当多巴胺浓度为0.6 g/L时,相比未喷粉工况,最大爆炸超压下降了32.31%。结合表征分析探究了抑爆机理。     

聚多巴胺包覆混合粉体抑制甲烷爆炸的实验研究

为了减小甲烷爆炸带来的影响,研究了多巴胺自聚合合成聚多巴胺,包覆二氧化硅和碳酸钙混合粉体,在自主研发的亚克力管道实验平台进行甲烷爆炸实验。进行不同浓度聚多巴胺包覆混合粉体的抑爆对比实验,以探究多巴胺浓度对甲烷爆炸的影响。通过粒径分析、电镜扫描、热重分析等技术手段对聚多巴胺包覆混合粉体进行表征分析。实验结果表明聚多巴胺包覆混合粉体符合一般抑爆粉体特征。结合分析最大爆炸超压、火焰传播特征图像来探究其甲烷抑爆性能。分析其爆炸超压时,当多巴胺浓度为0.6 g/L时,相比未喷粉工况,最大爆炸超压下降了32.31%。结合表征分析探究了抑爆机理。     

惰性气体对粉尘爆炸泄放特性影响的实验研究

爆炸泄放和爆炸抑制是工业上降低粉尘爆炸危害性的两个重要手段,同时实现粉尘爆炸抑制和泄放共同作用的效果值得关注。基于标准20 L球形粉尘爆炸装置侧向开泄放口,实验研究不同泄放口径和静态动作压力时CO₂/N₂对石松子粉泄放过程压力的影响,采用热重分析法分析了石松子粉尘分别在CO₂、N₂氛围的热重变化。结果表明,在20 mm泄放口径时,随着CO₂/N₂浓度的增加,泄放压力的降低幅值逐渐增大,且CO₂对粉尘爆炸泄放最大超压的减小效果要优于N₂。泄放压力值随着CO₂浓度的增加基本呈线性降低,当体系中的CO₂和N₂浓度增加到10%时对体系泄放压力值的降低效果开始趋于一致。对于40 mm泄放口径,添加相同浓度的CO₂体系泄放压力值要略低于N₂,降低幅值为6%~8%。对于60 mm泄放口径,CO₂/N₂两者抑制效果差别不大,且在添加浓度不超过8%时对体系泄放压力值的降低幅值影响较小。通过TGA曲线可以发现,在N₂气氛和CO₂气氛的热流条件中,石松子粉的热解过程在370℃左右开始出现明显的差异,CO₂气氛中石松子粉的热解速率要快于其在N₂气氛中的,因此在这个过程中CO₂的存在一定程度上会促进石松子粉的热解,随着热解温度进一步提升,CO₂对石松子粉热解的抑制效果开始逐渐体现。