爆轰火焰在管道阻火器内的传播与淬熄特性

在水平封闭的直管中,采用自主研制的阻爆实验系统(包括传感器系统、配气系统、数据采集系统、点火系统等)对不同活性预混气体爆轰火焰在波纹管道阻火器内的传播与淬熄过程进行了实验研究。结果显示当可燃气体接近当量浓度时(丙烷4.2%、乙烯6.6%、氢气28.5%,均为体积分数),预混气体从点燃到火焰淬熄过程历时非常短,总体可分为4个阶段,缓慢燃烧阶段、快速燃烧阶段、加速燃烧阶段和超压振荡阶段。丙烷-空气、乙烯-空气预混气体在D=80 mm的管道阻火器中,爆炸压力峰值较高。当管道直径增加至400 mm时,爆炸压力峰值逐渐降低,其中乙烯-空气预混气体的爆炸压力峰值仅为3 MPa左右;氢气-空气预混气体的爆炸压力峰值随管径的增加呈递增趋势。对爆轰速度的研究结果表明,丙烷-空气、乙烯-空气预混气体爆轰速度数值相差不大,丙烷-空气预混气体甚至稍高些;而氢气-空气的爆轰速度数值较高。而且随着管径的增加,管壁热损失增大及其阻力因素等原因影响使预混气体爆轰速度趋向平稳。最后,从经典传热学理论出发,推导出了阻火单元厚度与爆轰火焰速度之间的关系。并结合实验数据,提出了爆轰安全阻火速度的计算方法,为工业装置阻火器的设计和选型提供更为准确的参考依据。     

弯管对阻火器管网内火焰传播过程影响的数值模拟研究

针对乙烯-空气爆燃火焰在弯管阻火器中的传播与淬熄过程进行了数值模拟研究,采用了标准模型来描述爆炸中出现的湍流,选用EBU-Arrhenius燃烧模型来描述燃烧过程中湍流燃烧速率的变化,采用PISO算法对速度和压力耦合方程组进行解耦。模拟结果显示,在经过弯管时,火焰传播振荡加速,速度最高值达到43m/s。随后火焰传播速度逐渐减小,在到达阻火单元附近时产生了淬熄现象,火焰传播速度趋近于0 m/s。     

预混火焰在平板狭缝中淬熄的数值研究

通过模拟甲烷/空气、丙烷/空气预混火焰在平行板狭缝中传播与淬熄,获得了不同速度预混火焰在不同避面温度不同大小狭缝间距中传播的淬熄距离,研究了预混火焰传播速度、狭缝间距、壁面温度与淬熄长度之间的关系式,并对甲烷/空气、丙烷/空气预混火焰的淬熄特性进行了比较.     

甲烷/空气预混火焰在平板狭缝中传播与淬熄的研究

通过模拟甲烷/空气预混火焰在平行板狭缝中传播与淬熄的过程,获得了不同火焰速度的预混火焰在不同狭缝宽度、壁面温度的狭缝中传播的淬熄距离,找到了火焰传播速度、狭缝间距、壁面温度与淬熄长度之间的无量纲关系式,找到了淬熄长度与影响淬熄各因素间的无量纲常数C,并作出了常数C算图,能为阻火器的研究设计及工程应用提供参考.     

氢气阻火器

氢气阻火器阻能防止外部火焰窄入有燃烧爆炸危险的氢气系统,对氯碱厂的安全生产至关重要。本文概略介绍了氢气阻火器的作用原理,种类在氯碱厂设计中氢气阻火器的设置情况。     

火焰在阻火器中传播与淬息的研究综述

现代化工中广泛应用阻火器阻止可燃气体在输运管网中爆炸灾害事故的发生,研究预混可燃气体火焰在阻火单元中的传播对阻火器的设计与应用具有重要意义.本文介绍了阻火器的运用及阻火器淬息的基本原理,阐述了国内外的实验研究、理论研究成果及利用现代计算机数值模拟研究的现状,并提出了今后的研究方向.     

阻火器设备的位置对阻火器选型的影响

化工行业标准《阻火器的设置》ＨＧ／Ｔ２０５７０．１９．９５中提出了阻火器的选用步骤之一是要“确定采用阻爆燃型阻火器还是阻爆轰型阻火器”。在第４．０．１．２条款中指出,“火焰波在管道内的传播速度不仅与介质种类、所在管道的温度、压力有关,还与阻火器与点火源（火源）之间的距离、安装位置、阻火器与点火源间的管道形状有关。因此,选用的阻火器阻火元件的通道直径要能阻止这种情况下的火焰蔓延,这就需要确定是采用阻爆燃型还是阻爆轰型阻火器,通常由试验或根据经验来确定”。对条款中关于阻火器设置的位置对阻火器选型的影…     

开口率对置障管道火焰传播特性影响模拟

为了揭示开口率对置障管道内可燃气体火焰传播特性的影响,在80 mm×80 mm×500 mm的置障管道中通过改变管道末端开口率,基于计算流体动力学(CFD)软件,采用Zimont燃烧模型,开展丙烷预混气体爆炸特性的大涡模拟研究。结果表明:置障管道的末端开口对火焰传播速度具有促进作用,火焰传播速度峰值随开口率的增大而增加;障碍物的存在导致管内产生涡团,且阻塞率越大,涡团规模越大,湍流程度增加,从而加快了火焰传播速度。管道中的峰值压力随开口率的增大而减小,开口率为6.25%时阻塞率为0、0.5、0.7置障管道内的峰值压力分别为0.069 4、 0.236 7、0.210 7 MPa,而开口率为64%时则各置障管道峰值压力分别降为0.001 6、0.005 2、0.004 2 MPa,并且开口率越大、阻塞率越大的管道内的压力波动越明显。管道在开口状态下,障碍物阻塞率是影响火焰传播速度的主要因素,管内峰值压力随阻塞率增大呈先增大后减小的变化规律。     

管道内预混合成气爆炸特性

通过自主搭建的小尺寸实验平台,对比研究了当量比为1时不同氢气体积分数下,预混合成气在开口和闭口管道中的爆炸特性。研究结果表明：开口和闭口管道中合成气爆炸预混火焰传播结构具有明显差异;在闭口管道中,在所有的氢气体积分数下均观测到经典郁金香火焰结构,其中氢气体积分数为70%和90%时,能够观测到扭曲的郁金香火焰结构;在开口管道中,仅在氢气体积分数为10%、30%、50%时形成了经典郁金香火焰,且当氢气体积分数为10%、30%时,出现了扭曲郁金香火焰。开口和闭口管道中的火焰传播速度和爆炸压力峰值均随着氢气体积分数的增加而增大。当氢气体积分数较低（f < 50%）时,火焰传播速度和爆炸压力峰值随着氢气体积分数的增大而迅速增大,而在较高氢气体积分数（f≥ 50%）时,随着氢气体积分数的增加,火焰传播速度和爆炸压力峰值增加缓慢。     

管道内预混合成气爆炸特性

通过自主搭建的小尺寸实验平台,对比研究了当量比为1时不同氢气体积分数下,预混合成气在开口和闭口管道中的爆炸特性。研究结果表明:开口和闭口管道中合成气爆炸预混火焰传播结构具有明显差异;在闭口管道中,在所有的氢气体积分数下均观测到经典郁金香火焰结构,其中氢气体积分数为70%和90%时,能够观测到扭曲的郁金香火焰结构;在开口管道中,仅在氢气体积分数为10%、30%、50%时形成了经典郁金香火焰,且当氢气体积分数为10%、30%时,出现了扭曲郁金香火焰。开口和闭口管道中的火焰传播速度和爆炸压力峰值均随着氢气体积分数的增加而增大。当氢气体积分数较低(φ50%)时,火焰传播速度和爆炸压力峰值随着氢气体积分数的增大而迅速增大,而在较高氢气体积分数(φ≥50%)时,随着氢气体积分数的增加,火焰传播速度和爆炸压力峰值增加缓慢。     

阻火器性能测试试验系统的研制

阻火器是一种用来阻止易燃气体和易燃液体蒸气火焰蔓延的安全装置,近年来已被广泛应用在石油化工、天然气等工业领域。随着现代社会的发展,人们对于安全问题越来越重视,因此,对于阻火器的性能测试就显得必不可少。由于我国在阻火器型式试验研究方向起步较晚,目前国内尚未有阻火器性能完整的测试系统。为完善阻火器的性能测试,本文开展了阻火器性能测试试验系统的研制工作,以提高我国在这一领域的检测水平。系统能够完成试验所需的爆炸性混合气体的配置工作,气体燃烧爆炸过程中的压力、火焰速度及温度的测试工作,数据的分析处理工作。试验系统包括配气装置、传感器检测系统、数据采集装置。配气装置可以实现静态、动态混合配气的要求。传感器检测系统可完成火焰识别、温度采集、压力采集功能。数据采集装置可对数据进行处理,实时显示实验过程数据,并记录、处理试验数据。测试系统充分考虑了试验现场的安全性,测试精度完全满足阻火器型式试验的要求,且系统操作简单、方便、运行可靠,完成了多次阻爆测试和耐烧测试,其效果达到国家相关标准的要求。     

新型阻火器阻爆性能检测系统研制

随着现代化工工业的发展,安全越来越受重视,改善可燃气体与液体管道输送和存储的本质安全化程度,保证阻火器的阻燃阻爆性能,提高其使用过程中的可靠性,对化工生产安全具有重要意义。与此同时,建立健全完善的阻火器性能检测评价体系尤为关键。在国内相关研究的基础上,依据相关标准建立了以不同点火方式,进行阻火器阻爆性能检测的新型测试系统,并设计了两种检测方式,根据检测系统获得的压力分布,建立相应的判据,定量地对阻火器阻燃、阻爆燃或阻爆轰性能等级进行分类。并以此方法和系统为基础,成功对某型阻火器进行了两种方式检测,检测结果一致性较好,证明此系统具有可行性和可靠性。     

预混气体爆炸火焰与压力的耦合振荡特性

为研究预混气体爆炸火焰和压力的耦合振荡特性,自行搭建了尺寸为80 mm×80 mm×1000 mm透明有机玻璃爆炸管道实验平台。实验结果表明,在氧气浓度E和泄爆面积比S变化的条件下,会对CH₄/O₂/N₂预混气体爆炸火焰与压力的耦合振荡产生影响。当氧气浓度E从0.21到0.40变化时,火焰传播时间逐渐缩短,火焰结构发生动态演变,火焰后期的振荡现象愈加明显,同时测到的压力曲线在后期也存在振荡增强现象;当泄爆面积比S从0.125到1.000变化时,E=0.21工况下S=0.125和S=0.250两个工况与其他工况的压力曲线有所不同,出现了一个更高的压力峰值,E=0.30工况下S=0.125也出现了新的压力峰值,E=0.30和E=0.40两种工况的压力峰值都逐渐减小,压力后期的振荡幅值与泄爆面积比有关。     

An integrated model for predicting the flame propagation in crimped ribbon flame arresters

Crimped ribbon flame arresters are important safety devices in the chemical industry,especially for the dangerous situations.Although proper design of arresters by the numerical simulation method is promising,its reliability and accuracy are dependent upon the mathematical model.In this work,an integrated mathematical model for the microchannel in the crimped ribbon flame arresters was set up;the fluid flow behavior and the sensitivities of four chemical kinetics mechanisms of propane-air on the accuracy were analysed.It is shown that turbulence is predominant in the microchannel of the crimped ribbon flame arresters under the deflagration and detonation conditions,and a new quenching criterion for the numerical simulation is proposed.The kinetics mechanism of Mansouri et al.among the four ones is the most accurate due to the best agreement of the predicted outlet temperature at the experimental flameproof velocity with the autoignition temperature of propane-air.The species mass fraction profiles and the temperature distribution,which are too difficult to measure due to the tiny dimension of the microchannel in experiments,are captured.The fundamental insights into chemical reactions and heat loss are well portrayed.It can be concluded that the integrated mathematical model established in this work can be used as a reliable tool for modeling,selecting and designing such type of crimped ribbon flame arresters with the propane-air medium in the future.     

阻火器的应用--燃烧炉/火炬系统的安全防范措施

介绍了阻火器的应用范围及要求,说明了欧洲标准94/9/EG对生产中有易燃、易爆气体时相应的安全措施,并针对燃烧炉/火炬系统的安全防范提出了液压阻燃、管道爆燃/爆轰阻火器以及安全喷嘴的使用要求,以确保阻火器正确选型、安装和维护。     

惰性气体对氢气/空气爆轰传播的抑制作用

常温常压条件下,在内径52 mm的不锈钢管道中开展了惰性气体对氢气/空气（H₂/air）爆轰的抑制实验研究,通过改变当量比（0.6、0.8、1.0、1.2、1.4）和惰性气体种类（CO₂、N₂、Ar）探讨了三种惰性气体对爆轰火焰速度的影响。结果表明,H₂/air爆轰通过可燃气与惰性气体分界面后,爆轰波发生解耦,火焰速度大幅度下降。整个速度下降过程分为快速下降、波动缓慢衰减、火焰消失三个阶段。三种惰性气体中CO₂的抑制效果最明显,其次是Ar和N₂。相较比热容差异影响,Ar和N₂的分子量差异在爆轰抑制中起到主导性作用。贫燃和富燃条件下爆轰在惰性介质中衰减程度均比化学计量比工况下明显,其中富燃条件下爆轰在惰性介质中的衰减更为明显。     

阻火器性能测试方法试验性研究

在现代工业生产过程中,可燃气体的爆炸事故频繁发生,造成大量的人员伤亡和严重的财产损失,因此对于管道内可燃气体燃烧爆炸的抑制研究已逐渐成为安全技术领域的一项重要课题。阻火器是一种用来阻止易燃气体和易燃液体蒸气火焰蔓延的安全装置,近年来已被广泛应用在石油化工、天然气等工业领域。阻火器通常安装在装置的进出口或者管道上,其中的核心部件阻火单元允许介质流通,阻灭火焰。随着现代社会的发展,人们对于安全问题越来越重视,因此,对于阻火器的性能测试就显得必不可少。由于阻火器的相关检测技术在我国开展得较晚,相对国外标准而言,国内标准不仅技术滞后、更新周期长而且体系不完善不配套。因此本文对阻火器性能测试方法进行了研究,以提高我国在这一领域的检测水平,推动国内对阻火器性能完整检测现有技术的完善,同时对保障安全生产和人民的生命安全也具有重要的现实意义。     

旋转流中预混合火焰高速传播现象—II.点火位置与燃烧过程

在前期关于Vortex-bursting旋流式预混燃烧器的燃烧效率及其进口混合气速度分布对燃烧效率的影响实验基础上,围绕燃烧器的点火特性,对旋流场中的点火位置和稳定火焰形成进行了数值分析.结果表明,不适当的点火位置会影响稳定火焰的形成,在相同的燃烧工况下,在流场中点火位置不同,火焰的发展出现不同的趋势.在靠近中心轴附近的低速区点火时,火焰能够稳定;在靠近管壁的高速区点火时,撤离点火源后,火焰吹熄.本结果对于强化预混合燃烧的稳定性具有理论和工程指导意义.     

旋转流中预混合火焰高速传播现象-II. 点火位置与燃烧过程

在前期关于Vortex-bursting旋流式预混燃烧器的燃烧效率及其进口混合气速度分布对燃烧效率的影响实验基础上，围绕燃烧器的点火特性，对旋流场中的点火位置和稳定火焰形成进行了数值分析. 结果表明，不适当的点火位置会影响稳定火焰的形成，在相同的燃烧工况下，在流场中点火位置不同，火焰的发展出现不同的趋势. 在靠近中心轴附近的低速区点火时，火焰能够稳定；在靠近管壁的高速区点火时，撤离点火源后，火焰吹熄. 本结果对于强化预混合燃烧的稳定性具有理论和工程指导意义.