非金属抑爆材料抑爆机理研究(2)

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4.4.2 检查装置气密性 .... 15

4.4.3 不填抑爆材料实验 15

4.4.4 填装不同抑爆材料实验 .. 15

5 抑爆实验结果分析与讨论 .... 17

5.1 不填装抑爆材料结果分析与讨论 .... 17

5.2 不同状态的铝合金实验结果分析与讨论 .. 18

5.3 不同状态球形非金属实验结果分析与讨论 ... 21

5.4 对比分析球形非金属和铝合金的抑爆性能 ... 24

6 非金属抑爆材料抑爆机理探索性分析 .... 27

6.1 器壁效应 .... 27

6.2 吸热效应 .... 27

7 结论 ... 29

8 致谢 ... 30

9 参考文献 31

1 引言 1.1 研究意义和应用前景近年来随着国民经济的发展，汽油、液化气、丙烷等易燃易爆液(气) 体在日常生产生活中应用越来越广泛。在生产、运输、存储及使用过程中，由于安全措施不当意外而经常引起燃烧和爆炸事故，往往造成重大的财产损失和人员伤亡。有人总结分析了加工工业主要爆炸事故类型，其中气体燃烧爆炸事故是最多的[1]。为此，防止燃烧爆炸特别是气体燃爆事故的发生的研究成为了近年来国内外研究中的热点问题。为了防止容器内易燃、易爆气体或粉尘的爆炸，以前采用的抑爆装置由检测初始爆炸的传感器和压力式灭火剂罐组成。这种装置在接受动作信号后，需在毫秒级时间里使灭火剂罐开启，并立即喷出全部灭火剂，因此结构比较复杂，价格十分昂贵，维护工作量较大。在使用时，还受灭火粉剂每秒几十米扩展速度的限制，当可燃气体的爆炸强度较高时，抑爆装置无法对爆炸进行有效的抑制。近年来在储罐、管道等储存、输送装置中填充抑爆材料，主动控制危险液（气）体意外燃爆的方法被更多企业所应用。抑爆材料可应用于燃料输送管道以及各种机动车辆的油箱、炼油厂的成品储油罐、液化石油气储罐、轻烃储罐中，同时还可以防止容器内静电的产生和积累。
1.2 管道内预混可燃气体的燃爆特性研究上面已经提到工业上最多的爆炸事故是气体燃烧爆炸事故，同时考虑到工业生产设备之间多为管道连接，因此燃烧和爆炸波在管道内的传播规律成为了研究重点之一。 Mercx W P M[2]等人对管道内火焰加速机理进行了系统研究。研究结果表明，管道内静止的预混可燃气体被一个弱点火源点燃后，首先形成一薄层层流火焰，然后产生的能量不断输送给邻近的冷混合气层。热量主要是由反应区的化学反应产生，然后反应所产生的热量通过传导和分子扩散传到预热区。在预热区，混合物被预热，这是预热区发生化学反应的先决条件，所以，热传导和扩散的分子传递现象组成了层流火焰前驱的基本传播机理[3]。得到了火焰加速的正反馈机理，其机理如图 1所示。湍流对火焰加速结果引起了学者大量的研究。如有 M. FAIRWEATHER，等人[4]对湍流预混火焰在圆柱形容器中的传播进行了研究，得出爆炸过程中的火焰位置、形状，流体速度和超压等数据解释了在不同容器腔室内发生的各种燃烧过程的动力学过程，特别是火焰传播通过管道，直到火焰前锋到管的出口时发现有显著湍流效应，并伴随了大幅超压；这种超压只产生在爆炸的后期，这是由于在剪切层和障碍物造成的紊流区发生了急速湍流燃烧。也有如周凯元等人[5]设置加速环对燃爆火焰在直管中加速运动的规律及影响因素进行了实验研究，包括爆燃火焰在光滑内壁管道中的传播状况、管道直径和点火能量的变化及障碍物对火焰加速的影响，得出以下结论：闭端点火比开端点火的火焰加速增大 5 倍以上，且管径越大加速越大；源]自{751^*论\文}网·www.751com.cn/ 点火能量的影响仅限于火焰的传播初期；障碍物对燃爆火焰的加速影响很大。障碍物对火焰传播影响的实验研究也是近年来国外很多学者的主要研究方向。Ibrahim 等人[6]综合研究了障碍物尺寸、阻塞率和泄放压力对预混火焰燃爆过程超压的影响，实验设置的是单层的障碍物，形状包括圆柱形、三角形、方形、菱形和平板形，阻塞率从10%～75%，从中发现，障碍物几何形状和阻塞率不同，火焰形状和传播速度就不同。叶经方等人[7]进行了甲烷-空气预混火焰越过不同形状障碍物的实验研究，获得以下结论：障碍物的上表面对诱导湍流具有十分重要的影响，而障碍物下游的回旋区会导致火焰的翻卷和弯曲，不同形状的障碍物对火焰稳定性的影响呈现的特点不同，但最终均能导致湍流燃烧和加速。在管道中的燃烧爆炸也有研究[3]，在管道中易燃混合气体一般燃烧会形成急速湍流燃烧产生显著的超压，火焰速度加快转爆轰，形成破坏性超压。所以为了避免爆炸事故造成的损失，抑制化学爆炸非常有必要的