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工业粉尘云爆炸下限的实验研究汽车护理冷压端子清洗剂美式喉箍铝矾土Frc

发布时间:2023-12-19 00:22:23 阅读: 来源:牙粉厂家
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工业粉尘云爆炸下限的实验研究

近年来,虽然粉尘爆炸的事故已大为减少,但在采矿和工业中粉尘的意外爆炸仍相当频繁。正确评估粉尘爆炸危险并减小这种危险性是非常重要的。描述粉尘爆炸特性的一个重要参数是最小爆炸浓度,从安全角度来说,可燃粉尘的最小爆炸下限浓度对实际生产过程是非常重要的。近年来,国际电工委员会(IEC)和国际标准化组织(ISO)己建立了许多标准测试方法[1]。影响粉尘爆炸下限浓度的因素很多,由于测试是在密闭装置中进行,因此利用爆炸压力判定爆炸下限浓度是一种非常重要方法。Siwek[2]在20L球形装置中对可燃粉尘进行了系统研究,这套实验装置的原理与ISO 认可的1m3装置相同,现在也已被IEC 定为国际通用的测试装置。笔者发现爆炸下限浓度与化学点火具的选择和燃烧时间有关,就此提出一种简单直接的测试爆炸下限浓度方法。1 理论分析粉尘爆炸是悬浮粉尘颗粒的快速燃烧反应,粉尘火焰以一种独特的方式传播,其过程是己燃粉尘云以分子或紊流扩散传给未燃粉尘云并将其点燃,粉尘-空气混载带合物火焰初期强度特别如此传播依赖于粉尘-空气的比率。燃烧速度在某一浓度下最大,当粉尘-空气比率增大或缩小时,燃烧速度都降低即存在一个燃烧波持续传播或停滞的临界值,也就是通常所指的粉尘爆炸下限,其相对应的粉尘云浓度就是粉尘爆炸下限浓度。目前已经有金属喷头多种理论模型,但由于粉尘爆炸过程复杂,其火焰点火和燃烧波传播的机理仍在研究中,有关粉尘爆炸下限浓度的确定还依赖实验研究结果。运用20L球形爆炸装置测试爆炸下限浓度时,时间参数规定见图1。图1 爆炸压力与时间的关系燃烧持续时间t1:从点火时刻到最大压力值时的时间间隔。诱导时间t2:从点火时刻到压力曲线的切线与时间横轴交点之间的时间间隔。Pellmont[4]指出最小点火能量和燃烧时间存在关系,从压力与时间关系中可以得出最小点火能量。在评价粉尘爆炸特性时燃烧时间是一个参数。因此,爆炸下限浓度和燃烧时间的关系需要研究。根据火焰传播机理,当粉尘浓度低于爆炸下限浓度时,点火源只能点燃附近的粉尘颗粒。由于这一过程消耗热量,因此燃烧速率降低。当粉尘浓度高于某一值时,反应将产生足够热量,火焰可以继续传播。这样,爆炸下限浓度就表现出来,即浓度——燃烧时间曲线上对应最大时间的浓度值。2 实验装置和过程采用瑞士Adolf-Kunhner公司的20L球形爆炸装置,如图2所示。实验条件[5]如下:点火源采用化学点火具;点火能量为10kJ;点火头分别选用目前国内常用的黑火药和斯蒂芬酸铅点火头,点火药均选用ISO6184/1规定的药剂,即锆粉内试样孔为1:7圆锥面40%,硝酸钡30%,过氧传感器内部电阻应变片精度不高、固定应变片用的胶化钡30%。每个点火具中点火药重量为1.2g,每次实验用2个点火具。充气压力P=20×105Pa,预抽真空:0.6×105Pa。实验用粉尘是市售工业铝粉和煤粉,两种粉尘平均粒径5~10μm。图2 粉尘爆炸测试装置每次实验前,装置内和粉尘贮罐内都必须清理干净,并进行空白实验实验时浓度从10g/m3开始并以10g/m3的间隔逐渐递增,直至粉尘-空气混合物被点燃。3 实验结果表1是实验选用的2种化学点火具空白实验的实验结果。表1 不同药剂点火头对化学点火具的影响点火具种类Pex/105Pat1/mst2/ms黑火药点火头1.111060斯蒂芬酸铅头火头1.16010从以上实验结果可以看出,国际标准所选用的化学点火具,虽然选择不同的点火,头其在密闭容器中产生的爆炸压力基本卫生间相同,但由于起爆药爆燃速度不同,所产生的燃烧延续时间和诱导除垢设备时间有较大差异,根据国外大量实验研究结果和1m3装置测试结果[5],在20L装置中当燃烧时间在60ms左右其测试结果具有可比性[6~7]。通过以上研究,采用斯蒂芬酸铅点火头制得的点火具符合实验要求。图3是煤粉的浓度——燃烧时间曲线。t1随浓度增加而增加,当浓度达到40g/m3时,t1最大,然后随着浓度增加,t1降低,即在浓度为40g/m3t1存在极值,对实验用煤粉来说爆炸下限浓度为40g/m3。铝粉的实验结果如图4所示。对于铝粉浓度为70g/m3时燃烧时间t1最大。图3 煤粉粉尘爆炸浓度与燃烧时间关系

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