除尘器爆炸沿泄爆面与除尘管道的耦合传播规律

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除尘系统是工业粉尘爆炸事故的初始高发区域。除尘器主体爆炸灾害通常经泄爆面释放至除尘器外部,同时沿进风管道向工艺上游传播。爆炸灾害沿除尘管道与泄爆面的双向传播很可能存在相互作用,加剧除尘系统爆炸致灾过程的复杂性,制约爆炸灾害的科学评估和精准防治。基于此,本文借助计算流体动力学技术,系统研究了典型除尘系统爆炸灾害演化全过程,剖析了泄爆面尺寸、泄爆面静开启压力、除尘管道内径、粉尘云浓度等因素对除尘器主体、除尘管道、泄爆口外部三个关联区域爆炸灾害的定量影响,阐释了爆炸灾害沿泄爆面与除尘管道的耦合传播机制。主要研究结论如下。(1)泄爆面与除尘管道耦合影响下除尘器内部泄爆超压特征爆炸灾害沿泄爆面和除尘管道的双向传播过程存在相互作用,诱发除尘器内部泄爆超压随时间呈现“三峰”特征。第一超压峰值由泄爆面开启所引发的首次泄爆所致,近似等于泄爆面静开启压力,受其他因素影响不明显,该峰值在泄爆面尺寸、静开启压力较大且除尘管道内径、粉尘云浓度较小时可演变为最大泄爆超压。第二超压峰值由泄爆面开启后除尘器内部持续燃烧及除尘管道灾害传播所致,与管道内径、粉尘云浓度呈正相关,该峰值在除尘管道内径、粉尘云浓度较大且泄爆面尺寸较小时可演变为最大泄爆超压。第三超压峰值相对较小,由除尘器内进一步持续燃烧形成,与除尘管道内径、粉尘云浓度分别呈负相关和正相关。(2)泄爆面诱导下爆炸灾害沿除尘管道的传播规律泄爆面开启泄爆对除尘管道灾害传播过程存在显著影响,主要体现为泄爆面外部二次爆炸反作用于除尘器内部,阻碍爆炸能量沿泄爆口持续释放,进而潜在加剧除尘管道内超压提升和火焰加速。除尘管道内最大爆炸超压、瞬时火焰传播速度与泄爆面静开启压力、泄爆面尺寸分别呈正相关和负相关。除尘器内部未燃粉尘进入除尘管道并引发二次爆炸,二次爆炸强度与管道内径呈正相关关系。(3)除尘管道诱导下泄爆面外部灾害传播规律爆炸灾害沿除尘管道传播形成压力堆积,累积压力反作用于除尘器内部,加剧泄爆灾害的复杂性。泄爆面外部灾害主要体现为爆炸超压、高温火焰和高速气流。外部超压总体呈现为湍流振荡峰群形式,超压峰值沿传播距离逐渐衰减。火焰从泄爆面射流而出,外部最大火焰传播距离可达8~12 m。泄爆形成的动压引发泄爆面外部高速气流,最大风速可达143.8~494.5 m/s,等同于4~15倍飓风。泄爆面外部最大爆炸超压、最大风速、最大火焰传播距离分别与除尘管道内径呈正向抛物线、正相关和负相关关系。
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