萘酐粉尘/空气混合物惰化防爆研究

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作为染料等有机合成工业的重要原材料之一,萘酐在生产、应用等环节中的粉尘爆炸事故时有发生,因而,结合生产实际,在对其爆炸特性进行定量化研究的基础上,探索有效的防控技术措施,对于保障相关行业的安全生产具有重要的现实意义。鉴于此,本文在标准的1.2L Hartmann爆炸实验装置中系统地研究了在不同影响因素(萘酐粉尘浓度、点火能量、氧含量等)下1.8萘二甲酸酐粉尘的爆炸特性参数,包括爆炸下限、最大爆炸压力、最小着火能量、极限氧含量等。此外,还在自主设计的垂直矩形管道内分别就粉尘浓度、惰性气体种类及添加量对萘酐粉尘/空气混合物爆炸火焰的传播进行了探究,并从整体和局部两个方面,分析了惰性气体对萘酐粉尘/空气混合物的惰化及防爆机理,为涉及可燃粉尘/空气混合物的工业生产过程提供了详实可靠的数据和惰化防爆技术基础。主要的结论如下:(1)在1.2L Hartmann爆炸实验装置和方形管道内分别研究了萘酐粉尘的爆炸特性和火焰传播规律。实验测得萘酐粉尘的爆炸最危险浓度为800g/m~3,最大爆炸压力为0.61MPa,爆炸下限为50g/m~3,最易着火浓度为200g/m~3,极限氧含量(最大允许含氧量)为11%。实验发现,萘酐粉尘的爆炸火焰经历了先加速纵向传播,再减速向上传播,最终到达管道装置顶部的过程。爆炸火焰结构随粉尘浓度的增加而逐渐清晰、完整。(2)实验研究了惰性气体添加量对萘酐粉尘/空气混合物爆炸强度及火焰传播进程的影响。结果表明,爆炸压力峰值和压力上升速率峰值均随着惰性气体添加量的增加而降低,到达其相应压力峰值的时间总体上也有所推迟;爆炸火焰传播至所标识位置和到达传播速度峰值所需的时间均随惰性气体添加量的增加而延长,其相应的火焰传播速度峰值也有着不同幅度的减小。(3)实验研究了惰性气体种类对萘酐粉尘/空气混合物爆炸强度及火焰传播进程的影响。结果表明,3类惰性气体对萘酐粉尘爆炸的惰化效果为:CO2>CO2+N2>N2,主要表现为:萘酐粉尘的爆炸下限和最小着火能量均随着混合气中氧含量的降低而不断增大。当添加CO2作为惰性气体时,其增大的幅度明显高于氮气和混合气体,而对以爆炸压力峰值为代表的爆炸特性参数的降幅则更明显。其着火感应期明显比预混相同体积分数的其他惰性气体时更长,即添加了二氧化碳气体对萘酐粉尘的惰化作用更优。(4)实验发现,萘酐粉尘云初始被点燃的位置是随机的。在空气环境下点火后,点火源附近的萘酐粉尘小颗粒先受热并快速分解,产生可燃气态热解产物并与氧气混合发生爆燃,再加速预热分解其余萘酐粉尘颗粒,而使爆炸火焰连续传播。火焰很少被分离,其生长形状在传播过程中一直是连续的,而当氮气作为惰性气体加入时,着火感应期延长,火焰形态随氮气添加量的增加而更紊乱、离散。当添加CO2作为惰性气体而使氧含量降低后,即使未能有效惰化萘酐粉尘,其对于阻止爆炸火焰蔓延、降低爆炸的危害仍具有一定的积极作用。
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