极高温条件下瓦斯爆炸极限变化规律研究

发布时间：2020-03-12 18:57

【摘要】：在煤矿生产过程中,煤炭自燃、二次爆炸等都极易导致高温环境,为研究极高温条件下瓦斯爆炸极限的变化规律,利用1 L极高温气体爆炸特性测试系统对瓦斯在25、100、200、300、400℃初始温度条件下的爆炸极限进行了实验研究。结果表明:在25~400℃范围内,瓦斯爆炸极限与初始温度大致呈线性关系,且初始温度由25℃升高到400℃时,瓦斯爆炸上限升高了7.7个百分点,爆炸下限下降了1.53个百分点;随初始温度升高,瓦斯爆炸范围增大,爆炸危险性增大。研究得出的结论为预防煤矿极高温条件下瓦斯爆炸事故提供了理论基础。
【图文】：

原理图,爆炸特性,极高,测试系统

升高5%～7%以上作为爆炸的判定依据［3］。前2种方法都是通过观察火焰情况来判断发生爆炸与否，从而计算得出爆炸极限;后2种方法都是通过测定点火前后压力变化情况来判断发生爆炸与否，从而确定爆炸极限。2实验系统与方法2．1实验系统实验采用自行研制的1L极高温气体爆炸特性测试系统进行，该实验系统主要由1L爆炸罐体、加热系统、配气系统、点火系统、控制系统和数据采集系统组成，其原理图如图1。该装置类似于美国材料与试验协会E918－83中的实验装置，且可用于测试极高温条件下易燃易爆气体的爆炸特性。图11L极高温气体爆炸特性测试系统原理图加热系统由加热器、保温层、温度传感器组成，实验时预设一目标温度，加热器便开始加热，通过温度传感器实时监测爆炸罐体内温度，等罐体内温度达到目标温度时，控制系统便控制加热器停止加热;配气系统由高压气体、压力传感器、进样电磁阀组成，实验采用气体体积分压的方式进行配气，压力传感器实时监测爆炸罐体内气体压力，控制系统通过控制进样电磁阀实施配气。2．2实验方法实验测试时先对实验系统进行总体检查，确保各连接部位完好且无漏气现象。通过控制系统和加热系统将罐体内温度升高到预设标准，用真空泵将爆炸罐体抽至真空度为0．005MPa，然后将一定压力的瓦斯和空气分别充入爆炸罐体内，待气体混合均匀并充分预热后，，开启点火系统引燃混合气体，同时，计算机采集系统接收实验数据。参照美国材料与试验协会标准判断爆炸发生与否，即爆炸后压力超过原来压力7%以上为发生爆炸的判据。2．3环境条件实验是在标准大气压(0．101MPa)条件下进行的，实验室环境温度在16～30℃之间，实验室环境相对湿度在60%～90%ＲH之间。爆炸前罐体内混合气体处于静止无湍流状态，?

变化图,爆炸压力,采样时间,变化图

3．2高温条件下爆炸极限结果分析采用1L极高温气体爆炸特性测试系统，对瓦斯在初始温度为25、100、200、300、400℃时的爆炸极限进行了测定。25℃时，不同浓度瓦斯爆炸压力随采样时间的变化情况如图2。图2爆炸压力随采样时间变化图由图2可见，点燃点火药头时的最大爆炸压力为0．018MPa，瓦斯浓度为17．2%时的最大爆炸压力为0．025MPa，因此，判定25℃时，瓦斯的爆炸上限为17．2%。以此类推，可以测出其它各温度测点的爆炸极限。瓦斯爆炸上限和爆炸下限随初始温度的变化情况图如图3、图4。图3瓦斯爆炸上限随初始温度变化情况图4瓦斯爆炸下限随初始温度变化情况由图3、图4可以看出，在初始温度为25～400℃范围内，瓦斯爆炸极限与初始温度接近线性关系，并且在此范围内，瓦斯爆炸上限随着初始温度升高而升高，瓦斯爆炸下限随着初始温度升高而降低。初始温度由25℃升高到400℃时，瓦斯爆炸上限升高了7．7个百分点，瓦斯爆炸下限下降了1．53个百分点。将瓦斯爆炸极限与初始温度之间的关系进行拟合，得到如下所示一元线性回归方程:L=L0+CT(T－25)(1)式中:L为爆炸极限，%;L0为初始温度为25℃时的爆炸极限，%;CT为温度每升高1℃时爆炸极限的变化幅度，%/℃;T为初始温度，℃。式(1)中各参数取值以及相关系数Ｒ2的数值见表2。表2爆炸极限拟合公式中的参数L/%L0/%CT/(%·℃－1)Ｒ2爆炸上限17．3000．0210．998爆炸下限4．652－0．0040．996关于初始温度对瓦斯爆炸极限的影响，可以从反应动力学方面来进行讨论，阿累尼乌斯(SvanteAugustArrhenius)曾提出反应速率常数k与反应温度T之间有如下关系［10］:k=k0exp(－EαＲT)(2)式中:k为阿累尼乌斯反应速率常数，m3/(s

【参考文献】