管道瓦斯爆炸火焰的传播减速和扑灭方法探索

发布时间：2020-03-26 07:04

【摘要】：瓦斯爆炸作为危害矿山安全的主要灾害之一,常伴随着高温火焰对巷道设备的灼烧以及高压冲击波对巷道内存物的冲击,造成人员伤亡的同时也带来巨大的财产损失和不良的社会影响。如何较好地控制瓦斯爆炸,从根本上解决瓦斯爆炸对人员、设备造成的损害,是各国专家、学者不断研究的重要课题。本文探索如何实现爆炸火焰传播过程的减速、乃至扑灭,从而更有效地解决瓦斯爆炸危害问题。本文在实验室现有条件基础上,自主搭建小型爆炸平台。该平台由七大系统组成,包含管道系统、配气系统、压力与光电数据采集系统、高速摄像仪、点火系统、抑制剂充入系统以及挡板系统。按照实验过程中的工况要求对系统进行设计,采集记录实验所涉及的火焰传播过程、压力变化过程等有关数据。对平直管道内的瓦斯爆炸喷入N_2、R125(五氟乙烷)的实验中,与无抑制剂喷入的瓦斯爆炸过程相对比,喷入0-0.1MPa压力的N_2后,传播时间由352ms延长至365ms,最大火焰传播速度也由8.40467降低为8.23454m/s,降幅为2.02%。在N_2喷入压力上升至0.2-0.3MPa后,传播时间达到395ms,此时管内最大火焰传播速度降至7.6515m/s,降幅为8.96%。将R125喷入压力调大至0.3MPa后,火焰传播却需432ms,此时管内最大火焰传播速度为6.98151m/s,降幅达16.93%,即N_2、R125的喷入均能在一定程度上减缓瓦斯爆炸火焰传播,且R125效果略优于N_2效果。通过研究有、无侧向泄压对瓦斯爆炸传播影响发现,在爆炸火焰到达侧向泄压口前,两种工况下的爆炸火焰传播速度相差不大,且侧向泄压口处的火焰传播速度最大。火焰穿过侧向泄压口位置后,侧向泄压下的火焰传播速度由最大值4.12651m/s降低至0.51064m/s,降幅达87.63%,并在之后过程中始终保持低速传播,致使从侧向泄压口至管道左端距离,有侧向泄压的火焰传播用时是无侧向泄压条件下火焰传播用时的7.81倍之多。除此之外,侧向泄压口的设置能在不影响各峰值形成时间的基础上,使第二超压峰值大小从5.83kPa降低至2.06kPa,降幅达64.33%,第三峰值压力大小从5.73kPa降低至1.338kPa,减少了76.65%,其效果远好于平直管道内N_2、R125的喷入效果,即侧向泄压能够大幅减速瓦斯爆炸传播。在研究侧向泄压下挡板对瓦斯爆炸影响后得出,与无挡板时火焰传播的842ms相对比,60°挡板时火焰传播需773ms,30°条件下需839ms,即挡板设置加速了管内火焰传播,角度越大挡板的加速效果越明显,但以挡板和管壁连接点(距点火源1.2m处)为界限,在此之前的火焰传播速度为长板中板小板,在此之后变更为小板中板长板。不仅如此,挡板的设置与平直管道形成凹凸壁面,在其影响下对压力变化产生干扰出现第四超压峰值,该峰值随着挡板角度的增大而增大,而到达时间缩短。但无论挡板角度如何改变,都无法阻止瓦斯爆炸沿管道继续传播。爆炸发生后,在侧向泄压口下游设置双喷头喷入N_2,当N_2喷入压力为0-0.1MPa时,瓦斯爆炸火焰传播时间为532ms,与无N_2喷入的842ms相比,少量气体的喷入反而加速了管道后方爆炸的传播。随着N_2喷入压力的逐渐增大,N_2对整个断面预混气的充分稀释速度加快,在0.1-0.2MPa的N_2喷入压力下,瓦斯爆炸火焰沿管道的传播已经被阻止,被挡于右端喷头位置,继续加大N_2喷入压力至0.2-0.3MPa,爆炸火焰传播受阻效果更加明显,从侧向泄压口开始便不能观测到明显火焰,瓦斯爆炸沿管道的传播被阻止,后方瓦斯爆炸传播被扑灭。但在无侧向泄压条件下,即使N_2喷入压力为0.2-0.3MPa,瓦斯爆炸火焰依旧沿管道快速传播,完成管内传播仅需395ms。因此,只有对瓦斯爆炸火焰传播大幅减速后,在合适的喷入压力下,才能在足够时间内形成“断面”,实现瓦斯爆炸的扑灭。
【图文】：

实验系统

管道瓦斯爆炸火焰的传播减速和扑灭方法探索

质量流量计和空压机Fig.2-3Massflowcontrollerandaircompressor
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712.7

【参考文献】