LDPE粉尘爆炸特性及惰化研究

发布时间：2020-08-09 14:40

【摘要】：作为聚乙烯产品的主要类型之一,低密度聚乙烯(Low-density polyethylene,LDPE)粉体具有可燃性,在气力输送管道、料仓等相关工艺和装置中易与空气混合形成粉尘云,诱发粉尘爆炸事故。LDPE粉尘爆炸特征参数及惰化安全参数存在较大缺失,制约了此类生产工艺的精细化安全设计与事故防控。为此选取典型工业级LDPE粉体作为对象,通过实验手段研究了LDPE粉尘爆炸特征参数的定量分布规律,对比研究了典型惰性气体对LDPE粉尘爆炸的惰化效应,并进一步探索了LDPE粉尘云在管道内的火焰传播特性。首先,借助粉尘云最小着火能量试验装置、粉尘云最低着火温度试验装置等标准检测装置,从爆炸风险的敏感性和严重性两个角度,全面研究了粉尘云最大爆炸压力、最大压力上升速率、爆炸指数、爆炸下限浓度、最小着火能量、最低着火温度等系列爆炸特征参数的分布特性,考查了粉尘粒度分布、粉尘云浓度对特征参数的定量影响规律,并从安全评价、风险评估等工程应用的角度出发建立了基于中位粒径分布的特征参数定量预测模型。其次,选取N_2、CO_2为典型惰化介质开展对LDPE粉尘的惰化研究,通过与空气进行不同配比的混合,研究最危险爆炸浓度条件下两种惰化介质对不同粒径LDPE粉尘爆炸的惰化效果,得到粉尘云最大爆炸压力、最大压力上升速率随空气中O_2含量、粉尘粒径的变化规律;给出不同粒度LDPE在两种惰化介质中对应的极限氧含量;比较N_2和CO_2对LDPE粉尘爆炸的惰化作用,发现相同粒度时,CO_2对应的LDPE粉尘爆炸极限氧含量均高于氮气,从可逆反应、三元碰撞理论、链式反应、TG-DSC热重分析等多角度辅助分析,证实了CO_2对LDPE粉尘爆炸的惰化效果更佳。再次,采用自主设计的长管式粉尘爆炸实验装置辅以高速摄像技术,研究了管道内局部粉尘云的火焰传播特性,揭示了LDPE粉尘最大瞬时火焰速度和平均火焰速度与粉尘云浓度、粒径和粉尘云分布范围的关系,同时分析得到了火焰细观结构随以上因素的分布特性。
【学位授予单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ325.12;X932
【图文】：

粉尘爆炸,爆炸指数,上升速率,特征分类

第一章绪论表1-1 PE 粉尘爆炸特征参数表Table 1-1 Characteristics parameters of polyethylene dust explosion粉尘名称粉尘中位粒径/μm粉尘层最低着火温度/℃粉尘云最低着火温度/℃最小着火能量/mJ粉尘云爆炸下限浓度/g·m-3最大爆炸压力/MPa最大压力上升速率/MPa·s-1文献[15] PE 30~50 熔融 410 - 26~35 - -文献[16] PE 136 - 480 500 60 - -文献[17]HDPE - - 390 10 20 0.598 51.70LDPE - - 410 30 20 0.588 27.60文献[18] PE - - - 10 - - -文献[19] PE 10~30文献[20] PE 0.570 37.17粉尘云最小着火能量MIE

控制箱,面板,结构示意图,设备

电磁阀的开启及关闭、调整点火延迟时间。数据采集输装置和计算机等组成，压力传感器置于爆炸罐内-0.1~2MPa，采样时间间隔为 0.2ms，当罐内压力发传感器接收并传输至计算机进行数据采集，随后经计最大压力上升速率。 LDPE 样品置于 50℃的恒温干燥箱中干燥 12h，确件一致。在电子天平上称取一定质量的 LDPE 粉尘样入粉尘仓底部。为确保喷粉后爆炸罐内初始压力为标炸产生的增压，按照公式（2-1）确定粉尘仓充压值如表 2-2 所示。按照表 2-2 参数，先后进行对爆炸罐作，启动试验。根据爆炸罐体积（12L）和装填的粉云浓度。分别研究五种粒径的 LDPE 样品粉尘爆炸严的变换规律，进而得到五种样品的最危险爆炸浓度以征参数与粒径的定量关系。

示意图,着火能量,粉尘云,试验装置

尘云最小着火能量试验装置示意图r testing minimum ignition energy of dust clouda，点火电极间距为 3mm，点火延迟时间为 60ms尘，启动实验。粉尘质量梯度设定为 0.5g、1g、1.L，换算作粉尘云浓度梯度为 417g m-3、833g m标准《粉尘云最小着火能量测定方法》GB/T 1粉尘云浓度条件下，用一个足以将粉尘云引燃然后按 10mJ 的步长逐级降低火花能量值，直到未出现着火为止。本文取该能量值+10mJ 作为定粉尘云浓度梯度条件下的最小着火能量。浓度梯度为 417g m-3、833g m-3、1250g m-3、1667

【参考文献】