不同磁性金属丝对丙烷爆炸反应抑制机理研究
发布时间：2021-03-07 10:57
为探究不同材质金属丝自身磁性差异对抑制气体爆炸的影响,在密闭圆形管道中进行丙烷-空气爆炸实验,采取爆炸瞬态压力测试、产物组成色谱检测和数值模拟机理分析相结合的方法进行探究。结果表明:与填装非磁性铝丝组相比,铁磁性铁丝组爆炸压力峰值更低;产物中一氧化碳和二氧化碳含量减少,残余丙烷和生成烃类物质种类和含量均增多;模拟分析得到温度敏感性基元反应R96,R1,R334,R276,R396,R254促进温度升高,R104,R409,R19,R358抑制温度升高;铁磁性的铁丝可能由于自身的感应磁场效应使其抑制自由基反应较铝丝更为有效。研究方法将产物分析与数值模拟相结合,对分析爆炸特性和抑爆机理具有参考意义。
【文章来源】：中国安全生产科学技术. 2020,16(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
密闭系统气体爆炸实验装置示意
填装面积密度为18 161 m2/m3铁磁性的铁丝和非磁性的铝丝后,利用传感器监测爆炸瞬态压力变化情况,得到填充不同金属丝材料下5%丙烷爆炸瞬态压力曲线,如图2所示。由图2可知,点火后,管道内压力呈现不断上升的趋势,压力曲线中第1次出现的压力峰值为爆炸冲击波抵达传感器时所致,到达第1次压力峰值后,压力开始降低;填装不同性质的金属丝材料,不同位置传感器所测得压力曲线中压力峰值明显不同,填装铁磁性的铁丝爆炸压力初始峰值低于非磁性的铝丝,且均低于空白组,达到初始爆炸压力峰值后爆炸压力开始减少,直至反射波重新作用于传感器后压力开始增加。由图2(a)可知,空白组爆炸压力经过传感器后压力开始下降。3个传感器爆炸压力峰值分别为33,298,377 kPa,达到Pmax所用时间为104.925 ms,压力上升速率为3.59 kPa/ms;由图2(b)可知,填装非磁性的铝丝后,3个传感器爆炸压力峰值分别为21,112,123 kPa,达到Pmax所用时间49.730 ms,压力上升速率为2.47 kPa/ms,压力峰值和压力上升速率低于空管道;由图2(c)可知,填装铁磁性的铁丝后,3个传感器爆炸压力峰值分别为23,32,31 kPa,达到Pmax所用时间31.538 ms,压力上升速率为0.98 kPa/ms,压力峰值更低,压力上升速率更缓慢。填装金属丝材料后,爆炸压力峰值和压力上升速率较空白组均大幅降低,铁磁性的铁丝材料效果优于非磁性的铝丝材料,爆炸得到有效抑制。不同填装材料下5%丙烷爆炸不同位置传感器压力峰值如图3和表1所示。
由图3和表1可知,在不同材料下1号传感器压力较为接近,填装材料后压力峰值仍较低。空白组丙烷爆炸压力峰值表明,1,2号传感器之间爆炸压力峰值相差265 kPa,2,3号传感器之间爆炸压力峰值相差79 kPa。填装非磁性的铝丝材料后,1,2号传感器之间爆炸压力峰值相差91 kPa,2,3号传感器之间爆炸压力峰值相差11 kPa,均低于空白组,相同位置传感器压力峰值降低,压力传播受到抑制。填装铁磁性铁丝材料后,1,2号传感器之间爆炸压力峰值相差9 kPa,2,3号传感器之间爆炸压力峰值相差-1 kPa,远低于空白组和填装铝丝组,相同位置传感器间压力降低值更大。同时填装铁磁性铁丝组相较铝丝组和空白组的3号传感器爆炸压力峰值分别降低67.4%和91.8%。不同材料下压力差值和压力峰值降低率表明,在爆炸传播的过程中,金属丝的抑爆效果越好,相同位置传感器压力越低,不同位置传感器之间的压力峰值差值越小。填装金属丝材料可达到抑爆效果,铁磁性的铁丝抑爆效果较非磁性的铝丝更加有效。表1 不同填装材料5%丙烷爆炸不同位置传感器压力峰值及对比情况Table 1 Peak pressures and comparison of sensors at different locations for 5% propane explosion with different filling materials kPa 组别 1号传感器 2号传感器 3号传感器 压力均值 1,2号传感器差值 2,3号传感器差值 空白组 33 298 377 236 265 79 铝丝组 21 112 123 85 91 11 铁丝组 23 32 31 29 9 -1
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属网对瓦斯爆炸抑制作用的实验研究[J]. 童宇,刘天生. 中北大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]原油管道氮气抑爆实验研究[J]. 高建丰,何笑冬,周韶彤. 中国安全生产科学技术. 2018(09)
[3]甲烷/空气混合气体爆炸基元反应特征及能量分析[J]. 杨春丽,刘艳,李祥春. 煤矿安全. 2018(05)
[4]丝网结构对容器管道开口系统气体爆炸的影响[J]. 崔洋洋,王志荣,钱承锦,郑杨艳. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2017(01)
[5]甲烷爆炸感应期内火焰光谱特征分析方法研究[J]. 刘奎,李孝斌,郑丹. 光谱学与光谱分析. 2015(08)
[6]磁场强度对层流预混火焰燃烧过程中NOx生成特性的影响[J]. 陈伟鹏,朱秉森,李保卫,武文斐. 热能动力工程. 2014(03)
[7]HAN阻隔防爆技术研究进展[J]. 高建村,庞磊,孟倩倩. 中国安全科学学报. 2013(08)
[8]天然气、液化石油气爆炸后气体产物成分对比[J]. 冯莉莉,宋文华,范子琳,鲁志宝. 消防科学与技术. 2013(06)
[9]磁场对瓦斯爆炸及其传播的影响[J]. 叶青,林柏泉,菅从光,贾真真. 爆炸与冲击. 2011(02)
[10]封闭空间瓦斯爆炸过程的反应动力学分析[J]. 梁运涛. 中国矿业大学学报. 2010(02)
本文编号：3068958
【文章来源】：中国安全生产科学技术. 2020,16(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
密闭系统气体爆炸实验装置示意
填装面积密度为18 161 m2/m3铁磁性的铁丝和非磁性的铝丝后,利用传感器监测爆炸瞬态压力变化情况,得到填充不同金属丝材料下5%丙烷爆炸瞬态压力曲线,如图2所示。由图2可知,点火后,管道内压力呈现不断上升的趋势,压力曲线中第1次出现的压力峰值为爆炸冲击波抵达传感器时所致,到达第1次压力峰值后,压力开始降低;填装不同性质的金属丝材料,不同位置传感器所测得压力曲线中压力峰值明显不同,填装铁磁性的铁丝爆炸压力初始峰值低于非磁性的铝丝,且均低于空白组,达到初始爆炸压力峰值后爆炸压力开始减少,直至反射波重新作用于传感器后压力开始增加。由图2(a)可知,空白组爆炸压力经过传感器后压力开始下降。3个传感器爆炸压力峰值分别为33,298,377 kPa,达到Pmax所用时间为104.925 ms,压力上升速率为3.59 kPa/ms;由图2(b)可知,填装非磁性的铝丝后,3个传感器爆炸压力峰值分别为21,112,123 kPa,达到Pmax所用时间49.730 ms,压力上升速率为2.47 kPa/ms,压力峰值和压力上升速率低于空管道;由图2(c)可知,填装铁磁性的铁丝后,3个传感器爆炸压力峰值分别为23,32,31 kPa,达到Pmax所用时间31.538 ms,压力上升速率为0.98 kPa/ms,压力峰值更低,压力上升速率更缓慢。填装金属丝材料后,爆炸压力峰值和压力上升速率较空白组均大幅降低,铁磁性的铁丝材料效果优于非磁性的铝丝材料,爆炸得到有效抑制。不同填装材料下5%丙烷爆炸不同位置传感器压力峰值如图3和表1所示。
由图3和表1可知,在不同材料下1号传感器压力较为接近,填装材料后压力峰值仍较低。空白组丙烷爆炸压力峰值表明,1,2号传感器之间爆炸压力峰值相差265 kPa,2,3号传感器之间爆炸压力峰值相差79 kPa。填装非磁性的铝丝材料后,1,2号传感器之间爆炸压力峰值相差91 kPa,2,3号传感器之间爆炸压力峰值相差11 kPa,均低于空白组,相同位置传感器压力峰值降低,压力传播受到抑制。填装铁磁性铁丝材料后,1,2号传感器之间爆炸压力峰值相差9 kPa,2,3号传感器之间爆炸压力峰值相差-1 kPa,远低于空白组和填装铝丝组,相同位置传感器间压力降低值更大。同时填装铁磁性铁丝组相较铝丝组和空白组的3号传感器爆炸压力峰值分别降低67.4%和91.8%。不同材料下压力差值和压力峰值降低率表明,在爆炸传播的过程中,金属丝的抑爆效果越好,相同位置传感器压力越低,不同位置传感器之间的压力峰值差值越小。填装金属丝材料可达到抑爆效果,铁磁性的铁丝抑爆效果较非磁性的铝丝更加有效。表1 不同填装材料5%丙烷爆炸不同位置传感器压力峰值及对比情况Table 1 Peak pressures and comparison of sensors at different locations for 5% propane explosion with different filling materials kPa 组别 1号传感器 2号传感器 3号传感器 压力均值 1,2号传感器差值 2,3号传感器差值 空白组 33 298 377 236 265 79 铝丝组 21 112 123 85 91 11 铁丝组 23 32 31 29 9 -1
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属网对瓦斯爆炸抑制作用的实验研究[J]. 童宇,刘天生. 中北大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]原油管道氮气抑爆实验研究[J]. 高建丰,何笑冬,周韶彤. 中国安全生产科学技术. 2018(09)
[3]甲烷/空气混合气体爆炸基元反应特征及能量分析[J]. 杨春丽,刘艳,李祥春. 煤矿安全. 2018(05)
[4]丝网结构对容器管道开口系统气体爆炸的影响[J]. 崔洋洋,王志荣,钱承锦,郑杨艳. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2017(01)
[5]甲烷爆炸感应期内火焰光谱特征分析方法研究[J]. 刘奎,李孝斌,郑丹. 光谱学与光谱分析. 2015(08)
[6]磁场强度对层流预混火焰燃烧过程中NOx生成特性的影响[J]. 陈伟鹏,朱秉森,李保卫,武文斐. 热能动力工程. 2014(03)
[7]HAN阻隔防爆技术研究进展[J]. 高建村,庞磊,孟倩倩. 中国安全科学学报. 2013(08)
[8]天然气、液化石油气爆炸后气体产物成分对比[J]. 冯莉莉,宋文华,范子琳,鲁志宝. 消防科学与技术. 2013(06)
[9]磁场对瓦斯爆炸及其传播的影响[J]. 叶青,林柏泉,菅从光,贾真真. 爆炸与冲击. 2011(02)
[10]封闭空间瓦斯爆炸过程的反应动力学分析[J]. 梁运涛. 中国矿业大学学报. 2010(02)
本文编号：3068958
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