涂料生产行业RTO设备典型爆炸及泄爆过程模拟

发布时间：2021-06-08 19:11

　　采用Fluent软件建立典型的物理模型及数值模型来模拟RTO燃烧室发生苯气体爆炸事故及其泄爆过程。结果表明:点火源设置在RTO底部且泄爆口设置在顶部时,更有利于保证RTO设备的系统安全。泄爆口开启后,燃烧室内的压力会在20 ms内达到常压,泄爆过程普遍存在二次峰值现象。燃烧室爆炸过程中燃烧室内达到压力峰值的时间随初始温度的升高而缩短,最大爆炸压力随温度升高而减小;燃烧室内达到的爆炸压力峰值随苯蒸气-空气初始化学计量比的增大呈现先增大后减小趋势,在化学计量比为1.4时,爆炸压力峰值最大。 

【文章来源】：安全与环境学报. 2020,20(04)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

物理模型示意图

图2为不同点火位置、泄爆位置时燃烧室内监测点处最大爆炸压力随时间的变化情况。由图2(a)可知，初始阶段，燃烧室内点火后发生层流燃烧，燃烧火焰扩展缓慢，使得燃烧室内压力增加较为平缓，气体压缩不明显。随着火焰区的增大，反应速率加快，生成的大量热量在局部积累，使得反应由燃烧向燃爆快速转换，室内压力迅速升高并达到峰值。点火源位于点火位置1时，火焰传播速度更快，室内气体爆炸达到的最大爆炸压力高于其位于点火位置2时的峰值。由图2(b)可知，设置泄爆口可以大范围降低燃烧室内的最大爆炸压力，使得燃烧室内的峰值控制在0.2 MPa以下。对点火源1，泄爆口1处泄爆口开启后监测点处的压力迅速降低，之后发生压力回升现象，整个过程持续的时间很短。这是因为点火源在底部点火后，高压气体聚集在燃烧室的顶部，当顶部泄爆口开启后，室内高压气体迅速涌出，监测点处压力降低，之后周围的高压气体补入，使得监测点的压力升高。泄爆口位置位于泄爆口2时，不同点火位置处，监测点处的压力有较大波动，呈交替下降的趋势，这主要是因为泄爆时高温混合气体向燃烧室侧面移动的过程中发生二次燃爆，二次燃爆对泄爆过程起到了一定的阻滞作用。对点火源2，泄爆口1处，泄爆口开启后，压力呈现下降的趋势。

图3给出了常温常压条件下燃烧室设置不同点火位置和泄爆位置时不同时刻的温度分布情况。由温度的分布图可以看出，苯蒸气-空气混合气体被点燃后，燃烧反应随时间的增长向四周逐渐蔓延，火焰区域逐渐增大。燃烧室内主要区域为已燃区和未燃区及火焰锋面(已燃及未燃区域交接面)。混合气体在点燃后产生大量的爆炸产物，同时区域温度升高，高温气流使得爆炸后的产物向周围膨胀，这个过程中爆炸冲击波不断增强，速度加快，使得冲击波与爆炸产物断离。断离后的冲击波借助动能，继续传播。由于冲击波的传播速度比温度的传播速度快，高压气体会率先充满整个燃烧室。从图3和图2(b)可以看出，泄爆口开启后，由于室内外存在较大的压强差，高温高压气体会逐步向泄爆口方向移动，燃烧室外会有高温火焰喷出，泄爆进行一段时间后，燃烧室内的气体仍处于高温状态，因此泄爆口开启后，燃烧室的高温气体是造成事故伤害的主要原因。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
[1]窨井内受限空间可燃气体爆炸特性研究[D]. 郭丹彤.首都经济贸易大学 2017
[2]管道内预混可燃气体爆炸及其泄爆的数值模拟[D]. 师峥.中北大学 2017
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本文编号：3219033