abc干粉抑爆效能实验研究

abc干粉抑爆效能实验研究

内面包爆炸和顶板爆炸是工业生产领域爆炸事故的两种主要形式。当存在于有限的狭窄空间时，爆炸事件同时对环境产生了影响和热燃烧的双重破坏时。结果表明，抑制爆炸物的性质、粒度、质量浓度和射击方式是影响爆炸效果的重要因素。其中，对于不同的介质，我们可以研究不同的介质的爆炸效率。例如，惰性空气、水、棕榈油、化学粉和矿岩粉对爆炸有一定的抑制作用。懒惰的气体、水和矿岩粉依靠冷却和缓冲能力的物理机制来抑制爆炸，而代理化和化学干同时具有物理和化学双重抑爆机，因此可以更广泛地使用化学干。抑爆介质的有效性在于抑制初期爆炸,而初期爆炸的形式为爆燃,抑制爆燃及其向爆轰发展的关键在于减小火焰传播速度,最终扑灭爆炸火焰,抑制爆炸火焰传播,所以开展ABC(磷酸铵盐)干粉对爆燃传播的抑制研究具有工程应用价值.1碱土金属对磷酸二氢铵质量分数的影响ABC干粉是以磷酸二氢铵为主要原料,经硅化防潮处理制成的能够扑灭A类、B类和C类火灾的灭火剂.由于磷酸二氢铵在灭火过程中起主导作用,所以其质量分数越高,干粉的灭火效能越好.实验选用江西进贤消防化工实业有限公司生产的4种ABC干粉.ABC超细干粉的磷酸二氢铵质量分数为75%、90%以上的颗粒,粒径小于0.02mm;ABC90#、75#和50#分别代表磷酸二氢铵质量分数为90%、75%和50%的普通ABC干粉,这3种干粉的颗粒粒径指标为0.25～0.125mm(3±3%)、0.125～0.063mm(26±6%)、0.063～0.04mm(20±6%),0.04～0.02mm(≥50%).通过电子显微镜扫描图像(图1),证实了超细ABC干粉的粒径更小,均匀性更好.2实验系统抑爆实验系统构成如图2所示.系统由爆炸管道、配气装置、抑爆粉剂喷射装置和数据采集设备组成.2.1定容爆炸空间爆炸管道内径为488mm,由10节直管段和1节90°弯管段以外法兰方式连接而成,每节直管段长1.6m,管道两端以盲板密封,形成定容爆炸空间.90°弯管段一侧构成14.4m长的直管,爆炸管道照片如图3所示.爆炸管道配有弱点火和强点火两种引爆方式.弱点火引爆采用高压电火花,电点火器固定在爆炸管道一端的盲板中心位置;强点火引爆采用电雷管和黑火药(5g),悬于管道中轴线高度,与电点火器位置相同.2.2火炬总管内lpg检测配气装置主要由可燃气体储罐、流量计、可燃气体传感器和气体循环泵组成.选用液化石油气(LPG)作为营造爆炸环境的可燃气体,采用流量配气法缓慢地向爆炸管道注入LPG,并通过可燃气体传感器监测管道内LPG体积分数变化,可燃气体传感器为深圳华瑞祥科技有限公司生产的HR100L-GAS管道固定式可燃气体传感器.注气口设置在90°弯管段上,注气结束后,先循环30min以上保证管道内气体充分均匀混合.2.3储粉罐和对外孔口的抑爆云带抑爆粉剂喷射装置主要由空气压缩机、储粉罐和电磁阀组成.空气压缩机为抑爆粉剂喷射提供动力,实验时使用的喷射压力为2.0MPa.储粉罐用于盛装抑爆粉剂.电磁阀通过时间继电器控制开启和关闭,实现与点火器、数据采集仪的联动控制.抑爆粉剂喷射口设置在编号为4和5的传感器之间,粉剂迎着爆燃火焰传播方向喷射,能够在管道轴向方向上形成约1.6m的抑爆云带(图4).由于储罐容积的限制,实验中ABC干粉的用量为200g,所形成的1.6m抑爆云带范围内的干粉密度约为668.67g/m3.2.4工作电路组成测量设备主要包括压力传感器、火焰传感器和数据采集仪.压力传感器为宝鸡传感器研究所生产的CYG1145型压阻式压力传感器,量程0～1.0MPa.火焰传感器为自制设备,主要由光敏二极管、干电池(2节)、电阻、导线和钢制外壳组成,工作电路如图5所示.在没有光照时,采集的数据为2节干电池串联的电压值(3.0～3.3V);当受到光照时,光敏二极管形成光电流,其两端的电压急剧降低.由于光电流的大小与入射光强度成正比,所以入射光强度越大,光敏二极管越趋于导通状态,两端电压越接近0.数据采集设备为美国生产的DAQBOOK数据采集仪,装配台湾研华公司生产的PCL-816模块化数据采集卡,采集时间为0.1ms.压力传感器和火焰传感器对称布置在爆炸直管道中轴线高度的两侧.在90°弯管段一侧的直管段上各布置7个压力传感器(P1～P7)和7个火焰传感器(F1～F7),第一个压力和火焰传感器距点火端3.8m,传感器等距间隔1.6m.3结果与分析3.1最大压力和速度参数确定用体积分数表示的LPG空气混合物的爆炸极限为1.5%～9.5%.由于组分比例略有不同和使用条件的差别,最大爆炸威力对应的体积分数并不确定.通过对5种不同体积分数(4.15%、5.18%、6.22%、7.26%、8.3%)条件下的爆炸实验,每种体积分数下至少重复3次,以各测点最大压力Pmax的算术平均值和火焰传播速度作为判断爆炸威力的参数进行对比.火焰传播速度为各测点间的平均速度,计算式为v=1.6ti+1−ti‚i=1,2,⋯,7.v=1.6ti+1-ti‚i=1,2,⋯,7.式中:v为火焰传播速度,m/s;t为火焰传感器电压信号下降时刻,s.图6表明,在当前实验条件下,LPG体积分数为6.22%的预混气体爆炸的Pmax相对较高,火焰传播速度更快,爆炸威力较大.该实验值与文献中使用的6%接近.由此,以下的实验都使用体积分数为6.22%的预混气体.3.2操作条件影响火焰速度的影响在同等实验条件下,无抑爆实验和每种ABC干粉的抑爆实验至少重复3次,并以至少2次重复性好的实验结果作为有效数据.图7为弱点火条件下不同ABC干粉对爆燃火焰速度的抑制.图7中的阴影表示初始抑爆云带形成的位置和范围.ABC干粉在爆燃火焰抑制过程中,两者共同运动,持续发挥消焰作用,减小爆燃火焰的传播速度,所以与无抑爆实验数据相比,火焰阵面在通过抑爆云带后其运动速度仍有不同幅度的下降.相比而言,ABC超细干粉和ABC90#干粉对爆燃火焰速度的抑制效果更明显,而且二者的抑制作用起效快,作用条件下火焰速度的下降幅值都在25%以上.ABC75#干粉和ABC50#干粉也具有减小火焰传播速度的效果,但在抑制程度和起效时间方面都要低于ABC超细干粉和ABC90#干粉.图8为强点火条件下ABC超细干粉和ABC90#干粉对爆燃火焰速度的抑制.强点火条件下,爆燃火焰的速度更快,抑制的难度更大.数据表明,ABC超细干粉和ABC90#干粉对较高运动速度的爆燃火焰同样具有良好的减速作用,而且速度降低程度比弱点火条件下更明显.这可能是因为在强点火条件下的爆燃火焰能够形成较强的前驱冲击波,对未燃气体产生显著的压缩扰动,抑爆云带的覆盖范围缩小了,而抑爆云带内的ABC干粉密度增加了,消焰作用得到强化,获得了更好的抑制效果.4不同粒径和磷酸二氢铵质量分数的abc干法对爆燃火焰传播速度的影响通过对4种ABC干粉抑制爆燃火焰传播的实验研究,得出以下结论:1)ABC干粉作为抑制爆燃火焰传播的介质,能够对火焰起到持续的消焰作用,减缓火焰传播速度,有效控制爆燃向爆轰的发展,最终扑灭火焰,达到抑爆的目的.2)ABC干粉的粒径和磷酸二氢铵质量分数不同,其对爆燃火焰传播速度的抑制能力存在差别.同等磷酸二氢铵质量分数的ABC干粉,粒径越小、均匀程度越