PDF《低温工况甲烷最小点火能实验研究》

第3 8卷第2期爆炸与冲击Vol.

38,N o .

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0 1 8年3月EXPLOSION AN DS HO C K WAV E S M a r . ,2

0 1

8 D O I :

1 0.

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8 8

3 / b z y c j -

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1 6 -

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1 8 文章编号:

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5 5 (

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1 8 )

0 2 -

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5 3 -

0 6 低温工况甲烷最小点火能实验研究 * 赵翔宇1, 2,

3 , 李洪波1, 2,

3 , 李自力1, 2,

3 , 崔淦1, 2,

3 , 付阳4 ( 1. 中国石油大学( 华东) , 山东 青岛

2 6

6 5

8 0;

2. 山东省油气储运安全省级重点实验室, 山东 青岛

2 6

6 5

8 0;

3. 青岛市环海油气储运技术重点实验室, 山东 青岛

2 6

6 5

8 0;

4. 中国航空油料有限责任公司山东分公司, 山东 济南

2 5

0 1

0 7 ) 摘要:为探索低温工况下甲烷的爆炸特性, 利用自行构建的实验装置, 测试了温度为-9 0~0℃、 压力为 0. 1~0. 5MP a的条件下甲烷的最小点火能.研究表明: 在研究范围内, 随着压力的升高, 甲烷的最小点火能 减小, 且低压时甲烷最小点火能随初始压力的增高减小较快, 高压时减小较慢;

随着温度的升高, 甲烷最小点 火能也减小, 且低压时甲烷最小点火能随初始温度的增高减小较快, 高压时减小较慢;

甲烷的最小点火能分别 与压力平方的倒数、 温度的倒数呈近似线性关系. 关键词:甲烷;

最小点火能;

低温;

压力 中图分类号:O

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1 国标学科代码:

1 3

0 3

5 文献标志码:A 煤层气( c o a l - b e dm e t h a n e , C BM) 又称煤层瓦斯, 主要成分是甲烷, 归类于非常规天然气[

1 -

2 ] , 是优 质的化工和能源原料.在对煤层气中甲烷进行低温液化分离的过程中, 气体中甲烷浓度有可能穿过爆 炸极限, 在此过程中甲烷有可能发生爆炸, 这对分离提纯系统非常危险.煤层气液化过程中危险性较高 的是低温分馏阶段, 该过程中, 降温后的煤层气经过节流、 压力降低、 甲烷液化等过程, 分离出氧气、 氮气, 该阶段属于 低温低压 的工况范围.分馏塔顶部气相甲烷含量较少, 可能会处于爆炸极限范围内, 若遇到零星火花或外界热源, 有可能引发燃烧爆炸.为了评估爆炸危险程度, 保证安全生产和优化工艺 操作过程, 有必要讨论可燃性气体在工作环境下( 主要是温度和压力) 的爆炸特性[ 3] . 最小点火能这一概念是由 L e w i s等[ 4] , 主要是针对气体电火花点火而言.E c k h o f f [ 5] 组建了电火花 发生器, 测量得到丙烷 - 空气混合气的最小点火能为0.

4 8m J ;

S a c k s等[ 6] 论证了闪电可以引起矿井下瓦 斯气体的点火;

H a n等[ 7] 通过数值方法进行了研究, 得到当量比、 电极间距和电极半径对甲烷 - 空气混合 气体最小点火能、 熄灭距离和点火延迟期产生的影响;

K e l l e y等[

8 ] 通过实验得到了不同当量比和不同压 力下, 火花点火的球形火焰持续传播的最小点火半径.谭迎新等[ 9] 根据标准[

1 0] 测得几种可燃气体( 液 体蒸气) 的最小点火能数据.当前通用的标准包括美国试验与材料协会标准[

1 1 ] 、 美国汽车工程师学会 标准[

1 2] 、 法国国家标准[

1 3 ] 、 以及国际电工委员会标准[

1 4] 等. 本文中, 通过实验与计算相结合的方法, 利用甲烷最小点火能测试装置, 对特定工况下的甲烷最小 点火能进行测定, 并进行数据分析.

1 测试装置及测试步骤 1.