PDF《油气爆炸的氮气非预混抑制实验》

第3 6卷第3期爆炸与冲击Vol.

36,N o .

3 2

0 1 6年5月EXPLOSION AN DS HO C K WAV E S M a y ,2

0 1

6 D O I :

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5 5 (

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1 6 )

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0 3

4 7 -

0 6 油气爆炸的氮气非预混抑制实验 * 张培理, 杜扬(中国人民解放军后勤工程学院军事供油工程系, 重庆

4 0

1 3

1 1 ) 摘要:依靠激波管可视化实验台架, 完成了油气爆炸的氮气非预混抑制实验, 获得了火焰前锋在氮气非 预混段内衰减、 熄灭过程的高速摄影照片.通过对实验数据和高速摄影照片的分析, 讨论了油气爆炸氮气非 预混抑制过程的超压特性和火焰行为.结果表明, 采用氮气非预混手段能显著降低油气爆炸过程的超压与超 压上升速率.油气爆炸的氮气非预混抑爆过程经历了惯性相持期、 抑制衰减期和扩散熄灭期3个阶段.氮气 分子作为第三体参与化学反应并携带走高能自由基的能量, 促使链式反应向中止链大量发展, 这是油气爆炸 氮气非预混抑制过程的主要机理.抑制衰减期的火焰由衰减抑制区和核心区火焰构成, 火焰与氮气的相互作 用主要发生在衰减抑制区内.在抑制衰减期内, 火焰速度的衰减可用线性公式描述. 关键词:爆炸力学;

氮气非预混抑制;

超压;

油气爆炸;

火焰行为;

火焰速度;

可视化 中图分类号:O

3 8

1 国标学科代码:

1 3

0 3

5 文献标志码:A 在众多的油气资源中, 气态的油气资源, 例如天然气、 瓦斯和原油、 成品油挥发气体等, 属于典型的 易燃易爆气体, 稍有不慎就可能引发火灾爆炸安全事故, 从而造成重大人员伤亡和巨额经济损失.近年 来, 油气火灾爆炸事故仍时有发生, 造成大量人员伤亡和难以估量的经济损失.为了避免受限空间内油 气爆炸事故的发生, 减少人员伤亡与财产损失, 尚需加强对油气爆炸抑制过程的研究, 从而提出有效的 油气爆炸抑制技术和措施. 可燃气体爆炸抑制过程是一个非常复杂的过程, 从抑制手段上看可以分为主动抑制和被动抑制2 类[

1 ] .然而, 无论采用何种抑制手段, 其目的均是控制可燃气体爆炸过程中火焰的发展, 从而使火焰在传 播过程中逐渐减速衰减并熄灭.然而, 从掌握的文献来看, 涉及可燃气体爆炸抑制剂[

2 -

3 ] 和抑制技术[

4 -

5 ] 的 文献较多, 而涉及抑爆机理的文献较少, 特别是涉及油气爆炸抑制过程火焰行为的文献十分少见. 氮气是一种非常稳定的惰性阻燃气体, 广泛应用于石油化工、 冶金等领域中有防火防爆要求的各种 场合.因此, 许多文献中对氮气的惰化特性[

6 ] 、 稀释特性[

7 ] 以及防火防爆性能[ 8] 开展了较为深入的探 究.然而在这些文献中, 氮气常常被用作预混抑制剂以惰化、 稀释可燃气体, 而将氮气作为非预混抑制 剂来抑制受限空间内可燃气体爆炸还鲜有报道. 本文中拟在激波管上通过可视化实验手段, 对油气爆炸氮气非预混抑制过程进行可视化实验研究, 从而获得油气爆炸氮气非预混抑制过程的火焰行为, 以期为油料洞库或坑道等涉油气受限空间内油气 爆炸的氮气非预混抑制技术和装备的研究提供参考.

1 实验装置与实验方法 实验的主要装置包括可组装式激波管(

2 0 0mm*2

0 0mm*5

5 0 0mm) 、 油气循环系统、 数据采集系 统、 点火系统、 高速摄影仪、 计算机等.数据采集系统主要包括压力采集系统和浓度测试系统等.图1 是氮气非预混抑制油气爆炸时的主要实验装置布置示意图. 为了直 观地分析氮气非预混抑爆过程的火焰行为和抑爆机理, 在激波管上安装了可视化段(280mm*2