甲烷—乙烷—空气混合气爆炸特性研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jfm98999
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根据国内外相关权威机构发布的数据,近年来天然气在一次能源消费量中所占的比重越来越大。当天然气与空气在一定条件下形成爆炸性预混气体时,极易发生火灾爆炸事故,造成严重的人员伤亡和财产损失,因此研究天然气的相关燃爆特性就显得至关重要。天然气属于混合物,其组分随着开采地点和季节的变化而不同,其中甲烷的含量最低可达到55%,其余成分为乙烷或者其他烃类,而这些数量可观的乙烷、丙烷等会对甲烷的燃爆特性产生影响,因此为了更为准确的得到天然气的相关燃爆特性,本文选取了甲烷-乙烷混合气体作为研究对象。本文主要采用理论、实验与模拟相互结合的方法来研究。实验研究主要是利用20L球,研究不同初始压力(0.1MPa0.2MPa)、不同初始温度(25℃125℃)以及不同惰性物质浓度(020%)条件下的燃爆特性,包括最大爆炸压力pmax和最大压力上升速率(dp/dt)max。数值模拟的研究内容与实验研究相似,但模拟设置的初始压力和初始温度值的范围要比实验宽,分别为初始压力(0.1Mpa2.0MPa)、初始温度(-10℃200℃),研究的主要参数有最大爆炸压力pmax、爆炸温度T、最大压力到达时间td。论文将相关试验和模拟的结果进行了对比,计算了两者之间的相对误差。研究结果表明:相同当量比条件下,乙烷的加入,增加了纯甲烷气体的最大爆炸压力和最大压力上升速率。混合气的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率随着初始压力的增大逐渐增大;而随着初始温度的增加,混合气的最大爆炸压力逐渐降低,到达最大爆炸压力的时间逐渐缩短的,最大爆炸压力上升速率基本保持不变;随着惰性气体浓度的增加混合气的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率逐渐降低,但是到达最大爆炸压力的时间逐渐增大,并且二氧化碳的抑爆效果要优于氮气。实验结果与模拟结果之间存在误差,但是误差在正常范围内,可以认为实验结果与模拟结果相一致。通过本文的研究,得到了甲烷-乙烷混合气的相关燃爆特性,相关的研究结果填补了混合可燃气燃爆相关参数的空白,对于安全生产以及天然气的防爆抑爆等具有重要意义。
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