金属阻隔防爆材料磁效应对预混可燃气体爆炸影响的研究

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我国石油和化工行业在国民经济发展中发挥重要作用,是我国的支柱产业,然而近年石化企业频繁发生的爆炸、燃烧事故,引起全社会的强烈关注。在油气储罐中填充阻隔防爆材料是目前应用最为广泛的油气储罐本质安全措施之一。已有研究表明,磁场效应可直接影响爆炸自由基基元反应,进而影响爆炸反应剧烈程度,因此,开展金属阻隔防爆材料磁效应对可燃气体爆炸特征影响规律及反应机理的系统研究,对气体爆炸危害防控理论研究和新型阻隔防爆材料的研发都具有重要的理论意义和实践指导意义。本文利用自主设计的实验平台,以化工企业常见的发生爆炸事故的H2/Air、CH4/Air、C3H8/Air、C4H10/Air气体爆炸反应介质为研究对象,开展了金属铝丝、铜丝、镍丝、铁丝四种阻隔防爆材料对预混可燃气体爆炸抑爆性能的评价实验,并且开展了外加磁场对可燃气体爆炸反应特征影响规律的研究,本论文还利用气相色谱分析检测技术和CHEMKIN-PRO数值模拟软件对金属丝阻隔防爆材料对可燃气体爆炸反应的影响机理进行了研究。研究结果表明:在H2/Air预混气体爆炸实验中,四种金属丝阻隔防爆材料的抑爆性能无明显差异;在CH4/Air、C3H8/Air预混气体爆炸实验中,铁磁性金属铁丝、镍丝阻隔防爆材料抑爆性能优于非磁性金属铝丝、铜丝阻隔防爆材料,且随着可燃气体的体积分数和分子量的增大,这样的现象更加明显;在空管道的情况下,外加磁场对预混气体爆炸有一定的促进作用;在填充金属铁丝阻隔防爆材料的基础上,外加磁场对预混气体爆炸反应有明显的抑制作用。根据爆炸产物气相色谱定性定量分析和基于CHEMKIN-PRO数值模拟分析的机理研究发现:阻隔防爆材料加强了C3H8/Air预混气体爆炸生成烃类物质的支链反应,促进了C2H4、C2H6的生成;减弱了C3H8与氧气的反应,主要是通过捕捉和销毁HCO?自由基,减弱HCO?+O2→HO2?+CO基元反应;在减少CO、CO2生成的同时,显著减弱爆炸能量的释放,因此抑制了C3H8/Air预混气体的爆炸反应。研究表明,铁磁性金属材料的磁效应加强了对HCO?自由基的捕捉和销毁;在空管道外加直流电磁场,对预混可燃气体爆炸反应起到一定的激发作用;填充金属铁丝阻隔防爆材料后,外加直流电磁场进一步的抑制了可燃气体爆炸反应。
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