天然气作为一种清洁、高效的能源在生产生活中被广泛应用,但其主要成分甲烷属于易燃易爆气体,爆炸事故时有发生,因此抑爆剂的研究对保障天然气安全抽采、输送及使用尤为重要。本文以9.5%甲烷-空气混合气体爆炸为基础,选取KHCO3冷气溶胶作为抑爆剂,运用理论分析与实验测试相结合的研究方法,对KHCO3冷气溶胶的抑爆性能及抑爆规律进行了系统深入的研究,获取了KHCO3冷气溶胶抑爆剂的最佳使用条件,讨论了KHCO3冷气溶胶的抑爆机理。首先,利用低温重结晶法将普通KHCO3制备为KHCO3冷气溶胶微粒,并使用5 L管道爆炸实验测试平台进行了甲烷爆炸抑制实验,分别考察了在KHCO3冷气溶胶与普通KHCO3作用下甲烷的最大爆炸压力、火焰平均传播速率等爆炸特性参数,对比了KHCO3冷气溶胶与普通KHCO3抑爆性能差异。结果表明,无论对于爆炸压力或是爆炸火焰,KHCO3冷气溶胶的抑爆性能均优于普通KHCO3,0.01g/L微粒形成的KHCO3冷气溶胶使甲烷最大爆炸压力下降43.5%,火焰平均传播速率下降54.8%,而在同浓度普通KHCO3作用下的降幅仅为5.5%、37%。其次,利用5 L管道爆炸实验测试平台研究了微粒浓度、喷粉压力、惰性气体介质等因素对于KHCO3冷气溶胶抑爆性能的影响规律,获取了KHCO3冷气溶胶的最佳使用条件。对于微粒浓度,在微粒浓度达到0.05 g/L前,KHCO3冷气溶胶的抑爆性能随着微粒浓度的增加而逐渐提升,0.05 g/L时KHCO3冷气溶胶呈现出最佳抑爆性能,继续增加微粒浓度反而会使抑爆性能略微下降。对于喷粉压力,KHCO3冷气溶胶在过低喷粉压力下的分散效果及抑爆性能极差,随着喷粉压力增加逐渐得到改善,但当KHCO3冷气溶胶已经得到充分分散时,继续增加喷粉压力对其抑爆性能的影响很小。对于惰性气体介质,随着充入气体介质内的N2、CO2体积分数增加,KHCO3冷气溶胶的抑爆性能逐渐得到提升,且充入CO2的提升效果优于N2。此外,N2、CO2与KHCO3冷气溶胶微粒之间存在最佳抑爆配比,该配比下能够以最少用量的N2、CO2和冷气溶胶微粒实现完全抑制甲烷爆炸的效果。最后,讨论了甲烷爆炸的发展过程及KHCO3冷气溶胶的抑爆机理。结果表明,KHCO3冷气溶胶主要有两方面的抑爆作用:一方面是以“屏障”效应、三体碰撞反应、吸热降温、吸收自由基能量为主的物理抑制作用,另一方面是以捕捉H·、OH·等关键自由基,中断甲烷链式反应为主的化学抑制作用。甲烷爆炸造成大范围破坏的关键在于火焰波与冲击波的耦合作用,在KHCO3冷气溶胶作用下火焰波传播速率减缓并脱离冲击波阵面,既无法为冲击波提供驱动作用也无法受到冲击波的诱导作用,两者耦合机制被破坏,冲击波传播速率随之下降,甲烷爆炸被成功抑制。本文共有图31幅,表6个,参考文献70篇。