【摘 要】
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除尘系统在粉体制造和加工企业中使用广泛。事故调查表明,在除尘系统内发生的粉尘爆炸事故中,初始爆炸大多发生在除尘器内部,爆炸沿着除尘管道传播到车间内,继而引发二次爆炸,造成群死群伤和大量的财产损失。本文以“8.2”昆山爆炸事故为研究背景,利用1m3爆炸测试设备模拟除尘器的爆炸,并自主设计了变径和弯管管道,研究粉尘爆炸在变径和弯管中的传播规律。以食用型玉米淀粉为试验样品,考虑浓度对粉尘爆炸的影响,选用
【基金项目】
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国家重点研发计划项目:典型点火源表征方法及能量谱技术（2017YFC0804703）； 国家自然科学基金项目:除尘系统管道粉尘爆炸加速机制研宄（51774068）； 国家自然科学基金项目:炽热火花引发倾斜堆积粉尘表层着火蔓延的机制（51874070）； 教育部基本科研业务费项目:工业企业典型粉尘火
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除尘系统在粉体制造和加工企业中使用广泛。事故调查表明,在除尘系统内发生的粉尘爆炸事故中,初始爆炸大多发生在除尘器内部,爆炸沿着除尘管道传播到车间内,继而引发二次爆炸,造成群死群伤和大量的财产损失。本文以“8.2”昆山爆炸事故为研究背景,利用1m3爆炸测试设备模拟除尘器的爆炸,并自主设计了变径和弯管管道,研究粉尘爆炸在变径和弯管中的传播规律。以食用型玉米淀粉为试验样品,考虑浓度对粉尘爆炸的影响,选用300g/m3、500g/m3、750g/m3三种不同的浓度。采用多通道压力采集系统和速度测试系统测量爆炸在管道中传播时的压力和火焰传播速度。分析试验结果除了得到变径和弯管对粉尘爆炸传播特性的影响,还发现了管道长径比与爆炸舱压力的关系。研究表明,粉尘浓度在300g/m3～750g/m3范围内时,随着浓度的增加,爆炸舱内的超压值不断增大。不同几何形状的管道对舱内压力的影响体现在,随着管道长径比的增加,爆炸舱内的超压值不断增大,爆炸时间相应延长,理论上,存在一个临界长径比值,超过该值后,舱内超压基本不再增加,最终会逼近同等浓度密闭条件下的超压值。浓度对管道上各点处超压的影响与爆炸舱内相同,即在粉尘浓度为750g/m3时超压值最大,500g/m3时次之,300g/m3时最小。管道末端开口且管道中没有布粉时,粉尘爆炸在管径不变的直管道传播时,随着到点火源的距离越来越远,压力呈现出不断衰减的规律。在管道末端接近大气的位置,压力基本衰减殆尽。火焰在管径不变的直管道中传播时,速度不断加快。管径不断缩小时,火焰速度增幅变大;在管道末端测量的最大火焰传播速度为571m/s,结合末端的压力波波形和声速分析,判定火焰传播依然在爆燃阶段。管径为200mm时,火焰传播速度随着粉尘浓度的升高不断增大;管径由200mm减小为150mm时,300g/m3时的火焰速度小于500g/m3和750g/m3,而500g/m3和750g/m3时的火焰速度很接近;当管径由200mm缩减至100mm时,浓度不再是影响火焰传播速度的因素。在管径很小时,即使爆炸时的粉尘浓度很低,火焰传播速度依然可以达到很高的水平。在变径点之前,压力的衰减速度大致相同,在变径点之后,随着管径的缩小,压力衰减速度不断加快。粉尘浓度为500g/m3时,管径为200mm时,变径点之后的压力衰速度为0.011Mpa/m;管径由200mm缩减为150mm时,变径之后压力衰减率增加至0.025Mpa/m,衰减速度增大;当管径由200mm进一步减少至100mm时,衰减速度达到0.043Mpa/m。管道中没有布粉时,弯管对火焰传播的阻碍作用大于弯管处湍流的促进作用。火焰在经过弯管时的单位长度上升速率均小于直管的上升速率。压力在管道中不断衰减时,弯管对于压力的衰减起到阻碍的作用。粉尘浓度为300g/m3时,管道D、E、F、G在弯管处的衰减速度分别为 0.003Mpa/m、0.002Mpa/m、0.004Mpa/m、0.002Mpa/m,均小于相同位置处直管道的衰减速度0.011 Mpa/m。粉尘浓度为500g/m3时,在弯管位置处,四种弯管中的衰减速度,依次为 0.006Mpa/m、0.006Mpa/m、0.003Mpa/m、0.004Mpa/m 均小于直管道中的衰减速度为0.011Mpa/m。
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