密闭空间煤粉的爆炸特性

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1、密闭空间煤粉的爆炸特性【摘要】：密闭空间的煤粉爆炸是众多可燃粉尘爆炸中一种，它在重型工业生产中较为常见，涉及化工、冶金、煤矿等众多行业，其爆炸力对生产和重工业从业人员的危害性巨大。本文通过ISO6184/1和IEC推荐的20L球型密封空间装置进行煤粉爆炸检测试验，研究煤粉爆炸对点火温度、点火能量、爆炸极限，以及煤粉浓度对最大爆炸压力和最大爆炸压力上升率的影响。近年来，煤粉爆炸致使厂损人亡、有害气体扩散、引发火灾，导致二次爆炸，直接对经济造成巨大损失，其危害性和破坏性不容忽视。【关键词】：密封空间；煤粉爆炸；爆炸特性参数；防爆中图分类号：O643.2文献标识码：A0引言7多年来，媒体对大

2、大小小煤矿生产事故频频报道，政府对其事故产生原因和处理过程尤其重视。煤粉爆炸作为物理因素影响较为复杂的事故之一，对其研究涉及爆炸力学、燃烧学、计算力学、化学动力学等多个学科内容，由于所学专业的局限性和测试技术的不完善，多数研究者只针对常见煤粉粉尘爆炸特性系数、防爆系统、以及煤粉爆炸所产生的破坏性进行研究。工业生产中煤粉爆炸及引发的二次爆炸，所释放的能量和有毒物体，对现场和周围人员造成的危害极为严重。因此，了解、预防、控制、处理煤粉爆炸，对消除和减少工业生产危害具有重大意义。1煤粉爆炸产生原因及危害煤粉是原始的煤炭资源在利用的过程中，经过磨制后产生的粉尘。漂浮于空气中的粉尘，由于其重力作

3、用向地面沉落。沉积在地面的煤粉，在达到一定的浓度、适度的点燃能、足够的氧浓度时，可以产生自然并释放出有利于可燃性的物质和气体，该物质和可燃性气体与空气中的氧气混合燃烧，释放出巨大的热量。这种热量以分子形式将热量和热能传导给周围未燃烧的粉尘，该粉尘受热燃烧，以此将热能和热量传递下去，使粉尘燃烧循环并逐步进行下去，最后形成巨大的燃烧体，燃烧速度和传热速度加大，形成煤粉爆炸。煤粉爆炸不是小片区的形成，其爆炸的形成可能会引发周围可燃气体和物质的燃烧，当外部助燃环境达到一定条件时，粉尘爆炸波速度、爆炸压力等会急速增加，将可能产生二次煤粉爆炸，延续性爆炸成跳跃式的发展。煤粉粉尘爆炸对煤炭生产、电厂

4、正常运行，从业人员安全和基础设施毁坏影响相当大，大型重工业一般属于国家控股企业，煤粉粉尘爆炸对国家、企业的经济损失巨大，甚至造成人员伤亡后果严重。7（1）现场破坏性。煤粉粉尘爆炸会引起生产现场的机械设备、装置、容器等产生不同程度的爆炸和损坏，破碎的仪器碎片飞散出去，对场内相当范围内造成破坏性作用，其中化工业生产企业属于煤粉粉尘爆炸事故中伤亡较大的单位之一。（2）周围冲击性大。煤粉粉尘在沉积过程中产生的爆炸，其冲击波最先表现为正压力，在热量集聚吸收和传递时，由于空气振动，使局部的气压下降，这时冲击波产生负压力。正负压力冲击波在空气中交替运行并扩散，不但使粉尘爆炸力增强，而且对附近的建筑物

5、和基础设施造成不同程度的影响。破坏程度的大小，与冲击波波长和能量的大小以及距爆炸点的远近有关，同时跟建筑物本身的设计、实施坚固性和稳定性有关。（3）造成火灾。煤粉本身属于易燃粉尘，粉尘在外部助燃环境的促使下产生爆炸，爆炸往往产生火灾，对厂区的设施和房屋建筑破坏性较大，火灾的发生增加了煤粉粉尘的爆炸性作用和破坏力。（4）二次爆炸。粉尘的聚集和沉积在一定程度且遇到火源时，极可能使粉尘被点燃，空气中氧气部分对其有助燃作用，在浓度等条件具备下，引起煤粉粉尘爆炸，这种爆炸一般称为原始性爆炸。爆炸引起的粉尘飞散和传播，使距原始爆炸点较近的粉尘自燃，形成二次爆炸，其破坏力较原始爆炸严重。72实验及结

6、果分析根据国际标准现有的粉尘爆炸测试装置，即ISO6184/1和IEC推荐的20L球型密封空间装置进行实验研究（如图1所示）。图120L球型爆炸测试装置结构简图Fig.1Structuredrawingofthe20litersphericalecplosionvessel如图，由该装置的球型爆炸系统、控制系统和测试过程中记录爆炸变化的数据采集系统组成。整个实验测试过程需在不到1s的时间内完成，粉尘样品的采样放置、助燃所需气体的控制、火源点放的过程都是由该装置的控制系统来完成。由于现实粉尘爆炸不是由单一种类粉末组成，该实验装置对粉尘的采样也利用混合采样方式，按照4:3:3比例将锆粉、硝

7、酸钡、过氧化钡混合调制用于实验测试。此时，点火就会发生爆炸，爆炸变化中产生的数据由数据采集系统自动记录，这对采集系统装置中的计算机、采集卡、传感器的准确性提出较高要求。为保证粉尘云在装置实验中的均匀性，对点火延迟时间要有严格的控制。3煤粉粉尘爆炸特性参数研究7粉尘爆炸实验的准确性与实验所用装置、实验技术水平、外部条件有关，对于粉尘爆炸参数的研究，是个极为复杂的物理变化过程，它与点火温度、爆炸下限、点火能最小值、爆炸压力和外部助燃环境有关。对煤粉