燃爆消减剂的理论与应用基础研究

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1、博十论文燃爆消减剂的理论弓戍用摹础研究摘要本文提出两个新概念：“临爆点”和“燃爆消减剂”，并根据理论与实验研究，遴选出燃爆消减剂的有效成分—zr02。“临爆点”是可燃物凝聚相与其蒸汽处于平衡状态时，可燃物的饱和蒸汽压为LEL值时的温度(To)。“燃爆消减剂”是在一段时间内，能遏制可燃气体爆炸或降低爆炸威力和猛度，并能熄灭火焰的材料。在工业生产、仓储、运输业中接触易燃物质的场所比比皆是，易燃物质泄漏后，首先喷洒燃爆消减剂，然后进行处理，将避免或减少爆炸和火灾的发生。爆炸与火灾紧密相连，一方面易燃物质泄露，遇火源引起爆炸可产生2200K的爆温，可以引发火灾；另

2、一方面火灾可造成易燃物质分解，导致爆燃、爆轰。爆炸与燃烧本质有相同的一面，都是氧化还原反应、链反应机理，不同的是氧化剂与还原剂接触方式不同，造成了反应速率的差异，因此我们可以用相同的方法来防止或减少燃烧和爆炸的发生。本文首先从非常温(高于室温)下爆炸极限的测定入手。爆炸极限是重要的危险性评价参数，常温下爆炸极限数据己很充足，非常温下爆炸极限数据却少见。而环境温度高于常温的例子在生产部门中比比皆是，测定非常温(高于室温)下的爆炸极限有意义。本文用20升的爆炸容器，在298K～483K范围内测定了正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、甲醇、乙醇、正丙醇、正丁

3、醇、正戊醇及醇水体系的LEL值和UEL值。发现LEL值均随温度的增高而减小，UEL值随温度的增高而增大。并用回归分析的方法得出各种体系爆炸极限随温度变化的规律。闪点也是重要的危险性评价参数，它与爆炸极限描述的对象虽然不同，但发生反应的本质都是气体。在爆炸下限对应温度(％)与闪点比较时发现：闪点与爆炸下限作为危险性判据有差异。通过比较闪点与爆炸下限表现危险性的准确度，认为爆炸下限的对应温度而作为危险性的判据，应用方便广泛、数据可信度高、更准确。引入了临爆点的概念，提出将临爆点作为危险性评估参数的新观点。并提出临爆点计算的方法与公式。f测定不同温度下可燃物爆炸

4、极限是燃爆消减剂研究的基础。燃爆消减剂主要功能是防爆，但也有灭火的作用。通过分析现有灭火剂的灭火效能和灭火机理，可以推测哈龙替代品、干粉灭火剂和气溶胶灭火剂三种灭火剂可能具有防爆功能，其中有代表性的品种为细水雾、惰性气体和冷气溶胶。本文除了对细水雾、C02惰性气体灭火性能进行了分析外，重点对纳米冷气溶胶防爆防火性能进行了摘暮博士论文探讨。本文从实验和理论两个方面论证了，C02在扑灭天然气火灾时并非惰性，它可以与天然气反应生成醇、醛、酮和酸等物质。进一步认识了C02的灭火性质、灭火范围，并得出了C02不适合作为燃爆消减剂的结论。细水雾与热气溶胶由于本身固有的

5、性质不适合作为燃爆消减剂，冷气溶胶应该成为燃爆消减剂研究重要方向，纳米材料性能奇特，且易形成冷气溶胶，是燃爆消减剂研究的重要内容。本文先对燃爆消减剂的性能进行了理论分析．计算了纳米气溶胶的沉降速度、灭火效能，用HⅥ，ERCHEM6程序计算了15种氧化物与甲烷燃烧产生的自由基相互作用的能量变化，筛选出可能成为燃爆消减剂的材料一zr02。采用CASTEP模块进行了相关计算，得到了Zr02与自由基相互作用的能带结构、态密度匡形，进一步证实了Zr02能与自由基作用的结论。实验研究同样得出Zr02能与自由基作用的结论。本文对18种纳米粉体所形成的气溶胶阻止甲烷燃烧反

6、应的性能进行了实验研究，纳米微晶的直径用XRD和TEM测定，可燃物气体浓度用气相色谱仪等仪器测定。实验发现Zr02纳米粉体形成的气溶胶对甲烷的燃烧反应有显著的阻燃效果。通过Zr02气溶胶与哈龙灭火剂、丙烷、CO阻燃效果对比得出：Zr02的阻燃机理，属于抑制型阻燃机理。本文还对Zr02纳米粉体阻爆、消爆性能进行了研究，测得一元醇系列消爆的最低用量。多重防护是安全管理的一个原则，使用燃爆消减剂是多重防护的一个方面。本研究认为：Zr02纳米冷气溶胶燃爆消减剂可以成为较为理想的防爆防火用品，它的研制与使用将填补燃爆消减剂的空白，在安全管理方面必将发挥重要的作用。关

7、键词爆炸极限、灭火效能、临爆点、燃爆消减剂、量化计算、纳米粉体、冷，气溶胶、氧化锆、甲烷博卜论文燃爆消减剂的理论与应用革i盘铲究ABSTRACTThispaperputforwardtwonewterms-“criticalexplosiontemperature’’and“flameandexplosionsuppressionagents”．Throughtheoreticalstudyandexperiments，itwasfoundthatZr02couldbeusedasaneffectivecomponentinanti-explosionag

8、ents．ThetemperatureToiscalledcrit