可燃气体爆炸极限影响因素研究开题报告

题目：可燃气体爆炸极限影响因素研究 一、前言 1．课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势 1.1 课题研究的意义 可燃性气体爆炸是工业生产和生活领域爆炸灾害的主要形式之一，自1857年英国发生城市煤气管道爆炸以来，许多学者就开始了对气体爆炸的研究工作[1]。近年来，各种工业场所可燃性气体（液体蒸汽）火灾爆炸事故已屡见不鲜，严重威胁着煤矿安全生产、天然气运输、石油化工等行业，给人民生命财产带来极大危害。为有效地预防和控制事故的发生，就必须深入研究其爆炸机理。研究结果表明，如果爆炸性气体浓度处于爆炸极限范围内，则会导致爆炸的发生，而爆炸极限不是一个固定的值，它受多种因素影响[2]，工业生产中很难确定可燃、可爆气体的安全浓度范围，但是如果对可燃性气体(液体蒸气)的爆炸进行定性、定量分析，了解其形成条件，研究和发现可燃性气体(液体蒸气)爆炸的规律，精确地描述整个爆炸过程，可有效地提出减灾防灾措施，最大程度减小由于爆炸引起的连锁反应所造成的人员和经济损失。 1.2 国内外研究现状 20 世纪70 年代以后,随着石油化工和煤炭行业的蓬勃发展,大批贮气设施的建设和各大煤矿的开采,气、油罐和瓦斯爆炸事故的频繁发生,引起了世界各国的广泛关注[3,4]。由于各国对气体爆炸的研究日益重视,检测技术与自动化程度的日益提高,使得爆炸研究的深度和广度也逐步增加,研究内容涉及的范围也日益扩大,取得了较高水平的研究成果。 1.2.1 国外研究情况 有关可燃性气体爆炸极限的研究,国外进行得比较早。 （1）最早提出测定气体与可燃蒸气爆炸极限的是美国矿山局的Coward 及Jone 发表的《气体和蒸气燃烧范围》的报告,其中介绍了一种测定气体爆炸极限的装置,此装置常被后人作为试验的标准装置使用[5,6]。 （2）1965 年美国矿山局的Zabetakis 发表了《可燃性气体及蒸气的可燃特性》一文,指出Coward 使用的装置所存在的问题,并设计了采用电火花点火、直径5 cm、长125～150 cm 的垂直玻璃管,利用传播法进行常压下气体爆炸极限的测定[7]。 （3）日本、前苏联等一些国家也在美国矿山局装置的基础上进行改进并制作了一些装置，这些装置的特点是:爆炸容器为管状,采用电火花点火,能广泛进行气体爆炸极限的测试,但不适于研究气体的爆炸特性(爆炸压力和压力上升速率)。 （4）随后Blanc，Guest，Vonelbe，Lewis等人利用电容放电对可燃气体最小发火能的测定装置改进[8]，根据ASTME582--1988(可燃气体混合物最小点燃能量和灭火距离标准测试方法》规定，制作了可燃气体／空气混合物最小点火能量试验测试装置。 （5）1996年Adolf KUhner AG设计20 L球形爆炸测试装置，既能测试可燃气体(液体蒸气)

爆炸极限，又能测试最小点火能，并且配气系统采用循环混合使配气更均匀，整个系统由计算机控制，能测试室温到230℃内可燃气体(液体蒸气)的爆炸特性[9,10]。 （6）。T. K.Subramaniam 和Joseph V. CangelosiE (1989) [11]对可燃性气体—空气混合物用氮气进行稀释,当爆炸上下限会聚到一点,用此时的氧浓度来表示最大安全百分氧浓度,并预测了最大安全百分氧浓度的值。 （7）J . Lee 于1985年通过引进化学反应度λ提出了密闭容器中爆炸发展的一般模型,该模型较为详细地描述了容器内气体爆炸发展过程的3 个阶段[12,13]:点火前容器内初始状态,点火后气体燃烧状况和火焰面达到容器壁面的状况。 1.2.2 国内研究情况 国内的一些研究机构也对可燃性气体爆炸特性的测定做了大量研究[3]。 （1）公安部天津消防研究所[14]设计了一套采用交流电火花点火、容积为1 m3 的圆柱形硬质玻璃爆炸反应器,宋景文等用其测试并制定了单元气体的国家爆炸极限指标。 （2）沈阳消防研究所设计了一套采用电容电火花点火、容积为300 cm3 的有机玻璃爆炸反应器,采用预混式配气方式,测定航空煤油最小点火能。 （3）天津大学田贯三[15]等人设计了采用电极放电点火、长1 400 mm、内径60 mm、底部装有泄压塞的硬质玻璃爆炸反应器,用于测定可燃性环保制冷剂的爆炸极限。 （4）西安交通大学鞠飙等人设计了一套精度较高的可对温度在10～80 ℃、压力在0.1～1 MPa 内的可燃气体的爆炸极限测定的爆炸反应器[16,17],用于测定可燃性环保制冷剂的爆炸极限。黄超等人利用容积为20 L 的等圆柱形不锈钢爆炸容器对烷烃在高温条件下的爆炸极限进行了测定,得出了爆炸上下限与温度之间的定性关系。 （5）华北工学院张景林[18]等人利用设计的实验装置，对液化石油气、甲醇裂解气等进行抑爆技术的研究,测定了一些可燃性气体的爆炸特性参数和可燃性气体最大试验安全间隙等。谭迎新等人对可燃气体爆炸特性参数的测定方法进行了研究，测定了几种可燃气体的爆炸极限和最小点火能数据。丁锁根等人研究了合成氨工艺气的爆炸极限、爆炸特性参数以及支链爆炸的影响因素等。 （6）浙江师范大学胡耀元[19,20]为测定氮肥工业多元爆炸性混合气体设计了一套精度较高的实验系统，研究混合气体的浓度爆炸极限、爆炸形态与波形及其影响因素。 （7）邬烈豪利用柯瓦德爆炸三角形来说明煤矿井下瓦斯爆炸界限与氧含量的关系。万成略、汪莉就焦炉煤气安全含氧量进行了研究[21,22],用化学计算法和作图法简便计算理论氧浓度和临界氧浓度,提出焦炉煤气含氧量安全限值接近4 %。 （8）张增亮[23]等人通过实验研究了煤气和十氢化萘的最大允许氧含量的规律,指出爆炸极限和最大允许氧含量两者从不同角度界定了可燃气体(蒸气) 的爆炸范围。谭迎新、傅志远等人分别对十氢化萘在固定浓度下的最小氧含量和人工煤气、液化石油气的临界氧浓度进行了实验测定,并对可燃性气体(蒸气) 临界氧浓度的影响因素进行了研究。 1.2.3 发展趋势 开展可燃性气体爆炸方面的实验、理论和数值模拟的研究,对于有效地预防和控制此类事故的发生,降低事故中的人员伤亡和减少财产损失具有重要的指导意义[24,25]。

但到目前为止,还不能准确地预测实际生产过程中某些可燃气体的爆炸极限,对多元可燃性气体(如煤气、天然气、瓦斯等) 爆炸极限的研究更是相对较少,特别是温度、压力、惰性气体含量及点火能量的大小对混合气体的影响规律缺乏系统的研究。虽然在理论上可以估算混合气体的爆炸极限,但与实际情况相距甚远。因此,在今后应当将如下方面作为研究方向: （1）借助于化学动力学和爆炸力学,进一步研究多元可燃性气体的爆炸机理,尤其要掌握外界因素对爆炸的影响,建立多元可燃性气体爆炸的数学模型和普适性的经验计算式[26]。 （2）测定多元可燃性气体的爆炸极限,研究温度、压力、惰性气体含量及点火能量对爆炸极限的影响和多元可燃性气体的最小点火能。 （3）建立多元可燃性气体爆炸加速过程实验测试系统,研究管道内障碍物面积、数量及阻塞比、点火源强度、湍流度等因素对多元可燃性气体爆炸加速的影响[27]。 （4）加强多元可燃性气体爆炸的数值模拟研究。数值模拟可以克服实验技术上存在的困难,目前关键是解决爆炸传播过程中气体状态参数变化特征和化学反应表达式和数值方程耦合的问题。这些问题的解决从目前来看,还主要依赖实验手段。 2．课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题 2.1 课题的研究目标 课题研究的主要目标是可燃气体爆炸极限进行的影响因素进行研究，主要包括惰性介质、最小点火等方面，分析其影响规律，提出控制其爆炸的措施。 2.2 课题内容 课题研究的主要内容包括：在对国内外可燃气体爆炸极限影响因素进行调查分析的基础上，从惰性介质、最小点火能等方面分析其影响规律，提出合理可行的控制爆炸的措施。 2.3 拟解决的关键问题 课题研究拟解决的关键问题：从惰性介质、最小点火能等方面分析影响液化石油气、甲烷爆炸极限的规律。 二、研究方案的确定 2.1研究的方法 本课题采用文献研究法和实验法进行研究。通过对文献资料的研究，了解了可燃气体爆炸极限的影响因素，并通过实验运用控制变量法、分析比较法具体地研究最小点火能及惰性气体两种因素是如何影响可燃气体爆炸极限的，并针对得出的结论，提出预防可燃气体爆炸措施。 2.2 研究的路线 研究路线 如图2.1所示。

分析、得出每一因素的影响情况 以液化石油气，甲烷为例，进行实验 运用控制变量法，研究最小点火能、惰性气体对可燃性气体爆炸的影响情况 了解影响可燃气体爆炸极限的影响因素 搜集相关资料、阅读有关文献 提出预防可燃气体爆炸措施 图2.1 研究路线 2.3 拟使用的主要仪器、药品 仪器：①可燃气体爆炸箱 ②CJG系列光干涉甲烷测定器 ③可燃气体最小点火能测试装置 ④可燃气体爆炸极限标准测试装置 ⑤压力表、温度计 药品：①凡士林 三、作者已进行的准备及资料搜集情况 在图书馆万方及知网下载了与本课题相关的论文，如《点火能对液化石油气爆炸压力影响的试验研究》 、 《液化石油气点火能试验及爆炸火焰传播分析》 、 《惰性气体对可燃气体爆炸反应进程的阻尼效应研究》等等，认真阅读了所下载文献，初步了解前人在做相关实验研究中所用到的实验装置、研究方法等等。同时认真完成了《Comparison of two standard test methods for determining explosion limits of gases at atmospheric conditions》外文文献的翻译工作，了解了国外在相关研究中用到的仪器、设备，为将来的实验研究打好理论基础，做好准备。

四、阶段性工作计划与预期研究成果 周 次 1-4 工 作 内 容 结合课题，对相应企业进行实习，编制实习报告。 检 查 方 式 提交实习报告 5～6 对实验方案进行归纳整理，构思实验方案。 提交实验方案 7～8 完成实验，提取数据。 提交实验数据 9～10 采用有关软件，如excel、origin等软件，分析实验数据。 提交分析结果 11～12 根据分析结果，得出影响可燃气体爆炸极限的规律。 提交分析结果 按要求撰写论文、不定13～14 编制毕业论文初稿 期查看，提交毕业论文初稿 15～16 修改完善毕业论文 提交毕业论文完整稿 完成毕业论文，提交毕业论文装订材料。 提交答辩ppt课件、答辩组进行答辩 17 进一步完善毕业论文、最后定稿，并装订 18 毕业论文答辩 五、主要参考文献 [1]王乐，姜夏冰，张景林．可燃气体（液体蒸汽）爆炸测试装置的改进研究［J］．中国安全科学学报，2008，18（12）:89-95． [2]田贯三， 于畅， 李兴泉.燃气爆炸极限计算方法的研究[J].中国安全科学学报2006,08(3):53-62. [3]许满贵，徐精彩．工业可燃气体爆炸极限及其计算［J］．西安科技大学学报，2005，25（2）:139-142． [4]张雅萍，苏举端，于胜男，等．液化石油气（LPG）储罐安全监测研究［J］．工业安全与环保，2010，36（2）:31-33． [5]胡双启，张景林．燃烧与爆炸[M]．北京：兵器工业出版社，1992：40-50. [6]张增亮，张景林，蔡康旭．最小点火能的影响因素及计算误差分析研究［J］．中国安全科学学报，2004，14（5）:88-91． [7]何学超，孙金华，陈先锋．管道内甲烷—空气预混火焰传播特性的实验与数值模拟研

究［J］．中国科技大学学报，2009，39（4）:419-423． [8]王志荣，蒋军成．受限空间工业气体爆炸研究进展[J]．工业安全与环保，2005，31(3)：43-46. [9]胡栋.可爆性气体爆炸极限和爆燃转变成爆轰的研究[J].爆炸与冲击,1989.（3）:266-274. [10]Lemkowitz S M ,Pasman H J．Safety,Health，Environmental and Sustainability Aspects of Chemical Produeta and Processes[M]．Course Book 011 Chemical Management，Faculty of Applied Sciences，Chemical Technology，Delft University of Technology，2001．7-45. [11]蔡风英,谈宗山,孟赫.化工安全工程[M].北京:科学出版社,2001.15-18. [12]田贯三,李兴泉.城镇燃气爆炸极限影响因素与计算误差的分析[J].中国安全科学学报,2002,12（6）:48-51. [13]丁儆．爆炸灾害的预防和控制乃当务之急[J]．中国安全科学学报，1994，04(1)：1—4. [14]邵辉，段国宁，邵峰，王春华，侯丽娟.液化石油气点火能试验及爆炸火焰传播分析［J］.中国安全科学学报,2011.08(5) :32-54. [15]徐超, 刘辉辉, 王伟杰.瓦斯爆炸极限的理论计算及影响因素探析［J］.山东煤晨科技。2009.04 (3):167-173. [16]成略，汪莉．可燃性气体含氧量安全限值的探讨[J]．中国安全科学学报，1999，09(1)：48—52． [17]明树，王淑兰，丁信伟．可燃气云爆炸强度计算综述[J]．化工机械，1999，26(6)：357—358． [18]谭迎新，张景林，张小春．蒸汽爆炸特性参数测试装置设计[J]．测试技术学报，1994，08(2)：190—195. [19]赵来军，肖志杰，张江华．我国液化石油气运输安全事故预防与应急对策研究［J］．中国安全生产科学技术，2007，3（6）:16-19． [20]张增亮,常见工业爆炸灾害及其安全技术若干问题的研究[D]．太原：华北工学院[硕士论文]，2004：3—4. [21]GB／T12474—1990．空气中可燃气体爆炸极限测定方法I [S]，1990. [22]Mare Seheid．Andreas Geil31er，Ulrich Krause．Experiments the influence of pre—ignition turbulence叫vented gas and dust explosions[J]．Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2006,05(8)：194—199. [23]齐福强，赵云胜，何云刚．LPC罐区火灾爆炸事故危险性分析[J].工业安全与环保，2008，34(1)：27—29． [24]梁力达，吴娇．石化储罐区安全监测技术研究[J].工业安全与环保，2008.34(9)：42—44． [25]黄勇，王凯全．液化石油气爆炸范围和爆炸力的测定［J］．中国安全生产科学技术，2005，1（6）:63-65． [26]李兆爱．液化石油气储罐区火灾爆炸危险性评价[J]．浙江化工，2005：36(8)：35—37． [27]何学秋,安全工程学[M].徐州：中国矿业大学出版社,2000.

六、指导教师审阅意见 签名 年 月 日