浅谈瓦斯爆炸事故的预防措施

通过分析瓦斯爆炸的三要素,总结出预防瓦斯爆炸事故发生的方法;通过分析瓦斯爆炸事故的主要危害方式,总结出控制瓦斯爆炸事故危害的方法。为煤矿预防瓦斯爆炸事故和减小瓦斯爆炸危害提供参考。     

应用FTA分析瓦斯隧道在建期瓦斯爆炸事故

 道路交通工程中的瓦斯隧道建设存在瓦斯爆炸的重大危险,其影响因素十分复杂.分析国内外典型隧道瓦斯爆炸事故,获得导致隧道瓦斯爆炸的危险源;运用事故树理论,建立隧道瓦斯爆炸事故树模型,计算事故发生的最小割集和最小径集,发现导致瓦斯爆炸有380种途径,预防瓦斯爆炸事故有2个集合;计算事故树结构重要度,认为防止隧道瓦斯爆炸事故的重点应放在机电管理缺陷和瓦斯管理缺陷上;最后制定了瓦斯隧道在建期瓦斯爆炸事故预防措施.分析结果表明,在防治瓦斯隧道瓦斯爆炸事故中应把防止瓦斯积聚放在首位,控制引爆火源其次,以瓦斯隧道安全施工管理为基础.     

水平管道内甲烷爆炸压力传播实验

借助自行研制的瓦斯爆炸水平管道模拟巷道,通过实验研究低浓度瓦斯爆炸特征参数及爆炸压力在水平管道内的传播规律。结果表明：爆炸极限范围内的甲烷气体,在燃爆腔体内（点火段附近）爆炸超压随甲烷浓度的增大呈先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9．4％时,爆炸压力最大,为0．165670MPa,对应时间为76．8ms。在燃爆腔体一扩散管路内,气体爆炸压力峰值呈波动性变化;距点火段3600mm处、体积分数为9．4％的甲烷气体爆炸压力最大,爆炸超压为0．181228MPa。实验中甲烷爆炸超压的体积分数为9．4％。该研究为管道及煤矿巷道瓦斯爆炸事故分析提供了参考。     

ZrO2泡沫陶瓷对瓦斯爆炸的影响

为有效阻隔煤矿井下一次瓦斯爆炸后伴随的连续爆炸或多次爆炸,在爆炸实验管道内设置ZrO2泡沫陶瓷阻隔爆装置,进行瓦斯爆炸实验,分析ZrO2泡沫陶瓷的厚度和孔隙度对瓦斯爆炸压力波波速及超压的影响。结果表明：设置陶瓷阻隔爆装置后的爆炸压力波上升速率和超压较空管时均有所下降;30 mm厚的陶瓷对前驱压力波上升速率的衰减作用明显;泡沫陶瓷能够抑制爆炸波能量的传播,降低爆炸强度。该结果为煤矿阻隔爆技术的研究提供了新思路。     

注空气管内原油蒸气爆炸过程数值分析

 在注空气采油生产过程中,必须高度重视可燃油蒸气的爆炸问题。本文借助AutoReaGas气体爆炸模拟软件对注空气管内原油蒸气在高压状态(30MPa)不同初始温度下发生爆炸的过程进行了数值模拟。结果表明,爆炸产生的超压可达450MPa,温度可达2400K,会对油管和井口采气树等设施造成严重破坏;管内爆炸超压值与初始温度关系密切,在爆炸冲击波与反射波未叠加前,初始温度升高会导致爆炸超压的下降,在叠加区域内爆炸初始温度升高会导致爆炸超压的明显升高,750m远处压力基本不再变化;初始温度对爆炸温度影响甚微,初始压力为30MPa时,无论初始温度多大管内温度在距井口600m以后都恢复到初始温度。分析可知,爆炸只会造成充气区域及其附近管段内压力和温度急剧升高,对远场作用不明显。     

球形容器泄爆收容的实验分析

为研究气体爆炸泄爆收容过程中爆炸容器和收容容器内的压力变化规律及其影响因素,对球形容器在不同收容容器和爆炸容器体积比以及不同导管长度条件下的泄爆收容过程经行了实验研究。结果表明：收容容器体积越大,爆炸容器的压力峰值越小,爆炸压力下降的速度越快;收容容器的体积达到或超过爆炸容器体积的5倍时,接近敞开泄爆的压力峰值;泄爆导管的长度越长,爆炸容器的压力峰值越小;收容泄爆时,火焰的传播速率随着导管传播距离增加而降低,泄爆口处火焰传播速率最高。     

除尘器内烟草粉尘爆炸规律的数值研究

在工业生产中,除尘器内经常发生爆炸灾害事故,给安全生产带来了严重的挑战。为探究除尘器内发生爆炸时爆炸超压演化及爆炸火焰传播的规律,基于球形爆炸装置对烟草粉尘的实验数据,构建了大规模爆炸仿真软件FLACS的烟草粉尘爆炸模块,进而实现了对带管道除尘器内爆炸及传播过程的数值仿真。模拟结果表明:除尘器内部发生爆炸时,内部的粉尘质量浓度、点火位置、管道形状均对爆炸过程有一定影响。在500~1000 g/m~3范围内,除尘器内粉尘质量浓度越大,爆炸超压越大,火焰传播速度越快;点火位置离管道入口越远,爆炸超压越大,火焰传播速度越快;管道若设置有折弯结构,火焰经过该部分后,可以一定程度上减弱爆炸超压和火焰传播的速度。     

火炸药粉尘与工业粉尘爆炸特性试验对比研究

为了系统地认识火炸药粉尘和工业粉尘爆炸特性的区别,选用TNT和RDX两种火炸药粉尘以及玉米淀粉和煤粉两种工业粉尘作为研究对象,分别采用最小点火能量测试装置和20L球粉尘爆炸装置对上述四种粉尘的点火能量、爆炸压力、爆炸指数、爆炸下限浓度进行了系统研究。结果表明:四种粉尘的最小点火能量均随着浓度的增大呈现出先增大后减小的现象,与玉米淀粉和煤粉这两种工业粉尘相比,TNT和RDX这两种火炸药粉尘的最小点火能量更小,对电火花刺激更敏感,更容易点火;TNT和RDX爆炸压力和爆炸指数均随着粉尘浓度的增大而不断增大,而玉米淀粉和煤粉的爆炸压力和爆炸指数随着粉尘浓度的增大先增大后减小,TNT和RDX这两种炸药粉尘的爆炸压力和爆炸指数更高,爆炸破坏程度也更大;这四种粉尘的爆炸下限浓度为RDX玉米淀粉煤粉TNT,未表现出相应的变化规律。     

分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟

为了研究煤矿井下瓦斯爆炸火焰在分岔巷道内的传播规律,自制45°分岔管道实验装置开展甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸火焰传播实验,用Fluent 16.0软件模拟分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播过程。对比分析实验数据与模拟结果,得到分岔管道瓦斯爆炸火焰传播的变化规律。研究结果表明:1)分岔管道内瓦斯爆炸火焰在分岔处产生漩涡,加速管道内爆炸火焰湍流化,火焰冲击反射现象明显;2)分岔支管截面处爆炸火焰温度、传播速度、冲击波超压与离子电流峰值最大;3)瓦斯爆炸火焰传播的模拟结果与实验数据在数值上存在一定差异,但各参量总体变化趋势相同。研究结果为深入认识井下瓦斯爆炸传播机制和在巷道分岔处采取瓦斯爆炸火焰传播抑制措施提供一定参考。     

硅钙粉尘云爆炸的下限浓度

在改进的哈特曼爆炸装置中测定了硅钙粉尘云爆炸的下限浓度;研制了测定粉尘浓度的光电探头;对田中达夫计算粉尘云爆炸下限浓度的理论公式进行了部分修正;用修正后的公式计算所得的硅钙粉爆炸下限浓度的理论值与实验测定值吻合较好。     

两种典型形状装药的近场爆炸载荷研究

为了研究装药形状对近场爆炸载荷的影响,采用数值方法分析比较了球形和圆柱形(长径比为1)2种典型形状装药中心起爆情况下的近场爆炸载荷。结果表明:球形装药产生的爆炸载荷分布均匀,爆炸波以球面形式向各个方向传播;圆柱形装药产生的爆炸载荷存在着明显的方向性,爆炸波呈空间十字形分布,爆炸波沿装药轴向的传播速度和超压峰值大于径向;比例距离小于1.1 m/kg1/3时圆柱形装药轴向和径向爆炸载荷大于球形装药;离爆心比例距离小于2.5 m/kg1/3的区域可以视为爆炸近场,装药形状对该区域内的爆炸载荷有显著影响。     

室内受限空间中掺氢天然气爆炸模拟

将氢气掺入天然气中形成掺氢天然气,并利用现有天然气管道或管网进行输送被认为是大规模输氢的有效方式。由于氢气的最小点火能量远低于天然气、最低爆炸极限小于天然气,因此掺氢天然气泄漏后更容易发生爆炸事故,造成严重事故后果。本文采用FLACS软件研究了室内受限空间中的掺氢天然气爆炸事故,分析了掺氢比、打火点位置、计算区域是否开放和燃烧程度四种因素对掺氢天然气爆炸事故特征和演化规律的影响。结果表明,掺氢比越大,掺氢天然气爆炸发生时间越早;距离打火点越近的位置在爆炸过程中温度和超压越先开始变化;受限空间掺氢天然气爆炸的威力远大于开放空间掺氢天然气爆炸;燃烧当量比越高,爆炸威力越强。     

注空气采油油井产出气体燃爆特性

注空气采油工艺过程中存在产出气爆炸等安全问题,在分析产出气-空气混合物爆炸体积分数极限主要影响因素的基础上,利用Le Chatlier公式和图版计算混合物的爆炸体积分数极限,估算临界氧含量,采用圆柱状爆炸容器,在20～90 ℃、0.2～1.2 MPa下对产出气-空气混合物进行燃爆特性试验,确定爆炸体积分数极限范围、临界氧含量及爆炸区域,制定油井氧含量的安全标准.结果表明:可燃产出气的爆炸体积分数极限和临界氧含量受温度、压力、氧含量、点火能量、位置和惰性气体等因素的影响;爆炸范围随温度、压力和氧含量的升高而变宽,危险性增大;临界氧含量随温度、压力的升高而降低;高温高压模拟工况条件下,爆炸范围和氧含量随惰性气体体积分数的增加迅速减小,惰性气体体积分数和氧含量对爆炸体积分数下限影响较小,而对体积分数上限影响很大.     

AP/Al/ferrocene 混合体系粉尘爆炸下限质量浓度实验研究

从粉尘点火模式探讨了高压水射流作用下复合推进剂的点火机理.采用改进的哈特曼管粉尘爆炸装置,进行了高氯酸铵/铝粉/二茂铁(AP/Al/ferrocene)混合体系粉尘爆炸下限质量浓度的实验研究,分析了混合体系粉尘爆炸的过程,研究了组分、环境温度、湿度对爆炸下限质量浓度的影响.结果表明,随着湿度的增加,粉尘体系爆炸下限质量浓度升高;而随着温度的增加,粉尘体系爆炸下限质量浓度则降低;此外,高氯酸铵和二茂铁的质量分数是影响混合体系爆炸下限质量浓度的敏感因素.     

扁平绕带式容器在爆炸冲击载荷下的安全性

基于爆炸实验结果,分析发现扁平绕带式容器在爆炸冲击载荷作用下具有较大的塑性变形能力,能够吸收较多的爆炸能量;爆破时对环境造成的危害程度较小。表明扁平绕带式容器在爆炸冲击载荷作用下有着较高的安全性。     

基于瓦斯煤尘爆炸的矿井紧急避险系统研究

为了更科学合理地布置矿井紧急避险系统,以瓦斯煤尘爆炸为例,引用炸药爆炸规律将瓦斯煤尘爆炸的伤害划分为非常严重区、严重区和轻微区;运用爆炸超压值衰减理论、热辐射伤害准则和毒物-浓度伤害准则,建立了矿井瓦斯煤尘爆炸三区伤害范围划分准则;结合瓦斯煤尘爆炸的特点及不同紧急避险设施的优缺点,对井下避险设施的合理位置和类型进行了探讨。结果表明:非常严重区和严重区以冲击波伤害为主,轻微区以有毒有害气体伤害为主;在非常严重区设置避难设施对瓦斯煤尘爆炸事故无效;在严重区中部应设置抗爆性较高的可移动救生舱;在轻微区内宜设置密闭性较强的避难硐室。     

气象条件对天津港爆炸事故应急救援服务的影响分析

利用多普勒雷达资料、高分辨率地面自动站资料以及常规探空气象资料,对2015年天津港爆炸事故进行分析,结果表明:爆炸事故发生在全月极端高温日,干热天气成为爆炸事故发生的直接原因;危化品爆炸事故导致有毒气体或者污染物扩散,风向风速起到决定性作用;降水对爆炸事故救援的影响分为两方面,一是小雨的影响,二是强降水的影响。     

氢气爆炸反应压力探讨

利用公式ΔU=-0.1196n/λ计算了氢气在空气和氧气中爆炸反应产生的火焰温度,进而计算了爆炸反应产生的压力.当氢气在空气中的浓度分别为74%(爆炸上限)和4.1%(爆炸下限),其爆炸反应产生的压力分别为3.46atm和1.71atm;当氢气在氧气中的浓度分别为94%(爆炸上限)和4%(爆炸下限)时,爆炸反应产生的压力分别为3.79atm和1.56atm.     

少量乙烯对甲烷爆炸危险性及反应历程的影响

工业生产中可燃气体爆炸往往是多元可燃气体在空气中的爆炸,而乙烯作为活性非常高的可燃性气体,对甲烷爆炸的危险性有很大影响,为了进一步考察乙烯影响CH4爆炸的规律,采用标准的可燃气体爆炸极限测试装置,分析了含有不同浓度C_2H_4时,CH_4在空气中的爆炸极限;并基于密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G水平下对相关基元反应进行定量分析,计算出相应热力学数据,然后用反应内禀坐标法验证反应路径,结合反应动力学来分析C2H4对甲烷爆炸反应历程的影响。结果表明:少量C_2H_4可使甲烷爆炸上限和下限均有所下降,且爆炸下限下降更明显,爆炸危险度F值增大;C2H4裂解过程中的·C2H3与O2反应生成爆炸链反应的中间产物CH_2O,增加了CH_4爆炸链分支反应;C_2H_4的存在增加了链反应所需的中间产物,提高了整个反应体系活化中心浓度,促进了甲烷爆炸;计算结果从微观角度很好地解释了实验结果,得出了C_2H_4/CH4混合体系16步简化反应机理。     

强爆炸冲击作用下坑道内准静态气压分析

针对强爆炸作用下密闭坑道内TNT爆炸准静态压力特性问题,基于能量守恒和理想气体状态方程建立了准静态压力计算模型,并在试验坑道内开展了系列TNT内部爆炸试验.结果表明,爆炸产物二次燃烧发生化学反应对约束爆炸准静态压力有明显的影响,当药量体积比Q/V较小时,理论计算模型能较好的估算坑道内爆后准静态气压,Q/V为0.234 k g·m^-3和0.463 k g·m^-3的理论计算值与实测值的相对误差仅为4.6%和1.4%.;当Q/V增大时,坑道内大气环境参加二次燃烧的爆炸产物比例越小,使得准静态气压增大比例降低.