综合文库 巷道内苯蒸气云爆炸的特性研究 开题报告

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中 北 大 学

毕业论文开题报告

学 生 姓 名: 学 院、系: 专 业:

于龙

学 号: 0804024326

化工与环境学院安全工程系

安全工程

论 文 题 目: 巷道内苯蒸气云爆炸危险特性的研究

指导教师:

2012年2月28日

苟瑞君

毕 业 论 文 开 题 报 告

1.结合毕业论文情况,根据所查阅的文献资料,撰写2000字左右的文献综述: 文 献 综 述 1.1 研究目的和意义 苯是一种易燃易爆有毒类化学物质,具有挥发性,苯常用于煤焦、塑料、合成纤维、石油精炼等行业。在运输、储存和设备检修过程中,苯储罐及其管道、阀门的意外破损、爆裂将导致苯的大量泄漏,若未采取安全措施,均容易引起火灾、爆炸和中毒事故的发生。苯的危险性表现在两个方面:一是苯的沸点较低为80.1℃,易形成苯蒸气,一旦泄漏遇到火源或者电火花等,极易引起火灾甚至苯蒸气云爆炸事故;二是中毒事故,若泄漏后的苯迅速蒸发为苯蒸气,未遇火源,高浓度苯蒸气漂浮在空气中,人在短时间内吸人可引起急性中毒,同时随着苯蒸气的扩散,污染环境,危害人的身体健康[1]。本文着重对苯蒸气云爆炸的危险特性进行分析。 巷道是诸多危险因素聚集的高危区,巷道的掘进、通风、排水、矿藏运输等工作多数由工作人员亲身上阵,尤其是煤矿巷道之内,时常有瓦斯、粉尘等易燃易爆气体产生,一旦发生苯外漏事故,轻则人员中毒,重则可能导致苯的云爆炸引发的连锁爆炸反应,将给国家造成重大的人员伤亡和财产损失,同时也将严重影响企业的生产进度。有鉴于此,研究巷道内苯蒸气云爆炸的危险及特性,更加显得刻不容缓、意义重大。其主要意义在于:首先,有利于在巷道或者其中的高危区采取合适有效的防护措施,选择最佳的疏散路径,可在事故发生之时组织人员尽快疏散、撤离;其次,有利于对危险区域进行隔离,设立警戒标志,为应急救援提供帮助。 对苯蒸气云爆炸的研究,理论和试验有着同样重要的意义,而对于预防爆炸事故的研究,试验方法有着更加重要意义。通过对苯蒸气云爆炸威力特别是爆炸的上下限进行定性定量的分析,了解其破坏模式,寻找和发现苯蒸气云爆炸的抑制方法,较精确地描述整个爆炸过程,可有效地提出减灾防护措施,最大程度地减少由爆炸引起地连锁反应造成的人员伤亡和财产损失[2],具有重大的现实意义和科研价值,同时对丰富和完善可燃气体爆炸理论,也将起到积极地促进作用。 1.2 国内外研究现状

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。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]。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。对于可燃性气体云爆炸的研究,主要涉及到以下三个方面: 1)实验室研究进展情况 有关可燃性气体爆炸极限的研究,国外进行得比较早。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。1965年美国矿山局的发表了《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5cm、长125~150cm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[4]。此后日本、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,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)。 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。公安部天津消防研究所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。沈阳消防研究所设计了一套采用电容电火花点火、容积为300cm3 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[5]。天津大学田贯三等人设计了采用电极放电点火、长1400 mm、内径60mm、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。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~ 1MPa 内的可燃气体的爆炸极限测定的爆炸反应器,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20L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。华北工学院张景林等人利用设计的实验装置,对化石油气、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[6]。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。 2)可燃性气体爆炸的理论研究 (1)开敞空间气体爆炸理论研究 开敞空间气体爆炸已有的理论研究方法包括:TNT当量法、TNO多能模型和Kuhl模型[7]。 TNT当量法虽然比较简单,但属经验方法,对气体爆炸场的测算比较粗糙,偏差较大。TNO多能模型是综合蒸气云内部各部分对超压的贡献大小而形成的模型,涵盖了从较弱的爆燃波到剧烈爆炸以致产生爆轰波的情况,概念上较合理,但应用时带有很强的主观性[8]。Kuhl模型忽略了爆炸场的某些条件,简化了场模型,得出开敞空间碳氢化合物可燃气体爆炸场气体动力学参数的计算方法;但未考虑点燃的具体情况、初始火焰加速情况以及冲击波超压作用时间,由于这些对爆炸影响大的因素被忽略,因而不能够准确研究气体爆炸的特性[9]。 (2)受限空间气体爆炸理论研究 受限空间气体爆炸发展过程较为复杂,建立比较准确的理论模型描述爆炸发展过程是很困难的。由于工程应用的实际需要,研究人员通过各种假设建立了适合于工程应用的爆炸模型,先后提出了等温模型、绝热模型和一般模型。 等温爆炸模型比较简单,但等温爆炸模型假设已燃物和未燃物的温度在爆炸发展过程中保持不变,且在推导过程中,没有考虑压力升高对气体燃烧速度的影响,因此对受限空间气体爆炸压力和压力上升速率的计算比较粗糙,误差较大,该模型只能反映爆炸过程中的压力发展趋势[10]。绝热爆炸模型是在等温爆炸模型的基础上进行改进,考虑了绝热压缩对气体混合物温度和压强的影响以及压力对燃速的影响,其精确度比等温爆炸模型高。J.Lee于1985年通过引进化学反应度人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: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[11]。另外,研究者从等容绝热燃烧模式出发,采用球面火焰假设,在热力学分析的基础上提出了绝热混合模型等多种模型。 3)可燃性气体爆炸的数值模拟

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