楊 克,王躍勝,紀 虹,鄭 凱,邢志祥,畢海普,蔣軍成

(常州大學安全科學與工程學院,江蘇 常州 213164)

瓦斯在管道輸送及各種工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生爆炸事故,威脅著相關(guān)行業(yè)工作人員的生命安全,造成了一定的人員傷亡和財產(chǎn)損失。瓦斯爆炸在自身產(chǎn)生爆炸壓力波的情況下,會使地面灰塵揚起到空氣中,在爆炸火焰的促使下,進而引起威力更大的粉塵爆炸[1]。因此,主動抑爆對預防瓦斯爆炸事故的發(fā)生和減輕事故傷亡具有重要意義。目前,學者們研究了抑爆材料對瓦斯爆炸的抑制作用,這些材料主要包括水霧[2]、抑爆粉體[3]、惰性氣體[4]以及一些多孔介質(zhì)等[5]。

實際上,惰性氣體可以稀釋可燃氣體和氧氣的濃度。而在惰性氣體中,二氧化碳(CO2)是一種典型的惰性氣體,眾多學者對其進行了相關(guān)研究。已有試驗和理論研究表明:二氧化碳在抑制可燃氣體爆炸方面,不僅可以抑制單組分可燃氣體的爆炸,而且可以抑制多組分混合可燃氣體的爆炸[6]。惰性氣體的體積分數(shù)對可燃氣體爆炸有著很大的影響。已有研究表明,可以通過最大爆炸壓力(Pmax)等特性參數(shù)來評估這種影響[7]。在瓦斯和空氣混合物中,隨著二氧化碳體積分數(shù)的增加,會導致可燃性氣體可燃性范圍和瓦斯爆炸強度的降低[8]。眾多研究表明,相比于其他典型惰性氣體(如氮氣),二氧化碳的熱容量更高,它能夠更好地降低火焰溫度,對瓦斯爆炸的抑制效果更好[9]。

近些年來國內(nèi)外一些學者對七氟丙烷惰性氣體對抑制瓦斯爆炸的效果進行了大量的研究。如:Gant等[10]將七氟丙烷和碳酸氫鈉(NaHCO3)用來進行滅火試驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加入少量NaHCO3和七氟丙烷協(xié)同反應過程中,NaHCO3會分解產(chǎn)生Na、NaO、NaOH等粒子,這些粒子會與含氟自由基發(fā)生反應生成NaF,降低HF的生成,從而減小火災爆炸的危險性;Babushok等[11]開展了七氟丙烷和NaHCO3對甲烷(CH4)-空氣進行協(xié)同阻燃的試驗研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入少量NaHCO3和七氟丙烷協(xié)同反應后,抑制效果得到了有效的提高;Li等[12]開展了七氟丙烷抑制乙醇-汽油-空氣混合物爆炸特性的試驗研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當七氟丙烷的添加濃度為10%時,可使乙醇-汽油混合物的超壓降低幅度達60%,繼續(xù)添加七氟丙烷-空氣,能夠完全抑制爆炸的產(chǎn)生; Zhang等[13]開展了七氟丙烷對氫氣-甲烷預混氣體爆炸火焰影響的試驗研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)七氟丙烷對混合火焰具有較好的抑制作用,但是在試驗過程中七氟丙烷也有一定熱量的產(chǎn)生; Cao等[14]開展了七氟丙烷協(xié)同其他惰性氣體抑制甲烷爆炸的試驗研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)七氟丙烷協(xié)同二氧化碳(CO2)對甲烷爆炸的抑制效果要優(yōu)于協(xié)同氮氣(N2)的抑制效果,其主要原因是CO2比N2具有更高的比熱容,CO2分子具有更高的活性,能夠更容易參與鏈反應,協(xié)同化學抑制作用更強。

粉體也是一種能夠很好地抑制可燃氣體爆炸和燃燒的材料,其中二氧化硅(SiO2)等粉體具有良好的抑爆性能[15-17]。Liu等[15]在長距離圓形爆炸試驗管道中對 SiO2超細粉體抑制瓦斯煤塵爆炸特性進行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn) SiO2超細粉體可使瓦斯煤粉混合氣體的爆炸超壓和火焰?zhèn)鞑ニ俣却蠓陆?Chen等[16]分析了SiO2超細粉體對瓦斯爆炸火焰的抑制作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)SiO2超細粉體較易接觸并吸收燃燒反應區(qū)的自由基,從而降低瓦斯燃燒的反應強度。

近年來,相關(guān)學者也研究了氣固兩相抑制劑協(xié)同對甲烷爆炸的抑制效果[6,18-19]。如:Luo等[6]的研究表明,ABC/CO2氣固兩相抑制劑具有協(xié)同抑制作用,對甲烷爆炸具有良好的抑制效果;Jiang等[19]研究了超細ABC粉體與N2混合物對甲烷爆炸的抑制作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)甲烷爆炸超壓和火焰速度的最大下降幅度分別達76.8%和100%,并得出氣固兩相混合抑制劑的抑制效果明顯優(yōu)于單相氣體或粉體。

二氧化碳氣體、七氟丙烷氣體和納米二氧化硅粉體這三種抑制劑是已知的可以抑制管道中瓦斯爆炸的材料。然而,在工業(yè)生產(chǎn)過程以及管道輸送氣體過程中,很少有研究它們之間的協(xié)同作用對瓦斯爆炸的抑制效果,而在工業(yè)生產(chǎn)過程中對各種抑制劑的組合應用研究是十分必要的。因此,本文在自行搭建小型可視化瓦斯爆炸試驗平臺的基礎(chǔ)上,探究了3種物質(zhì)單獨或聯(lián)合對不同濃度瓦斯爆炸的抑制效果,主要體現(xiàn)在甲烷爆炸超壓、最大爆炸壓力和火焰?zhèn)鞑D像等特性參數(shù)上,旨在探明惰性氣體與粉體之間是否存在協(xié)同作用以及氣固兩相混合抑制劑對瓦斯爆炸的抑制機理。

1 試驗系統(tǒng)與方法

1.1 試驗系統(tǒng)與材料

本研究自行搭建的小型可視化瓦斯爆炸試驗系統(tǒng)主要包括自制瓦斯爆炸管道、噴粉系統(tǒng)、高頻脈沖點火系統(tǒng)、氣體預混傳輸系統(tǒng)、高速攝影系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),如圖1所示。

1.高壓氣瓶;2.氣體預混系統(tǒng);3.噴粉系統(tǒng);4.高速攝影系統(tǒng);5.瓦斯爆炸管道;6.光電壓力傳感器;7.點火電極;8.點火控制器;9.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);10.同步控制器;11.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。圖1 自行搭建的小型可視化瓦斯爆炸試驗系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the self-built small visual gas explosion test system in the experiment

試驗所用的管道材料為亞克力玻璃,為半封閉透明管道,管道長度為1 000 mm,橫截面積為 50 mm×50 mm,總?cè)莘e為2.5 L,設(shè)計壓力為 1.6 MPa,管道右端開口,試驗過程中采用PVC薄膜進行密封,以便瓦斯爆炸時壓力完全釋放;噴粉系統(tǒng)主要由儲粉罐、電磁閥、壓力表、噴嘴、高壓儲氣罐等構(gòu)成,電磁閥開啟時,高壓儲氣罐產(chǎn)生的高壓氣體攜帶儲粉罐中的粉體由噴嘴噴入管道中;氣體預混系統(tǒng)由一個甲烷儲氣瓶、一個二氧化碳儲氣瓶、一個空氣儲罐、一個七氟丙烷儲氣瓶和一個多組分氣體質(zhì)量流量控制器組成;高速攝影系統(tǒng)為美國Phantom系列v1212超高速數(shù)字攝像機,該高速攝影機每秒能夠拍攝10萬張照片,最小曝光時間為1 μs,在試驗過程中能夠清晰準確地捕捉瓦斯爆炸火焰的形狀與火焰前鋒的位置變化;高頻脈沖點火系統(tǒng)由點火控制器和安裝在管道側(cè)壁上的高熱點火電極(6 kV)組成;數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由上海銘動高頻壓力傳感器(量程為-0.1～0.1 MPa,響應時間 0.2 ms,綜合精度為0.25%)、紅外光電壓力傳感器、USB-1608FS-Plus信號采集卡、MC數(shù)據(jù)采集軟件、MC濾波處理系統(tǒng)等組成,紅外光電壓力傳感器和高頻壓力傳感器可以準確地采集瓦斯爆炸過程中的火焰和壓力變化數(shù)據(jù),記錄壓力數(shù)據(jù)的采集卡將數(shù)據(jù)傳輸給計算機。

1.2 試驗方法

試驗過程如下:首先,根據(jù)試驗要求將特定濃度的瓦斯氣體通入管道中,得到瓦斯-空氣混合氣體;然后,若為粉體單獨參與試驗,啟動噴粉系統(tǒng)將一定量的粉體在高壓情況下噴入管道中,待均勻擴散后通過點火控制器點火引爆,若為惰性氣體單獨參與試驗,通過多組分氣體質(zhì)量流量控制器通入惰性氣體,點火引爆;最后,氣固兩相協(xié)同抑爆,在通入惰性氣體后,再噴入粉體,點火引爆。每次點火前均提前啟動光電壓力傳感器和壓力信號信息采集系統(tǒng)與高速攝影系統(tǒng)。

每次瓦斯爆炸試驗前,容器內(nèi)初始壓力設(shè)定為0.1 MPa(大氣壓力)、初始溫度設(shè)定為25 ℃(環(huán)境溫度),環(huán)境相對濕度設(shè)定為45%～50%。最終得到的測試數(shù)據(jù)要在相同的試驗條件下連續(xù)進行3次試驗,以提高數(shù)據(jù)的準確性。

試驗中所用的二氧化碳(CO2)純度約為99.9%,其熔點、沸點和臨界溫度分別為-56.57、-78.4和31.1 ℃,臨界壓力為7.38 MPa,體積分數(shù)為4%;試驗中所用的七氟丙烷(heptafluoropropane)簡稱HFC-227ea或FM-200,其結(jié)構(gòu)式為CF3CHFCF3,在常溫常壓下為無色無味氣體,體積分數(shù)為4%;試驗所用的納米二氧化硅(SiO2)粉體掃描電鏡照片和粒徑分布圖,如圖2所示。

圖2 納米二氧化硅(SiO2)掃描電鏡照片和粒徑分布圖Fig.2 Scanning electron microscopy photos and particle size distribution of nano silica

由圖2可以看出:納米SiO2粉體粒徑分布在14～32 nm范圍內(nèi),計算得到其平均粒徑為23 nm,屬于超細粉體;納米SiO2粉體具有較大的孔隙率和比表面積。

2 結(jié)果與討論

為了研究瓦斯?jié)舛葘艿乐型咚贡ǖ挠绊?研究了管道中3種不同濃度瓦斯-空氣混合氣體的爆炸壓力。在管道中瓦斯爆炸過程中,設(shè)定最大爆炸壓力為Pex,最大爆炸壓力增長速率為(dP/dt)ex,達到最大爆炸壓力的時間定義為tc[20]。瓦斯?jié)舛葹?%、9.5%和11%時的瓦斯爆炸壓力曲線對比見圖3。在一個標準的試驗裝置中,氣體爆炸的濃度范圍在5%～15%,瓦斯?jié)舛葹?%、9.5%和11%時,試驗條件分別為低濃度條件、化學當量條件和高濃度條件。

圖3 不同瓦斯?jié)舛?7.0%、9.5%和11.0%)時的瓦斯爆炸壓力曲線對比Fig.3 Comparison of gas explosion pressure curves at gas concentrations of 7.0%,9.5%,and 11.0%

由圖3可以看出:瓦斯?jié)舛葹?%、9.5%和11%時,管道中最大爆炸壓力Pex分別為22.24、35.32、32.28 kPa,即在化學當量條件下瓦斯?jié)舛葹?.5%時瓦斯爆炸壓力最大,爆炸威力最大,可釋放巨大的能量。

根據(jù)研究發(fā)現(xiàn),納米SiO2粉體濃度為0.1 g/L時抑爆效果較好,本試驗所選兩種惰性氣體(CO2和FM-200)的體積分數(shù)為4%[9,14-15]。不同瓦斯?jié)舛认绿砑踊虿惶砑佣栊詺怏w(CO2和FM-200)時瓦斯爆炸壓力曲線對比見圖4,瓦斯爆炸參數(shù)見表1。

表1 不同瓦斯?jié)舛认绿砑踊虿惶砑佣栊詺怏w(CO2和FM-200)時瓦斯爆炸參數(shù)

由圖4可以看出:在3種瓦斯?jié)舛认?加入惰性氣體均能影響瓦斯爆炸參數(shù);當加入CO2和FM-200氣體抑制瓦斯爆炸時,瓦斯各項爆炸參數(shù)均有所下降,且添加FM-200氣體的瓦斯爆炸壓力曲線位于添加CO2氣體的瓦斯爆炸壓力曲線下方,說明FM-200氣體對瓦斯爆炸的抑制效果優(yōu)于CO2氣體。

通過對表1的數(shù)據(jù)進行定量分析可知:當瓦斯?jié)舛葹?1%時,添加4% CO2和4% FM-200氣體,最大爆炸壓力下降率分別為22.9%和28.2%,最大爆炸壓力增長速率分別為15.69 kPa/ms和11.8 kPa/ms,最大爆炸壓力增長速率下降率分別為31.1%和48.2%;無抑制劑時,氣體燃燒時間為380 ms,添加4% CO2和4% FM-200氣體后,氣體燃燒時間分別為410 ms和490 ms,相對于未添加抑制劑時氣體燃燒時間延遲了30 ms和110 ms,說明添加4%CO2和4%FM-200氣體均能在一定程度上抑制瓦斯爆炸,并且FM-200氣體對瓦斯爆炸的抑制效果優(yōu)于CO2氣體。

不同瓦斯?jié)舛认绿砑蛹{米SiO2粉體、CO2-SiO2氣固混合物、FM-200和SiO2氣固混合物時瓦斯爆炸壓力曲線對比見圖5,瓦斯爆炸參數(shù)見表2。

由圖5可以看出:加入氣固混合物后,不同濃度瓦斯的爆炸壓力均有所下降,說明混合抑制劑比單組分抑制劑對瓦斯爆炸的抑制效果要好,抑制效果由強到弱依次為FM-200和SiO2氣固混合物、CO2-SiO2氣固混合物、納米SiO2粉體。

由圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn),不論是添加單組分抑制劑還是添加氣固混合抑制劑,每組試驗的瓦斯爆炸壓力曲線都有兩個波峰:第一個峰值是瓦斯爆炸釋放巨大能量,管道內(nèi)的瓦斯爆炸壓力迅速上升,火焰觸碰管道側(cè)壁面,側(cè)壁面吸熱冷卻使瓦斯爆炸得到一定抑制,加之膨脹作用使得瓦斯爆炸壓力下降;第二個峰值是管道內(nèi)火焰波面快速加熱產(chǎn)生CO2和水蒸氣,隨著反應的進行管道內(nèi)瓦斯爆炸壓力急劇上升,當火焰從管道末端的PVC薄膜沖出后,瓦斯爆炸壓力下降。

通過對表2數(shù)據(jù)進行定量分析可知:添加FM-200和SiO2氣固混合物,瓦斯?jié)舛葹?%、9.5%、11%下瓦斯的最大爆炸壓力下降率分別為39.3%、28.3%和38.3%,添加CO2-SiO2氣固混合物,瓦斯?jié)舛葹?%、9.5%、11%下瓦斯的最大爆炸壓力下降率分別為28.6%、12.8%和33.7%,說明氣固混合物抑制劑對瓦斯爆炸的抑制作用強于單組分抑制劑;FM-200和SiO2氣固混合物的瓦斯爆炸參數(shù)均達到最大值,說明其對瓦斯爆炸的抑制作用最為有效,表現(xiàn)出協(xié)同抑爆作用。

為了更好地比較氣固混合物對瓦斯爆炸的抑制作用,考察了9.5%瓦斯?jié)舛认绿砑訂谓M分抑制劑和氣固混合抑制劑的最大爆炸壓力、達到最大爆炸壓力的時間即氣體燃燒時間和最大爆炸壓力增長速率,其結(jié)果見圖6和表3。

圖6 9.5%瓦斯?jié)舛认绿砑硬煌种苿ν咚贡ǖ囊种菩Ч麑Ρ菷ig.6 Comparison of inhibition effect of adding different inhibitors on gas explosion at 9.5% gas concentration

由圖6和表3可知:無抑制劑條件下,達到最大爆炸壓力的時間為360 ms,而添加不同抑制劑條件下,達到最大爆炸壓力的時間分別為405、385、470、470、515 ms,分別延遲了45、25、110、110、155 ms,延遲率分別為12.5%、6.9%、30.6%、30.6%和40.1%。從以上數(shù)據(jù)可以分析得出,氣固混合物對瓦斯爆炸的抑制效果優(yōu)于單組分抑制劑,并且FM-200和SiO2氣固混合物的抑制效果最好,表現(xiàn)出協(xié)同抑爆作用。

9.5%瓦斯?jié)舛认绿砑硬煌种苿┑耐咚贡ɑ鹧鎮(zhèn)鞑D像,如圖7所示。

圖7 9.5%瓦斯?jié)舛认绿砑硬煌种苿┑耐咚贡ɑ鹧鎮(zhèn)鞑D像Fig.7 Flame propagation images of gas explosion with different inhibitors added at 9.5% gas concentration

由圖7可以看出:

1) 添加4%CO2氣體的瓦斯爆炸火焰中黃色比較多[圖7(c)],這是因為CO2通過吸收瓦斯爆炸火焰的大量反應熱和輻射熱,導致瓦斯爆炸火焰溫度的降低,因而火焰顏色發(fā)生改變。

2) 噴撒納米SiO2粉體后,出現(xiàn)了明顯的黃色火焰[圖7(b)],這是由于在粉體的作用下,瓦斯爆炸反應升溫過程中粉體參與反應時吸熱,使管道和火焰表面的溫度降低,反應速度變慢,且預熱區(qū)的粉體對火焰?zhèn)鞑テ鹬匾饔?控制著火焰向前傳播的速度;而從該火焰圖中不難發(fā)現(xiàn),管道上壁的火焰?zhèn)鞑ニ俣纫煊诠艿老卤诘幕鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?這是由于粉體在管道內(nèi)發(fā)生了沉降,管道下壁有粉體堆積,限制了火焰的發(fā)展[21-22]。

3) 添加4% FM-200氣體的瓦斯爆炸火焰亮度明顯降低[圖7(d)],這主要是因為FM-200的物理和化學抑制作用相互作用的結(jié)果,FM-200主要通過化學抑制作用使火焰燃燒速率降低,進而降低火焰?zhèn)鞑ニ俾?且管道上端火焰速度要大于管道下端速度,這是因為隨著FM-200的加入,可燃氣體被稀釋,FM-200吸熱作用增強,火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?火焰釋放熱量向上壁擴散,致使管道上壁火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌臁?/p>

4) 添加了兩種不同組合氣固混合物的瓦斯爆炸火焰亮度均有所減弱[圖7(e)和7(d)],這是因為添加了FM-200和CO2的原因,但總體顏色還是偏黃色,主要是因為管道中有納米SiO2粉體導致顏色偏亮。相比于9.5%瓦斯?jié)舛认?添加不同抑制劑均有所緩解瓦斯爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣?延遲了火焰?zhèn)鞒龉艿赖臅r間,并且氣固混合物表現(xiàn)出了協(xié)同抑爆作用。

9.5%瓦斯?jié)舛认绿砑硬煌种苿┑耐咚贡ɑ鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣惹€,見圖8。

圖8 9.5%瓦斯?jié)舛认绿砑硬煌种苿┑耐咚贡ɑ鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣惹€Fig.8 Flame propagation velocity curves of gas explosion with different inhibitors addition at 9.5% gas concentration

由圖8可以看出:

1) 添加4%CO2氣體或者0.1 g/L納米SiO2粉體時,對瓦斯爆炸的抑制效果相近,而添加4% FM-200氣體的抑爆效果明顯優(yōu)于其他兩種抑爆劑。

2) 添加FM-200和SiO2氣固混合物,在9.5%瓦斯?jié)舛认?瓦斯爆炸火焰沖出管道的時間從540 ms延長到660 ms,火焰沖出管道的時間延長了22.2%,最大火焰?zhèn)鞑ニ俣葟?8.65 m/s下降至3.8 m/s,最大火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆盗?9.6%。

3) 添加FM-200和SiO2氣固混合物,其抑爆效果最好,表現(xiàn)出協(xié)同抑爆作用。

3 氣固混合物協(xié)同抑爆機理

上述試驗結(jié)果表明,氣固混合物對瓦斯爆炸有明顯的抑制作用,表現(xiàn)出協(xié)同抑爆作用,其抑爆機理如圖9所示。

圖9 氣固混合物的協(xié)同抑爆機理圖Fig.9 Mechanism diagram of synergistic explosion suppression of gas-solid mixtures

納米SiO2粉體化學性質(zhì)穩(wěn)定,在瓦斯爆炸的過程中不參與反應,其對瓦斯的抑爆性能主要表現(xiàn)為物理抑制作用。納米粉體的滅火性能相較于其他粉體更加優(yōu)越,這是因為納米粉體比表面積大、活性高、熱分解快、自由基俘獲強、輻射反射強[23]。本試驗所用的納米SiO2粉體粒徑屬于納米級別,抑爆效果較好,它主要通過物理吸熱來影響瓦斯爆炸反應進程。

CO2對瓦斯爆炸的抑制機制主要體現(xiàn)在以下幾個方面[9,24]:一是CO2作為惰性氣體抑制劑,可降低反應系統(tǒng)中瓦斯和O2氣體濃度;二是CO2在反應中也可以作為冷卻劑,吸收反應中的反應熱和輻射熱,可降低化學反應速率和反應的爆炸壓力;三是CO2可以參與燃燒鏈式反應,以降低瓦斯的消耗,從而抑制瓦斯爆炸。

FM-200對瓦斯爆炸的抑制機制主要體現(xiàn)在兩個方面:物理抑制作用和化學抑制作用,但是化學抑制作用占據(jù)主導地位。其中,物理抑制作用主要為FM-200稀釋燃燒區(qū)氧氣,吸收瓦斯爆炸火焰溫度等;化學抑制作用主要為FM-200吸收大量火焰熱量用于裂解,同時裂解出的含氟自由基又能夠參與瓦斯爆炸中火焰燃燒的鏈式反應中,破壞了火焰燃燒的鏈式反應。

綜上所述,氣固混合物的協(xié)同抑爆機理為:在瓦斯爆炸反應系統(tǒng)中添加氣固混合物,物理抑制作用和化學抑制作用同時起作用,其中納米SiO2粉體通過物理抑制作用吸收反應過程中產(chǎn)生的熱量,與此同時,隨著CO2氣體或FM-200氣體的加入,惰性氣體稀釋反應系統(tǒng)中O2和瓦斯的濃度,并且與反應系統(tǒng)中自由基發(fā)生反應,中斷瓦斯爆炸鏈的發(fā)展,抑制瓦斯爆炸。根據(jù)試驗結(jié)果,氣固混合物對瓦斯爆炸的抑制效果優(yōu)于單組分抑制劑,氣固混合物表現(xiàn)出協(xié)同抑爆作用。

4 結(jié)論與建議

本文自行搭建小型可視化試驗平臺,研究了納米SiO2粉體、CO2氣體和FM-200氣體3種單組分抑制劑和氣固兩相混合抑制劑對瓦斯爆炸的抑制作用,得出如下結(jié)論:

1) 3種單組分抑制劑對瓦斯爆炸均有抑制作用,對瓦斯爆炸的抑制效果由強到弱依次為:FM-200氣體、納米SiO2粉體、CO2氣體。單組分抑制劑抑制瓦斯爆炸反應中,瓦斯爆炸的各項爆炸參數(shù)均呈下降趨勢。

2) 氣固兩相混合抑制劑對瓦斯爆炸的抑制效果由強到弱依次為FM-200和SiO2氣固混合物、CO2-SiO2氣固混合物、納米SiO2粉體,且FM-200和SiO2氣固混合物的抑制作用強于CO2-SiO2氣固混合物,主要是因為FM-200參與了更多瓦斯爆炸中火焰燃燒的鏈式反應,消耗了更多爆炸反應中的自由基,其抑爆效果更好。

3) FM-200氣體主要通過吸熱效應的物理抑制作用和中斷鏈式反應的化學抑制作用來抑制瓦斯爆炸。氣固兩相混合抑制劑——FM-200和SiO2氣固混合物對較高瓦斯?jié)舛?空氣預混氣體具有較好的抑爆效果。FM-200和SiO2氣固混合物作為新型抑制劑可為預防瓦斯爆炸提供思路和方法。

基于以上分析,我們可以將氣固混合抑制劑應用于工業(yè)生產(chǎn)過程中來抑制氣體爆炸,并在未來的研究中可以借助相關(guān)模擬軟件對氣固兩相混合抑制劑的抑爆過程進行流體動力學和分子動力學模擬分析,來進一步研究和完善其抑爆機理,同時還可以研究其他不同氣固混合抑制劑以及不同濃度的抑爆粉末與不同體積分數(shù)的惰性氣體之間的協(xié)同抑爆作用,以期得到抑制氣體爆炸的氣固混合物的最佳濃度配比。