初始壓力對容器通過導(dǎo)管泄爆過程的影響分析

摘 要：2014年4月云南曲靖透水事故的產(chǎn)生，再一次突顯了煤礦安全生產(chǎn)的重要性，使廣大研究者將探究重點(diǎn)放置于煤礦井下探放水工作的安全性方面，它屬于煤礦井下五大災(zāi)害之一，較為常見，危害性較大，是煤礦安全生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié)。基于此，本文以曲靖事故作為切入點(diǎn)，研究了初始壓力對容器通過導(dǎo)管泄爆過程的影響，并分析了在爆炸情況下脫險(xiǎn)的主要措施。

關(guān)鍵詞：氣體；煤礦；壓力；爆炸；密閉；

中圖分類號：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-08-00-01

泄爆是當(dāng)前工業(yè)上所采用的防治氣體及粉塵爆炸的主要手段，通過釋放富含能量物質(zhì)，降低容器內(nèi)壓力，以確保容器能夠安全運(yùn)行的方式。當(dāng)泄爆設(shè)備處于室內(nèi)或與工作區(qū)域相對接近的部位時(shí)，為了防治泄爆物質(zhì)引起的二次爆炸，對區(qū)域內(nèi)相關(guān)人員造成傷害，需將導(dǎo)管內(nèi)的毒性物質(zhì)排出室外，置于安全地帶中。初始壓力是容器導(dǎo)管通過導(dǎo)管泄爆設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，容器內(nèi)初始壓力大小的變化，將會(huì)對泄爆過程產(chǎn)生不同程度的影響。因此，本研究主要圍繞初始壓力對容器通過導(dǎo)管泄漏過程的影響展開，結(jié)合2014年4月云南曲靖透水事故，探討了泄爆過程中容器內(nèi)壓力的變化規(guī)律，旨在為相關(guān)容器的安全泄放提供指導(dǎo)。

一、泄爆基本原理

泄爆主要是指在爆炸事件初始及進(jìn)展階段，將輻射范圍內(nèi)高溫、高壓的燃燒物，送入圍包體強(qiáng)度最弱的部分，即泄壓口，使之安全泄出，避免破壞圍包體。一般在粉塵泄爆工程中，圍包體壓力會(huì)受到泄爆過程的影響而迅速變低，同時(shí)受到粉塵繼續(xù)爆炸的影響，逐漸升高，兩者連續(xù)作用，降低泄爆過程中容器壓力的上升速度，使最大泄爆壓力低于封閉圍包體的爆炸壓力值，導(dǎo)致容器破壞。在泄爆過程中，容器壓力上升速度是影響爆燃泄壓的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)也是衡量爆炸強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)。

一般可將容器通過導(dǎo)管泄爆的過程分為兩個(gè)不同的階段。在第一個(gè)階段，壓力容器內(nèi)未燃?xì)怏w并未被點(diǎn)燃，在容器內(nèi)產(chǎn)生層流燃燒現(xiàn)象，此時(shí)壓力上升速度比較慢，當(dāng)壓力累計(jì)，超過破膜力度時(shí)，泄爆膜將會(huì)破裂，其余部分并未燃燒的氣體則在壓力差的作用下，迅速進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)部，但上升速度比較慢。在第二階段，泄爆膜破裂將會(huì)引起導(dǎo)管內(nèi)氣體的流動(dòng)，在管道尺寸變化與容器作用的影響下，火焰將會(huì)折皺加速，轉(zhuǎn)化而成噴射型火焰，并進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)部。導(dǎo)管內(nèi)壓力將會(huì)迅速上升，產(chǎn)生突變反應(yīng)，到達(dá)峰值，同時(shí)容器內(nèi)壓力的上升幅度也會(huì)隨之加快。因此，在壓力容器導(dǎo)管入口處產(chǎn)生二次爆炸的概率更高。此時(shí)導(dǎo)管入口壓力上升速度明顯加快，并與容器產(chǎn)生壓力差，導(dǎo)致脈沖現(xiàn)象的產(chǎn)生，進(jìn)而增加了泄爆過程的危險(xiǎn)性，增加了容器爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

二、初始壓力對容器通過導(dǎo)管泄爆過程的影響

（一） 初始壓力對單容器密閉爆炸的影響

一般容器內(nèi)爆炸壓力將會(huì)伴隨壓力上升的增加而增加，且其達(dá)到壓力峰值的時(shí)間將會(huì)隨著初始壓力的升高而相應(yīng)延長。同時(shí)也顯示氣體完全燃燒所需時(shí)間變長，表示從氣體點(diǎn)燃到發(fā)展成火焰，延伸至管道壁面時(shí)間變長。由于容器內(nèi)壁與點(diǎn)火區(qū)域距離一定，因此，火焰?zhèn)鞑サ乃俣葘?huì)伴隨著初始壓力的增加而降低。容器初始壓力越高，則表示容器內(nèi)部所含有的混合型爆炸氣體越多，爆炸過程所釋放的能量也相應(yīng)增大。而由于密閉性容器的體積是不變的，此時(shí)容器內(nèi)壓力越大，則表明初始壓力越大，分子距離越近，相撞概率也會(huì)提升，同時(shí)增加了反應(yīng)速度，促使壓力上升頻率提升。

（二） 初始壓力對容器通過導(dǎo)管泄爆過程的影響

無論應(yīng)用中心點(diǎn)火或壁面點(diǎn)火的方式，均不可忽視初始壓力對容器通過導(dǎo)管泄爆過程的影響。一般容器內(nèi)壓力最高值將伴隨著初始壓力的上升而升高，初始壓力越高，則表示爆炸過程約劇烈。在中心點(diǎn)火條件下，假定容器內(nèi)初始壓力由最初的0MPa上升至0.06MPa，此時(shí)容器內(nèi)的壓力最高值將同時(shí)會(huì)由0.371MPa提升至1.077MPa。而在壁面點(diǎn)火條件下，同時(shí)設(shè)定容器內(nèi)壓由0MPa上升至0.06MPa，此時(shí)容器內(nèi)壓力峰值將由0.33MPa上升至0.943MPa。在兩種不同的點(diǎn)火條件下，容器壓力峰值均會(huì)得到不同程度的上升，且至少高于正常情況下的3倍，結(jié)果表明，在容器通過導(dǎo)管泄爆過程中，容器內(nèi)爆炸過程對初始壓力有較強(qiáng)的敏感性。當(dāng)容器內(nèi)初始壓力較高的情況下，在容器通過導(dǎo)管泄爆過程中，進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)的爆炸氣體量同時(shí)也在增多，致使導(dǎo)管入口部分爆炸反應(yīng)更為劇烈，導(dǎo)致導(dǎo)管入口部分與容器內(nèi)部壓力差變大，將會(huì)著導(dǎo)管對泄爆過程的阻礙作用。而當(dāng)容器內(nèi)部的初始壓力越高，在容器通過導(dǎo)管泄爆過程中，導(dǎo)管內(nèi)部的殘留氣體量將會(huì)顯著增加，在脈沖反應(yīng)作用下，將產(chǎn)生劇烈爆炸。因此，初始壓力越大，容器內(nèi)部壓力最高值將會(huì)提升，容器內(nèi)壓力上升速度同樣也會(huì)加快，使得爆炸過程更為劇烈。在實(shí)際作業(yè)過程中，若初始壓力持續(xù)處于高壓的狀態(tài)，在爆炸事故產(chǎn)生時(shí)，將無法達(dá)到泄爆要求。

在煤礦井下特殊作業(yè)時(shí)，必須實(shí)施井下探防水處理，主要指在采礦過程中必要的一種超前勘探方案，旨在明確采掘范圍內(nèi)的額陷落柱、導(dǎo)水通道的具體形態(tài)，進(jìn)而釋放積水，確保煤礦安全生產(chǎn)。因此，為避免透水事故的產(chǎn)生，必須多角度、全方位實(shí)施探放水計(jì)劃，確定管道容器的初始壓力，并嚴(yán)格按照要求制定采掘規(guī)劃，做好現(xiàn)場管理，制定應(yīng)急預(yù)案，確保壓力容器設(shè)施的正常運(yùn)行，降低潛在風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生幾率。

三、結(jié)束語

綜上所述，在簡單泄爆過程中，容器內(nèi)的壓力最高值并非伴隨初始壓力的上升而規(guī)律性增加。而在容器通過導(dǎo)管泄爆過程中，其初始壓力越高，且容器內(nèi)壓力最高值也會(huì)隨之上升，上升速率同時(shí)會(huì)升高，此時(shí)導(dǎo)管入口與容器內(nèi)的壓力差將會(huì)變大，導(dǎo)管入口部分的火焰速率將會(huì)同時(shí)變大，爆炸將會(huì)愈發(fā)劇烈。因此，必須嚴(yán)格控制初始壓力，降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)，減少不安全事故發(fā)生的可能性。

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