鎂鋁混合粉塵爆炸規(guī)律研究

劉志敏　(中北大學化工與環(huán)境學院,太原030051）

鎂鋁混合粉塵爆炸規(guī)律研究

劉志敏
(中北大學化工與環(huán)境學院,太原030051）

鎂與鋁被運用于各個行業(yè)，特別是在化工，軍工，航天等行業(yè)得到廣泛應用。在一定條件下，鎂和鋁制備成顆粒極易發(fā)生爆炸。所以有必要研究鎂、鋁粉塵爆炸的規(guī)律，從而預防和控制爆炸事故的發(fā)生。本文以鎂鋁混合粉塵為研究對象，基于水平管道對其進行實驗研究。結果表明：200目(75μm)以下鎂鋁混合粉塵比例分別為1:1,1:2,1:3的爆炸下限分別為30g/m3、40g/m3、65g/m3。隨著鎂鋁混合粉塵中鋁比例的增加，爆炸下限增大。鎂鋁混合粉塵發(fā)生爆炸時存在一個濃度值，在此濃度值下最大爆炸壓力達到最大。相同濃度不同配比下，隨著鎂鋁混合粉塵中鋁粉比例的增加，爆炸時最大爆炸壓力減小，爆炸的猛烈程度降低。

鎂粉;鋁粉;爆炸下限;爆炸壓力

0　引言

粉塵爆炸是給人類生產生活帶來危害的主要事故，同時，鎂鋁粉在工業(yè)中有廣泛的應用，但自身化學性質活潑，極易發(fā)生燃燒爆炸。有效預防爆炸災害產生的危害，準確掌握其爆炸的原理，了解其爆炸特性，建立相應的爆炸實驗裝置，研究其爆炸特性是很有必要的。中國對鎂鋁合金的抑燃抑爆的研究仍處于最初階段，落后于國際先進水平很大的差距，在鎂鋁合金的應用上受制于國外。因此，對鎂鋁金屬的研究意義重大。本文在參閱鎂鋁合金相關文獻的基礎上，對其爆炸特性規(guī)律進行研究，使用本實驗室自行設計制造的設備對其爆炸特性進行研究，測出不同配比鎂鋁合金的爆炸極限，研究了不同配比鎂鋁合金不同濃度的最大爆炸壓力的變化規(guī)律。

1　實驗部分

本實驗利用實驗裝置為本實驗室自行設計研究的設備，實驗設備為管道式可燃氣體-粉塵爆炸試驗裝置，如下圖所示。

整套實驗裝置由水平管道、揚塵系統(tǒng)、點火控制系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)4部分組成。

1.1水平管道

水平管道總長0.7米，截面為直徑139mm的圓形。內置電極、吹粉管。體積為0.0106m3。

1.2揚塵系統(tǒng)

揚塵系統(tǒng)由空壓機、電磁閥、貯氣室、粉塵倉、吹粉管等組成。先將粉塵放置在粉倉內，開打空壓機給貯氣室充氣，當接受到點火信號后，電磁閥隨之開啟，貯氣室內的壓縮空氣經過粉塵倉將粉塵吹起，最后粉塵再經過吹粉管吹入水平管道，最后粉塵在管道內形成均勻的粉塵云。

1.3點火控制系統(tǒng)

點火控制系統(tǒng)由電極、電源、高壓互感器、控制箱組成。電極兩端加上10kV電壓，擊穿空氣產生電火花，點燃懸浮在空氣中的鋁粉;控制箱可以調節(jié)電極點火延遲時間。本次試驗設定點火延遲時間為80ms。

1.4信號采集系統(tǒng)

管道內部安裝有壓電式壓力傳感器、將采集到的信號經電荷放大器放大，最終由動態(tài)測試分析儀記錄。

2　實驗結果與分析

2.1 鎂鋁混合粉塵爆炸下限的測定

本實驗中采用不同配比的鎂鋁混合進行爆炸下限的測定，鎂鋁混合的配比分別為1:1,1:2,1:3三種。采用的混合粉塵為200目鎂粉和鋁粉自行配置而成，配置時盡量使其混合均勻。測定的初始濃度選定為80g/m3，其他濃度分為以10g/m3為階梯下降，每個測定濃度連續(xù)實驗5次，如果此濃度5次均為發(fā)生爆炸，則被認為是該粒徑該配比的鋁鎂混合粉塵的爆炸下限。表4.3，4.4，4.5分別是不同配比鎂鋁混合粉塵爆炸下限濃度測試的數據結果，其中：“+”表示爆炸；“-”表示未爆炸。

表1　200目鎂鋁混合粉塵(1:1)爆炸下限實驗數據

表2　200目鎂鋁混合粉塵(1:2)爆炸下限實驗數據

表3　200目鎂鋁混合粉塵(1:3)爆炸下限實驗數據

由表1,2,3三個表可以看出，200目以下1:1鎂鋁混合粉塵的爆炸下限為30g/m3、200目以下1:2鎂鋁混合粉塵的爆炸下限為40g/m3、200目以下1:3鎂鋁混合粉塵的爆炸下限為65g/m3。

隨著鎂鋁混合粉塵中鎂含量的的減小，鎂鋁混合粉塵的爆炸下限隨之降低。這是因為鎂粉的活性要比鋁粉強，物質自身的特性影響了爆炸下限。因此鎂鋁混合粉塵中鎂含量越高，發(fā)生燃燒爆炸的可能性越大，危險性也越大。

2.2 鎂鋁混合粉塵濃度對爆炸特性的影響

在點火電壓10KV，點火延遲時間為80ms，吹粉壓力0.76MPa的實驗條件下。圖1，2，3分別為不同配比(1:1,1:2,1:3)200目粉塵濃度對最大爆炸壓力的影響圖，濃度范圍為100g/m3～1000g/m3，以100g/m3為梯度遞增。

從圖1,2,3中可以看出，鎂鋁混合粉塵濃度在100g/m3～700g/m3的范圍時，最大爆炸壓力隨著濃度的增加而增大，當濃度達到700g/m3時，最大爆炸壓力達到最大值，鎂鋁混合粉塵濃度在700g/m3～1000g/m3的范圍時，最大爆炸壓力隨著濃度的增加而減小。

3　鎂鋁混合粉塵防爆安全對策

粉塵爆炸的防治通常分為預防和防護兩個方面。預防是指阻止爆炸的發(fā)生,防護是爆炸發(fā)生后通過技術手段降低爆炸引起的損失。

3.1預防措施

（1）避免爆炸性粉塵云

在原有工藝基礎上,通過工藝改進和技術提高使生產過程中不存在爆炸性粉塵云。這種方法通常成本較高,并且囿于技術水平，很難在生產過程中完全不產生粉塵。

（2）惰化工藝

用惰性氣體將粉塵云包圍，例如氮氣，二氧化碳，可以降低粉塵周圍的氧氣濃度，從而阻止粉塵發(fā)生爆炸。惰化工藝需要使用大量惰性氣體，成本較高，適用于較高危險性的行業(yè)。

（3）限制粉塵云濃度

限制粉塵云的濃度使其低于爆炸下限，粉塵云顯然不會爆炸。但在實際操作中卻很難控制粉塵云的濃度，因此該方法在實際中應用較少。

3.2防護措施

（1）封閉

讓設備能夠完全承受粉塵爆炸產生的壓力的技術就是封閉,一般能承受1.0MPa壓力的設備就能承受幾乎所有種類粉塵的爆炸,但這樣的設備往往造價昂貴,因此封閉技術的應用受到了限制。

（2）隔爆

隔爆是指將爆炸源與其他設備隔絕開，防止爆炸傳播從而波及人員和其他設備。隔爆技術又分為主動隔爆和被動隔爆。目前的隔爆產品主要使用于管道上。

（3）泄爆技術

指有可能產生爆炸的房間或者箱體為了避免爆炸而設的排泄壓力或者能量的通道。泄爆技術是目前使用最廣泛的粉塵爆炸防護技術,但泄爆過程本身是一個非常復雜的物理過程，目前仍是研究的熱點。

（4）自動抑爆

自動抑爆技術通過傳感器探測爆炸信號，之后傳感器發(fā)出指令向爆炸源噴射抑制劑阻止爆炸的傳播。自動抑爆技術設備的技術含量較高，難度較大。

[1]付羽,陳寶智,李剛.鎂粉爆炸機理及其防護技術研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2008.

[2]魏吳晉.鋁納米粉塵爆炸及其抑制技術研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學,2010.

[3]孫貴磊.中國職業(yè)安全健康協會2011年學術年會論文集[C].北京:2011.

劉志敏(1988-)，男，碩士研究生，中北大學。