镁铝混合粉尘爆炸规律研究

刘志敏　(中北大学化工与环境学院,太原030051）

镁铝混合粉尘爆炸规律研究

刘志敏
(中北大学化工与环境学院,太原030051）

镁与铝被运用于各个行业，特别是在化工，军工，航天等行业得到广泛应用。在一定条件下，镁和铝制备成颗粒极易发生爆炸。所以有必要研究镁、铝粉尘爆炸的规律，从而预防和控制爆炸事故的发生。本文以镁铝混合粉尘为研究对象，基于水平管道对其进行实验研究。结果表明：200目(75μm)以下镁铝混合粉尘比例分别为1:1,1:2,1:3的爆炸下限分别为30g/m3、40g/m3、65g/m3。随着镁铝混合粉尘中铝比例的增加，爆炸下限增大。镁铝混合粉尘发生爆炸时存在一个浓度值，在此浓度值下最大爆炸压力达到最大。相同浓度不同配比下，随着镁铝混合粉尘中铝粉比例的增加，爆炸时最大爆炸压力减小，爆炸的猛烈程度降低。

镁粉;铝粉;爆炸下限;爆炸压力

0　引言

粉尘爆炸是给人类生产生活带来危害的主要事故，同时，镁铝粉在工业中有广泛的应用，但自身化学性质活泼，极易发生燃烧爆炸。有效预防爆炸灾害产生的危害，准确掌握其爆炸的原理，了解其爆炸特性，建立相应的爆炸实验装置，研究其爆炸特性是很有必要的。中国对镁铝合金的抑燃抑爆的研究仍处于最初阶段，落后于国际先进水平很大的差距，在镁铝合金的应用上受制于国外。因此，对镁铝金属的研究意义重大。本文在参阅镁铝合金相关文献的基础上，对其爆炸特性规律进行研究，使用本实验室自行设计制造的设备对其爆炸特性进行研究，测出不同配比镁铝合金的爆炸极限，研究了不同配比镁铝合金不同浓度的最大爆炸压力的变化规律。

1　实验部分

本实验利用实验装置为本实验室自行设计研究的设备，实验设备为管道式可燃气体-粉尘爆炸试验装置，如下图所示。

整套实验装置由水平管道、扬尘系统、点火控制系统和信号采集系统4部分组成。

1.1水平管道

水平管道总长0.7米，截面为直径139mm的圆形。内置电极、吹粉管。体积为0.0106m3。

1.2扬尘系统

扬尘系统由空压机、电磁阀、贮气室、粉尘仓、吹粉管等组成。先将粉尘放置在粉仓内，开打空压机给贮气室充气，当接受到点火信号后，电磁阀随之开启，贮气室内的压缩空气经过粉尘仓将粉尘吹起，最后粉尘再经过吹粉管吹入水平管道，最后粉尘在管道内形成均匀的粉尘云。

1.3点火控制系统

点火控制系统由电极、电源、高压互感器、控制箱组成。电极两端加上10kV电压，击穿空气产生电火花，点燃悬浮在空气中的铝粉;控制箱可以调节电极点火延迟时间。本次试验设定点火延迟时间为80ms。

1.4信号采集系统

管道内部安装有压电式压力传感器、将采集到的信号经电荷放大器放大，最终由动态测试分析仪记录。

2　实验结果与分析

2.1 镁铝混合粉尘爆炸下限的测定

本实验中采用不同配比的镁铝混合进行爆炸下限的测定，镁铝混合的配比分别为1:1,1:2,1:3三种。采用的混合粉尘为200目镁粉和铝粉自行配置而成，配置时尽量使其混合均匀。测定的初始浓度选定为80g/m3，其他浓度分为以10g/m3为阶梯下降，每个测定浓度连续实验5次，如果此浓度5次均为发生爆炸，则被认为是该粒径该配比的铝镁混合粉尘的爆炸下限。表4.3，4.4，4.5分别是不同配比镁铝混合粉尘爆炸下限浓度测试的数据结果，其中：“+”表示爆炸；“-”表示未爆炸。

表1　200目镁铝混合粉尘(1:1)爆炸下限实验数据

表2　200目镁铝混合粉尘(1:2)爆炸下限实验数据

表3　200目镁铝混合粉尘(1:3)爆炸下限实验数据

由表1,2,3三个表可以看出，200目以下1:1镁铝混合粉尘的爆炸下限为30g/m3、200目以下1:2镁铝混合粉尘的爆炸下限为40g/m3、200目以下1:3镁铝混合粉尘的爆炸下限为65g/m3。

随着镁铝混合粉尘中镁含量的的减小，镁铝混合粉尘的爆炸下限随之降低。这是因为镁粉的活性要比铝粉强，物质自身的特性影响了爆炸下限。因此镁铝混合粉尘中镁含量越高，发生燃烧爆炸的可能性越大，危险性也越大。

2.2 镁铝混合粉尘浓度对爆炸特性的影响

在点火电压10KV，点火延迟时间为80ms，吹粉压力0.76MPa的实验条件下。图1，2，3分别为不同配比(1:1,1:2,1:3)200目粉尘浓度对最大爆炸压力的影响图，浓度范围为100g/m3～1000g/m3，以100g/m3为梯度递增。

从图1,2,3中可以看出，镁铝混合粉尘浓度在100g/m3～700g/m3的范围时，最大爆炸压力随着浓度的增加而增大，当浓度达到700g/m3时，最大爆炸压力达到最大值，镁铝混合粉尘浓度在700g/m3～1000g/m3的范围时，最大爆炸压力随着浓度的增加而减小。

3　镁铝混合粉尘防爆安全对策

粉尘爆炸的防治通常分为预防和防护两个方面。预防是指阻止爆炸的发生,防护是爆炸发生后通过技术手段降低爆炸引起的损失。

3.1预防措施

（1）避免爆炸性粉尘云

在原有工艺基础上,通过工艺改进和技术提高使生产过程中不存在爆炸性粉尘云。这种方法通常成本较高,并且囿于技术水平，很难在生产过程中完全不产生粉尘。

（2）惰化工艺

用惰性气体将粉尘云包围，例如氮气，二氧化碳，可以降低粉尘周围的氧气浓度，从而阻止粉尘发生爆炸。惰化工艺需要使用大量惰性气体，成本较高，适用于较高危险性的行业。

（3）限制粉尘云浓度

限制粉尘云的浓度使其低于爆炸下限，粉尘云显然不会爆炸。但在实际操作中却很难控制粉尘云的浓度，因此该方法在实际中应用较少。

3.2防护措施

（1）封闭

让设备能够完全承受粉尘爆炸产生的压力的技术就是封闭,一般能承受1.0MPa压力的设备就能承受几乎所有种类粉尘的爆炸,但这样的设备往往造价昂贵,因此封闭技术的应用受到了限制。

（2）隔爆

隔爆是指将爆炸源与其他设备隔绝开，防止爆炸传播从而波及人员和其他设备。隔爆技术又分为主动隔爆和被动隔爆。目前的隔爆产品主要使用于管道上。

（3）泄爆技术

指有可能产生爆炸的房间或者箱体为了避免爆炸而设的排泄压力或者能量的通道。泄爆技术是目前使用最广泛的粉尘爆炸防护技术,但泄爆过程本身是一个非常复杂的物理过程，目前仍是研究的热点。

（4）自动抑爆

自动抑爆技术通过传感器探测爆炸信号，之后传感器发出指令向爆炸源喷射抑制剂阻止爆炸的传播。自动抑爆技术设备的技术含量较高，难度较大。

[1]付羽,陈宝智,李刚.镁粉爆炸机理及其防护技术研究[J].工业安全与环保,2008.

[2]魏吴晋.铝纳米粉尘爆炸及其抑制技术研究[D].徐州:中国矿业大学,2010.

[3]孙贵磊.中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C].北京:2011.

刘志敏(1988-)，男，硕士研究生，中北大学。