粉塵爆炸點火源點燃機理、風險評價與預防

《粉塵爆炸點火源點燃機理、風險評價與預防》是依託東北大學，由鐘聖俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：粉塵爆炸點火源點燃機理、風險評價與預防
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鐘聖俊
• 依託單位：東北大學

中文摘要

有效點火源是工業粉塵爆炸發生的必要條件，預防和控制有效點火源對粉塵爆炸事故的預防具有重要意義。粉塵點燃特性用粉塵層最低著火溫度、粉塵雲最低著火溫度和粉塵雲最小點燃能量來描述，但實際工藝過程和設備中粉塵點燃形式和影響因素非常複雜。通過TG-DSC圖譜分析、粉塵層著火溫度和恆溫箱-藍裝樣品自燃溫度測試研究粉塵自燃機理，建立粉塵氧化反應數學模型。研究粉塵種類、濕度、粒度、湍流度、粉塵濃度、空氣氧含量等因素對粉塵點燃能力的影響。建立模擬實際工藝條件的模型試驗裝置進行自燃和粉塵雲點燃試驗，為粉塵點燃風險評價和預防積累基礎數據。整理前人關於粉塵點燃的研究成果和粉塵爆炸事故點燃原因，結合本項目研究成果構建知識庫。採用人工智慧語言Prolog與ASP.Net網路套用開發平台建立粉塵點燃風險評價專家系統，並對典型工業粉塵和工藝進行點燃風險評價。提出典型工業粉塵和粉體處理工藝中粉塵點燃預防的解決方案。

結題摘要

近年來，可燃粉體處理工藝的粉塵爆炸事故造成了重大生命財產損失。研究粉塵爆炸點燃機理、風險評價方法和預防措施對可燃粉體安全生產有重要意義。本項目通過研究典型粉塵在典型工藝條件下的著火機理，建立了粉塵點燃風險評價方法和指標體系、粉塵爆炸性參數資料庫和粉塵爆炸事故資料庫，開發了粉塵爆炸風險評估專家系統。主要研究內容和成果如下：(1) 粉塵層著火機理研究研究了粉塵熱解與氧化的反應動力學參數測定方法，結合兩種經典的多重掃描速率非等溫法計算了玉米澱粉、石松子、鋁粉、硫磺、聚乙烯、ABS等粉塵的熱解和氧化反應動力學參數。進行了多種食品粉塵、石松子、油頁岩、鎂粉、鋁粉、鐵粉等粉塵自燃實驗，分析了自燃溫度與放熱起始溫度、粉塵層著火溫度、粉塵雲著火溫度的關係。採用簡化的三步反應動力學機理，套用可燃固體通用熱解模型Gpyro對熱表面上的石松子粉塵陰燃進行了數值模擬，分析了有機粉塵陰燃機理的控制環節。(2) 粉塵雲點燃機理研究建立了流態化分散管式點火能實驗裝置、流化床和旋轉乾燥機模型工業裝置。點火能實驗表明流態化狀態下測得的最小點火能高於標準測試裝置測得的值。 實驗研究了氧濃度對硫磺、鎂粉、鋁粉和ABS粉塵點燃能量的影響，粒度對硫磺、鎂粉、鋁粉點燃能量的影響，表面氧化程度對鎂粉、鋁粉、鈷粉等超細金屬粉的點燃敏感性的影響。研究了添加惰性物質對金屬粉塵點燃特性的影響，發現對於鋁合金和鐵合金的金屬加工粉塵，添加惰性粉塵可有效降低粉塵點燃敏感性；而霧化法生產的純鋁粉和鎂粉很難採用添加惰性粉塵的方法防止點燃。(3) 粉塵點燃風險評價方法與專家系統通過大量粉塵爆炸性參數測定實驗和文獻整理，建立了粉塵爆炸性參數資料庫。建立了粉塵爆炸事故資料庫，對典型粉塵和典型粉塵生產與處理工藝的爆炸事故點燃致因機率進行了分析。提出了粉塵清理、自燃監測、不完全氣氛惰化、受控表面氧化、添加惰性粉塵等點燃防護方法。提出了不同類型點燃源對典型粉塵點燃風險機率及防護方法的套用對點燃機率的影響。用C#開發了類似Prolog語言的推理機，基本實現了Prolog語言的推理功能。建立了粉塵點燃基礎知識庫，基於不同點燃方式機率和典型工藝粉塵著火爆炸事故樹開發了粉塵爆炸風險評價專家系統。