地下储油库防爆抑爆的控制技术

毕业论文学生姓名：潘超学号：090404103学院：环境科学与工程学院专业：安全工程题目：地下储油气库防爆与抑爆的控制技术指导教师：冉海潮（教授）评阅教师：孙忠强（讲师）2013年6月河北科技大学毕业论文成绩评定表姓名潘超学号090404103成绩专业安全工程题目地下储油气库防爆与抑爆的控制技术指导教师评语及成绩指导教师：年月日评阅教师评语及成绩评阅教师：年月日答辩小组评语及成绩答辩小组组长：年月日答辩委员会意见学院答辩委员会主任：年月日毕业论文中文摘要本文针对地下储库油气的特点与受限空间油气爆炸的机理，前期阐述了几种地下油气库爆炸与抑爆的控制技术，本文采用的抑爆挤是一种新型技术：冷气溶胶颗粒。首先研制新型冷气溶胶抑爆剂，设计并进行地下油库的爆炸与抑爆试验，并分析实验的可行性和有效性。研究影响抑制地下狭长空间油气库油气爆炸的因素，对抑爆剂的作用机理进行了分析。结果表明：自行配制的冷气溶胶粉体抑爆剂对油气的爆炸具有非常好的抑制爆炸的效果；喷射的方式影响爆炸的功效比较大，在垂直方向向火焰喷射抑爆挤的抑爆效果明显比不上迎着火焰的传播方向向火焰喷射抑爆剂的抑爆效果；高压气体的驱动源的压力对抑爆功效的影响非常重要，喷射的压力较大或较小都不利于抑制爆炸，其临界值为0.8MPa；喷射的系统布置的方式能够对抑爆的效果形成非常明显的影响，其中分散性布置的抑爆效果更好；只有当抑爆剂的浓度大于这某一临界值时，才可能完全抑制住油气的爆炸，通过本试验的研究后得到的抑爆剂临界浓度是0.232kg/m3。关键词油库防爆抑爆技术毕业论文外文摘要TitleUndergroundoilandgasstorageexplosionandexplosionsuppressioncontroltechnologyAbstractInthispaper,characteristicsandmechanismofthelimitedspaceintheundergroundoilreservoiroilandgasexplosion,earlierdescribedseveralundergroundoilandgasstorageexplosionandexplosionsuppressioncontroltechnology,thispaperadoptstheexplosionsuppressionextrusionisanewtechnology:coldaerosolparticles.First,developmentofnewcoldaerosolsuppressant,designandundergroundoildepotexplosionandexplosionsuppressiontest,andexperimentalanalysisofthefeasibilityandeffectivenessofthe.Factorsofundergroundlongspaceofoilandgasreservoiroilandgasexplosionsuppressioneffects,actionmechanismofsuppressantisanalyzed.Theresultsshowthat:theself-madecoldaerosolpowderexplosionexplosiveagentforoilandgashasverygoodinhibitoryeffectoftheexplosion;influenceofspraymodeofexplosioneffectisrelativelylarge,sprayexplosionpropagationdirectionsqueezingexplosionsuppressioneffectthanintheflametothejetofflamesuppressantsuppressioneffecttotheflameintheverticaldirection;veryimportantdrivingsourceofhighpressuregaspressureontheexplosionsuppressioneffectofjetpressure,largerorsmallerarenotconducivetotheexplosionsuppression,thecriticalvalueof0.8MPa;injectionsystemarrangementcanformaveryobviouseffecttheexplosionsuppressioneffect,thedispersionoflayoutofthesuppressioneffectisbetter;whentheconcentrationofsuppressantthanthisacriticalvalue,canbecompletelysuppressedintheoilandgasexplosion,theexplosionsuppressantcriticalconcentrationis0.232kg/m3throughtheexperimentafter.Keywordsoildepotexplosion-proofExplosionsuppressiontechnology本科毕业论文第I页共I页目录1引言……………………………………………………………………………错误!未定义书签。2地下储油气库的油气爆炸机理…………………………………………………………13油气爆炸的抑制技术……………………………………………………………………23.1目前的研究现状…………………………………………………………………………33.2研究方向……………………………………………………………………………64抑爆剂的选择……………………………………………………………………………75爆炸与抑爆实验…………………………………………………………………………85.1油气雾化系统的设计……………………………………………………………………85.2主试验装置……………………………………………………………………………95.3点火系统的设计………………………………………………………………………105.4信号的识别系统………………………………………………………………105.5信号的控制系统………………………………………………………………………115.6抑爆的喷射系统………………………………………………………………………115.7试验过程……………………………………………………………………………126结果和讨论……………………………………………………………………………206.1抑爆的可行性和有效性………………………………………………………………206.2油气爆炸中的抑爆因素………………………………………………………………21结论……………………………………………………………………………25致谢……………………………………………………………………………26参考文献……………………………………………………………………………27本科毕业论文第1页共28页1引言地下储油库储油方式是我国目前重要的油料储存方式之一，具有重要的经济、军事价值，其安全性对我们来说非常重要。受限空间是发生油气爆炸事故的主要场所，如洞库上下主坑道、罐室、引洞、支坑道、各类管道等，有研究[1-3]表明：受限空间对气体爆炸的加速发展具有促进作用，并决定着油气爆炸发展的爆炸破坏力和最终形式。目前抑爆的过程和机理理论虽然还不是非常完善，试验研究也不是很充分，但气体抑爆技术较之以前有了很大的改善，已从被动泄压抑爆转向主动抑爆、阻爆技术[4-7]。目前研究可燃气体的抑爆过程必不可少的基本手段是试验，因为油气爆炸抑爆过程是一个相当复杂的物理化学过程，包含着化学动力、燃烧化学、流体力学学等多学科交叉的复杂机理，而且目前还没有合理理论可以解释其中的压力波、湍流、抑爆剂、火焰等的相互作用。本文主要是了解地下储库油气的特点，掌握受限空间油气爆炸机理；研究该类系统的抑爆条件、抑爆介质及其抑爆原理；提出一种新的抑爆介质——冷气溶胶，研究其使用方法，为抑爆装置的研制提供理论和工程设计依据；利用实验的方法，测试这种新抑爆挤的性能和使用方法，为研究更为先进的油气爆炸抑爆装置提供新的参考。2地下储油气库的油气爆炸机理目前，经过对狭长空间油气爆炸的研究表明，快速燃烧阶段，爆炸转爆轰阶段和阻尼震荡余波阶段是油气爆炸的三个基本阶段[8]。（1）从爆炸反应开始的100ms至150ms左右通常被称为快速反应阶段。点燃管道中的油气后火焰阵面由点火一端开始向另一端传播，火焰阵面的温度和压力迅速升高，一个压缩波或冲击波会在燃烧产物的膨胀后产生。前方未燃气体会被压力波进一步压缩，如此其温度和压力不断升高，这样会使火焰的传播速度进一步加快。通道内湍流强度会随着燃烧反应的进行不断增加，而湍流引起的能量质量的交换会抑制链化学反应速度的增加，这样就使得火焰波的传播速度趋于稳定，各点的压力也会呈近似线性增长。这一反应阶段之中，湍流强度与链化学反应共同作用决定了燃烧的反应速度。在该段反应初期，加强的湍流会使速度反应的进行进一步增加，进而增大了压力波振幅、提高了反应区温度，流场湍流和压力波、火焰波形成正反馈关系，这样就促进了爆炸波的发展。本科毕业论文第2页共28页（2）从火焰传播到管道末端的100ms到150ms时间内是反应的爆炸转爆轰阶段。管道内湍流强度会随着链化学反应的进行和火焰阵面的向前传播不断增大[9]。虽然湍流造成了火焰的褶皱，但火焰也会由于褶皱面上热和自由基输运速度的扩散而熄灭。在此阶段压力增速变得比较缓慢说明了湍流流场对化学反应和火焰的传播有抑制作用。根据管道中气体爆炸的两波三区理论，受到压缩的火焰阵面后的未燃气体的压强大于火焰阵面前的未燃气体的压强。说明链火焰波传播和化学反应被穿过火焰阵面时和火焰波相互作用的压力波抑制了，同时压力波强度下降震荡减弱，说明有效的抑制了火焰波传播和链化学反应。一般来说，管道较短时压强在震荡中平缓增大，管道较长时压强会先增后减。这是因为当管道比较长时，湍流与火焰阵面相互作用的时间会更为充分，火焰的传播和链化学反应会被抑制，使得火焰传播速度下降，化学反应速率降低，又由于管中一些气体的泄露与流动过程中管壁热传导引起的损失，进而造成管内气体压力和温度的下降。流场湍流加强使得扰动更加强烈，这就加剧了能量的损散，进而压力波和火焰波的进一步发展会被抑制，如此压力提升就会趋于平稳。所以，湍流强度和链化学反应速度共同决定了这一阶段燃烧反应速度。当火焰传播到接近管道末端时，由于管壁及管道末端的约束不断加强和受到前驱压力波的压缩，火焰加速，火焰正面赶上前驱压力波阵面，压力阵面和火焰阵面合二为一，这就使得燃烧速率急剧增大以致最终形成一个急剧扭曲的火焰阵面，这不但使火焰面积增加了，而且能量的释放速率也会增加，同时未燃气体获得了更高的位移速率，并使得压力波进一步增强，最终达到爆轰的临界状态形成爆轰波。地下坑道、管道等设施设备受到该阶段表现出的高频振荡和高压的危害极大。（3）阻尼震荡余波阶段中，强烈的扰动会在爆轰余波在管道中震荡传播过程中产生，这就导致燃烧反应的进行受到阻碍，，链化学反应速率会随着反应物的消耗而迅速降低，由于容器周壁的气体泄漏和冷却效应会带走热量，压力波得不到能量的补充就会衰减，如此爆炸结束。3油气爆炸的抑制技术油气爆炸的抑制技术通常分为抑爆技术、阻隔爆技术和泄爆技术三类。抑爆技术一般是在爆炸气体中加入抑爆剂，这不仅使稀释了爆炸气体中氧气的组分，而且使氧分子和可燃物质分子发生作用的机会降低，同时也可使可燃物组分与氧隔开，在它们中间一层不燃屏障被形成。当活化分子与抑爆剂碰撞时，它会使活化分子丧失活化能而不能与本科毕业论文第3页共28页之反应；另一方面，如果燃烧反应已然发生，加入抑爆剂之后会使产生的游离基和抑爆剂发生