燃爆消減劑的理論與應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文提出兩個新概念：“臨爆點(diǎn)”和“燃爆消減劑”，并根據(jù)理論與實(shí)驗(yàn)研究，遴選出燃爆消減劑的有效成分-ZrO<,2>?！芭R爆點(diǎn)”是可燃物凝聚相與其蒸汽處于平衡狀態(tài)時(shí)，可燃物的飽和蒸汽壓為LEL值時(shí)的溫度（T<,0>）?！叭急麥p劑”是在一段時(shí)間內(nèi)，能遏制可燃?xì)怏w爆炸或降低爆炸威力和猛度，并能熄滅火焰的材料。在工業(yè)生產(chǎn)、倉儲、運(yùn)輸業(yè)中接觸易燃物質(zhì)的場所比比皆是，易燃物質(zhì)泄漏后，首先噴灑燃爆消減劑，然后進(jìn)行處理，將避免或減少爆炸和火災(zāi)的發(fā)生。爆

2、炸與火災(zāi)緊密相連，一方面易燃物質(zhì)泄露，遇火源引起爆炸可產(chǎn)生2200 K的爆溫，可以引發(fā)火災(zāi)；另一方面火災(zāi)可造成易燃物質(zhì)分解，導(dǎo)致爆燃、爆轟。爆炸與燃燒本質(zhì)有相同的一面，都是氧化還原反應(yīng)、鏈反應(yīng)機(jī)理，不同的是氧化劑與還原劑接觸方式不同，造成了反應(yīng)速率的差異，因此我們可以用相同的方法來防止或減少燃燒和爆炸的發(fā)生。 本文首先從非常溫（高于室溫）下爆炸極限的測定入手。爆炸極限是重要的危險(xiǎn)性評價(jià)參數(shù)，常溫下爆炸極限數(shù)據(jù)已很充足，非常溫下爆

3、炸極限數(shù)據(jù)卻少見。而環(huán)境溫度高于常溫的例子在生產(chǎn)部門中比比皆是，測定非常溫（高于室溫）下的爆炸極限有意義。本文用20升的爆炸容器，在298 K～483 K范圍內(nèi)測定了正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇及醇水體系的LEL值和UEL值。發(fā)現(xiàn)LEL值均隨溫度的增高而減小，UEL值隨溫度的增高而增大。并用回歸分析的方法得出各種體系爆炸極限隨溫度變化的規(guī)律。 閃點(diǎn)也是重要的危險(xiǎn)性評價(jià)參數(shù)，它與爆炸極

4、限描述的對象雖然不同，但發(fā)生反應(yīng)的本質(zhì)都是氣體。在爆炸下限對應(yīng)溫度（T<,0>）與閃點(diǎn)比較時(shí)發(fā)現(xiàn)：閃點(diǎn)與爆炸下限作為危險(xiǎn)性判據(jù)有差異。通過比較閃點(diǎn)與爆炸下限表現(xiàn)危險(xiǎn)性的準(zhǔn)確度，認(rèn)為爆炸下限的對應(yīng)溫度T<,0>作為危險(xiǎn)性的判據(jù)，應(yīng)用方便廣泛、數(shù)據(jù)可信度高、更準(zhǔn)確。引入了臨爆點(diǎn)的概念，提出將臨爆點(diǎn)作為危險(xiǎn)性評估參數(shù)的新觀點(diǎn)。并提出臨爆點(diǎn)計(jì)算的方法與公式。 測定不同溫度下可燃物爆炸極限是燃爆消減劑研究的基礎(chǔ)。燃爆消減劑主要功能是防爆，

5、但也有滅火的作用。通過分析現(xiàn)有滅火劑的滅火效能和滅火機(jī)理，可以推測哈龍?zhí)娲?、干粉滅火劑和氣溶膠滅火劑三種滅火劑可能具有防爆功能，其中有代表性的品種為細(xì)水霧、惰性氣體和冷氣溶膠。本文除了對細(xì)水霧、CO<,2>惰性氣體滅火性能進(jìn)行了分析外，重點(diǎn)對納米冷氣溶膠防爆防火性能進(jìn)行了探討。 本文從實(shí)驗(yàn)和理論兩個方面論證了，CO<,2>在撲滅天然氣火災(zāi)時(shí)并非惰性，它可以與天然氣反應(yīng)生成醇、醛、酮和酸等物質(zhì)。進(jìn)一步認(rèn)識了CO<,2>的滅火性質(zhì)

6、、滅火范圍，并得出了CO<,2>不適合作為燃爆消減劑的結(jié)論。 細(xì)水霧與熱氣溶膠由于本身固有的性質(zhì)不適合作為燃爆消減劑，冷氣溶膠應(yīng)該成為燃爆消減劑研究重要方向，納米材料性能奇特，且易形成冷氣溶膠，是燃爆消減劑研究的重要內(nèi)容。本文先對燃爆消減劑的性能進(jìn)行了理論分析。計(jì)算了納米氣溶膠的沉降速度、滅火效能，用HYPERCHEM6程序計(jì)算了15種氧化物與甲烷燃燒產(chǎn)生的自由基相互作用的能量變化，篩選出可能成為燃爆消減劑的材料——ZrO<,2

7、>。采用CASTEP模塊進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，得到了ZrO<,2>與自由基相互作用的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度圖形，進(jìn)一步證實(shí)了ZrO<,2>能與自由基作用的結(jié)論。 實(shí)驗(yàn)研究同樣得出ZrO<,2>能與自由基作用的結(jié)論。本文對18種納米粉體所形成的氣溶膠阻止甲烷燃燒反應(yīng)的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，納米微晶的直徑用XRD和TEM測定，可燃物氣體濃度用氣相色譜儀等儀器測定。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ZrO<,2>納米粉體形成的氣溶膠對甲烷的燃燒反應(yīng)有顯著的阻燃效果。通過Zr