油气混合气体爆炸实验.docx
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油气混合气体爆炸实验.docx
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专业硕士学位论文
油气混合气体爆炸实验
培养单位:
安全与环境工程学院学科专业:
安全工程
作者姓名:
詹求杰
指导教师:
吕淑然教授 余斌高工
万方数据
ExperimentalStudyonExplosionofOil-GasMixture
Candidate:
ZhanQiujie
Supervisor:
ProfessorLvShuran
SeniorEngineerYuBin
CapitalUniversityofEconomicsandBusiness,Beijing,China
独创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果,论文中有关资料和数据是实事求是的。
尽我所知,除文中已经加以标注和致谢外,本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得首都经济贸易大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。
若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。
学位论文作者签名:
日期:
年 月 日
关于论文使用授权的说明
本人完全同意首都经济贸易大学有权使用本学位论文(包括但不限于其印刷版和电子版),使用方式包括但不限于:
保留学位论文,按规定向国家有关部门(机构)送交学位论文,以学术交流为目的赠送和交换学位论文,允许学位论文被查阅、借阅和复印,将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。
保密学位论文在解密后的使用授权同上。
学位论文作者签名:
日期:
年 月 日
指导教师签名:
日期:
年 月 日
摘要
随着社会经济的不断发展,大量人群涌入城市,给城市的空间、环境和能源等各方面的资源带来了巨大的挑战。
为了有效的利用城市有限的空间,合理的开发利用地下空间成为了城市发展的热门话题。
随着城市的发展,地下空间主要用途之一作为排水、输油和输气的主要管道的布置区域。
城市大量的排水和油气管道纵横交错的分布在地下空间内,在为缓解城市发展压力的同时,也存在诸多隐患。
城市排水管道和油气管道每天积聚大量的可燃易爆气体,一旦出现爆炸事故,不仅给人们的生命和财产带来威胁,更是涉及到城市的公共安全。
本课题研究来源于导师的国家自然科学基金面上项目“城市排水涵道内油气混合气体爆炸机理与防治(51474151)”,为其子课题之一。
主要探究城市排水管道油气混合气体爆炸特性,参考指标为爆炸压力和爆炸压力上升速率。
实验装置为20L爆炸球装置,以92#汽油作为主要研究对象,主要研究内容如下:
(1)汽油蒸汽抑爆实验。
通过雾化装置,改变20L爆炸罐内的水量,对比分析不同水量下汽油蒸汽爆炸的抑制效果;分析汽油蒸汽的相关爆炸指标参数随加水量变化的规律。
(2)加入甲烷的实验。
试验中,控制92#汽油的浓度为0.01%不变,改变加水量,分别加入浓度为1%和2%的甲烷;观察不同浓度下甲烷对抑爆实验的影响。
(3)汽油蒸汽爆炸生成产物分析。
通过气相色谱仪,对汽油蒸汽爆炸实验后产物以及反应不完全气体成分进行分析。
本课题得到的主要结论有:
(1)汽油浓度为0.01%,随着水量的增加,其抑爆效果显著提高,当水量达到0.04%时,甚至会完全抑爆;随着汽油浓度的提高,改变水量,对爆炸确实有影响,但水量过低时,对爆炸的影响不是特别明显。
(2)当爆炸过程中加入浓度为2%的甲烷时,会使燃爆过程更加剧烈,其爆炸压力和爆炸压力上升速率都会明显提高,使得爆炸过程变得更加不稳定。
(3)爆炸过程中,由于燃爆过程的不完全反应,其主要产物有一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和二氧化碳等。
(4)爆炸会产生多种物质,爆炸过程并不是一次性完成的,随着燃爆过程的不完全反应,更多的有毒易爆物质生成,当易爆物质浓度达到其爆炸下限时,可以推测会再次发生爆炸。
关键词:
油气混合气体;水量;爆炸压力;爆炸压力上升速率
II
万方数据
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofsocialeconomy,alargenumberofpeopleintothecity,tothecity'sspace,environmentandenergyandotheraspectsoftheresourcesbroughtgreatpressureandchallenges.Inordertoeffectivelyusethelimitedspaceofthecity,toeasethepressureofurbandevelopment,therationaldevelopmentandutilizationofundergroundspacehasbecomeahottopicofurbandevelopment.Withthedevelopmentofthecity,oneofthemainusesofundergroundspaceistheareaofthemainpipelinefordrainage,oilandgastransmission.Thecityalargenumberofdrainageandoilandgaspipelinecriss-crossingthedistributionintheundergroundspace,nottoeasethepressureofurbandevelopmentatthesametime,therearemanyhiddendangers.Urbandrainagepipesandoilandgaspipelinesaccumulatealargenumberofflammableandexplosivegaseseveryday,oncetheexplosion,notonlytorestricttheeconomicdevelopment,butalsotopeople'slivesandpropertythreat.Atthesametime,theurbanpipelineaccidentisrelatedtothecity'spublicsafety.
ThisstudyisbasedontheNationalNaturalScienceFoundationofChina,whichisoneofthesub-topicsoftheNationalNaturalScienceFoundationofChina,entitled"ExploitationMechanismandPreventionofOil-GasMixedGasinUrbanDrainageChannel"(51474151).Thispapermainlyexplorestheexplosioncharacteristicsofoilandgasmixedgasinurbandrainagepipes.Thereferenceindexesareexplosionpressureandexplosionrateriserate.Theexperimentaldeviceis20Lexplosiontankdevice,with92#gasolineasthemainresearchobject,themainresearchcontentsareasfollows:
(1)gasolinesteamexplosionsuppressionexperiment.Throughtheatomizationdevice,thehumidityofthewaterinthe20Lexplosiontankwaschanged,andtheeffectofthegasolinesteamexplosionatdifferenthumiditywascomparedandanalyzed.
(2)Additionofmethanetotheexperiment.Intheexperiment,theconcentrationof92#gasolinewaschangedto0.01%,changethehumidityofwaterandaddmethanewithconcentrationof1%and2%respectively.Theeffectsofmethaneatdifferentconcentrationsontheexplosionsuppressionexperimentwereobserved.
(3)Analysisofgasolinesteamexplosionproducts.Theproductofgasolinesteamexplosionexperimentandtheincompletegascompositionwereanalyzedbygaschromatograph.
Themainconclusionsofthissubjectare:
(1)gasolineconcentrationof0.01%,inthelowerlimitofitsexplosion,withtheincreaseinwaterhumidity,thesuppressioneffectsignificantlyincreased,whenthewaterhumidityof0.04%,orevencompletelyexplosive;withtheincreaseingasoline
V
万方数据
concentration,Changethehumidityofthewater,theexplosiondoeshaveanimpact,butthewaterhumidityistoolow,theimpactoftheexplosionisnotparticularlyobvious.
(2)Whentheconcentrationof2%ofthemethaneisaddedduringtheexplosion,theexplosionandexplosionprocesswillbemoreintense,andtheexplosionpressureandtheexplosionpressureriseratewillbesignificantlyimproved,makingtheexplosionprocessbecomesmoreunstable.
(3)Duringtheexplosion,themainsubstancesproducedaresuppressedwiththeincreaseofthehumidityofthewater.Themainproductsarecarbonmonoxide,methane,ethane,ethylene,acetyleneandcarbondioxidebecauseoftheincompletereactionoftheexplosionprocess.,Ofwhichcarbondioxideaccountedfortheoverall93%to98%.
(4)theexplosionwillproduceavarietyofsubstances,theexplosionprocessisnotaone-timecompletion,withtheexplosiveprocessofincompletereaction,moretoxicandexplosivesubstancesgenerated,whentheexplosiveconcentrationofexplosivesreacheditslowerlimit,Willexplodeagain.
Keywords:
OilandGasMixture;Water;ExplosionPressure;ExplosionPressureRiseRate
目录
第1章
绪论.........................................................
1
1.1
选题依据及意义..............................................
1
1.2
国内外研究现状..............................................
2
1.2.1 可燃性气体爆炸实验研究现状............................
2
1.2.2 内置障碍物爆炸实验研究................................
3
1.2.3 气体爆炸数值模拟研究..................................
4
1.2.4 抑爆实验研究现状......................................
5
1.3
国内外研究现状总结..........................................
5
1.4
研究技术路线................................................
6
1.5
本章小结....................................................
7
第2章
油气混合气体爆炸理论研究.....................................
8
2.1
油气混合气体概述............................................
8
2.1.1 汽油理化性质..........................................
8
2.1.2 汽油的重要特性........................................
8
2.2
油气混合气体爆炸机理........................................
9
2.2.1 爆炸的必要条件........................................
9
2.2.2 气体爆炸特征..........................................
9
2.2.3 气体爆炸的基本参数....................................
9
2.2.4 气体爆炸机理.........................................
11
2.3
可燃气体的爆炸形式.........................................
12
2.4
本章小结...................................................
13
第3章
爆炸实验测试系统............................................
14
3.1
爆炸实验装置...............................................
14
3.1.1 实验装置.............................................
14
3.1.2 工作原理.............................................
15
3.2
爆炸实验简介...............................................
18
3.2.1 实验初始条件设置.....................................
18
3.2.2 实验前准备...........................................
19
3.2.3 实验步骤.............................................
19
3.2.4 实验参数.............................................
20
3.3
本章小结...................................................
20
第4章
油气混合气体爆炸实验研究....................................
21
4.1
标准油气样品爆炸实验.......................................
21
4.1.1 油气样品处理.........................................
21
4.1.2 标准油气爆炸实验方案.................................
21
4.1.3 实验结果与分析.......................................
21
4.2
水量对油气混合气体爆炸特性影响分析.........................
23
4.2.1 水量对抑爆效果的影响.................................
23
4.2.2水量对峰值压力和爆炸压力上升速率分析..................
28
4.3
本章小结...................................................
29
第5章
油气混合气体爆炸生成产物分析................................
30
5.1
气体分析装置简介...........................................
30
5.1.1 气相色谱分析仪基本构造...............................
30
5.1.2 气相色谱分析仪工作原理...............................
30
5.1.3 气相色谱分析仪操作步骤...............................
31
5.2
标准实验气体检测分析.......................................
32
5.2.1 汽油样品反应主要成分分析.............................
32
5.2.2 水量改变反应气体检测分析.............................
36
5.3
本章小结....................................................
45
第6章
结论与展望..................................................
47
6.1
结论.......................................................
47
6.2
展望.......................................................
47
参考文献 49
附录A 52
附录B 53
致谢 54
VI
万方数据
首都经济贸易大学硕士学位论文
第1章 绪论
1.1选题依据及意义
随着人类的发展,能源的使用已经成为社会生产中不可或缺的部分。
通过石油提炼出来的车用汽油和天然气更是在日常生活中随处可见。
一方面,能源的使用极大的促进了我们生活的改变,另一方面,人类在生产过程中,由于能量的意外释放而发生油气泄漏燃烧爆炸事故,因而使生命和财产遭受极大的威胁和损失。
地下空间主要用途之一是作为排水、输油和输气等主要管道的布置区域。
城市大量的排水管道和油气管道纵横交错的分布在地下空间内,在为缓解城市发展压力的同时,也存在诸多隐患。
随着城市日益规模化的发展,对可燃性气体与液体的生产和使用日趋增多。
油气管道大多埋藏于地下,与城市污水管道相互交错连接。
由于城市排污管道常年阴暗潮湿,并且聚集大量的生活污水和淤泥,为微生物的生殖繁衍提供了舒适的环境。
微生物常年分解不断释放出大量的腐蚀性气体,大大降低了管道的寿命,从而造成管道破损导致油气泄漏爆炸。
城市排水管道和油气管道每天积聚大量的可燃易爆气体,一旦出现爆炸事故,不仅制约了经济的发展,也给人们的生命和财产带来威胁。
与此同时,城市管道发生事故更是涉及到城市的公共安全。
近年来有关油气泄漏燃爆事故的报道也屡见不鲜。
表1-1 油气爆炸事故案例
时间
事故原因
造成的伤亡损失
2014.12
泸州市商场发生天然气爆燃事故,导致商场起火燃烧
事故造成4人死亡,40人受伤
2013.11
山东省中石化分公司管理的一段油气管道发生泄漏爆炸
爆炸事故死亡60多人,受
伤人数达到100多人,直接
经济损失7.5亿元
2011.04
北京市朝阳区和平街12区3号楼第5单元发生燃气爆炸事故
造成6死1伤,导致该楼东
侧5单元整体坍塌
2010.07
安徽省滁州市区一加油站汽油泄漏大连新港附近中石油一条输油管道起火爆炸
附近海域至少50平方公里的海面被原油污染
1992.04
墨
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- 油气 混合气体 爆炸 实验