烃类物质结构与爆炸极限的关联技术研究

摘要

爆炸极限作为评价对可燃气体爆炸危险性一个重要参数,在防爆技术中得到了很大程度地应用。根据爆炸极限数值可以对可燃物质的生产和储运进行风险评估;作为爆炸指示参数,爆炸极限也广泛应用于监测监控技术。因此,可燃物质的爆炸极限的研究对其生产、储运有着重大意义。
　　 目前对烃类物质爆炸极限影响因素的研究主要集中在实验研究方面,对烃类结构与其爆炸极限的关系研究比较缺乏。本论文拟通过实验测定和数值模拟相结合,探寻不同初始温度和不同初始压力的条件下,不同分子结构与烃类可燃气体的爆炸极限变化规律,探索根据烃类物质结构预测可燃气体爆炸极限的技术。
　　 本文主要研究三个方面的问题:(1)常温常压下烃类物质爆炸极限的预测。应用CODESSA软件计算了323种烃类物质的分子结构描述符,分别用最佳多元线性回归(B-MLR)和启发式回归(HM)筛选出4个分子描述符,并建立了相应的QSPR关联模型。对于预测集,B-MLR法和HM法建立的爆炸下限判定系数R2分别为0.9458和0.9514,B-MLR法和HM法建立的爆炸上限模型的判定系数R2均为0.9815。(2)高温下烃类爆炸极限的预测。用5L爆炸球测试了20-180℃范围内C1-C4烃类气体的爆炸极限,探讨了初始温度对烃类爆炸极限的影响规律;对于逐步回归法建立的C1-C4烃类气体在高温(20℃-180℃)下的爆炸下限和爆炸上限的预测模型的判定系数R2分别为0.9940和0.9820。(3)高压下烃类爆炸极限的预测。用改装的爆轰管测试了不同初始压力下C1-C4烃类气体爆炸上限,探讨了初始压力对烃类爆炸极限的影响规律;对于逐步回归法建立的C1-C4烃类气体在高压(0.1-1.0Mpa)下的爆炸上限的预测模型的判定系数R2为0.9930。根据以上所建立的模型分别得出了影响烃类爆炸下限和爆炸上限的因素。
　　 总之,本课题的研究对于烃类物质安全生产,防止重大燃爆事故有着重要的理论意义和实用价值,为安全操作和控制条件的确定提供技术支持。