啤酒企业谷物粉尘爆炸特性试验研究

摘要

粉尘爆炸是由可燃性粉尘分散在一定浓度的助燃气体中，在一定的点火能作用下，瞬间完成的爆炸反应，它广泛存在于机械加工、能源开采及粮食加工等各个行业中。谷物精细化加工是人们日常生产加工过程中不可避免的作业过程，该过程极易产生细小谷物粉尘颗粒。啤酒企业谷物粉尘的产生部位主要集中于麦芽和大米进料口、物料平筛除杂、破碎研磨过程。啤酒企业谷物粉尘多以漂浮或堆积状态存在于作业空间及除尘系统内，构成了粉尘爆炸的基本条件。谷物粉尘爆炸事故发生频繁，且事故发生后极易造成人员伤亡、财产损失和周边环境污染。为了使谷物加工生产企业粉尘防爆具有科学指导，更有效地减少和防止谷物粉尘爆炸事故发生；因此，研究谷物粉尘引燃和爆炸的条件及影响因素是预防和控制此类事故的有效途径，且具有实际意义。为掌握啤酒企业除尘系统中谷物粉尘爆炸特性，从引燃热解特性与爆炸特性两种角度进行试验研究。主要研究结果如下：
　　（1）谷物粉尘热解及引燃规律
　　采用粉尘层最低着火温度装置和粉尘云最低着火温度装置对谷物粉尘最低着火温度进行试验研究，采用TGA-DSC型同步热分析仪及锥形量热仪（CONE）研究谷物粉尘引燃及热解特性。由试验结果可知，谷物粉尘层最低着火温度（MIT）平均为140℃；MITL温度明显低于MITC温度；MITC随粉尘粒径减小呈现明显下降趋势。由谷物粉尘热失重曲线规律可得，其自身组分热失重温度区间为200℃~600℃，其最大失重速率为0.41，残炭量约为30％。由CONE法可知，随谷物粉尘被加热表面压实密度增加及谷物粉尘粒径减小，引燃时间tig均呈增大趋势，火焰持续时间依次减小，且热释放速率HRR普遍增强。在相同粉尘粒径条件下，热释放速率HRR峰值出现时间随粉尘被加热表面压实密度增加而增加。同时，由谷物粉尘引燃基本原理解释了热源位于固体颗粒物正上方时，固体颗粒物的引燃难易程度与颗粒物密度呈正相关。
　　（2）谷物粉尘爆炸特性
　　采用1.2L哈特曼管式粉尘爆炸试验装置，针对啤酒企业谷物粉尘进行试验研究。主要从粉尘粒径、质量浓度、含水率、点火延迟时间因素入手，探究各因素与谷物粉尘爆炸压力（P）及爆炸压力上升速率（dP/dt）的关系。结果表明，该谷物粉尘爆炸下限浓度LEL为125~166.67g/m3，试验得该谷物粉尘质量浓度为291.67g/m3时，存在最大爆炸压力Pmax与最大爆炸压力上升速率（dP/dt）max，分别为1.81MPa和10MPa·s-1；试验过程中发现爆炸压力上升速率与爆炸压力变化具有相似性。谷物粉尘爆炸下限浓度LEL随粒径增加，由141.67~150g/m3降低至50~58.33g/m3；而爆炸压力P及爆炸压力上升速率（dP/dt）随粉尘粒径增加而降低。这是由于粒径小的粉尘颗粒比表面积小，更容易被分散均匀，发生粉尘爆炸事故。含水率由6.39%降低至0%（绝对干燥）时，爆炸压力P由1.3MPa增加至2.1MPa。点火延迟时间为8s和12s时，该谷物粉尘爆炸压力最大。
　　（3）谷物粉尘危险性分级及防爆措施
　　结合谷物粉爆炸特性试验结果，对该企业谷物粉尘进行爆炸危险性分级，且对该啤酒企业除尘系统防爆措施提出一些具体化建议。

目录

主要符号表

1绪论

1.1粉尘爆炸概述

1.2谷物粉尘爆炸研究现状与进展

1.3研究内容

1.4研究意义

2 谷物粉尘热解特性试验研究

2.1研究对象

2.2试验装置及工作原理

2.3 谷物粉尘MIT试验及分析

2.4谷物粉尘热重试验及分析

2.5谷物粉尘CONE法试验及分析

2.6谷物粉尘热解原理分析

2.7本章小结

3 谷物粉尘爆炸特性试验研究

3.1试验设备及工作原理

3.2谷物粉尘最大爆炸压力及最大爆炸压力上升速率

3.3粒径与谷物粉尘爆炸下限及其爆炸压力

3.4质量浓度与爆炸压力及其爆炸压力上升速率

3.5含水率与谷物粉尘爆炸压力

3.6点火延迟时间与爆炸压力

3.7谷物粉尘链式反应理论及分析

3.8本章小结

4 啤酒企业防火防爆措施及建议

4.1粉尘爆炸事故防治基础

4.2啤酒企业谷物粉尘爆炸危险性分级

4.3.啤酒企业除尘系统防爆措施

4.4本章小结

5结论

参考文献

作者在读期间的研究成果

致谢