木薯淀粉爆炸下限的实验研究.pdf

第37卷第3期 2020年9月 Vol. 37 No. 3 Sep. 2020 bMg do i 10. 3963/j. issn . 1001 -487X. 2020.03.023 木薯淀粉爆炸下限的实验研究* 张睿冲n袱霞邓红『，陈庆发2,程贵海2 1中南大学资源与安全学院，长沙410083 ； ；2广西大学资源环境与材料学院，南宁530004 摘 要为预防木薯淀粉在生产经营中爆炸，特研究木薯淀粉爆炸下限，采用20L球罐粉尘云爆炸参数测 试装置，对木薯淀粉的爆炸下限进行实验研究。分别研究了点火头能量、喷吹压力、质量浓度对木薯淀粉爆 炸下限的彩响。结果表明随着点火能量的增加，木薯原淀粉的爆炸下限降低,木薯淀粉爆炸下限浓度最小 值为25 -35 g /m3； ；在不同的喷吹压力条件下，随着点火延迟时间的增加，木薯淀粉的爆炸下限呈现减少后增 加的特征;不同的点火延迟时间条件下，部分延迟时间段，木薯淀粉的爆炸下限呈现减少后增加的特征，另外 的延迟时间段，木薯淀粉的爆炸下限呈现波动的无规律的特征。 关键词木薯原淀粉；爆炸下限；爆炸下限影响因素 中图分类号X932 文献标识码A 文章编号1001 -487X202003 - 0134 - 07 Experimental Study on Lower Limit of Tapioca Starch Explosion ZHANG Rui-cho昭中,DENG Yue-yang1 ,DENG Hong-wei1,CHEN Qing-fa,CHENG Gui-hai 1. Sch o o l o f Reso u r ces a n d Sa fet y En gin eer in g, Cen t r a l So u t h Un iver sit y, Ch a n gsh a 410083 , Ch in a ； 2. Co l l ege o f Reso u r ces En vir o n men t a n d Ma t er ia l s,Gu a n gxi Un iver sit y,Na n n in g 530004,Ch in a Abstract To prevent the explosion of tapioca starch in its production and operation ,a 20 L spherical tank dust cloud explosion parameter test device was used to conduct experimental research on the lower explosion limit of tapio ca starch. The effects of ig nition energ y, injection pressure and mass concentration on the lower explosion limit of tap ioca starch were studied. The results showed that with the increase of ig nition energ y, the lower explosion limit of tap ioca starch decreased,and the minimum concentration of tapioca starch explosion was 25 35 g /m3. Under different injection pressure, with the increase of ig nition delay time, the lower explosion limit of tapioca starch showed a V type variation tendency. For some of the delay time periods, the lower explosion limit of tapioca starch showed a V type variation tendency. Whereas for the other delay time periods, the lower explosion limit of tapioca starch fluctuated ir reg ularly. Key Words tapioca starch ； ； lower explosion limit ； ； influence factors of lower explosion limit 粉尘云爆炸下限是粉尘爆炸中一个非常重要的概 念，简单来说，就是点火源能够使粉尘爆炸的最小浓 度。大于爆炸下限的粉尘云在点火源的作用下就有可 能造成严重的人员伤亡及财产损失。我国分别于2010 年和2014年发生过玉米淀粉爆炸造成的重大伤亡事 收稿日 102020-04-02 作者简介张睿冲1972 -,男，博士研究生，从粉尘爆炸及防护研 究，E-mail zhangruith ni承002 163. como 基金项目国家自然科学基金项目51464005；广西安全生产科技 项目 gxaj201506 故和铝粉尘的粉尘爆炸造成的特大伤亡事故阴o 国内外的学者对粉尘的爆炸下限进行相关的研 究。如,周从章等利用粉尘爆炸装置对石松子粉、 煤粉、铝粉、玉米粉进行实验测试研究归⑷，表明粉 尘最低爆炸下限与燃烧持续时间、测试用点火具压 有关。陈成⑸、汪建平，刘庆明等同、Fa wa z K Sweis 研究表明E 爆炸下限随粒径的减小而呈现逐渐减 小的趋势，同时，粉尘粒径越小越容易发生爆炸。胡 维西、汪涛等叫袁帅切、血联Yu a n等研究表 第37卷第3期张睿冲，邓越洋,邓红卫，等 木薯淀粉爆炸下限的实验研究135 明［⑹火能量对爆炸下限的影响很大，一般规律为 粉尘爆炸下限浓度随点火能量的增加总体呈下降趋 势,4〜6 kJ是各种粉尘爆炸下限最合适的能量范 围,10 kJ点是不易点燃的粉尘的出现爆炸下限合适 能量。另外王者鹏M、喻健良、纪文涛等血、甘波、 高伟等分别研究了瓦斯和煤尘混合物、甲烷/石松子 粉尘混合体系、甲烷/PMMA粉尘混合物体系的爆 炸下限的变化规律［⑶。袁博云研究了硫化矿尘云 的爆炸下限［⑷，表明含硫量越高，爆炸下限浓度越 低。李润之研究了瓦斯煤尘混合物在不同条件、状 态下爆炸下限［⑸。王琼慧研究了糖粉的爆炸下限、 爆炸压力以及爆炸指数之间的影响关系［⑹。 木薯淀粉是生产及使用量第二大淀粉类,在食 品、化工、药品等领域中广泛应用，目前，针对木薯淀 粉爆炸特性的研究基本没有,研究木薯淀粉的爆炸 下限，对研究粮食粉尘火灾爆炸的是一种有益的补 充，同时对木薯淀粉的生产经营中预防及减少火灾 爆炸风险具有借鉴的意义。 1实验 11实验装置、方法及爆炸判断实验装置、方法及爆炸判断 由吉林市宏源科学仪器有限公司生产的 HY16426C特殊条件下20 L球型气体/粉尘/液雾爆 炸参数测试装置。见图1。 图1 20 L球型粉尘爆炸参数测试装置 Fig . 1 20 L ball type dust explosion parameter testing device 根据GB/T16425-1996，木薯粉尘是否爆炸以 点火头点燃后的球体内的压力是否大于等于 0. 15 MPa为判断标准El。 12原料与环境条件原料与环境条件 以球形木薯淀粉原粉作为实验样品。由广西某 生化公司提供，样品的粒径分布、实物图片及电镜样 如图2图6。 4 2 0 8 6 4 2 4 2 0 8 6 4 2 1 1 診恤養 0 5 10 15 20 25 30 35 40 粒径分级/ |xm 图2木薯原淀粉的粒径分布图 Fig . 2 The particle size distribution of tapioca raw starch 图3木薯原淀粉的实物图 Fig . 3 Physical diag ram of Tapioca raw starch 图4木薯原淀粉的电镜样图 Fig . 4 Electromicroscopic diag ram of Tapioca raw starch 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 100 y 0.0004x2-0.0582x2.61 - 72 0.9281 _ 爆炸下限I ■爆炸压力- 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 60 80 t l 20ms,p 1.3MPa 时，点火能量/J 图 5 2 120 ms、P 二 1.3 MPa 时， 点火能量与木薯淀粉爆炸下限关系图 Fig . 5 Diag ram of the relationship between ig nition energ y and the lower explosion limit of tapioca starch when the ig nition delay time is 120 ms and the powder pressure is 1.3 MPa 136爆破2020年9月 3.5 3.0 2.5 0.0003x2-0.0595x5.55 20.9529 爆炸下限 ■爆炸压力 20 40 60 80 100 120 1 p 0.4 MPa时,点火延迟时间/ms 5 0 5 0 5 0 5 5 0 5 0 5 0 5 3 3 2 2 1 1 0 3 3 2 2 1 1 0 a o. o. o.a o. o. a o. o. o.a o. o. -J0 60 -J0 60 图6 P二0.4 MPa时,点火延迟时间 与木薯淀粉爆炸下限关系图 Fig . 6 Diag ram of the ig nition delay time and the lower limit of tapioca starch explosion when the powder pressure is 0.4 MPa 在实验室湿度为40〜60、温度为25 35弋 的情况下进行试验，木薯淀粉在实验前进烘箱60弋 干燥24h。 2结果与分析 2.1点火头能量对木薯淀粉粉尘云爆炸下限的点火头能量对木薯淀粉粉尘云爆炸下限的 影响影响 设置点火头能量分别为10 J、20 J、40 J、50 J、 80 J、100 J时，固定点火延迟时间120 ms,喷吹压力 1.3 MPa时木薯淀粉的爆炸下限值,试验的结果如 表1所示。 表1不同点火能时木薯原淀粉的爆炸下限 Table 1 Lower explosion limit of cassava raw starch at different ig nition energ ies 点火点火延迟喷粉压力/粉尘 爆炸压力/MPa 能量/J时/msMPa质量/g第1次第2次第3次 平均值 10 2.10.090.1050.1080.101 2.30.3450.3600.3210.342 20 1.30.1040.1190.1390.120 1.50.2780.2940.2860.284 40 0.90.1460.1410.1350.140 1201.31.10.2780.2580.2380.258 50 0.70.1010.1120.1240.112 0.90.1560.1580.1620.158 800.50.1020.1130.090.101 0.70.1520.1550.1530.153 1000.50.1030.1120.1080.105 由表1可知,随着点火能量的增加，木薯原淀粉 的爆炸下限降低，原因是点火能量的增大可以使以 着火点为中心更大范围内粉尘颗粒被点燃，产生更 多的热量，更加容易形成有效燃烧爆炸。同时随着 粉尘质量的下降，能够爆炸产生的爆炸压力下降，而 没有达到爆炸标准的呈现出来的爆炸压力是一种无 规律的状态，主要和当时状态下部分粉尘随机参与 爆炸所产生。当点火能量增加到80 j、100 j时, 0.5 g的木薯淀粉没被点燃爆炸，说明木薯淀粉的爆 炸下限大概在0.5 g到0.7 g之间，所以得出木薯淀 粉爆炸下限浓度最小值为25〜35 g/m3o 2.2点火延迟时间对木薯淀粉粉尘云爆炸下限的点火延迟时间对木薯淀粉粉尘云爆炸下限的 影响影响 点火头的点火能量为10 J,设置点火延迟时间 为50 msJOO ms.150 ms,在这三个点火延迟时间条 件下分别试验当喷粉压力为0. 4 MPa、0. 8 MPa , 1.2 MPa J. 6 MPa时木薯淀粉的爆炸下限值。试验 的结果如表2、3、4、5、6所示,将表中的数据绘制成 曲线，如图5、6、7、8、9。 表2喷粉压力为0.4 MPa时不同点火延迟 时间条件下木薯原淀粉的爆炸下限值 Table 2 Lower limit of explosion of cassava raw starch under different ig nition delay time when the dusting pressure is 0.4 MPa 点火延迟 时/ ms 粉尘 质量/g第1次 爆炸压力/MPa 第2次第3次平均值 50 3.20.1050.1040.1080.106 3.30.1780.16802120.186 100 2.20.0980.1020.1050.102 2.40.3090.2780.2840.290 150 2.60.0710.1330.0800.095 2.80.2930.2740.2560.274 从图6、7、8、9可以直观地看出，当压力固定时, 随点火延迟时间的增大，爆炸下限先减少后增加;点 火能为10 Jo在延迟时间100 ms、喷吹压力为 1.2 MPa时实验的爆炸下限最小值为90〜95 g/m3 ； 喷吹压力为 0. 4 MPa、0. 8 MPa、l . 2 MPa J. 6 MPa 时，图6、7、8、9的拟合公式与曲线的优和度疋＞ 0.9,拟合效果良好;在在延迟时间50 ms、喷吹压力 第37卷第3期张睿冲，邓越洋,邓红卫，等 木薯淀粉爆炸下限的实验研究137 为0. 8 MPa时，实验出现最大爆炸压力为 0.404 MPa；在不同的压力条件下，拟合曲线达到最 小爆炸下限的延迟时间不同，0.4 MPaA0. 8 MP点火能为10 J,在延迟时间100 ms、喷吹压力为 1.2 MPa时实验的爆炸下限最小值为90〜95 g/m3 ； 点火延迟时间为50 ms、100 ms时，图10、图11的拟 150 ms时，喷吹压力/MPa 图12 二150 ms时，喷吹压力与木薯淀粉爆炸下限关系图 Fig . 12 Diag ram of the relationship between the injection pressure and the lower limit of tapioca starch explosion when the ig nition delay time isl50 ms 3结论 1点火能对木薯淀粉的爆炸下限影响非常 第37卷第3期张睿冲，邓越洋,邓红卫，等木薯淀粉爆炸下限的实验研究139 大，随着点火能的提高,木薯淀粉的爆炸下限降低， 同时下降到一个极限值时就保持不变。木薯淀粉的 最小爆炸下限大约25 -35 g/n ,火灾爆炸危险性 很大。 2 点火延迟时间对木薯淀粉的爆炸下限影响 较大，随着点火延迟时间的增加,木薯淀粉粉尘云爆 炸下限先减少后增加。 3 点喷吹压力对木薯淀粉的爆炸下限也有影 响,随着喷吹压力的增加,在某些点火延迟时间段， 木薯淀粉粉尘云爆炸下限呈先减少后增加的特征， 而另外的点火延迟时间段，木薯淀粉粉尘云爆炸下 限呈波动反复无规律的特征。 参考文献参考文献References [1] 张海洲，齐志高.粉爆之灾，警钟长鸣“2 24”淀粉粉 尘爆炸事故的原因、过程及教训[J]粮食流通技术， 2010,152 24-22连续梁在每 一跨台帽处全部断裂；3个别爆破飞石控制在 50 m以内，桥梁两边的树木培育地也只有少量飞 石,树苗基本没有损坏;4经监测距离大桥北面的 民房处的爆破振动速度最大为0. 12 m/s,符合爆 破安全规程规定，建筑物没有任何损伤；5通过 后期检测，爆破和桥梁主体塌落没有对桥梁地系梁 及以下保留桩基造成任何损伤;6周边通信线路、 输电线路、生活饮水管线等均未受到任何影响；7 确保了在1 h内S305临时线路畅通。通过本次新 建钢筋混凝土连续梁桥的成功爆破，为大结构、高标 号、高质量建构筑物爆破拆除积累了经验，但桥面和 连续梁在空中解体不够充分，给后期处理带来了一 定的难度，需进一步优化爆破网路设计使桥梁主体 部分解体更加充分。 参考文献参考文献References [1]张勤彬，程贵海,刘思远跨航道桥梁的爆破拆除[J]. 爆破,2018,35478-83. 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