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硫磺粉塵爆炸特性研究

文檔作者：王舞臧曉勇趙琳王振剛文檔來源： 1．青島科技大學(xué) 2．中石化青島安全工程研究院 3．青島海晶化工集團(tuán)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月22日
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62
無機(jī)鹽工業(yè)
INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY
第46卷第9期
2014年9月
硫磺粉塵爆炸特性研究
王舞 ，臧曉勇 一，趙琳 --。王振剛
(1．青島科技大學(xué)，山東青島266042；2．中石化青島安全工程研究院；3．青島海晶化工集團(tuán)有限公司)
摘要：為研究硫磺粉塵爆炸危險性，采用哈特曼管式爆炸測試裝置與20L球爆炸測試裝置對常溫常壓下不同
粒徑的硫磺粉塵爆炸特性參數(shù)進(jìn)行了測試和評估。得到了不同粒徑硫磺粉塵的最小點火能、爆炸下限質(zhì)量濃度和爆
炸指數(shù)。根據(jù)實驗結(jié)果對硫磺粉塵危險性進(jìn)行了分級。結(jié)果表明，70～850 Izm不同粒徑的硫磺粉塵最小點火能在
O．144 125 mJ，且隨著粒徑的減小而降低；45～375 I．Lm不同粒徑的硫磺粉塵爆炸極限質(zhì)量濃度在l5 20 g／m3，且隨著
粉塵粒徑的減小而降低：45 375 Ixm不同粒徑的硫磺粉塵最大爆炸指數(shù)在34．46～39．87 MPa．m／s，且隨著粒徑的減小
而增大．其粉塵爆炸危險性等級為St3。
關(guān)鍵詞：硫磺；粉塵爆炸；最小點火能；爆炸下限；爆炸指數(shù)
中圖分類號：TQ125．11；X932 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006--4990(2014)09—0062—04
Study on characteristic parameters of sulphur dust explosion
Wang Ben ，Zang Xiaoyong1．3,Zhao Lin1,2,Wang Zhengan~
(1．Qingdao e ofScience&amp;amp;Technology，Qingdao 266042，China；2．SINOPECSafetyEngineeringInstitute；
3．QingdaoHygain Chemieal(Group)Co．，Ltd．)
Abstract：In order to reveal the danger of sulphur dust explosion，the parameters of explosive characteristics of the sulphur
dust with diferent particle sizes were tested and assessed through a Hartmann tube explosion test unit and a 20 L sphere
explosion test unit under the normal temperature and pressure．The minimum ignition energy(MIE)，minimum explosion
concentration(MEC)，and the explosion index of sulphur dust with different particle sizes were obtained．Th e risk degree of
explosion was graded according to the test results．Results showed the MIE．of sulphur dusts with the particle sizes of 70—
850 m was 0．144-125 mJ，and it will decrease with the decrease of particle size；the MEC of sulphur dusts with the particle
sizes of 45-375 Ixm was 15-20 g／m。，and it will decrease with the decrease of particle size；and the explosion index of
sulphur dusts with the particle sizes of 45-375 I,zm was 34．46~39．87 MPa·m／s，and it will increase with the decrease of
particle size and its dust explosion risk class was St3．
Keywords：sulphur；dustexplosion；minimumignitionenergy(MIE)；minimumexplosionconcentration(MEC)；explosionindex
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展．粉末技術(shù)得到廣泛應(yīng)用．
粉塵爆炸的潛在危險性大大增加．最早的粉塵爆炸
記載于1785年12月14日意大利都靈面粉廠的粉
塵爆炸?。近幾年來．隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。粉
塵爆炸事故呈多發(fā)趨勢 中國每年發(fā)生粉塵局部爆
炸150 300起、系統(tǒng)爆炸1～3起，且呈增長趨勢[2]。
為消除粉塵爆炸造成的破壞。國內(nèi)外學(xué)者開始研究
粉塵爆炸的危害性[3-8]
粉塵爆炸特性參數(shù)是進(jìn)行爆炸危險評價和爆炸
防護(hù)的重要依據(jù)．主要包括最小點火能(Minimum
ignition energy，MIE)、爆炸下限質(zhì)量濃度(Minimum
explosion concentration，MEC)和爆炸指數(shù) 。MIE
主要用于評價摩擦、碰撞和靜電火花點燃粉塵云的
基金項目：國家質(zhì)檢公益性行業(yè)科研項目(201210126)。
危險程度．是選擇防爆方法的重要依據(jù)之一 ]。當(dāng)
MIE小于10 InJ時，通常采用更為有力的措施控制
點燃源?；虿捎枚杌姆椒ǚ辣琜6’lo]。MEC是引發(fā)粉
塵爆炸的最基本條件．在操作過程中只要保持粉塵
質(zhì)量濃度低于爆炸極限的下限．就可以避免發(fā)生爆
炸事故。K 是反映爆炸猛烈程度的重要參數(shù)[7]，主要
用于爆炸泄壓、防護(hù)隔離以及粉塵危險性分級設(shè)計。
普光天然氣凈化廠采用濕法硫磺成型技術(shù)．硫
磺轉(zhuǎn)運(yùn)過程中涉及到轉(zhuǎn)運(yùn)站、皮帶輸送機(jī)和堆取料
機(jī)。轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)過程中會產(chǎn)生大量硫磺粉塵．當(dāng)空氣中
粉塵質(zhì)量濃度達(dá)到爆炸極限時．遇到點火源即會引
起爆炸。另外，硫磺為電的不良導(dǎo)體，在輸送過程中
顆粒、粉塵與輸送皮帶、設(shè)備壁之間相互摩擦和碰
撞，不可避免會產(chǎn)生靜電．在一定條件下產(chǎn)生的能量
2014年9月 王彝等：硫磺粉塵爆炸特性研究 63
遠(yuǎn)大于硫磺的最小點火能量．存在火災(zāi)爆炸的危險
性。筆者在前人研究成果的基礎(chǔ)上 ”，以不同粒徑
的硫磺粉塵為試驗物質(zhì)．對硫磺粉塵云的MIE、
MEC、Km 3個爆炸特性參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，以
期對硫磺粉塵爆炸預(yù)防、爆炸抑制、爆炸泄壓、防護(hù)
隔離以及危險性分析起到指導(dǎo)作用。
l 試驗樣品和測試方法
1．1 試驗樣品
硫磺(化學(xué)純，普光天然氣凈化廠)，經(jīng)研磨、粉
碎、過篩至粒度分別小于850、375、180、150、11O、
70、45 m。取不同粒度的樣品在80℃、常壓條件下
干燥24h．備用。
1．2 試驗設(shè)備
1．2．1 MIE測試裝置
哈特曼管爆炸裝置由美國Chilwoah公司生產(chǎn)．
主要用于測試能夠引起粉塵云爆炸的火花最小能
量。評價粉塵云的潛在爆炸危險性。
哈特曼管內(nèi)徑為69 mm．高為296．5 mm，壁厚
為9．5 mm，容積為1．2 L。管底是一個傘狀擴(kuò)散器，用
于擴(kuò)散粉塵。點火電極位于距離管底100 mm處，實
驗采用電極輔助觸發(fā)火花系統(tǒng)。實驗時在哈特曼管
底部放入待測硫粉．然后將頂部密封 哈特曼裝置主
要由點火系統(tǒng)、揚(yáng)塵系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
組成。點火系統(tǒng)為粉塵點火提供能量。為使測試結(jié)果
可靠．點火源應(yīng)有足夠強(qiáng)度的點火能量。揚(yáng)塵采用堆
積法．這種方法廣泛運(yùn)用于立式容器中。控制系統(tǒng)由
控制箱、電磁閥、真空泵等組成，可提供火花能量，最
大充電電壓為15 kV 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電壓記錄
儀、電荷放大器等，可記錄電容放電過程中電壓的變
化．從而計算出電弧真正釋放的能量大小。哈特曼管
爆炸裝置示意圖如圖1所示
圖1 哈特曼管爆炸裝置示意圖
1．2．2 MEC和K 測試裝置
以20 L球形容器作為爆炸測試裝置．如圖2所
示 其設(shè)計制造主要參考了瑞士Siwek設(shè)計研究的
爆炸容器。主要包括2OL球形爆炸罐、點火裝置、預(yù)
抽真空系統(tǒng)、測試和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4個部分。點火裝
置由點火電極、電源和高壓電火花發(fā)生器組成。預(yù)抽
真空系統(tǒng)由真空泵和真空壓力表組成。測試和數(shù)據(jù)
采集系統(tǒng)由動壓傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)組成，
其中動壓傳感器位于20 L球形爆炸罐內(nèi)壁處。
圖2 20L球形爆炸測試裝置示意圖
1．3 試驗方法
1．3．1 MIE測試方法
實驗時在哈特曼管底部放入待測硫粉．然后將
頂部密封 2個電極固定座鉆有小孔，電極可以移
動。通過一聚四氟乙烯絕緣件控制電極間距。高壓電
極與電容器相連．放電回路中串聯(lián)一個電感，當(dāng)高壓
發(fā)生器從電容器電路中斷開后．由電磁閥控制儲氣
罐釋放壓縮空氣．使粉塵擴(kuò)散形成粉塵云。延遲
45 ms后，使電容器放電產(chǎn)生電火花。電容電火花能
量可用式(1)計算：
E=ll(t)U(t)dt (1)
式中：E為電火花能量，J；，(f)為電路放電時電流，A；
u(t)為電路放電時電壓，V。
當(dāng)電容電火花的能量小于100 mJ時．電火花的
能量：
E=0．5C (2)
式中：C為電容量，F(xiàn)；U為電路放電時電壓，V。
在給定的粉塵質(zhì)量濃度條件下．從一個能夠點
燃粉塵的電火花能量值開始，通過改變粉塵的質(zhì)量
濃度、點火能量來i貝0試粉塵的MIE。粉塵的MIE介
于某一質(zhì)量濃度下連續(xù)10次試驗均未出現(xiàn)著火的
最大能量值和連續(xù)10次試驗均出現(xiàn)著火的最小能
量值之間[1~143。
無機(jī)鹽工業(yè) 第46卷第9期
1-3．2 MEC和K 測試方法
20 L球形爆炸測試裝置如圖2所示，爆炸容器
為不銹鋼雙層夾套球形結(jié)構(gòu)，容積為2O L。實驗時
首先將樣品放至0．6 L粉罐內(nèi)。并將爆炸容器抽真
空至0．04 MPa的絕對壓力．以保證噴粉后容器內(nèi)壓
力為常壓 噴粉60ms后開始點火，點火源為高溫化
學(xué)點火藥頭 容器內(nèi)的壓力由安裝在器壁的壓力傳
感器記錄。當(dāng)3次測試壓力均小于0．15 MPa時，說明
粉塵未發(fā)生爆炸，反之說明粉塵發(fā)生了爆炸。通過分
析爆炸產(chǎn)生的壓力一時間曲線可以得到爆炸壓力和壓
力上升速率(dp )，根據(jù)公式 =(dp／dt) ·V蛉[15 ，
計算出爆炸指數(shù)．依照粉塵爆炸危險性分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)
行分級
2 結(jié)果與討論
2．1 硫磺粉塵最小點火能(MIE)
測試了環(huán)境溫度為20 cc、初始壓力為常壓條件
下不同粒徑硫磺粉塵的MIE值，見表1。
表1 不同粒徑硫磺粉塵最小點火能測試結(jié)果
粉塵粒徑，um MIE／rrd 粉塵粒徑／ m MIE／mJ
850～375 1 12～125 150～110 0-31～1．2
375～18O 60～86 1 10～70 0．144—0．198
180～l5O 1．6～3．3
由文獻(xiàn)『2O]可知。硫磺的最小點火能量(未標(biāo)注
粉塵粒徑)為15 mJ。由本裝置測試的最小點火能量
最低可以達(dá)到0．144 mJ 最小點火能的大小受很多
因素的影響．特別是湍流度、粉塵濃度和粉塵分散狀
態(tài)(粉塵分散質(zhì)量)。同一粉塵其湍流度、粉塵濃度和
粉塵分散質(zhì)量會隨不同測試裝置而有所不同，因此
最小點火能測量值的大小與測試裝置有關(guān)。粒徑大
小改變了粉塵粒子的比表面積．由粉塵燃爆的傳播
機(jī)理可知．粉塵粒子的比表面積對點火能量的影響
較大 由表1可知．隨著硫磺粉塵粒徑的減小，硫磺
粉塵的最小點火能量大幅度降低。因此在硫磺生產(chǎn)
和儲運(yùn)過程中要避免摩擦產(chǎn)生小顆粒硫磺粉塵。
2．2 硫磺粉塵爆炸下限質(zhì)量濃度(MEC)
測試了環(huán)境溫度為2O cc、初始壓力為常壓條件
下不同粒徑硫磺粉塵的MEC值，見表2。
表2 不同粒徑硫磺粉塵爆炸下限質(zhì)量濃度測試結(jié)果
粉塵粒徑／ m MEC／(g·m ) 粉塵粒徑／ m MEC／(g·In )
l80～375 20 110-70 17．5
150-18O 20 70-50 17．5
110～150 2O 50～45 15．0
在所收集的9個參考文獻(xiàn)[21-26]中硫磺粉塵爆炸
下限質(zhì)量濃度相差很大，最高為35咖，(占5個文
獻(xiàn)之多)．最低僅為2．3 g／m，高低值之間相差15倍
之多．并且絕大部分文獻(xiàn)都未注明相應(yīng)的粉塵粒度
等測試條件 由表2可知，硫磺粉塵粒度在45
375 m的爆炸下限質(zhì)量濃度為l5～20 g／m 。試驗測
試所得75 m爆炸下限質(zhì)量濃度為17．5 g／m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)
低于文獻(xiàn)值．且隨粒徑的減小爆炸下限質(zhì)量濃度逐
漸降低。
2．3 硫磺粉塵爆炸指數(shù)( )
測試了環(huán)境溫度為20℃、初始壓力為常壓條件
下不同粒度、不同質(zhì)量濃度硫磺粉塵的 值，試驗
結(jié)果見表3
表3 不同粒徑硫磺粉塵 測定結(jié)果
根據(jù)IS06184粉塵爆炸烈度等級分級標(biāo)準(zhǔn)(見
表4)對不同粒徑硫磺粉塵爆炸烈度進(jìn)行分級。
表4 粉塵爆炸烈度等級分級標(biāo)準(zhǔn)IS06184
對不同粒徑的硫磺粉塵爆炸烈度進(jìn)行分級。對
照表3可知，硫磺粉塵粒徑小于375 m的各個粒
徑分段燃爆指數(shù)都超過了St3級的30 MPa·m／s。當(dāng)
粒徑達(dá)到70 I．Lm后最大燃爆指數(shù)達(dá)到最大值．為
39．87 MPa．m／s 由于粉塵爆炸事故補(bǔ)救極為困難．
做好預(yù)防工作是十分重要的。因此，在工藝生產(chǎn)、儲
運(yùn)等過程中要消除粉塵源，嚴(yán)格控制點火源．采取可
靠有效的防護(hù)措施以規(guī)避硫磺粉塵爆炸事故
2014年9月 王彝等：硫磺粉塵爆炸特性研究 65
3 結(jié)論
1)在環(huán)境溫度為20℃、常壓條件下用哈特曼管
裝置測硫磺粉塵云最小點火能 隨著硫磺粉塵粒徑
的增大．硫磺粉塵的最小點火能大幅度上升 850
70 p,m硫磺粉塵的最小點火能從125 mJ下降到
0．144 mJ．隨著粒徑的減小硫磺粉塵的最小點火能
大幅度降低。因此．在硫磺的生產(chǎn)和儲運(yùn)過程中要避
免摩擦產(chǎn)生小顆粒硫磺粉塵．同時應(yīng)設(shè)法清除廠房
內(nèi)的小顆粒硫磺．以防止燃爆事故的發(fā)生。
2)在環(huán)境溫度為20℃ 、常壓條件下，硫磺粉塵
粒徑由375 Ixm下降至45 p,m時．爆炸下限質(zhì)量濃
度由20 g／m 降低至15 g／m3．最大爆炸壓力上升速
率由126．98 MPa／s上升至146．69 MPa／s．最大爆炸
指數(shù)由34．46 MPa·m／s上升至39．87 MPa·m／s
3)45～375 txm硫磺粉塵具有粉塵爆炸的危險
性．其發(fā)生爆炸的危害較大．在實驗劃分的4種粒徑
分布下其爆炸危險性均為St3級
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收稿日期：2014—03—27
作者簡介：王彝(197O一)，男，博士，副教授，主要研究方向為化工
安全，已發(fā)表論文3O余篇。
聯(lián)系方式：wb1970@163．com
一種納米氯化亞銅的研磨生產(chǎn)方法
本發(fā)明涉及一種納米氯化亞銅的研磨生產(chǎn)方法．包括以
下步驟：1)將銅鹽、氯化物、還原劑和二甲基亞砜研磨均勻，
在1O一70℃的溫度下放置1~6 h，讓其自行反應(yīng)：2)將反應(yīng)后
的混合物依次用去離子水、乙醇反復(fù)洗滌若干次，干燥，即可
得到穩(wěn)定的納米氯化亞銅。該方法特點：1)制備過程中僅采
用銅鹽、氯化物、還原劑和二甲基亞砜4種原料，質(zhì)量容易控
制。2)每次反應(yīng)所能容納的銅鹽的量不受溶解度的限制。
3)本發(fā)明工藝簡單，反應(yīng)溫和，反應(yīng)時間短，效率高，適合大
規(guī)模生產(chǎn)：產(chǎn)品性能良好．制備得到的納米氯化亞銅的粒徑
小于2O nm．在各類油劑中具有良好的二次分散性：制備成本
低，能源消耗低，沒有有害廢棄物產(chǎn)生，符合“綠色生產(chǎn)，環(huán)保
節(jié)能”的現(xiàn)代化生產(chǎn)要求 CN．103435090
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