絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對連通容器氣體爆炸的二次抑制效果

崔洋洋，王志榮，劉明翰，張锎，馬龍生，蔣軍成（南京工業(yè)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院江蘇省危險(xiǎn)化學(xué)品本質(zhì)安全與控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210009）

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絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對連通容器氣體爆炸的二次抑制效果

崔洋洋，王志榮，劉明翰，張锎，馬龍生，蔣軍成
（南京工業(yè)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院江蘇省危險(xiǎn)化學(xué)品本質(zhì)安全與控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210009）

摘要：實(shí)際生產(chǎn)中大多數(shù)儲罐、反應(yīng)器的進(jìn)料口和卸料口都是與管道相連而形成連通結(jié)構(gòu)，為考查絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對連通容器內(nèi)氣體爆炸的二次抑制作用，以甲烷-空氣混合物為研究對象，利用球形容器與管道構(gòu)成的連通容器進(jìn)行了抑爆實(shí)驗(yàn)，對比分析了單次抑爆與二次抑爆效果，并分析了不同目數(shù)和層數(shù)的絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對連通容器的二次抑爆效果的影響。結(jié)果表明：絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)二次抑爆效果優(yōu)于單次抑爆。當(dāng)單次抑爆失效時(shí)加入40目5層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次抑爆效果最好；加入60目1層、3層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)無抑爆效果，加入5層、7層、9層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)抑爆效果明顯，而且抑爆作用隨絲網(wǎng)層數(shù)增加而增強(qiáng)。因此，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮，選用合適的抑爆次數(shù)及抑爆結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：爆炸；連通容器；單次抑爆；二次抑爆；絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)；抑爆影響；甲烷；混合物

2015-07-29收到初稿，2015-11-05收到修改稿。

聯(lián)系人：王志榮。第一作者：崔洋洋（1990—），男，碩士研究生。

Received date: 2015-07-29.

Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (51376088，21436006) and the Natural Science Foundation for Colleges and Universities in Jiangsu Province (11KJA620001，10KJB620001).

引　言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，儲存各種可燃?xì)怏w的容器、裝置往往與管道相連，形成連通容器。與單容器相比，連通容器可能會發(fā)生更加猛烈的爆炸[1-3]。Gvozdeva[4]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)正激波在一定條件下經(jīng)過壓縮多孔材料上的反射后會顯著衰減。Robert[5]在裝置中添加聚合泡沫和鋁合金絲網(wǎng)進(jìn)行抑爆研究，結(jié)果顯示多孔材料壁面具有削弱橫波的作用，但不一定都能抑爆。Zhang等[6-7]研究了氮?dú)狻鍤鈱μ烊粴?空氣混合物爆炸特性的影響，發(fā)現(xiàn)氮?dú)鈱Ρǖ囊种菩Ч葰鍤飧?，混合氣體的最大爆炸壓力對天然氣濃度的增加先增大后減小，初始壓力越小，最大爆炸壓力越小。郭長銘等[8-9]采用有限速率燃燒模型對管道內(nèi)甲烷預(yù)混氣體爆炸后被惰性氣體熄滅的過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)二氧化碳噴入量低于12 kg·s-1時(shí)不能使管內(nèi)火焰熄 滅，二氧化碳噴入量大于16 kg·s-1時(shí)能大大降低管道內(nèi)混合氣體溫度，同時(shí)降低甲烷和氧氣濃度，導(dǎo)致火焰在二氧化碳噴入口所在管道截面處熄滅。祝釗等[10-11]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)多孔鋼板等吸收材料既有吸收橫波、削弱爆轟波的作用，又能夠加強(qiáng)湍流、恢復(fù)爆轟波。Hojo等[12-14]對管道內(nèi)多層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的淬熄性能做了系統(tǒng)的研究，得出臨界淬熄速度與絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)之間具有一定的關(guān)系的結(jié)論，還發(fā)現(xiàn)絲網(wǎng)的淬熄性能與其材質(zhì)無關(guān)。鄧軍等[15]采用自主改進(jìn)的20 L近球形抑爆實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了Mg(OH)2、CO2氣體及兩者同時(shí)添加抑制瓦斯爆炸的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Mg(OH)2和CO2氣體均對瓦斯爆炸具有一定的抑制作用。張巨峰等[16]研究了抑爆材料對可燃?xì)怏w爆炸火焰?zhèn)鞑サ挠绊?，發(fā)現(xiàn)多層金屬絲網(wǎng)對預(yù)混可燃?xì)怏w爆炸火焰?zhèn)鞑ゾ哂泻艽蟮挠绊?，可以完全淬熄較弱的爆炸火焰。喻健良等[17-20]研究了多層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對混合氣體燃燒爆炸的抑制作用，實(shí)驗(yàn)研究了臨界淬熄速度、臨界淬熄超壓和熄爆參數(shù)與多層絲網(wǎng)抑爆結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)之間的關(guān)系，并得出該關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。

這些研究主要是針對簡單結(jié)構(gòu)的單一管道或單次抑爆結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，在單管道和單容器爆炸中爆炸傳播過程較為簡單。與單容器或單管道相比，連通容器會形成不同的爆炸傳播過程，事故造成的后果也比單容器或單管道事故造成的后果嚴(yán)重。與單次抑爆相比，二次抑爆的原理更加復(fù)雜，并不是簡單的疊加效果。但目前國內(nèi)外對于結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的連通裝置的二次抑爆研究較少。因此，本工作將絲網(wǎng)目數(shù)和層數(shù)進(jìn)行不同組合，在連通容器的不同位置處嵌入絲網(wǎng)，采用對比實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理的方法分析研究了二次抑爆與單次抑爆的抑爆效果，并進(jìn)一步探索了絲網(wǎng)目數(shù)、層數(shù)和抑爆位置等影響因素對絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)二次抑爆的影響。

圖1　連通容器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　Schematic diagram of linked spherical vessels1—ignition position; 3—gas inlet/outlet; 2,4—pressure transducer; ①②③—wire mesh position

1　實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

連通容器由球形容器和3段管道組成，如圖1所示。球形容器的尺寸為：直徑350 mm，體積22 L。管道為圓形管道，每段長度均為2000 mm，內(nèi)徑為60 mm。球形容器和管道通過法蘭連接，而且均安裝壓力變送器。球形容器上安裝點(diǎn)火器和真空壓力表，并留有充、抽氣口。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

由于甲烷的化學(xué)計(jì)量濃度為9.46%，本實(shí)驗(yàn)環(huán)境下甲烷的濃度為10%。絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的參數(shù)見表1。實(shí)驗(yàn)采用不銹鋼金屬絲網(wǎng)，將絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)安裝于連通容器法蘭連接處。首先用真空泵將連通容器抽真空，再充入事先用SY-9506型配氣儀配好的10%的甲烷-空氣混合氣體至常壓，靜止一段時(shí)間，然后在球內(nèi)用點(diǎn)火能量為6 J的高能電子點(diǎn)火器點(diǎn)火引爆容器內(nèi)的混合氣體，利用安裝在連通容器上的高頻壓力變送器采集數(shù)據(jù)，并通過USB總線數(shù)據(jù)采集儀及配套分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和處理。

表1　3種絲網(wǎng)的幾何參數(shù)值Table 1　Geometrical parameters of three kinds of wire mesh

1.3實(shí)驗(yàn)方案

本工作開展的絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對連通容器二次抑爆效果的研究，主要研究了單次抑爆與二次抑爆的效果，并通過改變二次抑爆時(shí)絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)研究絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對二次抑爆效果的影響。實(shí)驗(yàn)均在密閉條件下進(jìn)行。起爆位置位于球形容器中心，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求在1號位、2號位、3號位嵌入絲網(wǎng)。程長德等[21]用管道將兩球相連進(jìn)行試驗(yàn)研究，并得出40目5層與60目7層為該系統(tǒng)臨界抑爆層數(shù)的結(jié)論。本工作針對球接管連通容器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到相似結(jié)論，即單次抑爆時(shí)40目3層與60目5層對球接管連通容器的抑爆作用不明顯，而40目5層與60目7層對球接管連通容器有明顯的抑爆效果。本工作分別采用40目3層與60目5層進(jìn)行二次抑爆實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)40目3層無明顯二次抑爆效果，因此本工作均采用60目5層為主要研究對象研究二次抑爆作用。表2為連通容器內(nèi)絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)二次抑爆的實(shí)驗(yàn)方案，每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1二次抑爆效果的研究

如表2中A組，采用60目5層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，研究無絲網(wǎng)、單次抑爆與二次抑爆的不同抑爆效果。無絲網(wǎng)、單次抑爆與二次抑爆時(shí)爆炸壓力隨時(shí)間的變化如圖2所示。為了進(jìn)一步研究絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對連通容器氣體爆炸抑爆效果的綜合影響，結(jié)合沖擊波超壓-沖量傷害準(zhǔn)則概念，引入爆炸強(qiáng)度指數(shù)K，用于表示爆炸強(qiáng)度，定義其為最大爆炸壓力與最大爆炸壓力上升速率的乘積，單位為MPa2·s-1。K越大，說明爆炸的危險(xiǎn)性越大，抑爆的效果越差。最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率及爆炸強(qiáng)度指數(shù)見表3。

表2　連通容器二次抑爆的實(shí)驗(yàn)方案Table 2　Experiment scheme of explosion double-suppression in linked vessels

圖2　不同抑爆次數(shù)時(shí)爆炸壓力隨時(shí)間的變化Fig.2　Explosion pressure history under set of different times of explosion suppression

表3　不同抑爆次數(shù)時(shí)的爆炸特征值Table 3　Explosion characteristic value under set of different times of explosion suppression

通過圖2可以看出，絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的單次抑爆效果不明顯，而二次抑爆效果非常顯著。二次抑爆時(shí)管道末端的壓力波動明顯變小。根據(jù)表3所示，單次抑爆時(shí)最大爆炸壓力小幅減小，而爆炸強(qiáng)度指數(shù)則有所降低。二次抑爆時(shí)，最大爆炸壓力和爆炸強(qiáng)度指數(shù)都有明顯的減小。在單次抑爆與二次抑爆的比較中發(fā)現(xiàn)，60目5層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為單次抑爆材料時(shí)并沒有顯著的抑爆效果。根據(jù)程長德等[21]的研究可知，在單次抑爆失效時(shí)，若要系統(tǒng)達(dá)到理想的抑爆效果，必須使用60目7層或9層甚至更厚的絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)單次抑爆失效的情況下60目5層作為二次抑爆材料時(shí)系統(tǒng)最大壓力卻出現(xiàn)了大幅下降。這主要是因?yàn)?，單次抑爆時(shí)，當(dāng)火焰和爆炸波到達(dá)絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對爆炸沖擊波進(jìn)行阻隔，吸收了部分爆炸熱能，但不足以對爆炸產(chǎn)生抑制作用。二次抑爆時(shí)，第二處絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對爆炸沖擊波進(jìn)行二次阻隔，并且再一次吸收爆炸熱能，由于絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的存在，火焰在管道內(nèi)的加速現(xiàn)象也被抑制，壓力波和火焰不能夠通過絲網(wǎng)，抑爆效果明顯。管道末端壓力波動減小的主要原因在于二次抑爆時(shí)壓力反射波經(jīng)過絲網(wǎng)的過濾及削減，波動明顯減小。

研究發(fā)現(xiàn)，在二次抑爆時(shí)可采用60目5層作為二次抑爆材料，減少物料輸送的阻礙，從而減小輸送物料所需動力，節(jié)省能源。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中可根據(jù)實(shí)際情況采用二次抑爆或多次抑爆的方法，在增強(qiáng)連通容器安全性能的同時(shí)減少抑爆材料對物料輸送的阻礙作用。

2.2目數(shù)對連通容器二次抑爆效果的影響

如表2中B組，采用5層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)研究絲網(wǎng)目數(shù)對連通容器二次抑爆效果的影響。1號位絲網(wǎng)目數(shù)不同時(shí)爆炸壓力隨時(shí)間的變化如圖3所示，最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率及爆炸強(qiáng)度指數(shù)見表4。2號位絲網(wǎng)目數(shù)不同時(shí)爆炸壓力隨時(shí)間的變化如圖4所示，最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率及爆炸強(qiáng)度指數(shù)見表5。

通過圖3、圖4及表4和表5可以看出：當(dāng)1號位絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)固定為60目時(shí)，2號位為40目時(shí)的抑爆效果最好；當(dāng)2號位絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)固定為60目時(shí)，1號位為40目時(shí)的抑爆效果最好。這主要是因?yàn)椋?0目絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)孔隙率較大，金屬體積分?jǐn)?shù)小，對爆炸沖擊波的阻隔作用以及對熱量的吸收有限，爆炸壓力波及火焰能輕易穿過。40目與60目絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)孔隙率較小，金屬體積分?jǐn)?shù)較大，能夠有效地吸收爆炸能量，因此對爆炸有較好的抑制作用。而40目絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)與60目相比，其金屬體積分?jǐn)?shù)大于60目絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，40目絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有更好的抑爆作用。因此，在不阻礙物料運(yùn)輸?shù)那闆r下，可選用金屬體積分?jǐn)?shù)較大的絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為工業(yè)中連通容器的抑爆材料。

圖3　1號位絲網(wǎng)目數(shù)不同時(shí)爆炸壓力隨時(shí)間的變化Fig.3　Explosion pressure history under set of different mesh number at position 1

表4　1號位絲網(wǎng)目數(shù)不同時(shí)的爆炸特征值Table 4　Explosion characteristic value under set of different mesh number at position 1

圖4　2號位絲網(wǎng)目數(shù)不同時(shí)爆炸壓力隨時(shí)間的變化Fig.4　Explosion pressure history under set of different mesh number at position 2

2.3絲網(wǎng)層數(shù)對連通容器二次抑爆效果的影響

如表2中C組，采用60目絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)研究絲網(wǎng)層數(shù)對連通容器二次抑爆的影響。絲網(wǎng)嵌于1、2號位時(shí)爆炸壓力隨時(shí)間的變化如圖5所示，最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率及爆炸強(qiáng)度指數(shù)見表6。絲網(wǎng)嵌于1、3號位時(shí)爆炸壓力隨時(shí)間的變化如圖6所示，最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率及爆炸強(qiáng)度指數(shù)見表7。

通過圖5、圖6及表6和表7可以看出：當(dāng)絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)放于1、2號位（或1、3號位），而且1號位絲網(wǎng)層數(shù)固定為5層、2號位（或3號位）絲網(wǎng)層數(shù)為1層或3層時(shí)，系統(tǒng)無明顯的抑爆效果；當(dāng)2號位（或3號位）絲網(wǎng)層數(shù)為5層、7層、9層時(shí)，系統(tǒng)具有明顯的抑爆效果，并且隨2號位（或3號位）絲網(wǎng)層數(shù)增加抑爆效果愈好。通過表6和表7可以看出，當(dāng)絲網(wǎng)層數(shù)為3層時(shí)，系統(tǒng)最大爆炸壓力雖無明顯下降，但爆炸強(qiáng)度指數(shù)卻有所減小，這說明3層已經(jīng)開始對系統(tǒng)有抑爆效果，但效果不明顯。以上現(xiàn)象主要是因?yàn)椋?dāng)系統(tǒng)爆炸波傳至1號位時(shí)，雖然爆炸壓力并未下降，但部分爆炸熱量被絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)吸收，爆炸沖擊波一定程度上也受到絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的阻隔。當(dāng)2號位（或3號位）的絲網(wǎng)層數(shù)為1層或3層時(shí)，由于絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)孔率較大，金屬體積分?jǐn)?shù)較小，對爆炸沖擊波的阻隔作用以及對熱量的吸收較弱，壓力波和火焰能正常穿過絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)無明顯抑爆效果。當(dāng)二次抑爆位置的絲網(wǎng)層數(shù)為5層、7層或9層時(shí)，絲網(wǎng)厚度變大，網(wǎng)孔率變小，金屬體積分?jǐn)?shù)增大，吸收的能量較多，阻隔作用增強(qiáng)，絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)抑爆效果明顯。因此，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)需要適當(dāng)增加絲網(wǎng)層數(shù)，以達(dá)到更好的抑爆效果。

表5　2號位絲網(wǎng)目數(shù)不同時(shí)的爆炸特征值Table 5　Explosion characteristic values under set of different mesh number at position 2

圖5　2號位絲網(wǎng)層數(shù)不同時(shí)爆炸壓力隨時(shí)間的變化Fig.5　Explosion pressure history under set of different wire-mesh layers at position 2

圖6　3號位絲網(wǎng)層數(shù)不同時(shí)的爆炸壓力隨時(shí)間的變化Fig.6　Explosion pressure history under set of different wire-mesh layers at position 3

表6　2號位絲網(wǎng)層數(shù)不同時(shí)的爆炸特征值Table 6　Explosion characteristic values under set of different wire-mesh layers at position 2

表7　3號位絲網(wǎng)層數(shù)不同時(shí)的爆炸特征值Table 7　Explosion characteristic values under set of different wire-mesh layers at position 3

3　結(jié)　論

（1）與單次抑爆相比，二次抑爆的效果優(yōu)于單次抑爆。首次抑爆失效后進(jìn)行二次抑爆時(shí)，可選用目數(shù)或?qū)訑?shù)小于單次抑爆臨界值的絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

（2）用60目5層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)模擬單次抑爆失效時(shí)，采用40目5層作為二次抑爆絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抑爆時(shí)的抑爆效果最好。由此可見二次抑爆效果隨絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)金屬體積分?jǐn)?shù)的增大而變好。

（3）用60目5層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)模擬單次抑爆失效時(shí)，二次抑爆絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)為60目1層或3層時(shí)無明顯抑爆作用，5層、7層、9層抑爆效果顯著。

（4）二次抑爆作用隨絲網(wǎng)層數(shù)增加而增強(qiáng)。當(dāng)系統(tǒng)最大爆炸壓力下降到一定程度后，下降幅度減小，因此在工業(yè)生產(chǎn)中可優(yōu)先選用比臨界抑爆層數(shù)略厚的絲網(wǎng)作為抑爆結(jié)構(gòu)。

References

[1]王志榮，周超，師喜林，等. 連通容器內(nèi)預(yù)混氣體泄爆過程 [J].化工學(xué)報(bào)，2011，62 (1): 287-291. WANG Z R，ZHOU C，SHI X L，et al. Gas explosion venting of premixed gases in linked vessels [J]. CIESC Journal，2011，62 (1):287-291.

[2]WANG Z R，PAN M Y，JIANG J C. Experimental investigation of gas explosion in single vessel and connected vessels [J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2013，26 (6): 1094-1099.

[3]OH K H，KIM H，KIM J B，et al. A study on the obstacle-induced variation of the gas explosion characteristics [J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2001，14 (6): 597-602.

[4]GVOZDEVA L G. Normal shock waves reflection on porous compressible materials [J]. ATAA，1986，106: 155-165.

[5]ROBERT Z. Deflagration suppression using expanded metal mesh and polymer foams [J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2007，20 (4): 659-663.

[6]ZHANG B，XIU G L，BAI C H. Explosion characteristics of argon/nitrogen diluted natural gas-air mixtures [J]. Fuel，2014，124: 125-132.

[7]ZHANG B，BAI C H，XIU G L，et al. Explosion and flame characteristics of methane/air mixtures in a large-scale vessel [J]. Process Safety Progress，2014，33 (4): 362-368.

[8]郭長銘，陳志剛. 多孔鋼板對氣象爆轟波傳播影響的實(shí)驗(yàn)研究 [J].實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2000，15 (4): 400-407. GUO C M，CHEN Z G. Experimental study on gaseous detonation propagation in a perforated steel plate section [J]. Journal of Experimental Mechanics，2000，15 (4): 400-407.

[9]郭長銘，李劍. 爆轟波在阻尼管道中聲吸收的實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 爆炸與沖擊，2000，20 (4): 289-295. GUO C M，LI J. Experimental investigation of acoustic absorption of detonation by absorbing materials lining wall [J]. Explosion and Shock Waves，2000，20 (4): 289-295.

[10]祝釗，賈振元，羅海珠. 瓦斯輸送管道內(nèi)抑爆過程數(shù)值模擬研究[J]. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，54 (1): 37-42. ZHU Z，JIA Z Y，LUO H Z. Numerical simulation research on explosion suppression process in gas transmission pipeline [J]. Journal of Dalian University of Technology，2014，54 (1): 37-42.

[11]戴林超，趙彩虹，劉楨，等. 管道內(nèi)瓦斯爆炸傳播規(guī)律的數(shù)值模擬研究 [J]. 礦業(yè)工程研究，2011，26 (1): 31-34. DAI L C，ZHAO C H，LIU Z，et al. Numerical simulation study of gas explosion propagation law in the pipe [J]. Mineral Engineering Research，2011，26 (1): 31-34.

[12]HOJO H，TSUDA K，ARAI S. The combustion suppression effect of metal wire-mesh and the flame propagation in pipes [J]. Chemical Engineering，1986，(2): 153-158.

[13]HOJO H，TSUDA K，KANO N. The flow resistance and the combustion suppression effect of metal wire-mesh [J]. High Pressure Fluid，1984，(5): 239-247.

[14]TSUDA K，HOJO H. The combustion suppression effect of metal wire-mesh in vertical pipes [J]. Safety Engineering，1990，(4): 251-255.

[15]鄧軍，田志輝，羅振敏，等. Mg(OH)2/CO2抑爆瓦斯實(shí)驗(yàn)研究 [J].煤礦安全，2013，44 (10): 4-6. DENG J，TIAN Z H，LUO Z M，et al. Experimental research on suppressing gas explosion by Mg(OH)2/CO2.[J]. Safety in Coal Mines，2013，44 (10): 4-6.

[16]張巨峰，王暉，武元，等. 管道內(nèi)多層金屬絲網(wǎng)對預(yù)混可燃?xì)怏w爆炸火焰?zhèn)鞑サ挠绊?[J]. 湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2012，27 (2): 18-21. ZHANG J F，WANG H，WU Y，et al. Effect of multi-layer wire mesh upon pre-mixed combustible gas explosion in the tube [J]. Journal of Hunan University of Science & Technology (Natural Science Edition)，2012，27 (2): 18-21.

[17]喻健良，周崇，劉潤杰. 管道內(nèi)預(yù)混氣體爆燃過程的實(shí)驗(yàn)研究 [J].石油與天然氣化工，2004，33 (6): 453-466. YU J L，ZHOU C，LIU R J. Experimental investigation into deflagration of premixed gases in tubes [J]. Chemical Engineering of Oil & Gas，2004，33 (6): 453-466.

[18]喻健良，孟偉，王雅杰. 多層絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)抑制管內(nèi)氣體爆炸的實(shí)驗(yàn)[J]. 天然氣工業(yè)，2005，25 (6): 116-118. YU J L，MENG W，WANG Y J. Experiment to suppress gas explosion in pipe with structure of multi-layer wire mesh [J]. Natural Gas Industry，2005，25 (6): 116-118.

[19]喻健良，蔡濤，李岳，等. 絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對爆炸氣體淬熄的試驗(yàn)研究[J]. 燃燒科學(xué)與技術(shù)，2008，14 (2): 13 - 16. YU J L，CAI T，LI Y，et al. Experiment to quench explosive gas with structure of wire mesh [J]. Journal of Combustion Science and Technology，2008，14 (2): 13-16.

[20]喻健良，劉潤杰，畢明樹，等. 網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)和可壓縮材料抑制爆炸波的研究評述 [J]. 化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2002，23 (91): 12-15. YU J L，LIU R J，BI M S，et al. Review of explosion suppression effect of mesh structure and compressible material [J]. Journal of Chemical Industry & Engineering，2002，23 (91): 12-15.

[21]程長德，王志榮，張尚峰. 絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對連通容器抑爆效果的影響[J]. 解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2014，15 (6): 564-570. CHENG C D，WANG Z R，ZHANG S F. Suppressive effect of explosion in linked spherical vessels and pipelines impacted by structure of wire mesh [J]. Journal of PLA University of Science and Technology (Natural Science Edition)，2014，15 (6): 564-570.

Double-suppression effect of wire mesh on gas explosion in linked vessels

CUI Yangyang，WANG Zhirong，LIU Minghan，ZHANG Kai，MA Longsheng，JIANG Juncheng
(Jiangsu Key Laboratory of Hazardous Chemicals Safety and Control，College of Safety and Engineering，Nanjing Tech University，Nanjing 210009，Jiangsu，China)

Abstract:A series of experiments were conducted to study double-suppression effect of multi-layer wire-mesh structure on methane-air mixture explosion in a spherical vessel connected with pipelines. Explosion double-suppression effect was analyzed for explosion suppression structures with different layers and meshes. The most reasonable multi-layer wire-mesh structure was obtained. The combination of different layer number and mesh number had different explosion suppression effect on the linked vessels. Compared with single-suppression effect，the double-suppression effect was much better. Based on 5-layer 60-mesh，which had little single-suppression effect，the double-suppression effect was more effective while the 5-layer 40-mesh was adopted as doublesuppression structure. 1-layer 60-mesh or 3-layer 60-mesh had little suppression effect，but 5-layer was different. When the layer of wire-mesh was more than five，the effect was significant，and the more the number of layers was，the better the explosion suppression effect was. Thus，in actual explosion protection design，the best explosion suppression structure should be decided by taking into account of the comprehensive effect of the times of suppression and layer number and mesh number of wire-mesh structure.

Key words:explosions; linked vessels; single-suppression; double-suppression; wire-mesh; explosion suppression; methane; mixtures

DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151216

中圖分類號：TE 687；TQ 086

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：0438—1157（2016）04—1618—08

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51376088，21436006）；江蘇省高校自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11KJA620001，10KJB620001）。

Corresponding author:WANG Zhirong，wangzhirong@njtech.edu.cn