鋯金屬粉塵云最小點(diǎn)火能和最低著火溫度的試驗(yàn)研究?

蘇 浩 仲海霞 曹 勇 李 斌

①南京理工大學(xué)化工學(xué)院(江蘇南京，210094)②常州市天成安全評(píng)價(jià)有限公司(江蘇常州，213000)

引言

粉塵爆炸一般伴隨著多次爆炸，釋放能量大，破壞力強(qiáng)。最小點(diǎn)火能(MIE)是指能夠引起粉塵云燃燒的最小火花能量[1]，通常用來(lái)描述物質(zhì)的點(diǎn)火敏感性，是判斷粉塵云燃燒爆炸危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)；另外一個(gè)重要指標(biāo)是粉塵云的最低著火溫度(MIT)；通常以MIE和MIT為依據(jù)采取相應(yīng)的粉塵爆炸防護(hù)措施。

近年來(lái)，金屬粉塵爆炸事故時(shí)有發(fā)生，占粉塵爆炸總數(shù)的1/3[2]。一般金屬顆粒的燃燒根據(jù)其自身的揮發(fā)性分成兩種:一種是金屬氧化物更易揮發(fā)，在金屬顆粒表面或氧化層表面上發(fā)生燃燒，即表面燃燒；另一種是金屬氧化物難以揮發(fā)，燃燒時(shí)為氣相燃燒。Hosseinzadeh等[3]研究了易燃粉塵濃度對(duì)MIE的影響，指出當(dāng)易燃粉塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%時(shí)，MIE明顯減小。Addai等[4]研究了3種惰性粉末(氧化鎂、硫酸銨、砂)分別與6種可燃粉末(褐煤粉、石松子粉、調(diào)色劑、煙酸、玉米粉、高密度聚乙烯)形成混合粉末的MIE和MIT，得出當(dāng)惰性粉末濃度增加時(shí)，MIE和MIT一直增加，直至達(dá)到該混合粉末不會(huì)發(fā)生著火的閾值。Danzi等[5]也提出，隨著惰性粉末的增加，MIT隨之增加。Addai等[6]提出了7種計(jì)算MIT的模型，其中3種與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比并達(dá)到預(yù)期效果。Choi等[7]得出粒徑為28.1 μm的鎂粉的MIE為4 mJ。Wu等[8]指出納米級(jí)鐵粉、鈦粉的MIE均小于1 mJ。還有很多學(xué)者[9-16]對(duì)MIE和MIT進(jìn)行了相關(guān)研究。

鋯主要用作原子核反應(yīng)堆燃料元件的包殼材料，由于其驚人的抗腐蝕性、高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，還被廣泛地用于航空航天、軍工等領(lǐng)域。對(duì)于鋯，丁以斌等[17-22]采用高速攝影、紋影等技術(shù)研究了鋯粉塵云在管道中的火焰?zhèn)鞑ニ俣取囟葓?chǎng)分布、火焰特征等；應(yīng)用PIV(粒子圖像測(cè)速)技術(shù)，得到噴粉結(jié)束后湍流強(qiáng)度隨時(shí)間呈負(fù)指數(shù)衰減；點(diǎn)火端封閉時(shí)，火焰在管道內(nèi)傳播可分為火焰緩慢傳播階段、火焰加速傳播階段、火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p緩階段；通過(guò)微距顯微拍攝，得到火焰陣面前粒子的運(yùn)動(dòng)速度；隨鋯粒子點(diǎn)火進(jìn)行熱應(yīng)力分析表明，鋯表面氧化膜在升溫過(guò)程中由于應(yīng)力不平衡而發(fā)生破裂。

目前，對(duì)于鋯金屬粉塵燃燒方面的研究已有一些進(jìn)展。為研究鋯金屬粉塵云的點(diǎn)火敏感性，以鋯粉為研究對(duì)象，采用哈特曼管試驗(yàn)系統(tǒng)和MIT試驗(yàn)系統(tǒng)，研究不同因素對(duì)MIE和MIT的影響，為鋯粉塵本質(zhì)化安全防治提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)樣品:鋯粉(上海允復(fù)納米科技有限公司，純度＞99.9%)。由于鋯粉活潑，儲(chǔ)存于水中，試驗(yàn)前，需將鋯粉置于30℃恒溫真空箱中烘干12 h。烘干后，鋯粉呈灰色粉末狀。

1.2 設(shè)備

采用Mastersizer 3000激光粒度分析儀(英國(guó)Malvern公司)對(duì)鋯粉顆粒進(jìn)行粒度分析檢測(cè)。采用QUANTA 250 FEG型掃描電鏡(美國(guó)FEI公司)對(duì)鋯粉顆粒進(jìn)行形貌測(cè)試分析。

哈特曼管測(cè)試系統(tǒng)(如圖1所示)包括進(jìn)氣系統(tǒng)、噴粉系統(tǒng)、點(diǎn)火觸發(fā)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。爆炸容器為哈特曼管，電火花電路采用輔助火花觸發(fā)的移動(dòng)電極觸發(fā)系統(tǒng)。MIE測(cè)試裝置(ETD-1.2LD，東北大學(xué)研制)包括哈特曼管(1.2 L)、電極、氣動(dòng)活塞、千分尺、基座、噴頭、進(jìn)氣閥、噴粉閥門、儲(chǔ)氣罐和箱體等。試驗(yàn)時(shí)，將粉塵均勻地分布在基座上，將基座固定，通過(guò)進(jìn)氣閥將壓縮空氣充入儲(chǔ)氣罐，壓縮空氣將粉塵噴入哈特曼管中形成粉塵云，進(jìn)而點(diǎn)火。

圖1 MIE測(cè)試裝置Fig.1 MIE test device

粉塵云著火溫度測(cè)定裝置(MITC-GG，東北大學(xué)研制)由進(jìn)氣系統(tǒng)、噴粉系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等組成，如圖2所示。

圖2 MIT測(cè)試裝置Fig.2 MIT test device

加熱爐的加熱石英管垂直安裝，外壁環(huán)繞有加熱用的電工合金絲，下端開(kāi)口，上端通過(guò)玻璃適配器與儲(chǔ)粉室相連，中部與中下部分別裝有熱電偶，用以調(diào)控以及記錄試驗(yàn)溫度。試驗(yàn)時(shí)，將壓縮空氣儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣罐，將粉塵放置于儲(chǔ)粉室，在控制面板輸入最終溫度開(kāi)始加熱，選擇爐壁控溫，當(dāng)升溫達(dá)到最終溫度時(shí)，打開(kāi)閥門進(jìn)氣，噴粉。觀察是否有火花。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 MIE測(cè)試方法

哈特曼管兩端的電極固定基座鉆有小孔，用以移動(dòng)電極。高壓電極與電容器相連，可選擇有電感和無(wú)電感兩種放電方式。高壓發(fā)生器從電容器電路斷開(kāi)后，由電磁閥控制儲(chǔ)氣罐釋放壓縮空氣，使粉塵擴(kuò)散形成粉塵云，延遲一定時(shí)間后，將高壓電極推到特定位置，電容器放電產(chǎn)生電火花。

電容電火花的能量值用式(1)計(jì)算:

式中:E為電火花能量，J；C為電容，F(xiàn)；U為充電電容的電壓，V。

電火花能量大于100 mJ時(shí)，采用式(2)計(jì)算:

式中:I(t)為放電時(shí)實(shí)際測(cè)得的電火花電流，A；U(t)為放電時(shí)實(shí)際測(cè)得的電火花電壓，V。

首先，在給定的粉塵濃度條件下，用一個(gè)能可靠點(diǎn)燃粉塵云的能量值的電火花開(kāi)始，然后改變粉塵濃度、點(diǎn)火延遲時(shí)間和噴粉壓力，并通過(guò)調(diào)節(jié)電容器電容和(或)電容器上充電電壓，逐次減半降低電火花能量值，直到連續(xù)10次試驗(yàn)均未出現(xiàn)著火現(xiàn)象為止[23-24]。而在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，需根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)點(diǎn)火能量，而并不一定是逐次減半。

粉塵云的MIE(Emin)介于E1(連續(xù)10次試驗(yàn)均未出現(xiàn)著火的最大能量值)和E2(連續(xù)10次試驗(yàn)均出現(xiàn)著火的最小能量值)之間，即

1.3.2 MIT測(cè)試方法

稱量一定質(zhì)量的粉塵裝入儲(chǔ)粉室中，將加熱溫度調(diào)到某一特定值，并將儲(chǔ)氣罐氣壓調(diào)至特定值。打開(kāi)電磁閥，將粉塵噴入加熱爐內(nèi)。若未出現(xiàn)著火，則以50℃的步長(zhǎng)升高加熱爐溫度，重新裝入相同質(zhì)量的粉塵進(jìn)行試驗(yàn)，直至著火出現(xiàn)，或直到加熱到1 000℃為止。

一旦出現(xiàn)著火，則改變粉塵的質(zhì)量和噴塵壓力，直到出現(xiàn)劇烈的著火。然后，保持粉塵質(zhì)量和噴塵壓力不變，以20℃的間隔降低加熱爐的溫度進(jìn)行試驗(yàn)，直到10次試驗(yàn)均未出現(xiàn)著火。如果在300℃時(shí)仍出現(xiàn)著火，則以10℃的步長(zhǎng)降低加熱爐的溫度。

著火判別:試驗(yàn)時(shí)，在加熱爐管下端若有火焰噴出或火焰滯后噴出，則判為著火；若只有火星而沒(méi)有火焰，則判為未著火。

MIT的確定:按上述方法測(cè)得的粉塵出現(xiàn)著火時(shí)，加熱爐的最低溫度若高于300℃，則應(yīng)減去20℃；若等于或低于300℃，則應(yīng)減去10℃，即為粉塵云的MIT[25]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鋯粉粒度形貌分析

試驗(yàn)用鋯粉粒度分布情況如圖3所示。根據(jù)激光粒度儀的分析結(jié)果可得，大部分鋯粉顆粒分布在25～55 μm 之間，其中d50(中位徑) ＝33.49 μm，d(4，3)(體積平均徑) ＝ 40.23 μm，d(3，2)(面積平均徑) ＝13.99 μm。

圖3 鋯粉粒度分布Fig.3 Particle size distribution of zirconium powder

如圖4所示，鋯粉顆粒呈鱗片狀，顆粒間孔隙較大。表面積大，有利于燃燒爆炸。由SEM圖可看出，鋯粉顆粒粒徑主要分布在25～50 μm之間，與激光粒度儀分析結(jié)果基本吻合。

圖4 鋯粉掃描電鏡圖Fig.4 SEM of zirconium powder

2.2 MIE測(cè)試結(jié)果分析

2.2.1 MIE的確定及粉塵質(zhì)量濃度對(duì)MIE的影響

試驗(yàn)中，相對(duì)溫度為(20±5)℃，相對(duì)濕度為(25±5)%。點(diǎn)火延遲時(shí)間為60 ms，噴粉壓力為0.7 MPa。對(duì)7種不同質(zhì)量濃度的鋯粉，在不同點(diǎn)火能量下分別進(jìn)行10次試驗(yàn)，結(jié)果如表1和圖5。表1中，1代表著火，0代表未著火。

由表1可得，當(dāng)點(diǎn)火能量為1 mJ時(shí)，任何濃度的粉塵均未被點(diǎn)燃，發(fā)生著火，所以Emin＞1 mJ。當(dāng)點(diǎn)火能量為1 000 mJ時(shí)，0.06 g粉塵(即50 g/m3質(zhì)量濃度下)幾乎仍無(wú)著火現(xiàn)象，可知由于其濃度過(guò)小，并不能達(dá)到著火條件，不予考慮。當(dāng)質(zhì)量濃度為400 g/m3時(shí)，點(diǎn)火能量為10 mJ，連續(xù)10次試驗(yàn)均發(fā)生著火現(xiàn)象。按照MIE判別條件，可知該濃度條件下，Emin＜3 mJ。故該特定質(zhì)量濃度下，MIE在1～3 mJ之間。

表1 鋯金屬粉塵云點(diǎn)火能量測(cè)試結(jié)果Tab.1 MIE test results of zirconium dust cloud

圖5 鋯粉塵云點(diǎn)火能量與質(zhì)量濃度的關(guān)系Fig.5 Relationship between ignition energy and mass concentration of zirconium dust cloud

當(dāng)質(zhì)量濃度為50 g/m3時(shí)，僅在點(diǎn)火能量為1 000 mJ情況下發(fā)生過(guò)一次著火現(xiàn)象。原因可能是試驗(yàn)環(huán)境中本身存在了之前未被點(diǎn)燃的鋯粉塵，導(dǎo)致實(shí)際質(zhì)量濃度比50 g/m3大。故推測(cè)在此質(zhì)量濃度條件下，不會(huì)發(fā)生著火現(xiàn)象。

當(dāng)質(zhì)量濃度為500 g/m3時(shí)，顆粒間距離較短，單個(gè)顆粒需要獲取的平均點(diǎn)火能量不變，點(diǎn)火能量一定的情況下使得點(diǎn)火變得困難，故相比400 g/m3，其MIE反而增大。

由圖5可得，質(zhì)量濃度在50～500 g/m3范圍內(nèi)，隨著粉塵質(zhì)量濃度的增加，使其著火的點(diǎn)火能量先逐漸減小，在400 g/m3達(dá)到最小后又逐漸增大。

2.2.2 點(diǎn)火延遲時(shí)間對(duì)MIE的影響

試驗(yàn)中，質(zhì)量濃度400 g/m3，其他條件不變，改變點(diǎn)火延遲時(shí)間分別為 10、30、60、90、120、150、180ms進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果如圖6。

圖6 點(diǎn)火能量與點(diǎn)火延遲時(shí)間的關(guān)系Fig.6 Relationship between ignition energy and ignition delay time

當(dāng)點(diǎn)火延遲時(shí)間為10 ms時(shí)，任何點(diǎn)火能量下均未發(fā)生著火現(xiàn)象，主要是因?yàn)辄c(diǎn)火延遲時(shí)間過(guò)短，導(dǎo)致噴出的粉塵還未形成粉塵云，無(wú)法點(diǎn)燃。

當(dāng)點(diǎn)火延遲時(shí)間為180 ms時(shí)，任何點(diǎn)火能量均未能點(diǎn)燃，主要是因?yàn)辄c(diǎn)火延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，噴出的粉塵已經(jīng)自然沉降，空間內(nèi)無(wú)法形成可燃的粉塵云。

從圖6可以看出，隨著點(diǎn)火延遲時(shí)間的增加，能夠使粉塵云著火的點(diǎn)火能量先減小然后增加。故存在一個(gè)最佳的點(diǎn)火延遲時(shí)間，使得點(diǎn)火能量達(dá)到最小值。在該質(zhì)量濃度條件下，最佳點(diǎn)火延遲時(shí)間為60 ms。

2.2.3 噴粉壓力對(duì)MIE的影響

試驗(yàn)中，粉塵質(zhì)量濃度400 g/m3，其他條件不變，改變噴粉壓力分別為 0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 MPa進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果如圖7。

當(dāng)噴粉壓力為0.4 MPa時(shí)，MIE較大，主要是因?yàn)閲姺蹓毫Σ蛔悖y以形成均勻的粉塵云。

圖7 點(diǎn)火能量與噴粉壓力的關(guān)系Fig.7 Relationship between ignition energy and powder injection pressure

隨著噴粉壓力的增大，MIE逐漸減小直至一個(gè)最小值，而后繼續(xù)增大。主要是因?yàn)楫?dāng)噴粉壓力較大時(shí)，由于哈特曼管是一個(gè)敞開(kāi)式容器，較大的壓力將部分粉塵直接噴出容器外，導(dǎo)致容器內(nèi)的粉塵云濃度降低。

故存在一個(gè)最佳噴粉壓力值，在該濃度條件下為0.6～0.8 MPa。

2.2.4 湍流強(qiáng)度對(duì)MIE的影響

從空氣動(dòng)力學(xué)的角度看，點(diǎn)火延遲時(shí)間和噴粉壓力與哈特曼管內(nèi)湍流強(qiáng)度有著密不可分的聯(lián)系。湍流是一種不規(guī)則的流動(dòng)狀態(tài)，其變量隨時(shí)間和空間隨機(jī)變化，具有不規(guī)則性的特點(diǎn)。粉塵云電火花點(diǎn)火過(guò)程中的湍流是指燃燒顆粒相對(duì)于未燃燒顆粒的運(yùn)動(dòng)或相對(duì)于氣相的運(yùn)動(dòng)，主要依賴于顆粒的燃燒機(jī)理。若顆粒揮發(fā)分逸出速度很快，初始燃燒主要是在氣相(均相點(diǎn)火)，這時(shí)顆粒相對(duì)于氣相的運(yùn)動(dòng)就十分重要；反之，燃燒如果主要發(fā)生在顆粒表面(非均相點(diǎn)火)，則單個(gè)顆粒自身的運(yùn)動(dòng)是主要的影響因素。

通常用統(tǒng)計(jì)平均值的方法來(lái)描述湍流狀態(tài)，即使用粉塵粒子的統(tǒng)計(jì)均方根來(lái)描述湍流度的相對(duì)大小，表達(dá)式如下:

式中:N表示測(cè)試次數(shù)；表示N次測(cè)量的平均速度，ui表示第i個(gè)粉塵粒子的瞬時(shí)速度。

鋯粉是通過(guò)壓縮空氣來(lái)進(jìn)行噴粉的，當(dāng)點(diǎn)火延遲時(shí)間較短時(shí)，湍流度較大，粉塵間存在快速的對(duì)流，在點(diǎn)火過(guò)程中會(huì)有相當(dāng)一部分的能量被帶離點(diǎn)火區(qū)域，從而影響電火花的點(diǎn)火能力，使點(diǎn)火變得困難，MIE升高；隨著點(diǎn)火延遲時(shí)間的增加，湍流度逐漸減小，當(dāng)點(diǎn)火延遲時(shí)間為60 ms時(shí)，湍流度達(dá)到臨界值，鋯粉塵云的點(diǎn)火能量最小，鋯粉塵容易被點(diǎn)燃；當(dāng)點(diǎn)火延遲時(shí)間持續(xù)增加，MIE也隨之增加，主要原因可能是此時(shí)湍流度較小，被噴起的粉塵發(fā)生沉降，粉塵云濃度也隨之下降。

噴粉壓力是決定空氣流動(dòng)速度的因素之一，也與湍流度緊密相關(guān)。當(dāng)噴粉壓力較小時(shí)，湍流度較小，由于粉塵自身重力，無(wú)法全部揚(yáng)起以形成足夠濃度的粉塵云，故點(diǎn)火能量較大；隨著噴粉壓力的增加，點(diǎn)火能量逐漸減小，當(dāng)噴粉壓力達(dá)到0.6～0.8 MPa時(shí)，湍流度達(dá)到某一臨界值，點(diǎn)火能量最小，鋯粉塵云易被點(diǎn)燃；當(dāng)噴粉壓力持續(xù)增大，由于哈特曼管的敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，使得部分粉塵被高壓氣帶離裝置內(nèi)，湍流度較小，粉塵云的濃度減小，導(dǎo)致點(diǎn)火能量增大。

因此，在鋯粉云濃度條件一定的情況下，得出鋯粉塵云MIE最佳試驗(yàn)條件為點(diǎn)火延遲時(shí)間60 ms、噴粉壓力0.6～0.8 MPa。

圖8 火焰?zhèn)鞑DFig.8 Pictures of flame propagation

2.2.5 火焰?zhèn)鞑ニ俣确治?/p>

試驗(yàn)用高速攝像儀記錄了質(zhì)量濃度400 g/m3、噴粉壓力0.7 MPa、點(diǎn)火延遲時(shí)間60 ms、點(diǎn)火能量100 mJ的條件下鋯粉塵云在哈特曼管中燃燒的火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象，設(shè)置拍攝幀數(shù)為5 000幀/s。該條件下火焰?zhèn)鞑テ骄俣葹?3.83 m/s，其中最大火焰?zhèn)鞑ニ俣冗_(dá)到38.34 m/s?；鹧?zhèn)鞑ト鐖D8。各時(shí)刻火焰?zhèn)鞑ニ俣纫?jiàn)表2。

表2 各時(shí)刻火焰?zhèn)鞑ニ俣萒ab.2 Flame propagation velocity at different times

0 ms對(duì)應(yīng)電火花放電時(shí)刻，電火花引燃電極附近的鋯粉顆粒；5 ms時(shí)，形成一明亮球型白色火焰，火焰鋒面向四周擴(kuò)散傳播，在未觸及哈特曼管管壁前火焰自由傳播；至8 ms時(shí)，火焰橫向方向傳播受到管壁阻礙；至11 ms時(shí)，火焰向下的傳播受到管底阻礙，垂直向上方向仍然繼續(xù)傳播，并從哈特曼管上部敞口沖出?；鹧娉跗趥鞑ニ俣容^慢，至5 ms時(shí)傳播速度逐漸加快，直至14 ms達(dá)到最大速度38.34 m/s，此后速度逐漸下降。

故可以判斷0～5 ms為火焰?zhèn)鞑コ跗陔A段，5～14 ms為火焰加速階段，14 ms后為速度減緩階段，并最終達(dá)到穩(wěn)定傳播階段。

由燃燒學(xué)的理論可知:

式中:vf代表火焰前鋒的傳播速度；vg表示由于燃燒產(chǎn)物膨脹引起的火焰前方的氣流速度；vc表示火焰的燃燒速度。

由式(4)可知，火焰?zhèn)鞑ニ俣扔蓈g和vc兩方面組成。在火焰加速傳播階段，由于單位時(shí)間燃燒面積的增加，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)燃燒釋放的熱量變多，燃燒產(chǎn)物的膨脹作用不斷加強(qiáng)，同時(shí)由于燃燒管道的約束，燃燒產(chǎn)物的膨脹作用進(jìn)一步增強(qiáng)，所以vg的增加導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑黾樱辉诨鹧鏈p緩傳播階段，火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏p小，主要是由于vg的減小，火焰?zhèn)鞑ニ俣确€(wěn)定階段，燃燒產(chǎn)物的膨脹作用進(jìn)一步減小，火焰?zhèn)鞑ニ俣然静皇躹g的影響，主要由vc決定。

2.3 MIT測(cè)試結(jié)果分析

噴粉壓力為0.8 MPa，在不同鋯粉質(zhì)量下進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)現(xiàn)象見(jiàn)圖9。結(jié)果如表3。表3中，0代表無(wú)任何現(xiàn)象；*代表有煙或者火星，但無(wú)火焰；1代表有火焰，即著火。

圖9 試驗(yàn)現(xiàn)象Fig.9 Experimental phenomenon

1)當(dāng)爐壁溫度為210℃，裝填粉塵質(zhì)量大于0.5 g時(shí)，會(huì)產(chǎn)生煙氣，但無(wú)火焰。當(dāng)溫度為220℃，裝填粉塵質(zhì)量為0.9 g時(shí)，有明顯火焰以及光亮，判定為著火；質(zhì)量為0.3、0.5、0.7 g時(shí)，產(chǎn)生煙氣。當(dāng)溫度為260℃時(shí)，任意試驗(yàn)質(zhì)量均出現(xiàn)明顯火焰，判定為著火。

2)由表3可得，當(dāng)粉塵質(zhì)量越來(lái)越大，MIT逐漸變小，并達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的最小值。該試驗(yàn)中測(cè)得MIT為220℃，由于小于300℃，需在測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上減少10℃，即210℃左右。

表3 鋯金屬粉塵云MIT測(cè)試結(jié)果Tab.3 MIT test results of zirconium dust cloud

3 結(jié)論

在容積為1.2 L的哈特曼管MIE測(cè)試裝置中，研究了鋯金屬粉塵的MIE。分別研究了質(zhì)量濃度、點(diǎn)火延時(shí)、噴粉壓力等對(duì)MIE的影響，并分析了特定條件下的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。在MIT測(cè)試裝置中，研究了鋯金屬粉塵云的MIT，以及質(zhì)量濃度對(duì)MIT的影響。最終得到如下結(jié)論:

1)試驗(yàn)得到最佳噴粉壓力為0.6～0.8 MPa，最佳點(diǎn)火延遲時(shí)間為60 ms。噴粉壓力在0.4～1.0 MPa范圍內(nèi)，MIE隨著噴粉壓力的增大，先減小后增大。點(diǎn)火延遲時(shí)間在10～180 ms范圍內(nèi)，MIE隨著點(diǎn)火延遲時(shí)間的增加，先減小后增大。

2)在最佳試驗(yàn)條件下，質(zhì)量濃度為50～500 g/m3時(shí)，MIE隨著質(zhì)量濃度的增加先減小后增大。鋯金屬粉在該條件下測(cè)得的MIE在1～3 mJ之間。

3)在最佳試驗(yàn)條件下，以質(zhì)量濃度400 g/m3進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得著火過(guò)程中最大火焰?zhèn)鞑ニ俣?8.34 m/s，在火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，火焰速度先增大再減小并最終穩(wěn)定，主要是由燃燒產(chǎn)物膨脹引起的氣流速度變化引起的。

4)當(dāng)加入粉塵的質(zhì)量為0.1～0.9 g相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度范圍時(shí)，鋯金屬粉塵云的MIT隨著粉塵質(zhì)量濃度的增加逐漸減小，MIT約為210℃。