粉尘爆炸性参数测试实验平台研究

论文摘要

粉尘爆炸危害对环境以及众多涉及易燃粉体制备、使用和处理的行业一直构成持续的威胁。粉尘爆炸性参数是进行爆炸危险评价和爆炸防护的重要依据。研究开发粉尘爆炸实验平台,用于准确测定粉尘爆炸性参数对可燃粉尘相关工艺的安全生产具有重要意义。粉尘爆炸性参数主要包括：最大爆炸压力(Pmax)，爆炸指数(Kst),爆炸下限(MEC),极限氧浓度(LOC),粉尘云最小点燃能量(MIE),粉尘云最小着火温度(MITC)和粉尘层最小着火温度(MITL)等。采用所开发的粉尘爆炸实验平台,研究了在爆炸实验中采用静电点火取代化学点火的可行性。主要工作如下：(1)采用先进的技术路线搭建了一套基于以太网与OPC技术的粉尘爆炸性参数测试实验平台。设计并编写了PLC的梯形图程序、人机界面的组态程序、上位机数据采集和数据库管理应用软件。(2)使用大能量静电火花发生系统作为点火源,研究了静电点火方式和化学点火方式对粉尘爆炸指数和爆炸下限测试结果的差别及其原因。探索了静电点火替代化学点火的可行性,给出了使用静电点火对化学点火的修正公式。(3)使用积分法分别对大能量静电火花发生系统和粉尘云最小点燃能量测试系统中的电火花进行能量测试。分析了电火花放电时的能量损失。研究了电火花积分能量和名义能量的差异性和关联性。通过粉尘爆炸性参数测试实验平台的开发和相关实验研究,得到如下结论：(1)该平台具有安全性、独立性、整体性、可扩展性、实时性和高精度等优点,在实际应用中取得了非常好的效果。实验表明,平台中的测试设备符合相关的国家标准和国际标准。(2)对于20L密闭测试容器中爆炸指数的测定,采用相同名义能量(放电电容储存的能量)的静电点火方式比化学点火方式得到的结果偏低,但基本满足线性关系。爆炸下限的测定结果偏高,但可通过提高静电点火的名义能量使结果基本一致。(3)积分法实测电火花的实际能量小于名义能量。随着名义能量的增大,放电效率(实际放电能量和名义能量的比例)下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 粉尘爆炸试验平台研究概述
• 1.3 研究内容
• 第2章 实验平台总体设计
• 2.1 系统功能
• 2.2 系统架构
• 2.2.1 硬件
• 2.2.2 软件
• 2.2.3 通讯接口
• 2.3 PLC在底层控制系统中的应用
• 2.3.1 PLC简介
• 2.3.2 Omron PLC各模块功能及在系统中的应用
• 2.3.3 PLC程序设计
• 2.4 触摸屏在人机界面中的应用
• 2.4.1 组态软件
• 2.4.2 触摸屏程序设计
• 第3章 实验平台系统分述
• 3.1 20-L球爆炸测试系统（PKD）
• 3.1.1 功能
• 3.1.2 测试原理
• 3.1.3 系统构成
• 3.1.4 粉尘爆炸测试
• 3.1.5 气体爆炸测试
• 3.1.6 液体蒸汽爆炸测试
• 3.2 大能量静电火花发生系统（HEG）
• 3.2.1 功能
• 3.2.2 点火方式
• 3.2.3 系统原理
• 3.2.4 关键部件
• 3.3 粉尘云最小点燃能量测定系统（MIE）
• 3.3.1 功能
• 3.3.2 测试原理
• 3.3.3 系统构成
• 3.4 粉尘层最低着火温度测定系统（MITL）
• 3.4.1 功能
• 3.4.2 测试原理
• 3.4.3 系统构成
• 3.5 粉尘云最低着火温度测定系统（MITC）
• 3.5.1 功能
• 3.5.2 测试原理
• 3.5.3 系统构成
• 第4章 粉尘爆炸性参数测定实验分析
• 4.1 测定条件
• 4.1.1 石松子
• 4.1.2 HCMA
• max)和爆炸指数(K_st)'>4.2 最大爆炸压力(p_max)和爆炸指数(K_st)
• 4.2.1 化学点火
• 4.2.2 静电点火
• 4.2.3 实验分析
• 4.3 爆炸下限（MEC）
• 4.3.1 化学点火
• 4.3.2 静电点火
• 4.3.3 实验分析
• 第5章 电火花能量测定实验分析
• 5.1 测定原理
• 5.2 MIE系统中的能量测试
• 5.3 HEG系统中的能量测试
• 5.4 实验分析
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间取得的研究成果及获奖情况