燃爆消减剂的理论与应用基础研究

论文摘要

本文提出两个新概念：“临爆点”和“燃爆消减剂”，并根据理论与实验研究，遴选出燃爆消减剂的有效成分—ZrO2。“临爆点”是可燃物凝聚相与其蒸汽处于平衡状态时，可燃物的饱和蒸汽压为LEL值时的温度（T0）。“燃爆消减剂”是在一段时间内，能遏制可燃气体爆炸或降低爆炸威力和猛度，并能熄灭火焰的材料。在工业生产、仓储、运输业中接触易燃物质的场所比比皆是，易燃物质泄漏后，首先喷洒燃爆消减剂，然后进行处理，将避免或减少爆炸和火灾的发生。爆炸与火灾紧密相连，一方面易燃物质泄露，遇火源引起爆炸可产生2200K的爆温，可以引发火灾；另一方面火灾可造成易燃物质分解，导致爆燃、爆轰。爆炸与燃烧本质有相同的一面，都是氧化还原反应、链反应机理，不同的是氧化剂与还原剂接触方式不同，造成了反应速率的差异，因此我们可以用相同的方法来防止或减少燃烧和爆炸的发生。 本文首先从非常温（高于室温）下爆炸极限的测定入手。爆炸极限是重要的危险性评价参数，常温下爆炸极限数据已很充足，非常温下爆炸极限数据却少见。而环境温度高于常温的例子在生产部门中比比皆是，测定非常温（高于室温）下的爆炸极限有意义。本文用20升的爆炸容器，在298K～483K范围内测定了正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇及醇水体系的LEL值和UEL值。发现LEL值均随温度的增高而减小，UEL值随温度的增高而增大。并用回归分析的方法得出各种体系爆炸极限随温度变化的规律。 闪点也是重要的危险性评价参数，它与爆炸极限描述的对象虽然不同，但发生反应的本质都是气体。在爆炸下限对应温度（T0）与闪点比较时发现：闪点与爆炸下限作为危险性判据有差异。通过比较闪点与爆炸下限表现危险性的准确度，认为爆炸下限的对应温度T0作为危险性的判据，应用方便广泛、数据可信度高、更准确。引入了临爆点的概念，提出将临爆点作为危险性评估参数的新观点。并提出临爆点计算的方法与公式。 测定不同温度下可燃物爆炸极限是燃爆消减剂研究的基础。燃爆消减剂主要功能是防爆，但也有灭火的作用。通过分析现有灭火剂的灭火效能和灭火机理，可以推测哈龙替代品、干粉灭火剂和气溶胶灭火剂三种灭火剂可能具有防爆功能，其中有代表性的品种为细水雾、惰性气体和冷气溶胶。本文除了对细水雾、CO2惰性气体灭火性能进行了分析外，重点对纳米冷气溶胶防爆防火性能进行了

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.绪论
• 1.1 燃爆消减剂概述
• 1.1.1 燃爆消减剂的概念
• 1.1.2 燃爆消减剂的研究意义
• 1.2 燃爆消减剂的研究现状
• 1.2.1 哈龙替代品的研究现状
• 1.2.2 干粉灭火剂的研究现状
• 1.2.3 气溶胶灭火剂的研究现状
• 1.3 本论文研究目的及主要工作
• 1.3.1 本论文研究目的
• 1.3.2 本论文的研究方法
• 1.3.3 本论文主要工作
• 2.非常温爆炸极限的测定
• 2.1 非常温爆炸极限测定装置
• 2.1.1 非常温爆炸极限测定装置的设计
• 2.1.2 非常温爆炸极限测定装置
• 2.2 实验步骤
• 2.2.1 操作规程
• 2.2.1.1 实验数据的取得
• 2.2.1.2 与文献值的比较
• 2.3 非均相爆炸过程分析
• 2.4 烷烃非常温爆炸极限的测定
• 2.4.1 实验结果
• 2.4.2 分析与讨论
• 2.4.2.1 回归分析
• 2.4.3.2 讨论
• 2.5 一元醇非常温爆炸极限的测定
• 2.5.1 实验结果与数据处理
• 2.5.1.1 实验结果
• 2.5.1.2 爆炸极限随温度变化规律的回归分析
• 2.5.2 分析与讨论
• 2.6 醇水体系非常温爆炸极限的测定
• 2.6.1 实验结果
• 2.6.2 分析与讨论
• 2.7 本章小结
• 3.“临爆点”概念的探讨
• 3.1 问题的提出
• 3.2 爆炸下限与闪点的抵触
• 3.3 爆炸下限与闪点作用比较
• 3.3.1 爆炸下限与闪点测定方法不同
• 3.3.2 与闪点相比爆炸下限更贴近爆炸实际
• 3.3.3 低于闪点温度下一些可燃气体能发生爆炸
• 0^*比闪点应用范围宽'>3.3.4 爆炸下限及T₀^*比闪点应用范围宽
• 0”新概念的引入'>3.4 “临爆点T₀”新概念的引入
• 0”的定义'>3.4.1 “临爆点T₀”的定义
• 3.4.2 引入“临爆点”概念的意义
• 3.4.3 “临爆点”的获得
• 3.5 本章小结
• 2与天然气反应性能探究'>4.高温下CO₂与天然气反应性能探究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.2.1 反应实验
• 4.1.2.2 热效应实验
• 4.1.3 实验结果
• 4.1.4 反应速率
• 4.1.5 结果分析
• 4.2 理论研究
• 4.2.1 相关反应
• 4.2.2 计算结果
• 4.2.3 讨论
• 4.3 实验与理论对比分析
• 2灭火效率的探讨'>4.4 CO₂灭火效率的探讨
• 2作为灭火剂性能的讨论'>4.5 CO₂作为灭火剂性能的讨论
• 4.6 本章小结
• 5.纳米冷气溶胶燃爆消减剂的理论研究
• 5.1 燃爆消减剂应具备的主要性能
• 5.1.1 时效性
• 5.1.2 抑制性
• 5.1.3 绝缘性
• 5.1.4 低腐蚀性
• 5.1.5 低毒性
• 5.1.6 易流性
• 5.1.7 抗结性
• 5.1.8 稳定性
• 5.2 氧化物结合能力的理论分析
• 5.2.1 体系总能量分析
• 5.2.2 活性传递物与氧化物的作用
• 2与自由基作用的能带结构、态密度分析'>5.3 ZrO₂与自由基作用的能带结构、态密度分析
• 5.3.1 计算方法
• 5.3.2 结果与讨论
• 2晶体能带结构的影响'>5.3.2.1 自由基对ZrO₂晶体能带结构的影响
• 2slab态密度（DOS）的影响'>5.3.2.2 自由基对ZrO₂slab态密度（DOS）的影响
• 2slab TDOS的影响'>5.3.2.2.1 自由基对ZrO₂slab TDOS的影响
• 2slab PDOS的影响'>5.3.2.2.2 自由基对ZrO₂slab PDOS的影响
• 2中Zr原子PDOS的影响'>5.3.2.2.3 自由基对ZrO₂中Zr原子PDOS的影响
• 2中O原子PDOS的影响'>5.3.2.2.4 自由基对ZrO₂中O原子PDOS的影响
• 5.4 纳米微粒的基本理论和奇异性能
• 5.4.1 电子能级的热力学
• 5.4.2 小尺寸效应
• 5.4.3 纳米颗粒化学反应能力
• 5.5 纳米冷气溶胶燃爆消减剂效能分析
• 5.5.1 冷气溶胶的作用与地位
• 5.5.2 纳米冷气溶胶稳定性好
• 5.5.3 纳米颗粒吸附作用强
• 5.5.4 纳米颗粒灭火效能高
• 2灭火剂作燃爆消减剂时的性能比较'>5.5.5 纳米冷气溶胶与细水雾、CO₂灭火剂作燃爆消减剂时的性能比较
• 5.5.6 气溶胶的消除
• 5.6 本章小结
• 6.纳米冷气溶胶防爆防火效能的实验研究
• 6.1 实验系列
• 6.1.1 纳米粉体制备
• 2纳米粉体制备'>6.1.1.1 SnO₂纳米粉体制备
• 6.1.1.2 ZnO纳米粉体制备
• 2O₃纳米粉体制备'>6.1.1.3 Cr₂O₃纳米粉体制备
• 2纳米粉体制备'>6.1.1.4 ZrO₂纳米粉体制备
• 2（Y₂O₃）纳米粉体制备'>6.1.1.5 ZrO₂（Y₂O₃）纳米粉体制备
• 6.1.1.6 购置纳米粉体质量检测
• 6.1.2 阻止燃烧反应的实验装置与方法
• 6.1.3 阻燃系列实验
• 6.1.3.1 标准含量气体的配制
• 4燃烧反应影响实验'>6.1.3.2 纳米粉体对CH₄燃烧反应影响实验
• 6.1.3.3 浓度、温度对阻燃效果实验
• 6.1.3.4 对比实验
• 6.1.3.5 吸附实验
• 6.1.4 防爆实验装置与方法
• 6.1.4.1 防爆实验装置
• 6.1.4.2 实验方法
• 2（Y₂O₃）对一元醇的吸附实验'>6.1.4.3 ZrO₂（Y₂O₃）对一元醇的吸附实验
• 6.1.5 防爆空白实验与效果实验
• 6.1.5.1 防爆空白实验
• 6.1.5.2 防爆效果实验
• 6.1.5.3 消爆用量实验
• 6.2 实验结果与讨论
• 6.2.1 粉体粒径的测定
• 4燃烧反应影响'>6.2.2 纳米粉体对EH₄燃烧反应影响
• 2阻燃效果的影响'>6.2.3 温度对ZrO₂阻燃效果的影响
• 6.2.4 对比实验
• 6.2.5 吸附实验
• 6.2.6 爆炸实验结果与讨论
• 6.3 本章小结
• 全文结论
• 参考文献
• 攻读博士期间已发表和待发表论文
• 致谢