工業(yè)粉塵惰化抑爆技術(shù)研究現(xiàn)狀分析*

胡東濤 陳曦

（武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 武漢430070）

工業(yè)粉塵惰化抑爆技術(shù)研究現(xiàn)狀分析*

胡東濤 陳曦

（武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 武漢430070）

針對(duì)目前國內(nèi)外已開展的工業(yè)粉塵惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究，就粉塵惰化抑爆的2個(gè)方面 ，即固體介質(zhì)惰化抑爆和氣相介質(zhì)惰化抑爆，分別對(duì)粉塵惰化抑爆研究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合調(diào)研結(jié)果，總結(jié)、分析粉塵惰化抑爆研究現(xiàn)狀，探討其不足之處，同時(shí)提出了惰化抑爆技術(shù)研究開發(fā)及應(yīng)用中急需解決的問題。

工業(yè)粉塵 抑爆 固體介質(zhì) 氣相介質(zhì)

0 引言

近年來，國內(nèi)外粉塵爆炸事故持續(xù)不斷，特別是重特大事故時(shí)有發(fā)生，如2010年2月，河北省秦皇島市的驪驊淀粉股份有限公司發(fā)生糧食粉塵爆炸事故，造成車間廠房坍塌，還造成了19人死亡，49人受傷；2014年8月，江蘇省昆山市開發(fā)區(qū)中榮金屬制品有限公司的汽車輪轂拋光車間發(fā)生金屬粉塵爆炸，造成114人死亡，146人受傷，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的損害。目前在工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)粉塵爆炸危害及其預(yù)防的資料報(bào)導(dǎo)并不多，工業(yè)粉體加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存中的安全管理比較混亂。當(dāng)前，許多含粉體加工的企業(yè)缺乏必要的防火防爆知識(shí)和安全意識(shí) ，這些都導(dǎo)致了粉塵爆炸發(fā)生的危險(xiǎn)性越來越大。所以，對(duì)國內(nèi)外粉塵惰化抑爆的研究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研、分析，總結(jié)國內(nèi)外粉塵爆炸的惰化抑爆技術(shù)研究概況很有必要，對(duì)普及了解粉塵爆炸防治技術(shù)，進(jìn)一步防爆研究發(fā)展具有重要意義。

1 粉塵惰化抑爆基本原理

粉塵爆炸是一個(gè)非常復(fù)雜的非定常過程，其實(shí)質(zhì)屬于氣體爆炸，但又比單純的氣體爆炸要復(fù)雜得多，其爆炸機(jī)理至今尚未完全揭示清楚。但在粉塵爆炸研究的過程中，逐步形成了比較統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)儀器裝置和標(biāo)準(zhǔn)體系，研究逐步標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化。

工業(yè)粉塵惰化抑爆機(jī)理研究起步較晚，由于抑爆過程自身具有的復(fù)雜性，學(xué)者們研究采用的研究裝置、研究方法以及抑爆效能表征參數(shù)也各不相同。抑爆過程中有明顯的非均相效應(yīng)，并且其熄火能力不等同于其抑爆能力，抑爆能力與系統(tǒng)初始狀態(tài)有關(guān)，尤其是非均相系統(tǒng)。

惰化技術(shù)一般是采用在可燃性粉塵中預(yù)先加入一定量的惰性粉體或者是充入適量的惰性氣體，經(jīng)過充分混合后，當(dāng)可燃性粉塵被引燃時(shí)，惰性粉體或者惰性氣體可以通過降低可燃性粉塵濃度、減低氧濃度或者移除燃燒必需的熱量等方式阻止爆炸的發(fā)生。因此，在針對(duì)工業(yè)粉塵爆炸災(zāi)害防治時(shí)，如果采取惰化措施基礎(chǔ)上進(jìn)行的抗爆、泄爆、抑爆和隔爆等措施 ，能夠使目前的粉塵防爆技術(shù)的適用性和有效性得到更大程度的發(fā)揮。

根據(jù)氛圍中氧含量與極限氧含量的關(guān)系，如果控制氣氛的氧含量低于極限氧含量的惰化方法稱為絕對(duì)惰化；通過向氣氛中加入部分惰性氣體，最終氧含量仍然在極限氧含量之上的惰化方法稱為部分惰化。絕對(duì)惰化可以防止爆炸的發(fā)生，部分惰化可以增加可燃粉塵的最小點(diǎn)火能，從而防止爆炸的發(fā)生同時(shí)降低爆炸的猛烈程度。同時(shí)，氧含量的降低不但會(huì)造成粉塵爆炸的最大爆炸壓力Pmax的降低，而且會(huì)抑制最大爆炸壓力上升速率（dp／dt）max，也就是降低了粉塵爆炸的猛烈程度，從而可以在進(jìn)行抗爆容器的設(shè)計(jì)、爆炸泄壓的設(shè)計(jì)或爆炸抑制的設(shè)計(jì)中適當(dāng)降低對(duì)爆炸防護(hù)的要求。同時(shí)，氧含量的降低會(huì)提高粉塵云的著火溫度和點(diǎn)燃能量以及爆炸下限，從而使粉塵云點(diǎn)燃能力降低。

1.1 工業(yè)粉塵惰化抑爆技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)前對(duì)惰化條件下工業(yè)粉塵爆炸的研究主要分為3種：①以固體介質(zhì)進(jìn)行惰化，如碳酸氫鈉粉、碳酸鈣粉等；②以液態(tài)水為主的惰化抑爆，如水、水蒸氣等；③采用氣相介質(zhì)進(jìn)行惰化，如N2，CO2等。

在惰性粉體惰化抑爆方面，惰性粉體粒徑、濃度、種類、粒度分布等因素與抑制效果密切相關(guān)。大量的研究結(jié)果表明，硅酸鹽、鹵化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、磷酸鹽等都具有抑制燃燒作用［1］。布撒惰性粉塵是煤礦工業(yè)最基本的防護(hù)方法 ，撒固體惰性粉塵能吸收燃燒反應(yīng)釋放的熱量，從而預(yù)防二次爆炸的發(fā)生，研究具有重要意義。

液態(tài)惰性介質(zhì)水、水蒸氣惰化抑爆，因?yàn)樗粌H比熱容很大、吸熱的能量強(qiáng)能夠阻止火焰?zhèn)鞑?，更重要的就是水?huì)導(dǎo)致粉塵發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，減小粉塵的受熱及其與氧氣的接觸面積，阻止粉塵揮發(fā)分的析出以及其與氧氣混合并發(fā)火的過程，所以具有很強(qiáng)的惰化作用。由于水的高效吸熱性以及對(duì)粉塵的團(tuán)聚作用，所以相對(duì)于惰性粉體來說，其具有最優(yōu)的惰性效能，水、水蒸氣通常會(huì)影響粉體制備工藝，主要用于在緊急情況下滅火。

氣相惰化有真空惰化、壓力惰化、壓力－真空聯(lián)合惰化、使用惰性氣體進(jìn)行真空和壓力惰化、吹掃惰化和虹吸惰化。氣相惰化介質(zhì)有二氧化碳、氮?dú)?、熱風(fēng)爐尾氣和惰性氣體如氬氣等，熱風(fēng)爐尾氣中含有大量惰性氣體，但雜質(zhì)較多，主要用于對(duì)粉體潔凈程度要求不高同時(shí)需求量較大的場所 ，如：發(fā)電、煉鐵和水泥生產(chǎn)過程中的煤粉制備系統(tǒng)；對(duì)于二氧化氮、氬氣、氮?dú)獾葷崈舻亩栊越橘|(zhì)一般用于化工、醫(yī)藥等行業(yè)的粉塵防爆；有些金屬粉塵在氮?dú)庵幸材苋紵?，如鎂粉必須用氬氣或氦氣進(jìn)行保護(hù)。

1.2 抑爆效能實(shí)驗(yàn)參數(shù)

粉塵爆炸特性參數(shù)主要分為2種：①烈度參數(shù)，如粉塵爆炸的最大壓力上升速率、最大爆炸壓力等 ，主要用來衡量粉塵爆炸的強(qiáng)度；②感度參數(shù)，主要用來衡量粉塵爆炸發(fā)生的敏感性 ，比如粉塵的爆炸極限、最小點(diǎn)火能以及著火溫度等。

根據(jù)歐盟、德國和美國等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織關(guān)于可燃粉塵爆炸測試標(biāo)準(zhǔn)，哈特曼管爆炸測試裝置、20 L球爆炸測試裝置和1m3爆炸測試裝置，可用于測試表征粉塵爆炸抑爆效能參數(shù) ，如可燃粉塵云的爆炸下限、最大爆炸壓力及最大爆炸壓力上升速率、最大爆炸指數(shù)和極限氧體積分?jǐn)?shù)等。在當(dāng)前的研究中，采用改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠用來監(jiān)測粉塵云的火焰?zhèn)鞑ヌ匦詤?shù)及其微觀結(jié)構(gòu)特征，對(duì)于粉塵爆炸的進(jìn)一步研究開展，提供了路徑和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 工業(yè)粉塵惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀

2.1 管道中工業(yè)粉塵惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究

近年來，在粉塵爆炸研究的基礎(chǔ)上，為了更進(jìn)一步研究管道內(nèi)粉塵爆炸理論及其防治技術(shù)，特別是粉塵爆炸火焰?zhèn)鞑C(jī)理及其微觀結(jié)構(gòu)特征，各研究者實(shí)驗(yàn)采用的粉塵爆炸測試裝置以及惰化抑爆實(shí)驗(yàn)裝置均是在國際常用的哈特曼管實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新的不同容積的粉塵爆炸管道實(shí)驗(yàn)研究裝置。

通過粉塵爆炸管道實(shí)驗(yàn)裝置開展的惰化抑爆研究，當(dāng)前國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，管道中金屬粉塵爆炸最大爆炸壓力Pmax和最大爆炸壓力上升速率（dp／dt）max都隨金屬粉塵粒徑變大而減小，其分散體根據(jù)粒度分布的變化區(qū)分，存在3個(gè)不同階段：破碎階段、穩(wěn)定的塵埃云和沉降階段。惰性介質(zhì)能夠?qū)Ψ蹓m爆炸產(chǎn)生一定的抑制作用，但是同種惰化劑的不同粒徑、粒度分布等，以及同種惰化劑對(duì)不同工業(yè)粉塵的惰化效果都是不一樣的。李立東［2］研究結(jié)果表明碳酸鈣質(zhì)量濃度的增加 ，都會(huì)降低粉塵爆炸的最大升壓速率和最大泄爆壓力，但相對(duì)來說，最大升壓速率的變化更加敏感；李亞男［3］研究了磷酸二氫銨對(duì)鎂粉、鋁粉、鈦粉3種金屬粉塵的爆炸抑制作用，結(jié)果表明，隨著金屬粉塵中所添加的磷酸二氫銨粒徑不斷增大，能使金屬粉塵完全惰化所需的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不斷增大，3種金屬粉塵抑爆試驗(yàn)中 ，磷酸二氫銨對(duì)鋁粉的抑爆效果最佳，對(duì)鎂粉的抑爆效果次之，對(duì)鈦粉的抑爆效果最差。在金屬粉塵被完全惰化之前，金屬粉塵中所添加的磷酸二氫銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，對(duì)金屬粉塵的抑爆效果越好。相對(duì)惰性介質(zhì)對(duì)氣體的抑爆來說，根據(jù)范寶春等［4］在長9m，內(nèi)徑0.14m的燃燒管內(nèi)進(jìn)行了CaCO3顆粒對(duì)H2－O2混合物中發(fā)生爆炸過程的抑制作用的實(shí)驗(yàn)研究表明，僅當(dāng)顆粒濃度大于一定值時(shí)，才可能有效抑制爆炸，否則爆炸波會(huì)在抑制后重新成長；謝波［5］從理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究3個(gè)角度對(duì)H2－O2－N2、CH4－O2－N2可燃系統(tǒng)的爆炸抑制過程系統(tǒng)的研究，在數(shù)值模擬方面重點(diǎn)研究了惰性粉體抑爆過程，演示了惰化劑對(duì)爆轟波流場結(jié)構(gòu)變化和壓力變化的影響規(guī)律 ，為惰化劑抑制激波的機(jī)理研究提供參考，當(dāng)前在類哈特曼管管道中開展的粉塵惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)粉塵爆炸抑爆研究和數(shù)值模擬研究 ，特別是對(duì)粉塵爆炸氣相介質(zhì)惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究都較少。另外，研究結(jié)果對(duì)于現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)中除塵管道等存在粉塵管道的防爆抑爆技術(shù)轉(zhuǎn)化尚未形成。

2.2 20 L爆炸球和1m3爆炸罐內(nèi)工業(yè)粉塵惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究

目前，20 L爆炸球和1m3爆炸罐是國際上通用的粉塵爆炸研究密閉實(shí)驗(yàn)裝置。20 L爆炸球?qū)嶒?yàn)裝置的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)趨于成熟 ，是應(yīng)用比較普遍的粉塵爆炸測試實(shí)驗(yàn)裝置。相對(duì)于20 L爆炸球來說，1 m3中尺寸爆炸罐的研究相對(duì)較少 ，特別是相對(duì)于國外來說，國內(nèi)此方面研究、運(yùn)用就更少了。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明，20 L爆炸球與1m3爆炸罐測試數(shù)據(jù)差別不大，現(xiàn)在一般采用比較簡便易操作的20 L爆炸球來進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.2.1 工業(yè)粉塵固體惰化抑爆研究

有關(guān)粉塵爆炸及其惰化抑爆研究，較早開展于煤礦開采行業(yè) ，一般在地下的煤礦開采過程中廣泛采用顆粒惰化技術(shù)，在煤炭的開采工程中，通過在煤塵中混入大量固體惰性顆粒，從而有效降低煤塵爆炸事故的發(fā)生；在其他行業(yè)也經(jīng)常為降低可燃粉塵加工處理過程中的危險(xiǎn)系數(shù)而采用固體顆粒惰化技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)研究表明：相對(duì)于“氣相燃燒”和“表面非均相氧化”兩種機(jī)理主導(dǎo)的粉塵爆炸，碳酸鈣對(duì)前者的惰化抑制效力要優(yōu)于后者 ，碳酸鈣粉體的抑爆效力與可燃工業(yè)粉塵的熱值并沒有直接關(guān)系 ，但會(huì)隨著碳酸鈣粒徑的減小而增強(qiáng) ，添加惰化介質(zhì)能顯著降低煤粉的燃燒強(qiáng)度和爆炸威力。研究CaCO3，NaHCO3和KHCO3三種碳酸鹽惰性粉塵對(duì)煤粉惰化抑爆，通過對(duì)惰化劑的抑爆特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)點(diǎn)火能量、惰化劑的濃度和粒徑等方面對(duì)最大爆炸壓力Pmax的影響研究表明，惰化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到60%時(shí)，粉塵爆炸壓力迅速下降，碳酸鈣的抑制效果均優(yōu)于碳酸氫鈉和碳酸氫鉀［6］。

黃寅生等［7］進(jìn)行了磷酸鹽對(duì)煤粉惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明添加磷酸二氫銨粉體能顯著降低煤粉的燃燒強(qiáng)度和爆炸威力。磷酸二氫銨粉體粒徑越小，對(duì)甲烷燃燒的窒息阻礙作用就越強(qiáng)，抑制效果就越好，但對(duì)煤塵爆炸的抑制方面不是太明顯，同時(shí)揚(yáng)塵方式對(duì)煤塵爆炸和磷酸二氫銨粉的抑制影響效果都比較明顯，煤塵分散均勻度越高爆炸猛度越強(qiáng)，而均勻度的提高同樣能提高粉體抑爆效果。通過研究（NH4）H2PO4，KH2PO4，Ca（H2PO4）2這3類磷酸鹽干粉的粉體質(zhì)量濃度、粉體粒徑和點(diǎn)火能量對(duì)抑爆效果的影響，得出煤塵爆炸的最大爆炸壓力和壓升速率在添加（NH4）H2PO4時(shí)降低幅度最大，粉體對(duì)煤塵爆炸的抑制作用幾乎不受粉體粒徑的影響；隨著煤塵爆炸威力的增加，粉體質(zhì)量濃度對(duì)粉體抑制效果的影響減弱。

相對(duì)于碳酸鹽和磷酸鹽，研究者對(duì)二氧化硅粉體的惰化抑爆研究較少，研究表明添加 SiO2和（NH4）H2PO4能降低爆炸壓力，就煤塵爆炸壓升速率的降幅而言 ，磷酸二氫鹽比 SiO2的影響更大。CHENX F等［8］通過SiO2粉體對(duì)瓦斯氣體火焰抑制機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)超細(xì)SiO2粉體的作用能使爆炸峰值壓力與火焰速度降低40%以上。

碳酸鹽、磷酸鹽和二氧化硅粉體能夠?qū)γ悍圻M(jìn)行惰化抑爆，煤粉完全惰化時(shí)的惰化劑量與煤粉濃度有密切關(guān)系，抑爆效力主要體現(xiàn)在降低爆炸壓力和壓升速率、降低燃燒強(qiáng)度和爆炸威力以及窒息阻礙作用等，依據(jù)目前的研究成果，其抑爆效果為磷酸鹽中（NH4）H2PO4效果最好，依次是CaCO3，NaHCO3和KHCO3，同時(shí)就煤塵爆炸壓升速率的降幅而言，磷酸二氫鹽比SiO2的影響更大 ，但SiO2對(duì)粉體的爆炸壓力和氣體的爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣榷加幸种谱饔谩?/p>

隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，金屬粉塵如鎂粉等廣泛用于冶金、有機(jī)合成以及鉛合金等生產(chǎn)領(lǐng)域，由于其爆炸危險(xiǎn)性較大，研究者對(duì)金屬粉塵也進(jìn)行了固體介質(zhì)惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合可燃粉塵的爆炸機(jī)理、鋁粉燃燒和爆炸機(jī)理，提出粒徑、粒度分布、粒子形狀和表面形態(tài)是影響火災(zāi)與爆炸的關(guān)鍵因素，鎂粉本身粒徑越小，則其爆炸下限越低，危險(xiǎn)程度也就越高。特別是對(duì)鎂粉的惰化抑爆研究，實(shí)驗(yàn)研究了鎂粉的濃度、粒度以及點(diǎn)火能量對(duì)鎂粉爆炸過程中的熱力學(xué)參數(shù)以及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響，通過選取CaCO3，NaCl粉體作惰化劑，研究惰化劑的含量以及惰化劑的粒度對(duì)鎂粉爆炸抑爆性能的影響，結(jié)果表明，鎂塵濃度、點(diǎn)火能量越高，爆炸危害越大；鎂粉粒度越小，爆炸危害越大；惰化劑含量越高、惰化劑粒度越小，抑爆能力越強(qiáng)。對(duì)比分析CaCO3，NaHCO3和KHCO3對(duì)鎂粉的惰化效果，CaCO3對(duì)粉塵爆炸的惰化作用最強(qiáng)，NaHCO3的惰化效果遠(yuǎn)比KHCO3要強(qiáng)，惰化劑的粒徑越小，其惰化效果越好，而且粉塵爆炸最大爆炸壓力隨著惰化劑濃度的增加，其降低的速率越快，惰化劑的濃度越高，其對(duì)粉塵爆炸的惰化效果越強(qiáng)。

在固體惰化介質(zhì)上，國內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了深入研究，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)配型抑爆劑與新型惰化介質(zhì)較傳統(tǒng)抑爆劑具有更優(yōu)越的抑爆性能。AMROGOWICZ J和KORDYLEWSKIW等［9］對(duì)NaHCO3和（NH4）H2PO4的惰化抑制功效進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（NH4）H2PO4粉在惰化方面的效果比NaHCO3更好，而在抑制爆炸方面NaHCO3更有效。同時(shí)對(duì)惰化劑的惰化機(jī)理和影響因素也進(jìn)行了研究 ，磷酸二氫銨及氫氧化鋁除物理吸熱外還通過化學(xué)分解抑制粉塵燃燒和爆炸，其效能優(yōu)于僅靠物理吸熱抑制爆炸的CaCO3。CaCO3與（NH4）H2PO4兩者之間會(huì)產(chǎn)生抑制燃燒、爆炸的附加反應(yīng)，存在著明顯的協(xié)同效應(yīng)，因此，二者的復(fù)配比單一的惰化劑惰化效能更高；但CaCO3與Al（OH）3的復(fù)配則沒有表現(xiàn)出相應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)；這表明兩種惰化劑之間是否存在著協(xié)同效應(yīng)，取決于二者在粉塵的燃燒、爆炸條件下能否發(fā)生抑制粉塵燃燒、爆炸的附加反應(yīng)。通過對(duì)固體惰性介質(zhì)在減輕煤粉爆炸作用的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn) ，隨著煤粉粒度的減小，要達(dá)到相同的抑爆效果需要的CaCO3用量將加大，且固體顆粒的粒度對(duì)能量釋放率的影響很大 ，大顆粒的粉塵只能夠在粒子表面與氧進(jìn)行反應(yīng)放熱，而粒子中心殘留的能量則未被釋放出，相反只有小顆粒的粉塵才能夠比較完全地與氧進(jìn)行反應(yīng)放熱，釋放出接近其全部的能量，故其會(huì)需要較多惰化劑［10］。

2.2.2 粉塵氣相惰化抑爆研究

根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)安全需求，國內(nèi)外各研究學(xué)者同樣也進(jìn)行了氣相惰化條件下可燃性粉塵抑爆實(shí)驗(yàn)研究，研究表明氣相惰性介質(zhì)的加入可以對(duì)粉塵爆炸起到一定抑制作用，惰化氣體介質(zhì)主要有CO2，N2，Ar等，惰性氣體介質(zhì)的加入可增加粉塵的最小點(diǎn)火能，從而減小點(diǎn)燃概率，并降低爆炸猛度，國內(nèi)外研究者就惰性氣體介質(zhì)對(duì)鎂粉的惰化抑爆開展了大量研究。RYZHIK A B［11］研究了4種氮?dú)猓鯕猸h(huán)境下的環(huán)境溫度對(duì)粉塵云著火延遲時(shí)間的影響，在氮?dú)?、氬氣兩種氣氛環(huán)境下采用激波誘導(dǎo)鎂粉著火的延遲時(shí)間 ，比較對(duì)鎂粉塵云最低著火的環(huán)境溫度的影響，研究表明在空氣條件下是1.1ms，在同氧濃度的氧氣－氬氣環(huán)境下是1.3 ms。環(huán)境的溫度越高，鎂粉氮化反應(yīng)對(duì)其熱爆炸的貢獻(xiàn)就越大。高溫常壓條件下，氬氣的惰化效果優(yōu)于氮?dú)?。BOIKO V M等［12］研究了純氧氣氛圍中鎂粉的粒徑對(duì)激波誘導(dǎo)著火延遲時(shí)間的影響。林荷梅等［13］主要采用氮?dú)?、氬氣和二氧化碳惰性氣體惰化鎂粉塵云，發(fā)現(xiàn)氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%以下、常溫條件時(shí)，鎂粉塵云內(nèi)即使存在點(diǎn)火能量也不會(huì)發(fā)生爆炸。李剛等［14］采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了惰化條件下的鎂粉著火、爆炸的基本規(guī)律和影響因素，完成了惰化條件下的鎂粉著火以及爆炸過程的研究。

ZHANG B等［15］的研究結(jié)果表明，惰性氣體對(duì)粉塵爆炸具有抑制作用，其抑制機(jī)理主要是稀釋粉塵所處環(huán)境的氧濃度，鎂粉粒徑越小，爆炸猛度（最大爆炸壓力和最大升壓速率）越強(qiáng)，而粉塵云最低著火溫度和粉塵層最低著火溫度逐漸降低，在添加惰性氣體后爆炸猛度下降，此時(shí)粒徑越大極限氧濃度越大。比較氮?dú)?、氬氣和二氧化碳?xì)怏w的惰化效應(yīng)對(duì)鎂粉爆炸的影響，氬氣的惰化效果并沒有氮?dú)庥行?，在粉塵云濃度較低時(shí)，二氧化碳的惰化效果最佳，而高溫常壓條件下，氬氣的惰化效果優(yōu)于氮?dú)狻Ａ硗飧鶕?jù)研究氮?dú)夂蜌鍤獾南♂屪饔脤?duì)天然氣爆炸特性的影響，增加稀釋比例能夠使燃燒區(qū)變窄，添加氮?dú)獾男Ч獌?yōu)于氬氣。

3 結(jié)語

（1）工業(yè)粉塵惰化抑爆機(jī)理理論的實(shí)驗(yàn)研究仍需深化，缺少大尺寸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充和結(jié)論驗(yàn)證，研究成果技術(shù)轉(zhuǎn)化率低；當(dāng)前抑爆效能的判定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，關(guān)于惰化條件下工業(yè)粉塵火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘膶?shí)驗(yàn)研究有待進(jìn)一步深入。

（2）粉塵固體惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究中 ，研究偏重于不同種類抑制劑的惰化抑爆效果，研究重心將由煤粉轉(zhuǎn)向金屬粉塵等工業(yè)粉塵，惰化劑與工業(yè)粉塵之間理化性質(zhì)作用較少說明；根據(jù)研究結(jié)果確定比較高效的抑制劑的基礎(chǔ)之上，繼續(xù)開展不同級(jí)配工況下的惰化劑惰化抑爆實(shí)驗(yàn)具有重要意義。

（3）粉塵氣相惰化抑爆實(shí)驗(yàn)研究國內(nèi)外較少開展，因其對(duì)工業(yè)粉塵的小影響特性，進(jìn)行大量更深入研究成為趨勢，相對(duì)于密閉空間的惰化抑爆，敞開空間的抑爆研究也具有重要意義，同樣，也需要開展單一與混合氣體相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)研究。

［1］DATSENKOD F，KUPRIENOK PA，GRYADUSHCHIIB A，et al.Powder for suppressing explosion ofmethane－airmixtures：SU 1460331［P］.1986－12－02.

［2］李立東.鋁粉爆炸泄放及抑制實(shí)驗(yàn)研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2013.

［3］李亞男.磷酸二氫銨對(duì)金屬粉塵的爆炸抑制研究［D］.太原：中北大學(xué)，2015.

［4］范寶春，謝波，張小和，等.惰性粉塵抑爆過程的實(shí)驗(yàn)研究［J］.流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與測量，2001（4）：20－25.

［5］謝波.可燃系統(tǒng)中爆炸抑制過程的實(shí)驗(yàn)與理論研究［D］.南京：南京理工大學(xué)，2003.

［6］伍毅，袁旌杰，蒯念生 ，等.碳酸鹽對(duì)密閉空間粉塵爆炸壓力影響的試驗(yàn)研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20（10）：92－96.

［7］黃寅生，戴曉靜，曹衛(wèi)國.磷酸二氫鹽與SiO2粉體抑制煤塵爆炸的試驗(yàn)研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，23（3）：57－61.

［8］CHEN X F，ZHANG Y，ZHANG QM，et al.Experimental investigation onmicro－dynamics behavior of gas explosion suppressionwith SiO2fine powder［J］.Theoretical and AppliedMechanics Letters，2011，14：1－4.

［9］AMROGOWICZ J，KORDYLEWSKIW.Effectiveness of dust explosion suppression by carbonates and phosphates［J］.Combustion and Flame，1991，85（3／4）：520－522.

［10］譚迎新，王志杰，高云 ，等.固體惰性介質(zhì)對(duì)煤粉爆炸壓力的影響研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，17（12）：76－80.

［11］RYZHIK A B.Conditions of the thermal explosion of disperse magnesium in media with an insufficiency of oxidizer［J］.Combustion，Explosion and ShockWaves，1978，14（3）：394－396.

［12］BOIKO VM，LOTOV V V，PAPYRIN A N，et al.Ignition of gas suspensions of metallic powders in reflected shock waves［J］.Combustion，Explosion and ShockWaves，1989，25（2）：193－199.

［13］林荷梅，于德源，劉永遠(yuǎn).鋁鎂粉塵爆炸與對(duì)策［J］.輕合金加工技術(shù)，2001，29（9）：47－49.

［14］李剛，鐘英鵬 ，苑春苗，等.鎂粉生產(chǎn)工藝防爆方法及存在的問題［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2008，34（3）：14－16.

［15］ZHANG B，XU G L，BAIC H.Explosion characteristicsof argon／nitrogen diluted natural gas－air mixtures［J］.Fuel，2014，124：125－132.

通過對(duì)火風(fēng)壓分布的分析計(jì)算可以得出，煤田露頭火區(qū)的火風(fēng)壓大小主要由自燃煤層的溫度和裂隙的深度確定。在煤火治理過程中，要重點(diǎn)通過減少煤火供氧量來降低煤火溫度，控制火區(qū)發(fā)展。

5 結(jié)語

（1）得到了煤田露頭火區(qū)回風(fēng)裂隙內(nèi)氣體溫度的分布方程。分析得到在煤田露頭火區(qū)中，回風(fēng)裂隙內(nèi)各點(diǎn)的氣體溫度隨著自燃煤層溫度的升高而升高。在高溫煤層溫度一定的條件下，回風(fēng)裂隙內(nèi)各點(diǎn)氣體的溫度隨著與高溫煤層距離的增加逐漸降低，氣體溫度沿著回風(fēng)路線成指數(shù)衰減。

（2）通過分析得到了煤田露頭火區(qū)的火風(fēng)壓計(jì)算式，得出影響火區(qū)火風(fēng)壓大小的因素主要是煤火燃燒的溫度、自燃煤層深度和裂隙傾角。

參考文獻(xiàn)

［1］曹代勇，時(shí)孝磊，樊新杰，等.煤田火區(qū)環(huán)境效應(yīng)分析［J］.中國礦業(yè)，2007，16（7）：40－42.

［2］曾強(qiáng)，常心坦.新疆煤田火區(qū)火風(fēng)壓模式研究及其應(yīng)用［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2007，32（9）：955－958.

［3］王文才，喬旺，李剛，等.礦井巷道火災(zāi)煙流運(yùn)動(dòng)理論研究［J］.工礦自動(dòng)化，2011（3）：22－25.

［4］李唐山，周心權(quán)，谷紅軍.煤田露頭自燃火風(fēng)壓數(shù)值的理論分析［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2005，30（6）：737－740.

［5］張國樞，王省身.火風(fēng)壓的計(jì)算及其影響因素分析［J］.中國礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1983（3）：66－79.

［6］王樹剛，王如竹.火風(fēng)壓計(jì)算的新模型［J］.煤礦安全，2002，33（6）：9－12.

［7］黃恒棟.地下建筑火災(zāi)中火煙溫度、火風(fēng)壓沿程變化及其防治措施［J］.重慶建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，17（3）：68－73.

［8］王省身，陳全.幾種火風(fēng)壓計(jì)算的分析比較［J］.火災(zāi)科學(xué)，1996，5（1）：14－19.

作者簡介王文才，男，1964年生，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事安全工程及礦業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的教學(xué)與研究工作。

（收稿日期：2015－11－04）

Review of Inerting Explosion Suppression Research of Industrial Dust

HU Dongtao CHEN Xi
（Collegeof Resources and Environmental Engineering，Wuhan University of TechnologyWuhan430070）

In view of the present inerting explosion suppression experimental study of the industrial dust at home and abroad，this paper carries out summaries and analyes about the dust inerting explosion suppression research present situation，discusses the deficiencies and at the same time puts forward the inerting explosion suppression technology research and developmentand application of problems needed to be resolved.The dust explosion suppression includes two aspects，the solidmedium inerting explosion suppression and gaseousmedium inerting explosion suppression.

industrial dust explosion suppression solidmedium gaseousmedium

胡東濤，男，1981年生，河南汝南人，高級(jí)工程師，博士后在站，主要從事火災(zāi)爆炸及防治研究。

2016－03－28）

國家自然科學(xué)基金（51174153，51374164），中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（2015－ZY－080）。