粉尘爆炸点火源点燃机理、风险评价与预防

有效点火源是工业粉尘爆炸发生的必要条件，预防和控制有效点火源对粉尘爆炸事故的预防具有重要意义。粉尘点燃特性用粉尘层最低着火温度、粉尘云最低着火温度和粉尘云最小点燃能量来描述，但实际工艺过程和设备中粉尘点燃形式和影响因素非常复杂。通过TG-DSC图谱分析、粉尘层着火温度和恒温箱-蓝装样品自燃温度测试研究粉尘自燃机理，建立粉尘氧化反应数学模型。研究粉尘种类、湿度、粒度、湍流度、粉尘浓度、空气氧含量等因素对粉尘点燃能力的影响。建立模拟实际工艺条件的模型试验装置进行自燃和粉尘云点燃试验，为粉尘点燃风险评价和预防积累基础数据。整理前人关于粉尘点燃的研究成果和粉尘爆炸事故点燃原因，结合本项目研究成果构建知识库。采用人工智能语言Prolog与ASP.Net网络应用开发平台建立粉尘点燃风险评价专家系统，并对典型工业粉尘和工艺进行点燃风险评价。提出典型工业粉尘和粉体处理工艺中粉尘点燃预防的解决方案。

近年来，可燃粉体处理工艺的粉尘爆炸事故造成了重大生命财产损失。研究粉尘爆炸点燃机理、风险评价方法和预防措施对可燃粉体安全生产有重要意义。本项目通过研究典型粉尘在典型工艺条件下的着火机理，建立了粉尘点燃风险评价方法和指标体系、粉尘爆炸性参数数据库和粉尘爆炸事故数据库，开发了粉尘爆炸风险评估专家系统。主要研究内容和成果如下：. (1) 粉尘层着火机理研究. 研究了粉尘热解与氧化的反应动力学参数测定方法，结合两种经典的多重扫描速率非等温法计算了玉米淀粉、石松子、铝粉、硫磺、聚乙烯、ABS等粉尘的热解和氧化反应动力学参数。进行了多种食品粉尘、石松子、油页岩、镁粉、铝粉、铁粉等粉尘自燃实验，分析了自燃温度与放热起始温度、粉尘层着火温度、粉尘云着火温度的关系。采用简化的三步反应动力学机理，应用可燃固体通用热解模型Gpyro对热表面上的石松子粉尘阴燃进行了数值模拟，分析了有机粉尘阴燃机理的控制环节。. (2) 粉尘云点燃机理研究. 建立了流态化分散管式点火能实验装置、流化床和旋转干燥机模型工业装置。点火能实验表明流态化状态下测得的最小点火能高于标准测试装置测得的值。.实验研究了氧浓度对硫磺、镁粉、铝粉和ABS粉尘点燃能量的影响，粒度对硫磺、镁粉、铝粉点燃能量的影响，表面氧化程度对镁粉、铝粉、钴粉等超细金属粉的点燃敏感性的影响。研究了添加惰性物质对金属粉尘点燃特性的影响，发现对于铝合金和铁合金的金属加工粉尘，添加惰性粉尘可有效降低粉尘点燃敏感性；而雾化法生产的纯铝粉和镁粉很难采用添加惰性粉尘的方法防止点燃。. (3) 粉尘点燃风险评价方法与专家系统. 通过大量粉尘爆炸性参数测定实验和文献整理，建立了粉尘爆炸性参数数据库。建立了粉尘爆炸事故数据库，对典型粉尘和典型粉尘生产与处理工艺的爆炸事故点燃致因概率进行了分析。提出了粉尘清理、自燃监测、不完全气氛惰化、受控表面氧化、添加惰性粉尘等点燃防护方法。提出了不同类型点燃源对典型粉尘点燃风险概率及防护方法的应用对点燃概率的影响。用C#开发了类似Prolog语言的推理机，基本实现了Prolog语言的推理功能。建立了粉尘点燃基础知识库，基于不同点燃方式概率和典型工艺粉尘着火爆炸事故树开发了粉尘爆炸风险评价专家系统。