初始壓力對容器通過導管泄爆過程的影響分析

摘 要：2014年4月云南曲靖透水事故的產生，再一次突顯了煤礦安全生產的重要性，使廣大研究者將探究重點放置于煤礦井下探放水工作的安全性方面，它屬于煤礦井下五大災害之一，較為常見，危害性較大，是煤礦安全生產中最為重要的環節。基于此，本文以曲靖事故作為切入點，研究了初始壓力對容器通過導管泄爆過程的影響，并分析了在爆炸情況下脫險的主要措施。

關鍵詞：氣體；煤礦；壓力；爆炸；密閉；

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-08-00-01

泄爆是當前工業上所采用的防治氣體及粉塵爆炸的主要手段，通過釋放富含能量物質，降低容器內壓力，以確保容器能夠安全運行的方式。當泄爆設備處于室內或與工作區域相對接近的部位時，為了防治泄爆物質引起的二次爆炸，對區域內相關人員造成傷害，需將導管內的毒性物質排出室外，置于安全地帶中。初始壓力是容器導管通過導管泄爆設計中的關鍵環節，容器內初始壓力大小的變化，將會對泄爆過程產生不同程度的影響。因此，本研究主要圍繞初始壓力對容器通過導管泄漏過程的影響展開，結合2014年4月云南曲靖透水事故，探討了泄爆過程中容器內壓力的變化規律，旨在為相關容器的安全泄放提供指導。

一、泄爆基本原理

泄爆主要是指在爆炸事件初始及進展階段，將輻射范圍內高溫、高壓的燃燒物，送入圍包體強度最弱的部分，即泄壓口，使之安全泄出，避免破壞圍包體。一般在粉塵泄爆工程中，圍包體壓力會受到泄爆過程的影響而迅速變低，同時受到粉塵繼續爆炸的影響，逐漸升高，兩者連續作用，降低泄爆過程中容器壓力的上升速度，使最大泄爆壓力低于封閉圍包體的爆炸壓力值，導致容器破壞。在泄爆過程中，容器壓力上升速度是影響爆燃泄壓的關鍵參數，同時也是衡量爆炸強度的關鍵指標。

一般可將容器通過導管泄爆的過程分為兩個不同的階段。在第一個階段，壓力容器內未燃氣體并未被點燃，在容器內產生層流燃燒現象，此時壓力上升速度比較慢，當壓力累計，超過破膜力度時，泄爆膜將會破裂，其余部分并未燃燒的氣體則在壓力差的作用下，迅速進入導管內部，但上升速度比較慢。在第二階段，泄爆膜破裂將會引起導管內氣體的流動，在管道尺寸變化與容器作用的影響下，火焰將會折皺加速，轉化而成噴射型火焰，并進入導管內部。導管內壓力將會迅速上升，產生突變反應，到達峰值，同時容器內壓力的上升幅度也會隨之加快。因此，在壓力容器導管入口處產生二次爆炸的概率更高。此時導管入口壓力上升速度明顯加快，并與容器產生壓力差，導致脈沖現象的產生，進而增加了泄爆過程的危險性，增加了容器爆炸的風險。

二、初始壓力對容器通過導管泄爆過程的影響

（一） 初始壓力對單容器密閉爆炸的影響

一般容器內爆炸壓力將會伴隨壓力上升的增加而增加，且其達到壓力峰值的時間將會隨著初始壓力的升高而相應延長。同時也顯示氣體完全燃燒所需時間變長，表示從氣體點燃到發展成火焰，延伸至管道壁面時間變長。由于容器內壁與點火區域距離一定，因此，火焰傳播的速度將會伴隨著初始壓力的增加而降低。容器初始壓力越高，則表示容器內部所含有的混合型爆炸氣體越多，爆炸過程所釋放的能量也相應增大。而由于密閉性容器的體積是不變的，此時容器內壓力越大，則表明初始壓力越大，分子距離越近，相撞概率也會提升，同時增加了反應速度，促使壓力上升頻率提升。

（二） 初始壓力對容器通過導管泄爆過程的影響

無論應用中心點火或壁面點火的方式，均不可忽視初始壓力對容器通過導管泄爆過程的影響。一般容器內壓力最高值將伴隨著初始壓力的上升而升高，初始壓力越高，則表示爆炸過程約劇烈。在中心點火條件下，假定容器內初始壓力由最初的0MPa上升至0.06MPa，此時容器內的壓力最高值將同時會由0.371MPa提升至1.077MPa。而在壁面點火條件下，同時設定容器內壓由0MPa上升至0.06MPa，此時容器內壓力峰值將由0.33MPa上升至0.943MPa。在兩種不同的點火條件下，容器壓力峰值均會得到不同程度的上升，且至少高于正常情況下的3倍，結果表明，在容器通過導管泄爆過程中，容器內爆炸過程對初始壓力有較強的敏感性。當容器內初始壓力較高的情況下，在容器通過導管泄爆過程中，進入導管內的爆炸氣體量同時也在增多，致使導管入口部分爆炸反應更為劇烈，導致導管入口部分與容器內部壓力差變大，將會著導管對泄爆過程的阻礙作用。而當容器內部的初始壓力越高，在容器通過導管泄爆過程中，導管內部的殘留氣體量將會顯著增加，在脈沖反應作用下，將產生劇烈爆炸。因此，初始壓力越大，容器內部壓力最高值將會提升，容器內壓力上升速度同樣也會加快，使得爆炸過程更為劇烈。在實際作業過程中，若初始壓力持續處于高壓的狀態，在爆炸事故產生時，將無法達到泄爆要求。

在煤礦井下特殊作業時，必須實施井下探防水處理，主要指在采礦過程中必要的一種超前勘探方案，旨在明確采掘范圍內的額陷落柱、導水通道的具體形態，進而釋放積水，確保煤礦安全生產。因此，為避免透水事故的產生，必須多角度、全方位實施探放水計劃，確定管道容器的初始壓力，并嚴格按照要求制定采掘規劃，做好現場管理，制定應急預案，確保壓力容器設施的正常運行，降低潛在風險的發生幾率。

三、結束語

綜上所述，在簡單泄爆過程中，容器內的壓力最高值并非伴隨初始壓力的上升而規律性增加。而在容器通過導管泄爆過程中，其初始壓力越高，且容器內壓力最高值也會隨之上升，上升速率同時會升高，此時導管入口與容器內的壓力差將會變大，導管入口部分的火焰速率將會同時變大，爆炸將會愈發劇烈。因此，必須嚴格控制初始壓力，降低爆炸風險，減少不安全事故發生的可能性。

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