氫氣比例和點火能量對CH4-H2混合氣體爆炸強度影響的實驗研究

馬秋菊，邵俊程，王眾山，劉家平

（1中國礦業大學（北京）煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京 100083；2北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 100081）

氣體爆炸是工業生產安全和人民生活安全的重大威脅之一。可燃氣體的生產、經營、貯存、運輸和使用等全過程均有可能引發爆炸事故，造成嚴重的財產損失和人員傷亡。目前針對可燃氣體爆炸的研究成果較多，但是大多集中在對某種單一氣體爆炸特性的研究，極少關注多元混合可燃氣體混合物的爆炸特性及災害后果，而多元可燃氣體混合物在工業生產以及生活燃料中的使用非常普遍，如天然氣、液化氣、石油提煉產物氣體及新能源氣體等。其中，關于氫氣-甲烷混合物的安全性研究，對新的清潔能源的安全使用具有深遠的意義。已有研究表明，在目前使用的天然氣中加入體積分數為8%～30%的氫氣可以有效降低NOx及CO2等污染性氣體的排放，同時又不需要更改現有的使用設備[1]。但是目前關于CH4-H2混合燃料使用安全性的研究無論廣度還是深度都遠不能滿足實際應用需要。氫氣十分敏感，燃燒速度快，爆炸極限范圍大，最小點火能低，導致其爆炸危險性非常高[2]，因此，即使有少量氫氣加入甲烷氣體中也會大大提高其爆炸敏感性，增強爆炸強度，提高爆炸危險[3]。Yu等[4]研究指出，氫氣的存在會顯著增加CH4的層流燃燒速度。Middha等[5]通過數值模擬研究發現，混有氫氣的天然氣在隧道內泄漏爆炸產生的壓力遠低于純氫氣爆炸壓力，但是純甲烷泄漏形成接近化學計量濃度的氣云爆炸時會產生比CH4-H2氣云爆炸更高的壓力。……