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摘 要：针对管道燃气爆炸进行多孔金属抑爆特性的实验研究，重点分析了多孔金属对管道燃气爆炸火焰传播和爆炸压力等特征参数的影响规律。实验结果表明，当管道中放置多孔金属时，管道燃气爆炸火焰无法穿过多孔金属，即管道燃气爆炸火焰发生了淬熄抑爆效果;随着多孔金属孔隙率增大，上游爆炸压力上升趋势十分缓慢，下游爆炸压力有明显上升趋势。
关键词：管道燃气;爆炸;多孔金属
中图分类号：TQ560 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）01-0061-02
Abstract： Based on the experimental study on the explosion suppression characteristics of porous metal in pipeline gas explosion， this paper focuses on the influence of porous metal on the characteristic parameters such as flame propagation and explosion pressure of pipeline gas explosion. The experimental results show that when the porous metal is placed in the pipeline， the pipeline gas explosion flame can not pass through the porous metal， that is， the pipeline gas explosion flame has the quenching and explosion suppression effect， and with the increase of the porosity of the porous metal， the upstream explosion pressure rises very slowly， and the downstream explosion pressure has an obvious upward trend.
Keywords： pipeline gas; explosion; porous metal
管道燃气是化工、煤矿、油气田及城市生活中重要的组成部分[1-2]，经常受到气体爆炸事故的威胁，严重影响工业设备和人身的安全，因此深入开展管道燃气爆炸特性及其抑爆技术研究是非常必要的[3-4]。王信群等[5]采用改性BC干粉开展了抑制甲烷/空气预混气爆炸的实验研究;罗振敏等[6]通过实验证明了与微米级粉体相比，纳米粉体的抑爆效果更优。张鹏鹏等[7]研究了不同浓度超细水雾抑制瓦斯爆炸的作用规律。
本文利用自行搭建的半密闭透明爆炸容器，实验研究了多孔泡沫金属对甲烷-空气预混气爆炸抑制作用，着重分析了多孔金属对管道燃气爆炸火焰传播和爆炸压力等特征参数的影响。
1 实验系统
本文采用的实验系统如图1所示。
爆炸实验管道由厚度为20mm的透明有机玻璃管道构成，最大耐压极限为2.0MPa，有利于使用高速摄像机进行火焰拍摄，管道内部横截面为80mm×80mm，长为1000mm，其长宽比为12.5：1。管道右端定义为末端，使用钢板夹持0.1mm厚聚乙烯薄膜进行密封，以保证预混气体停留在管道中，燃气爆炸时薄膜破裂及时泄压，管道左端由10mm厚钢板密封，钢板上装有3个接口，分别为：点火器、压力传感器以及进气口。管道内距点火端680mm处放置多孔金属。
预混气配送系统由甲烷储存气瓶、空压机、质量流量装置、输气管路、阀门等组成。实验中所需预混气体由两个高精度质量流量控制器提供，通入化学当量比为1.0的甲烷/空气预混气。混合气体通过实验进气口充入实验管道，实验采用排空法，即通过向管道内充入4倍管道体积的预混气体以排出管道内残留空气，排气口设置管道右末端附近的一侧管壁上。图像采集系统主要由高速摄像机、电脑主机、图片采集控制和储存装置组成。高速摄像机选用美国Phantom公司的MIRO M310高速摄像机，主要用于记录管道燃气爆炸火焰的传播过程，由Phantom-Pcc软件控制高速摄像机进行图片采集。实验中高速摄像机图像采集频率为2000 帧/秒，采集到的图像最大分辨率可达到1024像素×1024像素。压力采集系统主要由RL-1型光电传感器、两个Keller公司的PR-23压力传感器和NI USB-6210型数据采集卡组成。压力传感器的最大数据采集频率为25 kHz，测压范围为0～100kPa，误差为0.25%，一个安装在实验管道点火端钢板上，另一个安装在排气口一侧管壁附近。
2 实验结果与分析
圖2（a）、（b）分别表示为无、有多孔金属两种工况下管道燃气爆炸火焰的传播过程。可以看出，可燃气体爆炸火焰在管道内传播形状将火焰传播可分为四个阶段，即球形火焰、指形火焰、触及管壁的细长火焰和郁金香火焰。其中，郁金香火焰是一种流体力学现象，这种现象是由侧向火焰裙扩张的偏转燃烧气体的向后运动与手指形火焰阶段加速的未燃烧气体向前运动之间竞争导致的。从图2（a）可以观察到，在管道中未放置多孔金属时，火焰传播后期郁金香火焰明显，未燃气体区域出现涡团，火焰阵面变形出现褶皱，湍流加剧。图2（b）显示在管道中放置多孔金属的火焰传播过程，可以看出在郁金香火焰形成初期，火焰无法穿过多孔金属，即爆炸火焰发生了明显的淬熄抑爆效果。
图3表示在不同的孔隙率条件下，多孔金属对其上下游爆炸压力的影响。从图中可以看出，多孔金属孔隙率分别为85%、87%、90%时，上游爆炸压力上升趋势十分缓慢，其上升斜率接近于0，分别为6.73kPa、6.84kPa、7.02kPa;下游爆炸压力有明显上升，分别为4.95kPa、4.98kPa、5.31kPa，爆炸压力的衰减率分别为26.49%、27.22%、24.35%。可见孔隙率对多孔金属减压性能影响较为明显，孔隙率越大的材料，内部通道纵横交错，被吸收的前驱压力波和爆炸压力波有一部分可能会穿过多孔金属。
3 结论
（1）搭建了半密闭透明管道燃气爆炸实验系统，研究了多孔金属对甲烷-空气预混气爆炸抑制作用，着重分析了多孔金属对管道燃气爆炸火焰传播和爆炸压力等特征参数的影响规律。
（2）当管道中放置多孔金属时，管道燃气爆炸火焰无法穿过多孔金属，即爆炸火焰发生了明显的淬熄抑爆效果。随着孔隙率增加，上游爆炸压力上升趋势十分缓慢，下游爆炸压力有明显上升，说明孔隙率越大的材料，内部通道纵横交错，被吸收的前驱压力波和爆炸压力波有一部分可能会穿过多孔金属。
参考文献：
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[7]张鹏鹏.超细水雾增强与抑制瓦斯爆炸的实验研究[D].大连理工大学，2013.