225燃燒金屬顆粒的點火熱反應和瞬態熱點

2.2.5.1介紹性概述

過去，意外氣體爆炸的啟動有時歸因於“摩擦火花”，而沒有任何進一步的解釋。但是，這個不精確的術語涵蓋了潛在點火源的多種類別，包括機械熱工作操作，例如磨削和切割，一個位置的重複影響以及單一的影響。但是，在所有這些情況下，點火源都是通過將機械能（衝擊和摩擦）轉化為熱量而產生的。

現有的知識表明，通過機械影響點火的易燃氣體混合物的概率取決於一組表征撞擊和一組表征氣體混合物的基本參數的基本參數。影響的關鍵參數包括

•碰撞體的化學成分

•接觸區域的碰撞體的表麵形貌

•聯係區域

•接觸壓力

•平行於接觸表麵的滑動速度

•滑動距離（或接觸時間）

氣體的關鍵參數包括

•燃氣的化學成分

•燃料，氧氣和惰性氣體的濃度

•氣體的動態狀態（湍流和係統速度成分，也受影響過程本身的影響）

• 溫度

• 壓力

根據情況，撞擊/摩擦過程產生的實際點火源通常是過程中釋放的小熱顆粒，或者在撞擊過程中產生的熱點或在一個碰撞體上產生的熱點。在特殊情況下，鋁或鈦等金屬與Rust一起涉及撞擊，由於將氧氣從生鏽到鋁或鈦的放熱而引起的撞擊會產生非常燃燒的“ Thermite”閃爍（請參閱第2.2.5.3節）。

2.2.5.2小型燃燒金屬顆粒的點火來自單個衝擊

從化學惰性材料（岩石和其他惰性礦物）之間的單一衝擊的小型飛行熱顆粒不能點燃爆炸性氣體混合物。這是因為機械生成的溫度升高將無法達到如此小的顆粒成為點火源所需的高水平。但是，如果金屬涉及撞擊，則小型金屬顆粒可能會從主要的散裝中撕裂或切開，並在機械上加熱，以至於它們在飛行空氣中飛行時開始自發燃燒。然後，由於化學能的釋放，顆粒溫度將大大升高。如此小的燃燒金屬顆粒是真正的“摩擦火花”。

已經進行了許多工作，以評估煤礦中通過影響岩石的煤礦設備來點燃甲烷/空氣（“ Firedamp”）的可能性。這本質上是一個單打過程。多年來的研究表明，如果發生點火，源源不是燃燒的金屬火花（鋼/硬金屬），而是在對岩石產生多種影響後在選片上產生的瞬態熱點。鮑威爾（Powell，1984）在他的廣泛審查論文中得出結論，除非顆粒溫度超過2000°C，否則機械影響的小燃燒金屬顆粒無法點燃甲烷/空氣，甚至可能不會更高的烷烴/空氣。這意味著，鋼鐵從單撞擊發射不太可能點燃天然氣/空氣。但是，鈦，鋯，鎂和鋁的燃燒顆粒可以點燃這種氣體。根據鮑威爾（Powell，1984）的說法在可能存在此類氣體的地區多餘。

Pedersen和Eckhoff（1986）研究了丙烷/空氣和乙炔/空氣的點火，這是通過在不同鋼質或鈦和生鏽或沙染色鋼板的尖端之間產生的熱量產生的。針對鋼板的切向衝擊是由帶有測試尖端的剛性彈簧臂產生的。該設備如圖2-20所示。

撞擊的強度（淨衝擊能量）是根據撞擊過程中影響部門動能的損失而表達的。表2-9顯示了一些結果。

在最高20 J的淨衝擊能量的實驗範圍內，不可能通過不同的鋼質質量與生鏽或磨砂鋼之間的火花或熱點點燃4.6 vol。丙烷/空氣。這與鮑威爾（Powell，1984）的一般結論有關上述I和IIA氣體的點火。

表2-9撞擊點火實驗的結果是使用不同的尖端材料，影響天然生鏽的鋼的目標，以4.6 vol。％丙烷在air9中的爆炸性混合物中

		網
	數字	影響
	可見	活力
小費材料	火花	（J）	點火
ST 37鋼	20-50	8-10	不
Chrome-vanadium鋼	10-30	6	不
Unbraco螺釘	-20	8	不
抗酸螺釘	〜5	8	不
非屏蔽工具	0	13-14	不
鈦	10-1000	-10-15	是的

A。資料來源：來自G. H. Pedersen和R. K. Eckhoff的數據，1986年12月的CMI報告，CMI 863302-1，CMI Michelsen Institute（現為GexCon AS），固體身體之間產生的熱量爆炸引起的氣體爆炸。挪威（1986）。

A。資料來源：來自G. H. Pedersen和R. K. Eckhoff的數據，1986年12月的CMI報告，CMI 863302-1，CMI Michelsen Institute（現為GexCon AS），固體身體之間產生的熱量爆炸引起的氣體爆炸。挪威（1986）。

但是，如表2-9所示，鈦火花能夠點燃丙烷/空氣。在鈦進ob体育赛事行點火的大約一半的實驗中，高速視頻可以將一個或幾個特定的​​飛行火花標識為點火源。這種點火主要發生在撞擊後50-90毫秒。到這個時候，火花的速度已降至2-5 m/s，大概可以在給定的氣體體積中有足夠的停留時間進行點火。在某些情況下，在火花與爆炸室的牆壁相撞並失去了大部分速度之後發生了單扇形點火。Ritter（1984）也進行了類似的觀察。

圖2-21顯示了鈦對生鏽的影響4.6卷，空氣中的丙烷的影響。觀察到，似乎有一些有利於點火的切線衝擊速度的最差範圍。在較低的速度下，產生燃燒的金屬顆粒的較少，點火不太可能。在較高的速度下，可能會產生更多燃燒的金屬顆粒，但由於衝擊臂的運動對局部氣體雲的猛烈幹擾，這遠遠超過了，這使點火可能的可能性降低了。

表2-10給出了燃燒金屬顆粒引起的乙炔/空氣點火的一些結果，表明即使顆粒材料是不鏽鋼，也可以點燃高度敏感的氣體混合物。

圖2-20 Pedersen和Eckhoff（1986）使用的撞擊火花點火設備用於研究燃燒金屬顆粒的能力和從單個撞擊到點燃爆炸性氣/空氣混合物的“熱閃光燈”的能力。

可以看出，乙炔/空氣混合物很容易被鋼質的火花點燃，而鋼質質量的火花比標準建築鋼釋放燃燒火花的能力更低。高速錄像顯示，在表2-10涵蓋的所有情況下，點火是由單個飛行鋼火花引起的。火花足夠遠，火花速度<5 m/s之後發生了點火。在這些實驗中未觀察到在對砧板的影響點上產生的熱點對乙炔/空氣的點火。

當使用非屏蔽材料作為測試對象時，隻會完全觀察到一個可見的火花。撞擊後45毫秒可見這種火花，並保持90毫秒。在此期間，火花速度從約1 m/s降至0.4 m/s。ob体育赛事目前尚不清楚這種弱火花是起源於非噴霧材料還是

淨衝擊能量（J）

圖2-21使用圖2-20中說明的設備在空氣中使用鈦對生鏽的切向衝擊實驗的結果。來自Pedersen和Eckhoff（1986）。

淨衝擊能量（J）

圖2-21使用圖2-20中說明的設備在空氣中使用鈦對生鏽的切向衝擊實驗的結果。來自Pedersen和Eckhoff（1986）。

表2-10撞擊點火實驗的結果是使用不同的尖端材料影響爆炸性混合物中天然生鏽鋼的目標的7.7卷。

小費材料	可見火花的數量	淨衝擊能量 （J）	點火
Chrome-vanadium鋼	-10	-6	是的
Unbraco螺釘（不鏽鋼）	-20	-8	是的
耐酸鋼	3-5	〜8	不
非屏蔽工具合金	0-1	8-10	不

A。資料來源：來自G. H. Pedersen和R. K. Eckhoff的數據，1986年12月，CM I No. 863302-1，在固體身體之間產生的熱量產生的氣體爆炸發出，Christian Michelsen Institute（現為Gexcon AS），卑爾根。挪威（1986）。

A。資料來源：來自G. H. Pedersen和R. K. Eckhoff的數據，1986年12月，CM I No. 863302-1，在固體身體之間產生的熱量產生的氣體爆炸發出，Christian Michelsen Institute（現為Gexcon AS），卑爾根。挪威（1986）。

從砧材料中，這是生鏽的鋼。盡管觀察到的火花非常弱，但它的出現表明，涉及所謂的非扇形材料的影響，因為其中一個碰撞伴侶實際上可能會產生可見的火花。但是，鑒於上麵所說的話，這種火花似乎不太可能點燃烷烴/空氣混合物。目前尚不清楚非屏蔽材料和輕質金屬之間的影響，例如鈦可能會產生燃燒的光金屬火花。

2.2.5.3點火通過熱閃光燈

丙烷/空氣中的實驗對鈦對生鏽的ST37鋼的影響（見表2-9）揭示了兩種不同的點火模式。在點火ob体育赛事發生的大約一半的測試中，觀察到在撞擊之後或偶然發生後，它發生在或非常接近對砧板的影響點。在這種情況下，在撞擊區域觀察到極度發光的半球量。火焰傳播的發作既不能專門指向一個單一金屬火花，也不能指向撞擊點產生的熱點。目前尚不清楚這個發光的半球由什麼組成，但是在這些情況下觀察到的很高的火花（1,000個階）位於該體積之內。僅當尖端支架的外圍速度超過約15 m/s時，才能觀察到發光半球。ob体育赛事據信，發光體積是與整體正式放熱反應相對應的“熱閃光燈”

3TI + 2FE203 3TI02 + 4FE +熱量

與鐵相比，對氧氣的生產率更大的生鏽和其他金屬之間的反應可能會發生類似的反應。在鋁的情況下，金屬的柔軟度可以防止在撞擊過程中產生足夠的熱量以產生熱閃光。但是，根據Kornai等人的說法。（1994年），涉及更硬鋁合金的影響可能會產生熱閃光和燃燒金屬顆粒。同樣，對高顏料含量覆蓋的生鏽表麵的影響也產生了熱閃光。吉布森等。（1968年）證明，生鏽鋼上的鋁塗片產生了熱閃光，當被幾乎所有金屬製成的前鋒擊中時，能夠點燃甲烷/空氣，包括鋼，黃銅，青銅，甚至是銅 - 晶圓。

2.2.5.4瞬態熱點點火

正如已經指出的那樣，撞擊不僅會產生燃燒的金屬顆粒或熱閃光，還會在兩個碰撞體上產生瞬態熱表麵（熱點）。Powell and Quince（1972）應用了摩擦影響的經典理論，以計算這種影響中產生的最高熱點溫度。Eckhoff and Pedersen（1988）討論了有關影響海上石油和天然氣裝置的點火危害的理論。卡特勒（Cutler，1974，1978）進行了實驗，其中甲烷/空氣和丙烷/空氣被人工瞬態熱點點燃，該熱點在鎢條上發電。圖2-22顯示了TMIN的值如何受條寬度的影響。

2000

1600

1600

3-5 vol％丙烷

1200

3-5 vol％丙烷

1200

4 6 8 10 12

鎢帶寬度IMML

繼續在這裏閱讀：226電動火花和電弧和靜電放電的點火

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