CN108414569B - 一种低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的预测方法。首先选取五种不同粒度的低密度聚乙烯工业粉体作为试验样品；通过调整喷粉压力和点火延迟时间，进行重复测试，得到多种特定粉尘云浓度和粉尘中位径条件下的最大爆炸压力数据；在此基础上，既可以在已知工艺现场粉尘云浓度的前提下，得到粉尘云最大爆炸压力随粉尘中位径、粉尘云浓度的函数关系，进而计算出实际工艺中真实的最大爆炸压力，实现实际工艺粉尘爆炸现有风险的有效评价；又可以在未知拟建现场粉尘云浓度的前提下，得到粉尘云最大爆炸压力随粉尘中位径的函数关系，进而计算出拟建工艺中的最大爆炸压力，实现拟建工艺粉尘爆炸最高风险的有效预评价。

Description

一种低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法

技术领域

本发明涉及粉尘爆炸研究技术领域，尤其涉及一种低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法。

背景技术

聚乙烯属于典型的合成有机材料，结合其自身理化性质、现有事故案例可知，聚乙烯粉体具有易燃易爆性。低密度聚乙烯是聚乙烯产品中最主要的一种，它适合热塑性成型加工的各种成型工艺，主要用于制作各种薄膜产品、注塑制品、医疗器具以及吹塑中空成型制品等。近年来，国内外石化行业迅速发展，低密度聚乙烯生产装置的数量与生产能力也随之高速增长。低密度聚乙烯生产全过程中，造粒、干燥、气力输送、卸料等工艺常伴有较高浓度粉尘云的存在，同时易产生静电、电火花、机械热表面、摩擦等多种点火源，若不加以有效控制，则极易在局部空间发生粉尘爆炸事故。

粉尘云最大爆炸压力是表征粉尘爆炸危险性的重要参数，对工艺安全设计、风险评估以及事故预防控制措施的有效选取都具有重要意义。粉尘云最大爆炸压力受粉尘自身属性、粉尘云分布状态等各种因素的影响较为显著。在粉尘样品及其理化特性确定的前提下，粉尘粒度分布和粉尘云浓度成为最大爆炸压力的核心影响因素。现有技术中针对聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的相关数据仍不够全面，专门针对低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的数据则更为稀缺，且目前尚缺少适合于低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的定量评估方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法，该方法能够借助粉尘中位径、粉尘云浓度等技术参数来实现对其最大爆炸压力的快速、准确评估。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法，所述方法包括：

步骤1、选取五种不同粒度的低密度聚乙烯工业粉体作为试验样品，并利用粒度分析仪对所述试验样品的粒度分布进行分析，得到所述试验样品的中位径；

步骤2、通过调整喷粉压力和点火延迟时间，进行重复测试，得到多种粉尘云浓度和中位径条件下的最大爆炸压力数据；

步骤3、对步骤2所得到的最大爆炸压力数据进行非线性拟合，得到粉尘云最大爆炸压力随粉尘中位径、粉尘云浓度的函数关系；

步骤4、根据步骤3得到的函数关系，在已知现场粉尘云浓度的前提下基于粉尘中位径、粉尘云浓度来计算出实际工艺中的真实最大爆炸压力；

步骤5、对步骤2所得到的最大爆炸压力数据进行对比分析，得到不同中位径对应的的最大爆炸压力数据；

步骤6、对步骤5所得到的最大爆炸压力数据进行非线性拟合，得到最大爆炸压力随中位径变化的函数关系；

步骤7、根据步骤6得到的函数关系，在现场粉尘云浓度未知的前提下基于粉尘粒度分布来计算出拟建工艺中的最大爆炸压力。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法既可以在不了解现场低密度聚乙烯粉尘云浓度的前提下基于粉尘粒度分布预测出最大爆炸压力，进而实现拟建工艺粉尘爆炸最高风险的有效预评价；同时也可以在已知现场粉尘云浓度的前提下基于粉尘粒度分布、粉尘云浓度来预测出实际工艺条件下的最大爆炸压力，进而实现实际工艺粉尘爆炸现有风险的有效评价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法流程示意图；

图2为本发明实施例所举实例所采用的标准球形爆炸测试装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、选取五种不同粒度的低密度聚乙烯工业粉体作为试验样品，并利用粒度分析仪对所述试验样品的粒度分布进行分析，得到所述试验样品的中位径；

以具体的实例来说，选取的试验样品可以包括五种不同粒度，首先对所述试验样品进行24小时烘干；

然后利用粒度分析仪对该五种试验样品的粒度分布进行分析，得到所述试验样品的中位径依次为13.74μm、38.87μm、62.15μm、82.97μm和120.8μm。

步骤2、通过调整喷粉压力和点火延迟时间，进行重复测试，得到多种特定粉尘云浓度和中位径条件下的最大爆炸压力数据；

该步骤中，具体可以参照GB/T 16426-1996《粉尘云最大爆炸压力和最大压力上升速率测定方法》，采用20L标准球形爆炸测试装置来测试所述试验样品在不同粉尘云浓度和不同中位径条件下的粉尘云最大爆炸压力数据。

举例来说，如图2所示为本发明实施例所举实例所采用的标准球形爆炸测试装置的结构示意图，该装置包括有罐体1、压力表2、阀门3、真空泵4、阀门5、粉尘扩散器6、压缩空气瓶7、阀门8、阀门9、粉尘仓10、气动阀11、自动控制与数据采集系统12、压力传感器13、化学点火头14、点火电极15、罐体上盖16和压力表17，基于该测试装置，完整的测试过程为：

1)首先打开罐体上盖16，将一个10KJ化学点火头14固定在两个点火电极15中间。

2)将一定量经过24小时烘干的某低密度聚乙烯粉体样品装填至粉尘仓10，拧紧粉尘仓盖和罐体上盖16。

3)手动打开阀门9，在实时监控压力表17的前提下，借助压缩空气瓶7中的气体将粉尘仓10内的压力加压至预设的喷粉压力，然后关闭阀门9。

4)打开阀门3，根据定容条件下容积和压强的关系，结合预设的喷粉压力，在实时监控压力表2的前提下，借助真空泵4将罐体1抽成特定的负压状态，以确保喷粉以后和点燃瞬间罐体1内为标准大气压，然后关闭阀门3。

5)通过自动控制与数据采集系统12设置预设的点火延迟时间。

6)通过自动控制与数据采集系统12打开粉尘仓10前端的气动阀11，向罐体1内部喷粉，通过粉尘扩散器6形成粉尘云。

7)通过自动控制与数据采集系统12释放能量，通过点火电极15激发化学点火头14发生起爆，进而点燃粉尘云。

8)借助压力传感器13和自动控制与数据采集系统12记录罐体1内瞬态爆炸压力随时间的变化数据，并通过分析得到压力峰值(本次测试得到的最大爆炸压力)存储数据。

9)手动缓慢打开阀门5，对罐体1进行手动泄压，同时监控压力表2，当罐体1内压力等于室内环境压力时，关闭阀门5。

10)手动打开罐体上盖16、阀门8、阀门9，通过自动控制与数据采集系统12打开气动阀11，借助压缩空气对罐体1和粉尘仓10进行换气，清理罐体1和粉尘仓10内部残留固体和气体，然后关闭阀门8、阀门9，准备下一次实验。

举例来说，以五组试验样品为例，中位径依次为13.74μm、38.87μm、62.15μm、82.97μm和120.8μm，所得到的多种特定粉尘云浓度和中位径条件下的最大爆炸压力数据如下表1所示：

表1

步骤3、对步骤2所得到的最大爆炸压力数据进行非线性拟合，得到粉尘云最大爆炸压力随粉尘中位径、粉尘云浓度的函数关系；

这里，所得到的粉尘云最大爆炸压力随粉尘中位径、粉尘云浓度的函数关系具体表示为：

式中，P_max为粉尘云最大爆炸压力，单位为MPa；D_m为中位径，单位为μm；C为粉尘云浓度，单位为g·m^-3。

步骤4、根据步骤3得到的函数关系，在已知现场粉尘云浓度的前提下基于粉尘粒度分布、粉尘云浓度来预测实际工艺条件下的爆炸压力；

在该步骤中，具体根据步骤3得到的函数关系，在已知现场粉尘云浓度的前提下，基于粉尘粒度分布、粉尘云浓度来计算出实际工艺条件下中的真实最大爆炸压力；

这里，具体可以在获取工艺现场粉尘云浓度的前提下，将粉尘中位径、粉尘云浓度两个参数代入上述步骤3的函数关系中，从而得到实际工艺条件下的真实最大爆炸压力，进而实现实际工艺粉尘爆炸现有风险的有效评价。

步骤5、对步骤2所得到的最大爆炸压力数据进行对比分析，得到不同中位径条件下的最大爆炸压力数据；

举例来说，以五组试验样品为例，中位径依次为13.74μm、38.87μm、62.15μm、82.97μm和120.8μm，所得到的不同中位径条件下的最大爆炸压力数据如下表2所示：

表2

步骤6、对步骤5所得到的最大爆炸压力数据进行非线性拟合，得到最大爆炸压力随中位径变化的函数关系；

这里，所得到的最大爆炸压力随中位径变化的函数关系具体表示为：

P_max＝(1.37193+0.00641D_m)^-1

其中，P_max为最大爆炸压力；D_m为中位径。

步骤7、根据步骤6得到的函数关系，在现场粉尘云浓度未知的前提下基于粉尘粒度分布预测出最大爆炸压力。

这里，具体在拟建工艺现场粉尘云浓度未知的前提下，将粉尘中位径数据代入步骤6的函数关系中，从而预测出最大爆炸压力，进而实现拟建工艺粉尘爆炸最高风险的有效评价。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

下面以具体的应用实例对上述预测方法进行详细说明：

应用实例1、某化工企业现有一套低密度聚乙烯粉体生产工艺。该工艺中，在气力输送管道和料仓中存在粉尘爆炸风险。按照国家安全生产监管的有关要求，目前需要对该工艺的安全风险现状进行评价。评价过程中，需要充分了解以上两个部位的粉尘云爆炸压力，进而有效评价出该生产工艺的粉尘爆炸风险。

采用以下方式获取最大爆炸压力数据。

1)借助粉尘云浓度测试仪器测试得到气力输送管道和料仓中的低密度聚乙烯粉尘云浓度。

2)在气体输送管道和料仓中分别采样，得到一定量的低密度聚乙烯粉尘样品。

3)借助粒度分析仪器测试得到两个部位粉尘样品的中位径。

4)将两个部位的中位径、粉尘云浓度数据依次代入上述实施例步骤3的函数关系中，计算得到气力输送管道和料仓中的粉尘云最大爆炸压力数据。

应用实例2、某化工企业现有一套低密度聚乙烯粉体生产工艺。目前，该企业从环保和职业安全健康的角度出发，计划在生产工艺末端增加一台干式布袋除尘器，用来收集生产过程中残余的低密度聚乙烯粉尘。该除尘器在运行过程中存在粉尘爆炸风险。按照国家安全生产监管的有关要求，该工艺改建施工之前，需要对改建工艺进行安全预评价。预评价过程中，需要掌握该除尘器内部粉尘云的最大爆炸压力，进而可以有效评价出该除尘器的最大爆炸风险。在未知该除尘器内部粉尘云浓度的前提下，采用以下方式获取最大爆炸压力数据。

1)在除尘器安装部位的局部区域内，采样得到一定量的低密度聚乙烯粉尘样品。

2)借助粒度分析仪器测试得到粉尘样品的中位径。

3)将中位径数据代入上述实施例步骤7的函数关系中，计算得到拟新增除尘器中的粉尘云最大爆炸压力数据。

综上所述，本发明实施例所述方法既可以在不了解工艺现场低密度聚乙烯粉尘云浓度的前提下基于粉尘粒度分布计算出最大爆炸压力，进而实现拟建工艺粉尘爆炸最高风险的安全预评价；同时也可以在已知工艺现场粉尘云浓度的前提下基于粉尘粒度分布、粉尘云浓度来计算出实际工艺条件下的真实最大爆炸压力，进而实现实际工艺粉尘爆炸现有风险的有效评价。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、选取五种不同粒度的低密度聚乙烯工业粉体作为试验样品，并利用粒度分析仪对所述试验样品的粒度分布进行分析，得到所述试验样品的中位径；

步骤2、通过调整喷粉压力和点火延迟时间，进行重复测试，得到多种特定粉尘云浓度和中位径条件下的最大爆炸压力数据；

步骤3、对步骤2所得到的最大爆炸压力数据进行非线性拟合，得到粉尘云最大爆炸压力随粉尘中位径、粉尘云浓度的函数关系；其中，所得到的粉尘云最大爆炸压力随粉尘中位径、粉尘云浓度的函数关系具体表示为：

式中，P_max为粉尘云最大爆炸压力，单位为MPa；D_m为中位径，单位为μm；C为粉尘云浓度，单位为g·m^-3；

步骤4、根据步骤3得到的函数关系，在已知工艺现场粉尘云浓度的前提下，基于粉尘粒度分布、粉尘云浓度来计算出实际工艺中的真实最大爆炸压力；

步骤5、对步骤2所得到的最大爆炸压力数据进行对比分析，得到不同中位径条件下的最大爆炸压力数据；

步骤6、对步骤5所得到的最大爆炸压力数据进行非线性拟合，得到最大爆炸压力随中位径变化的函数关系；其中，所得到的最大爆炸压力随中位径变化的函数关系具体表示为：

P_max＝(1.37193+0.00641D_m)^-1

其中，P_max为最大爆炸压力；D_m为中位径；

步骤7、根据步骤6得到的函数关系，在工艺现场粉尘云浓度未知的前提下，基于粉尘粒度分布来计算出拟建工艺中的最大爆炸压力。

2.根据权利要求1所述低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法，其特征在于，在步骤1中，利用粒度分析仪对所述试验样品的粒度分布进行分析，得到所述试验样品的中位径的过程具体为：

所选取的试验样品包括五种不同粒度，首先对所述试验样品进行24小时烘干；

然后利用粒度分析仪器对该五种试验样品的粒度分布进行分析，得到所述试验样品的中位径依次为13.74μm、38.87μm、62.15μm、82.97μm和120.8μm。

3.根据权利要求1所述低密度聚乙烯粉尘云最大爆炸压力的评估方法，其特征在于，在步骤2中，测试最大爆炸压力的具体过程为：

采用20L标准球形爆炸测试装置来测试所述试验样品在不同粉尘云浓度和不同中位径条件下的粉尘云爆炸压力。

Images