爆炸技术

爆炸技术（精选十篇）

爆炸技术 篇1

1961年美国的Decarli［１］在受冲击后的石墨中发现有金刚石的证据,Decarli的工作开创了“爆炸纳米多晶金刚石”的诞生,从1968年［２］至今的40多年中无论从实验和理论上都证实石墨转变为金刚石的转变压力(动态)应在40GPa,冲击温度也应达到≥2000K［３］上下。如果采用将炸药和粉末直接混在一起的爆炸方法,所用的这些炸药密度约1.2g/cm３,爆速6000m/s上下,其爆轰压力PＨ≈11GPa,是不能期望将石墨转变为金刚石的。即使采用金属盒如圆管,内装粉末,而在外部直接贴上密度≥1.6g/cm２,爆速上7500m/s台阶的高爆速炸药直接爆炸的技术,收效也甚微,通用的方式只能是采用高速飞片(或高速飞管)打击粉末体的办法。更有甚者,即使飞片速度达到3000m/s以上,但如被冲击的粉末是纯石墨,则其压力也不可能达到≥40GPa,必须在粉末中加入某种高密度的金属粉,如钴、铜、铁等粉末,当击波进入混合粉体后,这些金属粉起着“打击板”的作用,才能提高冲击压力值,可是这样一来,被冲击粉末成为二相粉末了,二相粉末中的冲击波理论:包括二相粉末的状态方程?如何求冲击压力和波速?二相粉末如何卸载?这些问题又都成了难题。因此,“爆炸纳米多晶金刚石”对爆炸加工力学的理论与技术提出了创新的要求。但本文暂不涉及为解决新理论技术而创立的新工艺技术。

2 爆炸纳米多晶金刚石中的爆炸加工力学的创新理论与技术

2.1 创立药柱在水中爆炸形成轴对称一维的飞片飞行的速度计算公式

以平面飞片打击来说,必须解决如何去求出平面飞片飞行速度的理论方法,即选择好炸药后,测出其密度与爆速值,然后确定炸药与飞片的质量比R=ρｏδｏ/ρδ,其中ρｏ、δｏ是炸药的密度与药柱高度,ρ、δ是飞片材料的密度与厚度,由于在水中爆炸,炸药爆后产生的爆轰气体流场实际上是二维轴对称流场,应用过去在爆炸加工中应用过的Gurney与Aziz公式［４］去求飞片速度已经不再符合实际,因此要创立一个新的计算公式,笔者实际上是把二维轴对称流场简化为轴对称一维后,把理想一维的Aziz公式经过修正,并通过实测验证,提出张凯― Aziz公式,其理论计算值与实验基本符合。

2.2 创立一个新的计算力学模型

金刚石转化率的高低取决于击波在粉体中造成的压力和温度,因此如何去求出粉体中的压力和温度就成为爆炸纳米多晶金刚石学术研究中的首要问题了。在冲击力学理论中求冲击压力时首先要知道材料的状态方程(本构方程),如果飞片材料是钢,粉末是单纯石墨,都是单相组织,其各自的状态方程都可查到,运用一般计算爆炸力学方法求出压力是不难的。但如前面所述,实际粉末如果是金属粉和石墨粉的二相粉末的话,二相混合粉末的状态方程在现存的爆炸力学文献中几乎没有,没有状态方程,是无法进行计算的,于是就要建立一个与实际相符的独特的力学计算模型,用此力学模型去计算冲击压力。笔者从1991年7月开始研究直到2003年6月,大约已做了200余炮石墨掺金属的混合粉的爆炸实验,为了调正参数,几乎对每一炮都做相应的压力与温度计算,计算方法都按“均布理论”的力学模型来计算,这个“均布理论”是从邵丙璜教授在1977年发表的论文:“平面飞片作用下石墨相变为金刚石的热力学参量计算”［５］学得的,所谓“均布理论”是指不管金属粉与石墨粉的颗粒度大小,一概认为颗粒都是无限细的,是理想均匀分布的,似乎在理论上构成一个单相组织,然后用热力学来推导这种均相分布粉末的莫乃汉方程(本构方程)。

可提出一个实际算例:对某一混合比例的铜/石墨粉,推出的均相分布理论下的莫乃汉状态方程为

粉末的初装密度,用飞片打击此混合粉末。根据均相分布理论求出的压力和温度是:p|均布=4.320959×10４MPa,T|均布=2406K,卸载温度T|均布=1687.9K(1414.7℃)。而按笔者本人在2006年创立的新力学模型计算得到的压力是:p=7.91303×10４MPa,温度T=2016.9K,卸载温度T＊=1174.7K(901.5℃);“均相分布理论”算出的压力太低,仅比石墨能转变为金刚石起始点pｅｇ=4.3118×10４MPa大微乎其微。如果计算正确的话,基本上就不会有太多的金刚石产生;而温度又太高,特别是卸载温度居然达到1414.7℃。如果真是这样,早就全部逆变。所以均相分布理论不被实验所证实。正是这样一个计算理论,将笔者引入了15年的理论迷茫之路,但世事总是正反相依的,正是这个迷途又将我带入创新之路。

2.3 粉体内空隙率的作用———提出空隙分配理论

实施爆炸技术的准备工作中,先要制作出一个粉体来,一般都由通用的压力机来制作,粉体的密度应该比其结晶密度低,所以粉体中都存在空隙,不抽真空时,在空隙中存在空气,事实上,压好的粉体很难抽真空。空隙率的大小是影响冲击温度高低的重要因素,一般空隙率大,冲击压力就低,但冲击温度变高,在爆炸纳米多晶金刚石研究中,空隙率从10% 到30%都有。既然粉体中一定有空隙存在,则就产生了一个理论问题:冲击波通过粉体时,实际上是制造出了一个流场,即使是一维应变的流场,在这个流场内,金属颗粒、石墨颗粒、还有空隙都随时间(t)、位置(x)而变化,可以这样来理解,金属是带有空隙的松装金属,石墨也是帶有空隙的松装石墨,这二种物质在流场内不断地发生碰撞、压缩、剪切,最终产生击波压力和温度,这个压力、温度又高底依赖于空隙率的大小,那末就要问,粉末中金属粉和石墨粉各占多少空隙率呢?依据什么来判定空隙的分配率呢?这确实是一个很难回答的问题,但不解决空隙率的分配,真正的压力计算仍无法进行下去。笔者在2012年提出了一个二相粉末在一维应变流场中的空隙分配理论［６］:“带空隙度的两种不同粉末介质的混合粉体,在产生一维应变的击波作用下,在击波波阵面应只有一个波速,为满足此要求,此时不同粉末介质会自动调节占有空隙率的分配,使击波通过具有不同空隙度的不同介质粉体时的波速达到一致。”(笔者认为鉴于此理论的重要性,应命名为凯氏空隙分配理论。)

2.4 发现粉体空隙内残存空气发生可怕的“绝热压缩”

1997年秋冬之交在吉林烟筒山石墨矿做金刚石爆炸试验［７］。粉盒装置和炸药装置如图1和图2所示。

粉盒中装90/10= 铜/石墨粉299.4 克,初装密度86.3%,飞片厚度5.5mm,药柱沿轴向由上端引爆,侧向有水泥套,药柱由两种炸药组成,下部塑性炸药716克,ρ０=1.6g/cm３,爆速Vｄ=7600m/s,上部自制85/15=RDX/环氧炸药1210克,ρ０=1.328g/cm３,Vｄ=6898m/s。飞片速度Vｐ=2562m/s(计算值,未实测)。

爆炸后,粉盒外部丝毫未破,按理,应100% 回收,即应回收29.9克石墨粉,可打开一看,有一半多粉末完全烧焦,仅回收未烧焦石墨粉11.5克,只占总量的40%,烧焦粉全在粉盒底部,铜粉已完全达到融化状态,盒铁底板表面亦呈现熔化表象,铜的烧焦程度异常,无法从铁板上铲下,与铁完全熔化在一起了,铜在常压下的熔点是1083℃。可铜在高压52万atm下,熔点将达到2880℃左右,这样,铜的融化是在压力卸载后常压下熔化的吗?还是在高压下已经开始熔化了的呢?还不好早下定论,但据铁板表面已熔化的迹象看,该处温度至少在1600℃以上。

这个试验是1997 年入冬时做的,一直到2006年,在笔者自己已创立计算压力模型后,用自己的计算模型作了重新计算,计算结果是

按笔者现在对金刚石理论的洞悉知识,可以明确地说,6.7155X10４MPa的压力是非常好的,但温度太低,1469.8K的温度是不会有任何金刚石产生的,在一定的压力窗口下,至少大于pｅｇ=4.3118X10４MPa下,产生金刚石的温度窗口大致在1800~2200K,低于1800K,一般不会产生金刚石,但这次试验从爆炸回收的11.5 克石墨中用Hclo４处理后,但未经HF提纯处理,有0.7克毛金刚石,毛转化率有6.08%,可以肯定有金刚石产生了。这说明,除了冲击压缩外,一定还有另外的附加温度产生,这个附加温度在装粉装置的上部有400℃还多,亦即这个试验中的粉盒上部由于附加温度使压缩的温度上升到1800K多度,产生了金刚石。而在粉盒下部由于更大的附加温度又可能使粉末的温度达到≥2600K甚至更高(即T>2300℃),从而使钢板表面熔化,石墨带着铜粉烧焦,这附加温度的来源就是粉体原空隙中存在的空气,实际上,粉末空隙中的空气在1cm３体积中只有0.1368cm３。全部装粉体积50.724cm３,所有空隙体积只有6.939cm３,空气量只有6.939×0.001225=0.008500327克。这些气体虽然量很小,在冲击波的驱赶下全部被赶到装粉盒的底部,在冲击压力p=6.67155×10４MPa的压缩下,产生绝热压缩。粉体空隙中的残存空气会产生可怕的绝热压缩,国际上在这一学术领域中,这一理论是笔者在1997年首先在实验中发现的,整整过了9年,到2006年笔者才完全从理论上给予解决了,又过了8年,到2014年我才在成都召开的中国材料大会粉末组公开于世界,也就是说,这个问题从发现到公布经过17年,不容易呀!但重要的是要创造一种全新工艺技术去避免绝热压缩产生,我们做到了。

2.5 发现飞片下的气体不能向侧向排出,最终产生绝热压缩,形成巨大速度气流刀［８］

在爆炸合成和爆炸压实研究中,大多采用平面飞片打击方法来进行压力加载,且大多数实验都在常压空气下进行,即飞片飞行路程中是常压下的空气而不是真空的,迄今从事爆炸力学的学者大都认定:平面飞片下的空气随着飞片向下飞行,空气会向飞片四周自然排出,不会对飞片飞行构成大的阻力,且一般飞片飞行距离很短,飞片下体积内的常压气体量是个很小的量,怎么可能造成聚能效应呢?

2006年在阜新矿务局12厂,在他们的一个直径Ф1800×2000的壁厚为20mm的旧罐中试爆一次实验,见图3。飞片下的空间的空气量(大气状态下)为0.8876克。药柱上端的引爆药柱中间有惰性块,雷管引爆后,先将主装药柱的周边上部引爆,这样在主装药柱内造成的爆轰波面在中心区域是一个汇聚的球面波,迫使爆轰波面呈图3右侧形状,从而使得飞片的飞行姿态亦呈同样形态,当飞片以这样的形态打击粉盒盒盖时,原飞片下的大部分气体都集聚在CDA这个凹形区域内,而不从侧向流出,当飞片最终强行压向粉盒表面时,飞片下的向内凹形总会逐渐消失,而被压缩在凹形内的气体被绝热压缩到与飞片打击粉盒铁盖时的压力相等,凹坑内气体会被强迫从其四周侧向冲开一道细缝排出,速度会达到5万米/秒以上,高速气体喷出正好遇上同步飞下的3mm塑料板,塑料板自然将喷来气体挡住,由于飞片下冲出的气流方向一定偏向上方一个角度,是绝不可能沿水平方向喷出,从而塑料板在锋利的气流冲刷下会瞬态地被弯曲成图3下面那个图的形状,在塑料板还未被冲破以前,已将气流折转成近180°方向,向下冲去,气流成为一个“气刀”,将粉盒边缘10mm厚的铁边缘切去,切口光滑,无丝毫凹凸粗糙不平的冲刷痕迹,犹如“快刀断发”之利,足见“气刀”能量之巨。

爆炸是在一个 Ф1800×2000的由20mm厚锅炉钢板制作的埋在地下的旧罐中进行的,口与地表平,离罐口周围1m远处围有网眼约30mm大小的铁细网,高约3m,图3 的爆炸装置采用悬挂式挂在离罐口约0.8m的半空中,在罐底正中放一个高0.6m内装200mm高湿锯末的半截子油桶,来承接回收任务。爆炸后,罐壁完好,无任何裂缝,罐底有一个裂缝,但没有发现粉盒残片,而在罐口地面发现2块粉盒碎块,每个碎块大约是原盒圈的1/4左右。这两碎块定是粉盒高速砸向罐底,碎成4块后,两块落在铁丝网内,而另两块穿越网高飞到网外去了,碎块飞越高度会超过5m。查看捡回来的两个碎块,看出粉盒外缘从 Ф150mm到Ф184mm厚度10mm的边缘部分完全被气流切去,切口处气流流动痕迹非常清晰.取回那个装有湿锯末的半高油桶,虽已变形,但仍保持一个整体,并未破碎,粉盒内的粉末大都还在,且都呈未被冲击压缩的情况,还是装粉前状态;粉末未被飞片打击压实,是因粉盒已具有了相当大速度,甚至可能与飞片速度同一水平,从而飞片就达不到冲击粉末的结果。

阜新的这次试验,是一次非常重大的科学发现:“飞片飞行达到一定速度后,飞片下的气体大部分无法从飞片下排出,当飞片打击靶板时,气体会形成绝热压缩,产生极高速的气流,形成气流刀”,这件事足以让搞这一学科的科学家们惊讶莫名!笔者把这个实验结果另一重要实验结果(未列入本文)写成一篇论文“论平面飞片下气体绝热压缩后的聚能效应”2010年3月24日投到爆炸与冲击杂志。但一年之后,接到了稿件处理意见:“退稿”;二位审稿者意见一致是:“从来没有见到过飞片压缩空气会有如此巨大喷射这样的现象”,后来经过笔者严正的“科学争鸣”,和多位科学家的争论,论文终于在2011年发表了。这件事说明笔者在实验中的新科学发现,是国际上的首先发现者与解决者,只是目前难于被多数专家所理解而已。目前已创造了独特工艺防止这种“超速气流刀”对爆炸纳米多晶金刚石合成和固接的影响。

2.6 新装粉理论的形成和应用

笔者从1991到2013年的22年研究历程中,一直是恁直觉感性去确定装粉量的,最后根据获得的转化率再确定装粉量是否合理,这就是说,“装粉技术”一直没有上升到理论的水平,“装粉技术”应该是计算爆炸力学在爆炸纳米多晶金刚石生产中一项极为重要的实际应用,它关系金刚石的转化率和生产成本的升降,也是企业领导人,技术指挥者在生产中强大“自信”的表现。这项理论与击波通过二相粉体时发生的“波的追赶”,即“稀疏波对击波的追赶”有关。2013年笔者已顺利的运用计算爆炸力学方法推导出新装粉理论,已应用于实际生产。

2.7 石墨通过爆炸相变为金刚石的新结构位置转变模型［１０］

防止粉尘爆炸技术措施 篇2

1、粉尘爆炸的特点

粉尘爆炸就是悬浮物于空气中的粉尘颗粒与空气中的氧气充分接触，在特定条件下瞬时完成的氧化反应，反应中放出大量热量，进而产生高温、高压的现象。任何粉尘爆炸都必须具备这样三个条件： 点火源； 可燃细粉尘；

粉尘悬浮于空气中且达到爆炸浓度极限范围。

(1)粉尘爆炸要比可燃物质及可燃气体复杂一般地，可燃粉尘悬浮于空气中形成在爆炸浓度范围内的粉尘云，在点火源作用下，与点火源接触的部分粉尘首先被点燃并形成一个小火球。在这个小火球燃烧放出的热量作用下，使得周围临近粉尘被加热、温度升高、着火燃烧现象产生，这样火球就将迅速扩大而形成粉尘爆炸。粉尘爆炸的难易程度和剧烈程度与粉尘的物理、化学性质以及周围空气条件密切相关。一般地，燃烧热越大、颗粒越细，活性越高的粉尘，发生爆炸的危险性越大；轻的悬浮物可燃物质的爆炸危险性较大；空气中氧气含量高时，粉尘易被燃点，爆炸也较为剧烈。由于水分具有抑制爆炸的作用，所以粉尘和气体越干燥，则发生爆炸的危险性越大。

(2)粉尘爆炸发生之后，往往会产生二次爆炸这是由于在第一次爆炸时，有不少粉尘沉积在一起，其浓度超过了粉尘爆炸的上限浓度值而不能爆炸。但是，当第一次爆炸形成的冲击波或气浪将沉积粉尘重新扬起时，在空中与空气混合，浓度在粉尘爆炸范围内，就可能紧接着产生二次爆炸。第二次爆炸所造成的灾害往往比第一次爆炸要严重得多。

国内某铝品生产厂1963年发生的尘爆炸事故的直接原因是排风机叶轮与吸入口端面摩擦起火引起的。风机吸入口处的虾米弯及裤衩三通气流不畅，容易积尘。特别是停机时更容易滞留粉尘，一旦启动，沉积的粉尘被扬起，很快达到爆炸下限，引起粉尘爆炸。

(3)粉尘爆炸的机理可燃粉尘在空气中燃烧时会释放出能量，井产生大量气体，而释放出能量的快慢即燃烧速度的大小与粉体暴露在空气中的面积有关。因此，对于同一种固体物质的粉体，其粒度越小，比表面积则越大，燃烧扩散就越快。如果这种固体的粒度很细。以至可悬浮起来，一旦有点火源使之引燃，则可在极短的时间内释放出大量的能量。这些能量来不及散逸到周围环境中去，致使该空间内气体受到加热并绝热膨胀，而另一方面粉体燃烧时产生大量的气体，会使体系形成局部高压，以致产生爆炸及传播，这就是通常称作的粉尘爆炸。(4)粉尘爆炸与燃烧的区别大块的固体可燃物的燃烧是以近于平行层向内部推进，例如煤的燃烧等。这种燃烧能量的释放比较缓慢。所产生的热量和气体可以迅速逸散。可燃性粉尘的堆状燃烧，在通风良好的情况下形成明火燃烧，而在通风不好的情况下。可形成无烟或焰的隐燃。

可燃粉尘燃烧时有几个阶段： 第一阶段，表面粉也被加热；

第二阶段，表面层气化，溢出挥发分； 第三阶段，挥发分发生气相燃烧。

超细粉体发生爆炸也是一个较为复杂的过程，由于粉尘云的尺度一般较小，而火焰传播速度较快，每秒几百米，因此在粉尘中心发生火源点火，在不到0.1s的时间内就可燃遍整个粉尘云。在此过程中，如果粉尘已燃尽，则会生成最高的压强；若未燃尽，则生成较低的压强。可燃粒子是否能燃完，取决于粒子的尺寸和燃烧深度。

(5)可燃粉尘分类粉体按其可燃性可划分为两类：一类为可燃；一类为非可燃。可燃粉体的分类方法和标准在不同的国家有所不同。

美国将可燃粉体划为Ⅱ级危险品，同时又将其中的金属粉、含碳粉尘、谷物粉尘列入不同的组。美国制定的分类方法是按被测粉体在标准试验装置内发生粉尘爆炸时所得升压速度来进行分类，并划分为三个等级。我国目前尚未见到关于可燃粉尘分类的现成标准。

2、粉尘浓度和颗粒对爆炸的影响

(1)粉尘浓度可燃粉尘爆炸也存在粉尘浓度的上下限。该值受点火能量、氧浓度、粉体粒度、粉体品种、水分等多种因素的影响。采用简化公式，可估算出爆炸极限，一般而言粉尘爆炸下限浓度为20～60g/m3，上限介于2～6kg/m3。上限受到多种因素的影响，其值不如下限易确定，通常也不易达到上限的浓度。所以，下限值更重要、更有用。从物理意义上讲，粉尘浓度上下限值反映了粒子间距离对粒子燃烧火焰传播的影响，若粒子间距离达到使燃烧火焰不能延伸至相邻粒子时，则燃烧就不能继续进行(传播)，爆炸也就不会发生；此时粉尘浓度即低于爆炸的下限浓度值。若粒子间的距离过小，粒子间氧不足以提供充分燃烧条件，也就不能形成爆炸，此时粒子浓度即高于上限值。

(2)粉体粒度可燃物粉体颗粒大于400um时，所形成的粉尘云不再具有可爆性。但对于超细粉体当其粒度在10um以下时则具有较大的危险性。应引起注意的是，有时即使粉体的平均粒度大于400um，但其中往往也含有较细的粉体，这少部分的粉体也具备爆炸性。虽然粉体的粒度对爆炸性能影响的规律性并不强，但粉体的尺寸越小，其比表面就越大，燃烧就越快，压强升高速度随之呈线性增加。在一定条件下最大压强变化不大，因为这是取决于燃烧时发出的总能量，而与释放能量的速度并无明显的关系。

3、粉尘爆炸的技术措施燃烧反应需要有可燃物质和氧气，还需要有一定能量的点火源。对于粉尘爆炸来说应具备三个要素：点火源；可燃细粉尘；粉尘悬浮于空气中，形成在爆炸浓度范围内的粉尘云。这三个要素同时存在才会发生爆炸。因此，只要消除其中一条件即可防止爆炸的发生。在袋式除尘器中常采用以下技术措施。

(1)防爆的结构设计措施本体结构的特殊设计中，为防止除尘器内部构件可燃粉尘的积灰，所有梁、分隔板等应设置防尘板，而防尘板斜度应小于70度。灰斗的溜角大于70度，为防止因两斗壁间夹角太小而积灰，两相邻侧板应焊上溜料板，消除粉尘的沉积，考虑到由于操作不正常和粉尘湿度大时出现灰斗结露堵寒，设计灰斗时，在灰斗壁板上对高温除尘器增加蒸汽管保温或管状电加热器。为防止灰斗蓬料，每个灰斗还需设置仓臂振动器或空气炮。1台除尘器少则2～3个灰斗，多则5～8个，在使用时会产生风量不均引起的偏斜，各灰斗内煤粉量不均，H后边的灰量大。

为解决风量不均匀问题在结构可以采取以下措施：

①在风道斜隔板上加挡风板，如图5—168所示。挡板的尺寸需根据等风量和等风压原理确定；

②再考虑到现场的实际情况的变化，在提升阀杆与阀板之间采用可调，使出口高h为变化值，以进一步修正；

③在进风支管设风量调节阀，设备运行后对各箱室风量进行调节。使各箱室风量差别控制在5%以内。

(2)采用防静电滤袋在除尘器内部，由于高浓度粉尘随在流动过程中互相摩擦，粉尘与滤布也有相互摩擦都能产生静电，静电的积集会产生火花而引起燃烧。对于脉冲清灰方式，滤袋用涤纶针刺毡，为消除涤纶针刺毡易产生静电不足，滤袋布料中中纺入导电的金属丝或碳纤维，在安装滤袋时，滤袋通过钢骨架和多孔板相连，经过壳体连入车间接地网。对于反吹风清灰的滤袋，已开发出MP922等多种防静电产品。使用效果都很好。(3)设置安全孔(阀)为将爆炸局限于袋式除尘器内部而不向其他方面扩展，设置安全孔和必不可少的消火设备，实为重要。设置安全孔的目的不是让安全孔防止发生爆炸，而是用它限制爆炸范围和减少爆炸次数。大多数处理爆炸性粉尘的除尘器都是在设置安全孔条件下进行运转的。正因为这样，安全孔的设计应保证万一出现爆炸事故，能切实起到作用；平时要加强对安全孔的维护管理。

破裂板型安全孔是用普通薄金属板制成。因为袋式除尘器箱体承受不住很大压力，所以设计破裂板的强度时应使该板在更低的压力下即被破坏。有时由于箱体长期受压使铝板产生疲劳变形以致发生破裂现象，即使这是正常的也不允许更换高强度的厚板。弹簧门型安全孔是通过增减弹簧张力来调节开启的压力。

为了保证事故时门型孔能切实起到安全作用，必须定期对其进行动作试验。安全孔的面积应该按照粉尘爆炸时的最大压力、压力增高的速度以及箱体的耐压强度之间的关系来确定，但目前尚无确切的资料。要根据袋式除尘器的形式、结构来确定安全孔面积的大小、我们认为对中小型除尘器安全孔与除尘器体积之比为1/10～1/30，对大中型除尘器其比值为1/30～1/60较为合适。遇到困难时，要适当参照其他装置预留安全防爆孔的实际确定。

①防爆板防爆板是由压力差驱动、非自动关闭的紧急泄压装置，主要用于管道或除尘设备，使它们避免因超压或真空而导致破坏。与安全阀相比，爆破片具有泄放面积大、动作灵敏、精度高、耐腐蚀和不容易堵塞等优点。爆破片可单独使用，也可与安全阀组合使用。

防爆板装置由爆破片和夹持器两部分组成，夹持器由Q235、16Mn或OCr13等材料制成，其作用是夹紧和保护防爆板，以保证爆破压力稳定。防爆板由铝、镍、不锈钢或石墨等材料制成，有不同形状：拱形防爆板的凹面朝向受压侧，爆破时发生拉伸或剪切破坏；反拱形防爆板的凸面朝向受压侧，爆破时因失稳突然翻转被刀刃割破或沿缝槽撕裂；平面形防爆板爆破时也发生拉伸或剪切破坏。

除尘器选择防爆板的耐压力应以除尘器工作压力为依据。因为除尘器本体耐压要求2000～1600Pa按设定耐压要求查资料确定泄爆阀膜破裂压力。

②防爆阀设计安全防爆阀设计主要有两种：一种是防爆板；另一种是重锤式防爆阀。前一种破裂后需更换新的板，生产要中断，遇高负压时，易坯且不易保温。后一种较前一种先进一些，在关闭状态靠重锤压，严密性差。上述两种方法都不宜采用高压脉冲清灰。为解决严密性问题，在重锤式肪爆阀上可设计防爆安全锁。其特点是：在关闭时，安全门的锁合主要是通过此锁，在遇爆炸时可自动打开进行释放，其释放力(安全力)又可通过弹簧来调整。为了使安全门受力均衡，一般根据安全门面积需设置4～6个锁不等。为使防爆门严密不漏风可设计成防爆板与安全锁的双重结构。

(4)检测和消防措施为防范于未然，在除尘系统上可采取必要的消防措施。

①消防设施。主要有水、CO2和惰性灭火剂。对于水泥厂主要采甩、CO2，而钢厂可采用氮气。

②温度的检测。为了解除尘器温度的变化情况，控制着火点，一般在除尘器入口处，灰斗上分别装上若干温度计。

③CO的检测。对于大型除尘设备因体积较大，温度计的装设是很有限的，有时在温度计测点较远处发生燃烧现象难于从温度计上反映出来。可在除尘器出口处装设一台CO检测装置，以帮助检测，只要除尘器内任何地方发生燃烧现象，烟气中的CO便会升高，此时把CO浓度升高的报警与除尘系统控制联销，以便及时停止系统除尘器的运行。

(5)设备接地措施防爆除尘器因运行安全需要常常露天布置。甚至露天布置在高大的钢结构上，根据设备接地要求，设备接地避雷成为一项必不可少的措施，但是除尘器一般不设避雷针。除尘器所有连接法兰间均增设传导性能较好的导体，导体形式可做成卡片式。也可做成线条式。线条式导体见图。卡片式导体见图。无论采用哪一种形式导体，连接必须牢固，且需表面处埋，有一定耐腐蚀功能。否则都将影响设备接地避雷效果。

(6)配套部件防爆在除尘器防爆措施中选择防爆部件是必不可少的。防爆除尘器忌讳运行工况中的粉尘窜入电气负载内诱发诱导产生爆炸危险。

除尘器运行时电气负载、元件在电流传输接触时，甚至导通中也难免产生电击火化，放电火花诱导超过极限浓度的尘源气体爆炸也是极易发生的事，电气负载元件必须全部选用防爆型部件，杜绝爆炸诱导因素产生。保证设备运行和操作安全。例如，脉冲除尘器的脉冲阀、提升阀用的电磁阀都应当用防爆产品。

(7)防止火星混入措施在处理木屑锅炉、稻壳锅炉、铝再生炉和冶炼炉等废气的袋式除尘器中，炉子中的已燃粉尘有可能随风管气流进入箱体，而使堆积在滤布上的粉尘着火，造成事故。

为防止火星进入袋式除尘器，应采取如下措施。①设置预除尘器和冷却管道。图为设有旋风除尘器或惰性除尘器作为预除尘器，以捕集粗粒粉尘和火星。用这种方法太细的微粒火星不易捕集，多数情况下微粒粉尘在进入除尘器之前能够燃尽。在预除尘器之后设置冷却管道，并控制管内流速，使之尽量低。这是一种比较可靠的技术措施，它可使气体在管内有充分的停留时间。②玲却喷雾塔。预先直接用水喷雾的气体冷却法。为保证袋式除尘器内的含尘气体安全防火，冷却用水量是控制供给的。大部分燃烧着的粉尘一经与微细水滴接触即可冷却，但是水滴却易气化，为使尚未与水滴接触的燃烧粉尘能够冷却，应有必要的空间和停留时间。

在特殊情况下，采用喷雾塔、冷却管和预除尘器等联合并用，比较彻底地防止火星混入。③火星捕集装置见图。在管道上安装火星捕集装置是一种简便可行的方法。还有的在火星通过捕集器的瞬间，可使其发出电气信号，进行报警。同时，停止操作或改变气体回路等。火星捕集器设计要求如下： a、火花捕集器用于高温烟气中的火花颗粒捕集时，设备主体材料一般采用15Mo3或16Mo，对粱、柱和平台梯子等则采用Q235，火花捕集器作为烟气预分离器时除旋转叶片一般采用15Mn外，其他材料可采用Q235；

b、设备进出口速度一般在18～25m/s之间；

c、考虑粉尘的分离效果。叶片应一定的耐磨措施和恰当的旋转角度； d、设备结构设计要考虑到高温引起的设备变形。

危险化学品爆炸案件现场勘查技术 篇3

关键词：危险化学品；案件现场；勘查技术

危险化学品火灾事故的频繁发生，使人们更加注重对案件现场勘查技术水平的提高，如何更好的将勘查技术应用于案件现场，已经成为现阶段案件调查人员的重点工作之一，我们只有充分发挥出勘查技术的作用才能在保证工作人员人身安全的前提下，更好的处理危险化学品火灾事故，避免受到二次伤害。

一、案件现场勘查内容

想要将勘查技术更好的应用于案件现场，我们首先要明确案件现场的勘查内容，从而有针对性的使用勘查技术，保证案件现场勘查结果的准确性[1]。现阶段危险化学品爆炸案件的现场勘查内容包括以下几点：

首先，爆炸物的勘查。我们首先要确定爆炸物，清楚是哪些危险化学品造成的爆炸。并且根据现场爆炸的反应情况，分析出爆炸的类型，从而采取相应的勘查技术进行勘测。

其次，引起爆炸方式的勘测。目前，危险化学品的爆炸方式分为：热能爆炸，主要是因为遇到火源或是因为局部温度太高而造成的化学品事故的发生；机械能爆炸，主要是由于危险化学品在搬运过程中产生的摩擦、撞击等引起化学品的爆炸；爆炸能，指的是利用炸药引爆危险化学物，造成事故的发生。

最后，确定危险化学品事故的性质。通常来说确定了爆炸物以及爆炸方式后，就可以确定事故发生的性质属于人为还是自然发生的，但是也有一些相对特殊的情况，为了保证勘查结果的准确性，提高案件办理的效率，我们还需对事故性质进行分析[2]。

二、案件现场勘查技术

对于危险化学品事故现场的勘查一般需要对以下几方面进行勘测处理：

1.气态物质的勘查

对气态物质的勘查主要指的是对危险化学品事故现场所遗留下来的易燃易爆气体、液体的蒸汽、物质受热分解的气体的勘查。对气态物质的勘查技术的应用主要是对案件现场空气中气态物质的存在状态、浓度进行勘查。如果气态物质在空气中的浓度较小时，我们可以利用固体吸收剂和液体吸收剂对现场大量的气体进行吸收、阻流处理，使案件现场气态物质可以进行浓缩，然后对其进行勘测处理。如果空气中的气态物质浓度较高时，我们可以直接利用真空瓶采气、经典沉降法、注射器采集法对现场的气态物质进行采集后进行勘测处理。

2.液态物质的勘查

液态物质主要指的是液态的危险化学品引发的爆炸事故[3]。因为液态化学品具有挥发性、流动性的特点，所以危险化学品的事故现场一定会有液态危险化学品挥发、流动后留下的残余物质，因此我们需要对其进行勘察处理。

在对事故现场的液态物质进行勘查时，我们应该注意以下几点问题：

第一，我们对留有液态化学品残留物的地板、木材、泥土等载体也要进行勘测，保证勘查范围的全面性，从而保证勘查结果的准确。

第二，事故现场带有痕迹的部分都要进行勘测，而且勘查的部分要具有针对性。

第三，对残留在玻璃容器内、管道内的液态物质进行勘测时，可以先对容器内的溶剂进行洗刷，之后在进行溶液的采集勘查。但是在采集的过程中我们应该注意的是采集的样品应该分为上层、中层和下层，目的是为了使勘查的结果更加全面和准确。

第四，应该将勘查过后的气态物质放置在密闭的容器内，防止液态化学品挥发，对人体造成伤害[4]。

3.固态物质的勘查

对固态危险化学品的勘查主要是对其形状、颜色、质量等一些物理性质的勘查，因此我们在勘查过程中要尽可能的确保固态化学物质不受损坏，从而保证勘查结果的有效性。

在进行固态物质的勘查时，我们需要按照以下程序进行勘查：

首先，对勘查的部分进行拍照、绘图处理，并且记录下勘查的方位等信息，之后才能进行下一步的勘查。其次，工作人员在勘查过程中需要佩戴口罩，防止危险化学品对人体造成伤害。并且对于勘查到的一些细小的化学物质的残渣碎屑等，要用透明胶进行采集，保证化学物质的残留物的完整性。再次，要对没有发生化学事故的区域进行勘测，将勘查结果与发生化学事故的区域的勘查结果作对比，了解危险化学品爆炸所产生的危害性以及对案件现场的破坏程度。最后，对于案件现场的勘查结果进行辅助说明，保证勘查结果的完整性，从而方便后续调查工作的有效展开。

三、案件现场勘查的意义

对危险化学品爆炸事故的案件现场进行勘查有利于工作人员快速找到爆炸的原因，同时可以最大限度的减少化学事故对人类造成的二次伤害，为后续的调查奠定基础，提高案件调查的效率与质量，提高危险化学品的安全水平，为人们的生命财产安全作出保证[5]。

四、结论

綜上分析可知，我们在进行危险化学品爆炸事故现场案件的勘查时，首先要明确勘查的内容，然后根据勘查范围的不同采取不同的勘查技术，保证勘查效果的准确，从而为案件后续的调查提供保障，同时也可以在一定程度上提高案件调查的效率，帮助工作人员更好的开展调查工作。

参考文献：

[1]傅晓海，俞芳，陈彬.论现场勘验人员的安全防护[J].铁道警察学院学报，2014，02：22-29.

[2]韩立峰，吕群虎，谭福民.当前爆炸案件现场勘查若干思考[J].河北公安警察职业学院学报，2006，01：28-31.

[3]谢建兵，周家铭，施祖建，郁颖蕾.危险化学品火灾爆炸事故鉴证[J].中国安全科学学报，2007，04：131-135+179.

[4]王国建，朱乐民，徐治华.爆炸案件现场勘查应先解决的几个重要问题[J].刑事技术，2007，06：38-40.

[5]王萍，肖发民，王迎春，肖凝.旅客列车爆炸案件现场的紧急处置和勘验程序[J].铁道警官高等专科学校学报，2009，01：99-102.

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煤矿瓦斯爆炸防治技术研究 篇4

关键词：煤矿瓦斯,爆炸,防治,技术

在我国的煤矿事故中, 瓦斯爆炸占恶性事故的发生概率较高, 控制好煤矿安全生产在我国瓦斯爆炸中的比例, 这也提高到了前所未有的安全高度。因此, 防止瓦斯爆炸是煤矿的安全是非常重要的。

1 瓦斯爆炸事故的主要原因分析

1.1 瓦斯爆炸的特点

根据多年的煤矿瓦斯爆炸事故的统计分析, 可以发现一些共性的特点:一是事故现场发生的煤炭开采和掘进工作面;二是瓦斯爆炸多为大事故;三是多为火花引爆;四是瓦斯爆炸的伤害范围;五是高瓦斯矿井、低瓦斯矿井发生的概率分布。

1.2 分析事故发生的原因

煤矿瓦斯爆炸事故涉及很多因素, 但在一般情况下, 主要涉及自然因素、安全技术、安全装备水平、安全意识和管理, 瓦斯爆炸事故往往是由于这些因素的相互作用的结果。

1.2.1 瓦斯积气的分布

很多原因造成煤矿瓦斯积聚, 但主要是因为通风系统不合理, 局部通风管理不善是瓦斯积聚的主要原因。比方说, 我们统计了23个个主要的瓦斯爆炸事故, 其中有14例是由于不合理的通风系统、空气回路问题造成的, 多个串联和空气流通的存在, 从而导致空气风量的不足, 造成了气体蓄积。另外由于局部风机位置安装不当, 空气管道延伸造成的空气供给不充分, 导致气体积累。

1.2.2 煤矿的开采条件不好

我国煤矿井下开采条件普遍较差, 据统计, 2013年以来全国国有重点煤矿进行了瓦斯等级鉴定, 其中高瓦斯矿井153处, 低瓦斯矿井254处, 煤与瓦斯突出矿井109处, 有自然发火矿井356处, 占64%, 有煤尘爆炸危险矿井410处。

1.2.3 开采的准备工作不足

煤矿安全设备的配置问题, 一般是第一泵后再采, 进行监测监控, 由于产量的政策还没有完全落实, 大型乡镇煤矿瓦斯事故发生时是因为没有配备瓦斯抽放系统和排水系统, 或者他们缺少有效运行, 监控系统不能发挥有效作用。

1.2.4 有火花起源存在

煤矿瓦斯爆炸的火源引爆:爆炸火花、电火花、摩擦、撞击火花、静电火花、煤炭自燃。其中爆炸火花和电气设备是瓦斯爆炸事故着火的主要来源。

2 瓦斯爆炸事故的预防措施

2.1 严格按规定绘制矿井图纸

要严格按照安全生产许可证实施办法的规定绘制矿井结构的设计图纸, 其中需要明确矿区的地质、水文状况, 就矿区入口区域的环境相关的标注, 同时, 对矿区内的巷道分布情况, 采掘任务开展情况以及整个矿区的通风系统等路线进行绘制。再者, 就矿区的再建设任务也需进行在图纸上的明确, 即对井内的运输系统、监控系统的网状分布状况在所绘制的图纸上进行科学合理的规划体现, 使得在整个生产经营的过程中, 对于井内的排水、送气、防尘等一系列保障工作能够有序开展, 进而对工作人员的工作环境进行优化与改善。

2.2 加强火源安全制度预防措施

一是地下爆破要管理严格。为了防止瓦斯爆炸井下爆破, 严格的管理是消防管理的重要组成部分。应符合安全使用炸药;地下爆破应使用防爆型易燃易爆物品。地下爆破、粉体输送、收发保管必须由专职人员提供服务, 并严格执行《煤矿安全规程》的有关规定;二是要严禁使用明火。在进行生产经营的过程中, 应当注重于对企业员工的安全生产意识进行提高, 制定并完善相关的安全管理制度, 并且对员工提出明确的需求, 即:在井口进行严格检查, 进而使得香烟、打火机等可能引发火灾的物品难以进入井内。

3 结语

矿井火灾现场救灾实践告诉我们, 矿井火灾救灾是当前技术条件下各种灾种救灾中难度最大、最危险、技术要求最强、任务最艰巨的一项工作。矿井火灾的治理难度和带来的生命财产损失往往随火灾隐患发现的时间延迟而急剧增加。无论矿井发生内因还是外因火灾, 必须在火灾发生的初始阶段及时发现隐患, 并采取治理措施予以扑灭或防止灾害扩大。

参考文献

[1]程远平, 等.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].采矿与安全工程学报, 2009, 26 (2) :127-139.

[2]念其锋, 等.煤矿瓦斯爆炸危险性的ANP-SPA评价模型及应用[J].科技导报, 2013, 31 (23) :40-44.

[3]皮燕, 等.煤矿瓦斯爆炸灾害事故的MO#space2;#RT分析[J].矿业工程研究, 2014, 3:58-65.

民用爆炸物品安全技术基础知识 篇5

1．爆炸的定义：爆炸是指物质非常急剧的物理或化学变化。在变化的过程中，伴随有能量的快速转化，内能转化为机械压缩能，且使该物质或其变化的产物或其周围的介质产生运动。2．爆炸的分类：爆炸通常可分为三类，即物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。民爆行业所牵涉的爆炸主要为化学爆炸。

3．化学爆炸是伴随着大量的热量释放、气体生成的快速化学变化。化学变化的三要素：放热、快速和气体生成。

4．炸药的定义：凡是能发生化学爆炸的物质都称作炸药。5．炸药的分类：

按其作用分：起爆药、猛炸药、火药、烟火剂； 按成分分类：单质炸药（梯恩梯、黑索今）、混合炸药（工业炸药）； 按用途分类：军用炸药、民用炸药。6．炸药的基本要求： ａ有足够的能量和威力；

ｂ对外界作用要有适中的感度；

ｃ能在一定的期限内保质其物理化学安定性及爆炸性能； ｄ原料易于取得、制造简便、安全、经济； ｅ有利于环境保护。

7．炸药的本质：本质是组成炸药的物质，其本身既含有氧化剂，又含有可燃剂。在未被激发的状态时是一种亚稳性含能物质，在受激发后表现出强自行活化性质和自供氧性质。8．炸药爆炸三要素：即放热、快速和生成气态产物。

9．炸药的感度就是敏感程度，就是炸药在外界激发作用下发生爆炸反应的难易程度。能够激发炸药发生爆炸变化的能量主要包括热能、机械能（撞击、摩擦）、火焰、冲击波、爆轰波、静电、激光、辐射能等，与之对应，炸药的感度也分为热感度、机械感度、火焰感度、冲击波感度、爆轰波感度、静电感度、激光感度、射频感度等。

10．引爆冲能是可以激发炸药爆炸变化的最小外界能。要正确理解炸药感度的概念，需要明确以下几点：

ａ不同的炸药发生爆炸变化时所需要的最小引爆冲能是不相同的，即感度不同； ｂ同一种炸药使用场合不同，能量激发的形式不同，则有不同的感度要求； ｃ同一种炸药各种感度之间有联系，但没有绝对的平行关系，感度是安全性指标（危险感度），也是可靠性指标（实用感度）；

ｄ炸药感度的大小主要取决于炸药自身的物理化学性质，同时与炸药的物理状态以及装药条件有关。

11．实用感度是指在一定的起爆方式下，如果用炸药的最小起爆能量来引爆它，该炸药能可靠地起爆，不应该出现半爆或拒爆。危险感度和炸药的安全性相联系，即在外界作用的能量低于炸药的最小起爆能时，炸药是安全的。

低危险感度是人们对炸药的永恒追求。12．热爆炸是炸药在热作用下发生的爆炸，炸药发生热爆炸的必要条件是炸药热分解的放热速度大于其向环境的散热速度。

13．热感度是炸药在热作用下发生爆炸的难易程度。炸药热感度通常用爆发点来表示，爆发点是指在一定条件下炸药被加热到爆炸时加热介质的最低温度，其中5秒钟爆发点是最常用的。爆炸介质是爆炸瞬间首先起爆的物质。延滞期是炸药加热到爆炸的时间。14．炸药的热感度与安全性

最重要的原则是根据炸药发生热分解或热爆炸的难易程度不同，保证充分的储存通风条件，限制储存炸药的量和防止炸药受外界热刺激。

使用炸药时不宜将炸药放在太阳下直晒，否则容易加热受刺激。15．炸药点火是炸药一旦遇火将会被点燃，继而发生燃烧或爆炸。

工业炸药依品种不同燃烧的稳定性略有差别，粉状炸药燃烧较平稳，含水炸药不易点火，容易断燃，起爆药遇火焰点火一般不会稳定燃烧，而是转为爆炸。16．火焰感度是指炸药在火焰作用下被点燃的难易程度。17．机械感度是炸药在机械作用下发生爆炸的难易程度。机械感度一般分为撞击感度和摩擦感度。

撞击感度是炸药在外界撞击作用下发生爆炸的难易程度。摩擦感度是炸药在摩擦作用下发生爆炸变化的难易程度。18．炸药的机械感度与安全性

炸药在生产、使用、运输等过程中很容易受到机械撞击和摩擦作用。国家统计结果表明，在民爆行业的安全事故中，半数以上是由于机械作用所致。19．静电感度

在静电火花作用下，炸药发生爆炸的难易程度叫静电感度。

当静电积累到一定程度时，在适当的条件下，就会发生静电放电现象，产生静电火花，当静电火花的能量足够大时，即可能引起炸药（如起爆药、点火药等）燃烧或爆炸，从而引起爆炸事故。

20．冲击波感度是在冲击波作用下，炸药发生爆炸的难易程度。冲击波感度是衡量炸药安全性和使用可靠性的重要指标。21．殉爆距离即炸药爆炸后引起周围一定距离处炸药也发生爆轰的现象。引发爆轰的药柱叫主动装药，被引发的则为被动装药。当两炸药柱相距足够远，冲击波不能引发被动炸药爆轰时，则该距离的最小值叫做殉爆安全距离。22．学习殉爆的目的在于：

ａ确定生产工房间的安全距离，为厂房设计提供基本数据； ｂ改进工业炸药的性能，提高在工程爆破时爆破的可靠性。

工业炸药一般规定其殉爆距离不低于3cm，这样便可保证其传爆的可靠性。23．爆轰波感度

在爆轰波作用下，炸药发生爆炸的难易程度叫爆轰波感度，它是具有化学反应的冲击波。爆轰波是没有介质作用的，冲击波有空气作为介质。

雷管引爆时必须插进炸药里2/3，否则起爆感度不够，有时候一个雷管引爆不了炸药，说明接发的能量不够，传爆不可靠。24．射频安全问题

射频安全问题在民爆物品上主要是应用电火工品的工业电雷管。工业电雷管当其脚线短接时，其放电回路拥有一个固有的振荡频率，当在这个回路上加一个一定频率的交变电磁场，便会有感应电流产生，当外加电磁场的频率和电路固有频率相等时，感应电流可达最大值，此时的感应电压也最大，这就是电谐振现象。

对于工业电雷管而言，在正常的储存、运输过程中总是要受到外来电磁场的作用，只是这种作用没有达到电谐振的状态，因而不会发生爆炸。而当电雷管所处环境有较强的电磁场存在，雷管脚线的几何状态使其固有频率刚好和外来电磁场发生电谐振时，电雷管就有可能发生爆炸，这是我们必须努力避免的。25．燃烧是伴随着发光发热的一种剧烈的化学反应。通常情况下称具有强烈放热反应的发光空间为火焰。

炸药燃烧由于炸药自身含有氧，因而不需要外界供给助燃气体，它可以在隔绝空气的情况下燃烧，燃烧的速度很快，有的还非常迅速，并可以转变为爆燃或爆轰。

炸药燃烧时如果生成气体速度大于排气速度，气体平衡被打破，压力增大，燃速加快，燃烧就变得不稳定，并可能变成爆轰。26．炸药的释能形式及其相互转化

炸药释能的三种形式即热分解、燃烧和爆轰。热分解

热分解

27．工业炸药的作功能力

炸药爆炸产物对周围介质作功的能力称为炸药的作功能力，又称威力。

作功过程是炸药爆炸时生成的高温、高压气体爆炸产物，在对外膨胀时压缩周围的介质，使其邻近的介质变形、破坏、飞散而作功。28．工业炸药的猛度

是炸药爆炸时粉碎与其接触的介质的能力，当介质处于爆轰波传播的垂直方向时，破坏作用最大。

29．工业炸药的爆速

爆速即爆轰波沿炸药传播的速度。炸药的爆轰波过程是爆轰波沿炸药一层一层地进行传播的过程。

爆轰波和冲击波的区别在于爆轰波传播时，炸药受到高温高压作用而产生快速化学反应，放出巨大能量，而放出的这部分能量又支持爆轰波对下一层未反应的炸药进行冲击压缩，因而爆轰波能够不衰减地稳定传播下去，是具有一个高速化学反应区的强冲击波。30．安全距离包括冲击波安全距离和殉爆安全距离

冲击波安全距离即防止空气冲击波对人员和建筑物损伤和破坏的最小距离。殉爆安全距离即防止炸药间相互殉爆的最小距离，也叫设防安全距离。31．炸药的安定性和相容性 炸药在常温（15℃—25℃）条件下，在不受其它外界作用时，常常以缓慢速度进行分解反应。炸药的安定性就是指在一定的条件下，保持其物理、化学和爆炸性质不发生明显变化的能力。物理的安定性主要包括吸湿性、挥发性、耐水性、渗油性、结块性、老化性、冻结性、强度等等，需要确定相应的允许贮存期限和贮存条件。

化学的安定性主要是指热安定性，即炸药热分解的性质及其速度。

炸药的相容性是指炸药与材料（包括其他炸药）相混合或相接触后，保持它的各自的物理、化学和爆炸性质不发生明显变化的能力。

当炸药与材料间不相容时，势必表现为生成气体、放热速度加快，甚至分解产物的组成也明显改变等现象，如锌可催化硝酸铵分解，锌与硝酸铵炸药是不相容的。32．民爆器材防火防爆的技术措施

安全设施大体可分为建筑安全设施和安全防护设备。

建筑安全设施包括抗爆间室和抗爆屏院；消防给水，消防雨淋系统；防雷接地系统；防护屏障及安全出口等。

安全防护设备：如防爆箱、护胸板；静电检测、导除装置；温度控制、报警装置；安全联锁装置；应急照明装置；灭火器材等。

民爆企业安全设施的基本要求是：作用可靠、随时有效。33．消防储备水量应为室内、室外消火栓系统两小时（2ｈ）的用水量。室外消防给水管管径应≥100ｍｍ。危险品总仓库应根据当地消防供水条件，设置高位水池、消防蓄水池或室外消火栓，消防用水量应按20L/ｈ（每小时20立方）计算，消防延续时间按3ｈ计算。还应配置干粉或泡沫、1211灭火剂等。

34．抗爆间室的墙和屋盖应采用现浇钢筋混凝土，抗爆间室的轻型面外面应设置抗爆屏院。35．防护屏障的高度不应小于屋檐高度。防护土堤的顶宽应≥1ｍ，底宽不应小于高度的1.5倍。

防护屏障内坡脚与建筑物外墙之间的水平距离宜≤3ｍ；在有运输特殊要求的地段，其距离应≤15ｍ。

36．危险品库房在满足安全的前提下，采用行之有效的隔离操作、自动控制和计算机监控管理等先进技术。

37．民用爆炸物品是指用于非军事目的、列入民用爆炸物品品名表的各类火药、炸药及其制品和雷管、导火索等点火、起爆器材。

38．民用爆炸物品可分为八大类：工业炸药、工业雷管、工业索类火工品、油气井用爆破器材、地震勘探用爆破器材、特种爆破器材、其他爆破器材、原材料。39．工业炸药是指用于采矿和工程爆破等作业的猛炸药。工业炸药按其组成和物理特征分为六类：即铵梯类炸药、铵油类炸药、乳化炸药、水胶炸药、硝化甘油炸药和其他炸药。40．铵梯炸药是以硝酸铵为主氧化剂，梯恩梯为敏化剂及其它可燃剂组成的粉状机械混合炸药。

铵梯油炸药（岩石型、抗水岩石型、煤矿许用型）属于铵梯类炸药，它是工业炸药从“含梯”到“无梯”的过渡性产品，与原铵梯炸药的区别在于增加了复合油相，梯恩梯含量明显减少。41．铵油类炸药是以硝酸铵和燃料油为主要成分的粉状或粒状机械混合炸药。

其主要品种有：粉状铵油炸药、多孔粒状铵油炸药、乳化粒状铵油炸药、改性铵油炸药、膨化硝铵炸药（岩石型、煤矿许用型）、现场混装乳化粒状铵油炸药。

42．乳化炸药是指一类用乳化技术制备的油包水（W/O）乳胶型抗水工业炸药。它是以氧化剂水溶液的微细液滴为分散相，悬浮在含有分散气泡或空心玻璃球或其它多孔性材料的似油物质构成的连续介质中，形成一种油包水型特殊乳状液。

粉状乳化炸药它兼有乳化炸药的主要优点又具有粉状炸药作功能力大、使用方便的特点。43．水胶炸药是以硝酸甲胺为主要敏化剂的含水炸药。

44．其他工业炸药如硝化甘油炸药、太乳炸药、粘性炸药、液体炸药、含火药炸药。目前国内生产使用量均较少。

45．炸药制品是指以炸药为主要原材料制成的民爆产品。主要有震源药柱、起爆具等等。震源药柱是用于地震勘探产生地震波的炸药柱。起爆具又称中继起爆具，是指设有安装雷管或导爆索的工艺孔，具有较高起爆感度和输出冲能的猛炸药制品。

46．工业雷管是管壳内装有起爆药和猛炸药的工业火工品。主要有火雷管、电雷管和导爆管雷管三类。

47．工业火雷管是用导火索的火焰冲能激发的工业雷管，由管壳、加强帽、起爆药和猛炸药四部分组成。

48．工业电雷管是通过桥丝的电冲能激发的工业雷管。主要有瞬发和延期产品。它是由电引火头、延期元件和火雷管三大部分组成。

49．导爆管雷管是由导爆管的冲击波冲能激发的工业雷管。产品有瞬发和延期之分，另外按抗拉性能可分为普通型和高强度型；按抗水性能可分为普通型和抗水型产品。导爆管雷管由导爆管（卡口塞）、延期元件和火雷管三大部分组成。

50．其他工业雷管有磁电雷管、继爆管和地震勘探用电雷管、油气井用电雷管等，目前生产使用量较少。

51．雷管管壳外表编码由13位编码组成。具体表示方法是：1—2位是生产企业代号“01—99”，3位是生产年份代号“0—9”，4—5位是生产月份代号“01—12”，6—7位是生产日期代号“01—31”，8位是特征号：“A—Z”或“a—z”，也可以用1位阿拉伯数字表示，9—13位是流水号，其中前3位用“000—999”表示盒流水号，后2位用“00—99”表示盒内雷管流水号。

52．补码规则：在生产过程中，因进行抽检，出现废品等原因需要进行补码，应补原雷管编码。特殊情况下，也可用专用补号编码代替。专用补号编码规则13位编码前8位含义不变，后5位流水号第1位用英文字母B表示，后4位为补码流水号。

53．编码打标应采用机械压痕或其他雕刻方法，痕迹宽度不小0.1ｍｍ，痕迹深度：纸壳不低于0.1ｍｍ，金属壳不低于0.006ｍｍ。

54．工业索类火工品是指具有连续细长装药的索状工业火工品的总和。主要有导火索、导爆索、塑料导爆管三类。

55．工业导火索是以黑火药为药芯，以一定燃速传递火焰的工业索类火工品。用于引爆火雷管，有棉线导火索和塑料导火索两类。

56．工业导爆索是以猛炸药为药芯，以一定爆速传递爆轰波的工业索类火工品。它在爆破作业中用于引爆爆炸装药。主要有棉线和塑料两种普通导爆索。

57．塑料导爆管简称导爆管，它是在塑料管内壁附有一薄层炸药，起传爆作用的一种工业索类火工品。

58．民爆产品用爆炸性原材料主要有梯恩梯、黑索今、太安、硝酸铵；起爆药、点火药、延期药、苦味酸、氯酸钾；黑火药等。

59．梯恩梯代号TNT，是一种常用单质炸药，在铵梯炸药中用作敏化剂，在起爆具中与黑索今或太安混合熔装。

梯恩梯对碱敏感，要防止接触，梯恩梯有毒，它对人的毒性主要表现为引起肝脏病和再生障碍性贫血。中毒途径是通过呼吸道吸入和皮肤吸收。

60．黑索今代号RDX，是常用的单质炸药之一，也是民爆产品中使用最广泛的一种单质炸药。在起爆具主装药、导爆索和导爆管中使用的是工业黑索今（白色），在工业雷管中使用的是纯化黑索今和紫胶造粒黑索今。黑索今的机械感度比梯恩梯高得多，在处置时必须小心谨慎。

黑索今是一种有毒物质，长期吸入微量黑索今粉尘，可发生慢性中毒，大量吸入，可发生急性中毒，症状是头痛、晕眩、恶心。

61．太安代号PETN，是常用单质炸药之一，在民爆产品中使用比较广泛。在起爆具中与梯恩梯混合熔装；在导爆索中作为芯药，有些雷管产品中用作松装炸药，太安的机械感度比黑索今还高，在处置时要特别注意。

太安的威力比黑索今略大，爆轰感度高于黑索今，容易由燃烧转爆轰，在空气中超过1ｋｇ可转为爆轰。

62．硝酸铵是工业炸药中使用量最多的一种爆炸性原材料，具有吸湿性、多晶性和结块性。硝酸铵是一种氧化剂，能够与还原剂发生反应。有在空气中自动催化热分解作用，其催化剂是水和二氧化氮，因此在储存时要注意防潮、通风、有序堆放。63．起爆药是指在较弱的初始冲能作用下即能发生爆炸，且爆炸速度在很短时间内能增至最大，易于由燃烧转爆轰的炸药。其安全性注意以下几点： ①各种起爆药及其废水都有毒； ②各种起爆药均较黑索今等单质炸药敏感得多，必须严格工艺，谨慎操作，定员限量，有效防护；

③在起爆药制造，雷管装配中要特别注意防止静电危害； ④起爆药压装在雷管中后安全性则大为提高。

64．点火药是指热感度高，点火能力强，起引火作用的烟火药。用于制造电引火头。主要有木炭系电火药（木炭+氯酸钾）、DDNP系点火药（木炭+氯酸钾+DDNP）等，在干燥状态下受到一定的撞击或摩擦作用后点火药均可发生燃烧（爆燃），量多时可发生爆炸。

65．延期药是以等速稳定燃烧，起延期作用的烟火药，用于延期雷管的延期元件装药。主要有硅系延期药（铅丹+硅+硫化锑）、钨系延期药（铬酸钡+高氯酸钾+钨）等，其机械感度与起爆药相当，应注意。

66．苦味酸是一种单质炸药，是制造DDNP等起爆药的原料。其突出特征是具有酸性，应避免与水泥地面接触。它的撞击感度较TNT高，摩擦感度、威力稍高于TNT。

67．氯酸钾是制造电雷管电引火头的原料，有较强氧化能力，与有机物、可燃剂混合后受到较强的撞击、摩擦作用，或加热到一定温度时能发生强烈爆炸。氯酸钾能被强酸分解，且常发生猛烈爆炸。

68．黑火药是制造导火索的原料，它是由硝酸钾、木炭、硫磺按一定的比例混合而成的。黑火药在火焰或火花作用下很容易引起燃烧或爆炸，它的撞击感度比黑索今还要高。69．工业炸药爆炸后其产物中的一氧化碳和氮氧化物为有毒气体，行业标准为每公斤炸药不能超过80升有毒气体即80Ｌ/ｋｇ，为环保型炸药。70．爆燃是指当工业炸药发生爆炸后，某些配方的炸药可能爆轰不完全而发生爆炸药持续燃烧的现象。这种现象非常易于引起瓦斯或矿尘爆炸。71．铵梯类炸药

优点是具有较高的爆炸性能、爆轰感度和安全性。

主要缺点是：①由于硝酸铵的存在而引起的吸湿性和结块性，故它们的有效期岩石型只有6个月，其它型号只有4个月，吸湿结块后药卷变硬，起爆困难，爆炸性能明显降低，以致产生拒爆。②铵梯炸药的敏化剂——梯恩梯对人体的生理机能有严重影响，长期接触TNT的人员易慢性中毒，导致血液系统疾患。72．铵油类炸药

优点是成本低、制作简单、机械感度低、安全性较好。其中多孔粒状铵油炸药、乳化粒状铵油炸药可以用炸药混装车在施工现场混装。

主要缺点是：①抗水性差和爆炸能力低，炸药有效期短，但岩石膨化硝铵炸药和改性硝铵炸药的爆炸性能较好，保质期可达180天。②铵油炸药也有明显的吸湿性和结块性，有的产品在贮存中还有“油铵分离”现象。73．乳化炸药

优点是抗水性强，爆炸性能好，体积威力大。机械感度低，安全性较好。多数乳化炸药产品均具有雷管感度，有效期一般为180天。

缺点是有些乳化炸药产品存在“破乳失效”问题。74．水胶炸药是含水炸药的一种： ①对撞击、摩擦、火焰等敏感性较低； ②生产、运输、贮存、使用时安全可靠； ③长贮性能好，炸药有效期均在180天以上； ④抗水性强，能量较高，有毒气体含量低； ⑤具有雷管感度，易于起爆。最大缺点是成本较高。75．震源药柱的特点是爆速较高、抗水、保质期长、安全性高。其安全指标规定将产品从6ｍ高垂直自由跌落在硬土地面上不应燃烧或爆炸。

76．起爆具的特点是有较高的起爆感度和高爆速，其安全性与所装炸药类同。其安全指标是12ｍ高自由落下，不燃不爆，产品保质期有24个月和6个月两种。

77．工业火雷管具有结构简单、使用方便、不受杂散电流及感应电威胁、成本低等优点，工业火雷管的保质期为2年。

其主要缺点是导火索——火雷管起爆是一种爆破效率低，爆破作业安全性差的起爆方式，被国家确定为限制并逐步淘汰产品。

78．工业电雷管是目前国内生产使用量最大的一类工业雷管，具有品种多、产量大、用途广等特点，在产品标准中有五项安全性指标：即抗震性能、安全电流、静电感度、耐温性能、可燃气安全度。这些性能指标越高，表明该产品的安全性越好。工业电雷管的保质期为18个月。

其缺点是易受静电、射频的危害。

79．导爆管雷管具有抗水、不受杂散电流及感应电影响，爆破网路联接形式多样等优点，其安全性指标是抗震性能，保质期为2年。是我国提倡和大力发展的产品。其缺点是存在爆破网路不便检查及单孔爆破成本较高。

80．工业导火索用作点火引爆器材，具有容易掌握、操作简便、灵活性强等优点，保质期为2年。

其缺点是由于爆破效率低、爆破作业安全性差，是国家限制并逐步淘汰产品。导火索在一般状态下可燃烧，当排气道堵塞时即转为爆炸。

81．工业导火索必须贮存在干燥、通风、温度不超过28℃，相对湿度不超过70%的库房内。在运输、贮存中注意防潮、防油污和防止压伤、折伤等机械损伤，同时避免雨淋，不应在高温、加压条件下使用。

82．导爆索的特点是爆轰需要用雷管来激发，具有安全、简便、可靠、不怕静电和杂电等优点。常与继爆管配合用于微差爆破。

普通导爆索的保质期为5年，震源导爆索为2年。

导爆索在正常状态下（量少、散开）遇火只是燃烧，但若在量多、堆积状态下燃烧则可转为爆轰。

83．塑料导爆管用火焰、撞击等方式均不能起爆，需要专用起爆器材才能激发起爆，且传爆后塑料管一般完好如初。

大爆炸之前 篇6

但这可能并非真实，就有一位物理学家敢于挑战这个问题。若他说的正确，那么在大爆炸之前，宇宙已经历了一个不可想象的久长时期。欧洲核子研究所的G范纳奇奴说：“大爆炸远不是时间的开始，它仅是宇宙历史的一个转折点。”

范氏早在20世纪90年代初，就开始对“大爆炸之前”进行探索。当时，他跟同事盖斯拍立宁对标准大爆炸模型中的一些缺点做了研究。例如，若你想象宇宙膨胀在时间上逆行(就如反向放电影)，那么它的密度和温度将不断增大，直至无限。这个无限密度的点，称为奇点，是物理学上的一个大问题。范氏说，“奇点”告诉我们，现行理论(爱氏广义相对论)不适用于宇宙的最初时刻。这是因为有一个所谓普朗克时期(大爆炸后10－43秒)，此时，引力跟自然界的其他基本力的强度大致相当，因此，要想研究奇点的物理状况，就必须用量子引力理论，而这种理论尚不存在。

但物理学家确已提出了应用量子论于引力的构想，其中最有希望的可能是弦论。按照此说，自然界的基本粒子，皆为在九维空间中振盈着的极小的“弦”。而在这九维中，除三维外，其他的维皆蜷缩到比原子还小。这种振盈的基本模式之一，表现为一种无质量的粒子，颇似假想的携带引力的“引力子”。这也是范氏要用弦论来解决奇点问题的原因。他说：“我相信，早期宇宙学是运用和检验弦论的最好地方。”

范氏发现，弦论能在零时刻，把讨厌的奇点除去，因为弦具有尺寸。若时间逆行，宇宙虽收缩，但它不致到达零体积，故奇点不会出现。在大爆炸标准模型中，奇点就像一圈砖墙，而在弦宇宙学中，则没有这样的墙，你可进入大爆炸之前的时代。

大爆炸之前具有时间，还解决了标准模型的另一问题。若你想象空间膨胀逆行(即收缩)到最早期(指10－43秒时刻)，按广义相对论，现在可观察到的宇宙中的全部物质和能量，将压缩到仅1毫米大小的容积之内。光从t=0到t=10－43秒所跑过的路程，只有10－34米。这一点对早期宇宙十分重要。空间中一个区域能“通知”别个区域的惟一途径，是所加的影响(或信息)需具有在区域间往返的时间，而任何影响的最大速度即为光速。由于早期时刻光仅跑了10－34米， 故在10－3米大小的原始宇宙中，拥有完全分隔的10 93个区域，并且它们之间不可能有因果关系上的联系。

问题在于现在的宇宙是均匀的，这不仅在物质密度上，而且在大爆炸留下的辐射温度上也是如此。可是这1093个区域不相连接，那么它们之间是如何取得均匀的呢?

在标准大爆炸模型中，这些区域没有相互了解的足够时间，故无法在从宇宙诞生至普朗克时代的极短时间内，使它们的温度、密度均等化。宇宙学家无可选择，只能拼凑出一个超快膨胀相，使宇宙从一个单一的、信息上相联系的区域，“暴胀”成整个可观察宇宙。但暴胀却无法解释宇宙的均匀性，暴胀虽为放大量子起伏变成现在宇宙中的星系密集提供了机制，但此理论具有自身的问题。例如膨胀空间(即暴胀场)的机制，欲使运行，需极度小心地对待场的初始态，这显然极不自然。

所有这些都意味着，在普朗克时代之前，具有很长的时间，足以使1093个区域中的密度、温度均匀化，而不需拼凑一个暴胀。范氏说：“对宇宙的均匀性来说，前历史(时期)是一条明显的道路。”

前大爆炸时期究竟是怎样的呢?这可从宇宙的对称性中看到线索。标准宇宙学解(弗里得曼大爆炸模型)具有一个十分简单的对称性，它们在时间逆行的情况下不变。换言之，若取负的时间，你将获得另一个解，这个时间逆行的宇宙将收缩到一个大挤压之点，而大爆炸也始于一个密实之点。

弦论的宇宙学解也具有相同的对称性。若使时间逆行，并同时置换宇宙的标量因子(决定宇宙的尺寸)，你将获得一个一般的膨胀宇宙，并且膨胀是加速的。换言之，这是一个暴胀宇宙。范氏说：“对每一个大爆炸解，它们都表明，空间从t=－∞暴胀至t=0，也即暴胀至大爆炸。”

所以弦论暗示出，宇宙从t=－∞直到t=0之前，处于加速膨胀期。而在t=0之后，它转变为弗里得曼大爆炸模型的更为缓慢的减速膨胀。

现在让我们用新眼光来看大爆炸，我们是处在从暴胀转变为膨胀的时期。范氏说：“在大爆炸开始时，宇宙具有最大的曲率、最大的膨胀率和最高的温度。从大爆炸中涌现出来的，并非是一个(时空)开始，而是宇宙历史的一个转折点。”

对于范氏的看法，有的支持，有的反对。密歇根大学的物理学家凯恩说：“我想，很可能大爆炸实际上是宇宙最近的一个阶段。”弦论的一个大优点是，前大爆炸时代具有一种自动的暴胀，有了足够的暴胀时间，便可以均匀宇宙中的密度和温度。但对前大爆炸时代空间演化的描述，仅是事情的一半，我们需知悉，宇宙从什么状态开始演化?其初始条件是什么?它在t=－∞时是什么模样?

在标准模型中，宇宙始于一个非常特殊的态，其温度、密度需是经精密调整，以便在1093个区域内能保持精确地一致。而物理学家总是要去寻找更一般的状态。例如，大家知道，晶体中原子的排列较奇怪，但它是从十分无定形的、远非奇怪的液态演化而来的。范氏说：“同样的，宇宙也是从最简单、最一般的形态演化而来。”

那么宇宙最简单的状态又是怎样?按范氏之见，那是无限的、真空的、寒冷的和扁平的。所谓扁平，是说空间曲率很小。范氏和其同事们，把这种状态称为“过去渐近平凡性”。

并非每个人都同意范氏之说，普林斯顿大学的宇宙学家斯坦哈特说：“这等于假设，在第一地方就是均匀的。范氏并没有解决任何初始条件问题，他只是‘平凡’地把自己的初始条件加在它们身上。”

宇宙并非处在平凡之中，否则，我们今天就不会在这里。随着时间的流逝，就会出现较大的起伏，从而造成具有大于平均能量密度的区域，就像今日之宇宙。这些量子起伏足以产生黑洞，也正是如此，我们看到了宇宙的真正诞生。据范氏所说，适用于黑洞内部的弦论解，也同样可以预言前大爆炸时代的那种加速膨胀。他说：“我们的宇宙是黑洞内部的一块。”

范氏和盖斯拍立宁过去几年来一直指出，在宇宙膨胀到接近t=0时，时空曲率日益增大，这导致了温度和能量密度的急剧上升。在零时刻后的一瞬间，在一个毫米尺度的三维区域内的巨大膨胀，看上去颇似标准暴胀理论中的超密、超热那一幕。

当然，任何理论要存活下去，必须提供今日可见的物质粒子。据范氏说，诸如电子、正电子和光子，因空间几何上的起伏，它们魔术般地从虚无中进入存在，这是量子机制的作用。就如在强电场中，能产生电子－正电子时，急变的引力场会导致全部粒子的量子产生。更有甚者，创生的粒子还带有很大的动能，这使得宇宙逐渐变热。范氏说：“这与标准模型不同，在该模型中，暴胀之后才产生粒子并热起来。”

关于前大爆炸时代的情景，几乎跟科幻一样，所不同的是，它提出了几个可供测试的预言，这些都跟标准暴胀论不同。若范氏正确，那么宇宙中应充满引力波的混沌海洋。这是从平凡的过去留下来的。这些引力波很微弱，使用现在的探测器，观测到它们的可能性不大，但范氏认为，第三代的探测器，应能看到这些引力波背景。

前大爆炸的效应，在宇宙微波背景中应能看到。范氏推测说，在微波背景的波谱中，用其不同角度的峰值位置，跟标准理论做一比较，就可得知结果。美国发射的MAP卫星(于2000年11月升空)和拟于2007年发射的欧洲普朗克探测器，都可进行这种测试。前大爆炸概念仍有问题。把宇宙的开始推以更早时期，许多人可能指责范氏过于简单，因为他没有做更多地解释。范氏解释说，这对他太苛刻了。他说：“在前大爆炸理论中，起始(t=0)仍具有意义，但更为平凡和自然，没有像标准理论中那样特殊。我相信，这对标准大爆炸模型是一个重大的改进。”

另一个问题是，在t=0时发生了什么?为什么会从前大爆炸时代的加速膨胀天衣无缝地进入到更为平和的膨胀?这两者的衔接，正是弦论要解决的，但迄今尚不大清楚。

范氏虽至今未找到全部答案，但许多宇宙学家认为，他已为人类做了大量工作。奥白兰切说：“对此，许多人有一种怀疑倾向，而另一些人则乐于听到：已有人打算把弦论与宇宙学结合起来。”

凯恩称赞说：“范氏的想法真好，不过还不清楚他是否正确。但最重要的一点是，认真研究关于前大爆炸物理的可测试模型，是目前的好物理学。”

还有一些人对范氏的态度没有如此积极，斯坦哈特说：“每个人都会赞赏范氏的创造性和魅力。但我想，他走错了路，或者，是一条靠不住的路，已多年了。”

水下爆炸三维数值模拟技术探讨 篇7

对炸药在均匀、静止的无限水域中爆炸的全过程进行数值模拟分析时, 计算模型的特点是模型区域大、作用过程时间长, 由此造成了水下爆炸三维数值模拟的计算困难。

1 水下爆炸三维数值模拟存在的问题

由于冲击波在数学上的间断性, 不能直接适应程序中以波形编码为基础的连续区的公式表述。为了克服这一问题, 程序中引入了人工粘性, 以便在计算中的几个网格宽度上抹平 (光滑) 冲击波阵面。程序提供的人工粘性算法中至少含有线性项或二次项的人工粘性。前者的主要作用是在波传播方向内的几个网格上面展宽波阵面并降低波幅峰值, 后者主要用于抑制波阵面后的虚假寄生振荡。对水中冲击波进行计算时, 人工粘性的引入要求计算网格划分的尺度不能太大, 否则, 计算会忽略冲击波阵面信息, 降低冲击波阵面峰值压力, 从而降低计算精度。

以计算水中爆炸5m范围内冲击波过程的三维数值模拟为例, 取六边形实体网格单元的边长尺寸Δx为5mm, 则每个坐标方向上的网格单元数为1000个, 总网格单元数量为109个。假设每个计算周期的平均时间步长为0.1μs, 总的计算时间为5000μs, 那么, 总的计算工作量与5×1013成比例。这样, 在取网格尺寸为5mm的计算分辨率并不高的条件下, 计算工作会变得经济上花费过高或因超过计算机中可用存储空间而不可能进行的计算。需要说明的是, 总的计算时间5000μs只能考虑对5m范围内冲击波过程的计算。如果要进行包括气泡脉动过程在内的无限水域中爆炸的全过程计算, 总的计算时间在较浅水域甚至可达百毫秒量级。

因此, 对水下爆炸问题进行三维数值模拟时, 最常见的问题就是单元数量过多、计算时间过长, 使得实际计算难以实施。

2 对水下爆炸问题进行三维数值模拟的有效途径

2.1 建立球状模型

在数值研究中排除其它因素的影响, 网格划分的疏密和划分方式直接影响计算的精度以及计算能否顺利进行, 网格排列的走向或过渡方式会影响计算结果物理量的时间历程发展的规律, 因此在建模过程中应尽量避免网格尺寸大小的突变, 采用均匀网格划分。但经常采用的网格为均匀正方体的划分模型却会使爆炸冲击波的波形呈锯齿状, 对于远距离物体的冲击作用非常不利。由于单个球形装药在水中爆炸的球对称性, 可以对炸药装药和模拟水域进行球状建模[1]。对于远离炸药的流场位置, 虽然其网格体积较大, 但由于爆炸冲击波的传播方向上网格宽度不变, 所以计算结果不受影响。使用这种方法建模不仅可以有效的减少网格数量, 便于建立大范围的水域范围, 还可以精确模拟结构远场爆炸冲击响应问题。

2.2 设定边界条件

在实际的计算中由于计算能力的限制往往只能建立有限尺寸的计算模型, 因此对于边界的处理就显得十分的重要。目前国内在利用有限的欧拉域进行水下爆炸的数值模拟时, 大都将边界设置为透射边界[2], 即无反射边界。如果要考虑重力的影响, 还应该考虑边界受到沿水深变化的水压的存在, 以及当欧拉域内的水介质压力与边界上的压力产生压差时出现的介质通过边界从高压区向低压区流动的情况。使用透射边界时, 来自边界的压力扰动对距边界较远距离处, 即近爆心位置的冲击波阵面附近的压力波形没有影响, 因此不影响对近爆心位置冲击波能量的估计精度。但随着冲击波的传播, 来自边界的压力扰动对远爆心位置的压力有较大影响, 它们完全可以掩盖很长时间之后出现的气泡脉动压力, 因此如果要模拟气泡脉动过程只设置透射边界是不理想的。

2.3 爆炸气体法模拟气泡脉动

对于水下爆炸问题, 炸药模型的尺寸和计算水域相比是小量, 这就决定了炸药的单元数量不能太少。如果炸药模型单元太少, 就不能精确的描述真实炸药的物理性能, 其爆炸会因为网格的疏松而发生能量衰减过快, 从而使计算结果产生很大的误差。要进行包括气泡脉动过程在内的无限水域中爆炸的全过程计算, 计算时间长, 计算水域范围广, 既要考虑炸药的网格数量又要考虑计算结果的精度, 这会对计算资源提出很高的要求, 计算时间也难以接受。文献[3]中另辟蹊径, 按照质量相等的原则把炸药等效为体积已设定的等质量气体 (称为爆炸气体) , 气体的密度由爆炸气体和设定体积决定, 在初始条件中设置爆炸气体的密度和内能, 不需要设定爆炸气体的边界条件。应用这种方法, 气泡脉动过程和实际差别不大, 对于分析水下爆炸的气泡脉动的动力学特性、深入认识水下爆炸气泡及其形成具有重要的作用。

2.4 远场水下爆炸冲击强度的等效方法

目前, 一些大型的显式动力学有限元分析软件, 如ANSYS/LS-DYNA、MSC/DYTRAN等, 已经在水下爆炸数值模拟方面得到了广泛的应用, 但是在计算远场水下爆炸方面仍存在不足。这主要是因为人工粘性的引入致使冲击波衰减过快, 造成远场的冲击波强度比实际要小。密分网格从理论上说虽然可以提高远场冲击波强度的计算精度, 但在实际中却会因为水单元数目巨大而使计算难以实施。文献[4]中为计算结构的远场水下爆炸冲击动态响应, 不考虑冲击波的传播过程, 直接在结构的近场水域边界上加载冲击波载荷, 即直接在冲击波的加载面上加载。冲击载荷由库尔给出的经验公式确定。应用这种方法很好的模拟了冲击波载荷在远场水域中的传播过程, 提高了计算精度, 同时缩短了计算时间。文献[5]提出了一种等效质量法, 根据冲击波峰值压力及比冲量的经验公式, 利用不同爆距处冲击波峰值压力的计算值反推而求得炸药不同爆距处的等效质量。应用这种方法, 可以用较大的模拟炸药质量来模拟较小的实际炸药质量在水下爆炸远场的冲击波强度, 从而提高远场冲击波强度的计算精度, 使结构在远场冲击波载荷作用下动态响应的数值模拟结果准确、有效。

3 结论

数值模拟在水下爆炸的研究中发挥的作用日益明显, 三维数值模拟更以其直观、准确的特点具有不可替代的地位。加强水下爆炸三维数值模拟技术的研究, 不仅可以提高计算精度, 还有利于形成完善的计算分析体系, 更好的为试验服务。

摘要：阐述了水下爆炸三维数值模拟存在的问题, 总结了解决该问题的一系列有效途径。

关键词：水下爆炸,三维数值模拟,设计

参考文献

[1]丁宁, 余文力, 王涛, 程百春.LS-DYNA模拟无限水介质爆炸中参数设置对计算结果的影响[J].弹箭与制导学报.2008, 28 (2) .[1]丁宁, 余文力, 王涛, 程百春.LS-DYNA模拟无限水介质爆炸中参数设置对计算结果的影响[J].弹箭与制导学报.2008, 28 (2) .

[2]荣吉利, 李健.基于DYTRAN软件的三维水下爆炸气泡运动研究[J].兵工学报.2008, 29 (3) .[2]荣吉利, 李健.基于DYTRAN软件的三维水下爆炸气泡运动研究[J].兵工学报.2008, 29 (3) .

[3]方斌, 朱锡.不同边界条件下水下爆炸气泡的数值模拟[J].海军工程大学学报.2008, 20 (2) .[3]方斌, 朱锡.不同边界条件下水下爆炸气泡的数值模拟[J].海军工程大学学报.2008, 20 (2) .

[4]张振华, 朱锡, 冯刚, 孙雪荣, 毛力奋.船舶在远场水下爆炸载荷作用下动态响应的数值计算方法[J].中国造船.2003, 44 (4) .[4]张振华, 朱锡, 冯刚, 孙雪荣, 毛力奋.船舶在远场水下爆炸载荷作用下动态响应的数值计算方法[J].中国造船.2003, 44 (4) .

粉尘爆炸及其浓度探测技术的研究 篇8

1粉尘爆炸的特点及过程

1.1 粉尘爆炸的特点

(1) 多次爆炸是粉尘爆炸的最大特点; (2) 粉尘爆炸所需的最小点火能量较高, 一般在几十毫焦耳以上; (3) 与可燃性气体爆炸相比, 粉尘爆炸压力上升较缓慢, 较高压力持续时间长, 释放的能量大, 破坏力强。

1.2 粉尘爆炸的过程

粉尘爆炸的过程一般认为由以下三步发展形成:一是悬浮的粉尘在热源作用下迅速干馏或气化而产生可燃气体;二是产生的可燃气体通过与空气混合后燃烧;三是粉尘燃烧时释放出的热量, 以热传导以及火焰辐射等方式传给附近悬浮着的或被风吹扬起来的粉尘, 热量将这些粉尘气化后使燃烧循环进行。当每个这样的循环逐次进行, 反应速度逐渐加快, 随着剧烈燃烧的发生将导致最后的爆炸。这种爆炸反应以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸压力等将持续加快和升高, 并呈跳跃式发展。

影响粉尘爆炸的因素主要有粉尘的颗粒度、挥发性、水分、灰分等, 火源强度对粉尘爆炸也有一定的影响。

2粉尘浓度检测技术及其系统构成

2.1 激光散射粉尘浓度检测技术

当前用于粉尘浓度检测的方法主要有光学法、采样称重法、静电测试法等。

光学法根据其探测方式分为浊度法和散射法, 激光散射检测粉尘浓度采用了光学法中的散射法。光在通过除真空以外的任何介质时, 都会出现部分能量偏离预定传播方向而向空间任意方向弥散的现象, 即光的散射。散射即为在电磁波传播路径中的一个粒子 (任何一点物质) 连续地从入射波中吸取能量, 而且把吸收的能量再发射到以该粒子为中心的全部立体角中。笔者根据光电散射的工作原理设计并制作了一套吸气式激光粒子散射信号检测装置 (见图1) , 通过主动吸入不同浓度的粉尘粒子并采集其散射特征信息, 分析得出不同浓度下的粉尘粒子激光散射变化情况。根据Mie散射理论, 不同属性粒子受激后的散射光强与粒子的形状、大小、折射率和散射角度有关, 笔者设计了多角度同步测量系统组成, 同时设计小角度步进的装置结构。该系统实现了同步测量不同角度的散射光强度, 结合使用信号采集及数据处理方法, 不但可通过结合称重法获得对比数据后直接获得粉尘浓度, 还可以分析粉尘粒子的特征属性信息。

在煤炭、化工及食品加工等现场建立粉尘浓度多点连续检测系统是预防粉尘爆炸的关键技术, 我国粉尘检测技术的发展趋势也是朝这方面努力的。通过介绍的粉尘浓度测量原理与技术检测设备, 考虑到在系统构建时需兼顾安装简单、维护方便、精度可靠、接口兼容性高等各方面因素, 以及工程现场的环境污染较重、安装位置可能震动频繁、电磁环境条件恶劣等, 笔者设计了采用激光粒子散射原理进行粉尘浓度的检测, 并采用吸气式技术铺设主动采样管路等设计, 实现了多点同时采样的系统方案。

2.2 吸气式粉尘浓度测量系统

2.2.1 吸气系统

为使检测系统可以同时监测多个被保护目标, 笔者设计了主动吸气系统, 将多个保护区域的粉尘粒子样本抽

取到散射仓, 在散射仓的一侧安装轴流式风机, 另一侧安装吸气导管。通过风机的作用把不同位置的粉尘粒子收集到散射仓内, 然后再返回到保护区中。

2.2.2 激光散射粉尘浓度检测系统

作为信号探测的散射光信号是来自于粒子对激光束的散射, 激光器是极其重要的部元, 要求激光器能够长期稳定运行。从目前发展的激光技术以及实际使用中的成本考虑, 半导体激光器能够适合这一应用, 因此采用波长为650 nm的半导体激光器。散射仓是提供粒子被激光照射并发生散射的地方, 因此不能让杂散光干扰, 同时为了使抽气系统快速地抽取空气样本, 散射仓要求有良好的密封;为了避免仓壁的漫反射光被误当作信号探测, 除了安装主光束吸收器外, 仓壁内将全部涂黑以提高吸光效果。由风机带来的粉尘粒子经过散射仓时, 传感器将会接收到经过透镜聚焦的散射信号, 处理器采集散射信号后结合浓度判断算法给出判据, 并根据预先设定的报警区间给出对应的报警信号, 达到主动早期报警的效果。

2.2.3 实验数据

笔者通过木材阴燃火实验的烟雾进行探测性能测试 (具体测试曲线见图2 (a) ) , 并采用经干燥的白水泥模拟粉尘在烟箱中进行数据采集 (数据曲线见图2 (b) ) 。通过实验数据采集并进行分析标明所设计的数据采集平台, 能够实现对粒子的不同角度散射光强进行采集, 并可根据多角度数据进行粒子属性识别研究。通过白水泥模拟灰尘实验验证了其对灰尘浓度的探测能力。

笔者设计的吸气式粉尘浓度检测方案如图3所示。激光散射粒子浓度检测装置结合安装管路安装在车间现场, 通过管路开孔以及风机配套, 可利用一套检测装置同时采集多点的粉尘浓度数据, 信号采集处理装置实现粉尘浓度信号的提取、判断以及输出粉尘浓度显示, 同时可以让用户根据实际工程场景来设定控制参数 (如浓度报警范围等) , 并可通过配置标准输出信号接口 (如无源继电器触点、4～20 mA、RS 485等) 向上位机发送状态或数据信息。

吸气式粉尘浓度检测报警方案具备多点连续检测功能, 使用传感器数量较少, 而保护面积加大, 降低了探测的整体成本, 大大提高了探测器的性价比。若采用不同分区分管路探测的方式还可以同时进行多区域扫描, 这样可进一步降低探测成本。

基于整体消防的探测理念, 笔者将粉尘浓度检测系统作为火灾自动报警系统中的一个子系统, 通过配接配套的输入模块, 将粉尘浓度报警信号上传到火灾自动报警系统, 通过火灾报警系统的总线进行信号传递, 通过火灾报警控制器实现报警和设备启动等功能, 并通过其向更上层次的集中监控系统或者区域消防通信系统报警。图4中通过对工厂内部的火灾自动探测报警系统进行粉尘浓度探测报警功能的扩充, 系统具备构成简单、施工便利、整体成本低等优点, 同时扩展了火灾自动报警系统的应用领域。通过对配接设备设置相应的联动设备控制逻辑, 可为人民生命财产安全提供更好的防护。

3结论

通过分析粉尘爆炸发生的过程, 介绍了当前预防和扑救粉尘爆炸的技术以及应用现状, 提出了采取吸气式激光粒子散射粉尘浓度检测技术实现工业现场粉尘浓度连续监测的技术方案, 详细介绍了激光粒子散射测量粉尘浓度装置的探测原理和系统设计。经过实验验证, 基于激光粒子散射技术的吸气式粉尘浓度检测系统是切实可行的, 建议将其作为辅助系统连接到消防探测报警系统中。

参考文献

[1]李运芝, 袁俊明, 王保民.粉尘爆炸研究进展[J].太原师范学院学报, 2004, 7 (2) :79-82.

[2]邵学民.对一起麦芽粉尘爆炸火灾事故的调查[J].消防科学与技术, 2003, 22 (2) :169.

[3]罗宏昌.粉尘爆炸及“杂混合物”对其特性的影响[J].交通部上海船舶运输科学研究所学报, 2000, 23 (1) :21-26.

[4]陈伟.亚麻纺织生产爆炸火灾初探[J].武警学院学报, 2001, 17 (5) :20-21.

纳米仿生技术用菠菜探测爆炸物 篇9

领导此项研究的麻省理工学院化学工程系教授迈克尔·斯特拉诺称,这种纳米仿生技术的目标是将纳米粒子引入植物,赋予其非原生功能。他们借助一种被称为“血管灌注”的技术,将含有纳米粒子的溶液注射到叶子背面——即将硝基芳烃传感器嵌入到菠菜叶子光合作用最强的叶肉层。研究人员还嵌入了可发射恒定荧光信号的碳纳米管作为参考。通过比较两个荧光信号,更容易确定传感器是否检测到了爆炸物,如地下水中存在爆炸物分子,植物10 min即可将其传送到嵌有传感器的叶片。

为了读取信号,研究人员将激光打到叶片上,激发其中的纳米管发射近红外荧光。荧光可由连接到一台小型电脑的红外相机检测到。通过移除红外滤光片,具有拍照功能的普通智能手机也能检测到这一信号。目前,研究人员已能在离植物1 m远的地方进行检测。

斯特拉诺表示,新方法为克服植物与人类的通信障碍提供了可能,它也可用以警示污染和干旱等环境问题。此外,新技术还具有多功能性,今后可扩展到任何植物。植物学家利用这些传感器可以更好地监测植物健康,最大限度地增加植物合成药用化合物的产量。下一步,他们将利用转基因技术对植物进行基因改造,让植物不再生成叶绿素,而是随周围物质成分的不同改变叶子颜色,这样获得的植物不需红外传感器等额外装置,依靠自身即能完成检测任务。

爆炸技术 篇10

1 设备基本情况

经实地调查和问讯取证, 薛联绒凉皮店的锅炉安装在操作间西北角与操作间一墙之隔的简易锅炉房内, 锅炉由北向南一字形排开, 总共四台。 (以下由北向南依次编为1#、2#、3#、4#锅炉) 。每台锅炉蒸汽出口都与2个凉皮蒸锅连接, 在蒸汽出口靠凉皮蒸锅侧均装有一个DN20的阀门。

四台锅炉均为石家庄市三星锅炉厂制造, 名称为三星节能馒头专用锅炉, 额定工作压力为常压, 产品型号为60, 容水量为300Kg, 许可证号为冀GZZ乙0062。四台锅炉制造日期不同:1#锅炉为2008年4月, 2#锅炉为2008年07月, 3#锅炉为2008年, 4#锅炉为2011年10月。

2 现场勘查情况

经核对铭牌, 1#锅炉移离原安装位置, 斜倒于操作间西北墙角。2#锅炉移离原安装位置约0.5m, 紧靠操作间西墙。3#锅炉移离原安装位置向西约6m。4#锅炉主要残骸散落离原安装位置6m~8m处。

参考1#~3#锅炉推测, 4#锅炉本体直径为600mm, 锅炉高度为1500mm。4#锅炉顶部有三个接口:2个小径接口已用堵头堵死, 大径接口作为蒸汽出口。大径接口的内径为40mm, 参考1#~3#锅炉推测, 大径接口上安装了一个弯头, 内径由40mm变径为30mm, 弯头出口侧安装了接管, 内径从30mm变径为20mm。

操作间西墙大部分倒塌。北侧灶台、上水管路、蒸汽管路完全破坏。中厅玻璃已全部炸碎, 前厅桌椅已一片狼藉, 距操作间锅炉安装位置约25m左右处的前厅大门亦受严重损坏。

3 事故发生经过

据当事人赵某介绍, 2012年9月6日17:00左右, 四台锅炉开始点火运行, 1#、2#锅炉产生蒸汽用作凉皮蒸作, 3#、4#锅炉运行但未蒸凉皮。崔某和张某在操作间内靠北灶台进行凉皮蒸作, 赵某进行打浆作业。18:37左右, 赵某离开操作间至靠近1#锅炉西侧2m左右处, 准备向锅炉添加煤炭时, 锅炉发生爆炸。此时, 魏某刚从外回来, 行至操作间东门口。事故造成操作间内的崔某和张某死亡, 赵某和魏某受伤。

4 技术鉴定情况

(1) 从现场损坏程度和现场残骸判断, 此次事故应为一次严重的锅炉爆炸事故。4#锅炉筒体和上封头连接焊缝处、筒体纵缝处完全撕裂, 筒体母材亦有不同程度的撕裂现象, 发生爆炸的应是4#锅炉 (见图1) 。

(2) 据赵某供述:当他出去加煤时, 发现四个锅炉水位计显示有水。据现场勘查, 4#锅炉水位计连通孔畅通。所以, 4#锅炉不存在因缺水干烧而发生爆炸的可能。

(3) 每个锅炉蒸汽管道上都装有2个阀门, 现场找到了8个阀门:其中2个处关闭状态, 6个处开启状态。

据赵某供述:日常作业时, 如果凉皮蒸锅有积水, 他们会关闭蒸锅下部蒸汽管道上阀门, 此时压力会升高, 等清除积水后, 操作工再开启出蒸汽管道上的阀门。

据魏某供述:4#锅炉系自己私自安装, 安装时没有参照安装使用说明书, 完全凭经验安装。

为此, 可以认为:因为关闭4#锅炉蒸汽管道2个阀门, 导致4#锅炉带压运行, 发生爆炸事故。3#锅炉蒸汽管道阀门处开启状态, 故未发生爆炸。

(4) 据赵某供述事故经过, 专家组认为:由于操作工的疏忽, 开始作业时关闭了4#锅炉蒸汽管道上2个阀门, 锅炉从点火开始一个多小时的运行, 导致锅炉压力不断上升, 直至最后爆炸。

5 事故技术分析结论

GB 16154-2005《民用水暖煤炉通用技术条件》第5.6.2条规定:“大气连通管、膨胀水箱与炉具之间的水管严禁安装任何形式的阀门”。JB/T 7985-2002《小型锅炉和常压热水锅炉技术条件》第11.1条规定:“锅炉大气连通管上不应安装任何阀门”。从石家庄市三星锅炉厂的产品介绍可知事故锅炉为常压产品, 必须安装直通大气管, 严禁承压操作;并特别提示:“使用馒头炉时直通蒸箱管道上不得安装任何阀门”。

综上所述, 专家组认为造成此次锅炉爆炸事故的直接原因为:由于店主安全意识淡薄、不具备相关锅炉安全知识, 未按相关要求违规安装和使用锅炉, 从而导致常压锅炉承压使用, 发生爆炸。

6 几点思考及建议

(1) 应加强特种设备相关人员的法制观念:从本起事故的起因来看, 使用单位等有关特种设备从业人员安全意识淡薄, 缺乏安全意识责任感, 存在侥幸心理。在特种设备的安装、改造、检验和使用等环节未能严格按照《特种设备安全法》及有关技术规程的要求进行, 因此加强有关法律、法规、安全技术规范的学习, 尤其是提高小型企业特种设备从业人员的安全意识, 安全责任感的观念建设十分重要。

(2) 应当提高特种设备从业人员素质:从本起事故看, 锅炉安全保护装置的改装人员, 锅炉操作人员未掌握特种设备的安全操作知识和技能。对其所从事的工作危险性不了解。他们没有最基本的上岗技能。因此, 上岗前的专业技能培训非常必要。

(3) 应加强对小型汽水两用锅炉和常压热水锅炉的日常监管:这些“小型特种设备”在生产运行的监管过程中往往得不到政府、社会、使用单位好相关特种设备从业人员的重视和支持, 大家都存在麻痹思想, 最终酿成大祸。建议政府和社会相应部门完善此类“小型特种设备”安全管理制度, 确保人民和生命财产安全, 保证特种设备的安全运行。

摘要：通过对凉皮店锅炉爆炸事故的分析, 总结经验教训, 提出合理化建议, 保证特种设备的安全经济运行。

关键词：锅炉,爆炸,分析,建议,安全运行

参考文献

[1]JB/T 7985-2002《小型锅炉和常压热水锅炉技术条件》[S].

[2]GB 16154-2005《民用水暖煤炉通用技术条件》[S].