乌龙茶叶粉尘爆炸特性实验研究

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.07.018

摘要/Abstract

摘要：

选取某茶叶公司的乌龙茶叶粉尘为研究对象，用激光粒度分析仪对其粒径分布进行表征.在粉尘层着火温度实验装置、高德伯尔格-格润瓦尔德炉、哈特曼管爆炸实验装置、Siwek 20 L球形爆炸系统中测试研究了粉尘着火敏感度及爆炸猛度.实验结果表明：粉尘层的最低着火温度为250 ℃，粉尘云的最低着火温度为510 ℃，最小点火能>1 000 mJ，爆炸下限为120 g/m³，粉尘云的最大爆炸压力达0.82 MPa，最大压力上升速率达63.002 8 MPa/s，爆炸指数达17.1 MPa·m/s，乌龙茶叶粉尘爆炸等级为St-1.借助热重分析和工业分析，对其爆炸特性进行了理论分析.研究结果对了解茶叶粉尘爆炸危险性、加工车间的安全管理以及防爆设计具有一定的参考价值.

关键词: 乌龙茶叶粉尘, 粒径分布, 爆炸特性, 着火敏感度, 爆炸猛度

Abstract:

The particle size distribution of oolong tea dust produced by a tea company was characterized by laser particle size analyzer. The dust ignition sensitivity and explosion severity were experimentally studied in the ignition temperature of dust layer test instrument， Godbert?Greenwald furnace， Hartmann tube explosion experimental apparatus and Siwek 20 L spherical explosion test system. The experimental results show that the minimum ignition temperature of dust layer （MITL） is 250 ℃， the minimum ignition temperature of dust cloud （MITC） is 510 ℃， the minimum ignition energy （MIE） is more than 1 000 mJ， the lower explosion limity （LEL） is 120 g/m³， the maximum explosion pressure is 0.82 MPa， the maximum pressure rise rate is 63.002 8 MPa/s， and the explosion index is 17.1 MPa·m/s， indicating that the explosion grade is St-1. Finally， the explosion characteristics of the dust were analyzed theoretically with the aid of thermogravimetric analysis and industrial analysis. The research results have certain reference value for understanding the explosion hazard of tea dust， the safety management of the processing workshop and the explosion?proof design.

Key words: oolong tea dust, particle size distribution, explosion characteristics, ignition sensitivity, explosion severity

中图分类号:

X 932

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图/表 19

图1 乌龙茶叶粉体

Fig.1 The oolong tea powders

表1 粉体工业分析数据（质量分数）

Table 1 Industry analysis data of dust (mass fraction) %

试样	水分	挥发分	灰分	固定碳
乌龙茶叶	3.90	68.42	8.58	19.10
松木屑	4.75	80.56	0.56	14.13
烟草粉尘	10.56	65.10	12.04	12.30

图2 乌龙茶叶粉体粒度分析结果

Fig.2 Analized results of oolong tea dust particle size

图3 热板炉装置

Fig.3 The hot plate furnace

图4 高德伯尔格-格润瓦尔德炉纵截面

Fig.4 Vertical cross section of Godbert?Greenwald furnace

图5 哈特曼管

Fig.5 Hartmann apparatus

图6 Siwek 20 L装置

Fig.6 Siwek 20 L apparatus

图7 乌龙茶叶粉尘典型压力-时间变化曲线

Fig.7 Typical pressure?time curves of oolong tea dust

图8 乌龙茶叶粉尘层最低着火温度测试图

Fig.8 Test diagram of minimum ignition temperature of oolong tea dust layer

表2 乌龙茶叶粉尘层最低着火温度实测结果

Table 2 Test results of oolong tea MITL

序号	加热板设置温度/℃	粉尘层内部最高温度/℃	Δt/℃	着火时间/min	实验结果	实验现象
1	250	442.5	192.5	25	着火	发出红光
2	240	164.8	-75.2	—	未着火	无变化
3	240	238.0	-2.0	—	未着火	无变化

表3 乌龙茶叶粉尘云最低着火温度测试结果

Table 3 Test results of oolong tea MITC

序号	炉膛温度/℃	粉尘质量浓度/(g·m^-3)	实验结果
1	500	1 000	未着火
2	550	1 000	着火
3	525	1 000	着火
4	525	2 000	着火
5	500	2 000	未着火
6	525	3 000	着火
7	500	3 000	未着火
8	500	4 000	未着火
9	500	500	未着火

表4 乌龙茶叶粉尘云最小点火能量（带电感）测试结果 (with inductance)

Table 4 Test results of oolong tea dust cloud MIE

序号		样品质量	点火延时	放电能量	实验结果	次数
序号		g	ms	mJ	实验结果	次数
1	1.2		90	100	未着火	10
2	1.2		90	300	未着火	10
3	1.2		90	1 000	未着火	10
4	2.4		90	1 000	未着火	10
5	3.6		90	1 000	未着火	10
6	3.6		60	1 000	未着火	10
7	3.6		120	1 000	未着火	10
8	3.6		150	1 000	未着火	10
9	2.4		60	1 000	未着火	10
10	2.4		120	1 000	未着火	10
11	2.4		150	1 000	未着火	10
12	1.2		60	1 000	未着火	10
13	1.2		120	1 000	未着火	10
14	1.2		150	1 000	未着火	10

表5 乌龙茶叶粉尘云最小点火能量（无电感）测试结果

Table 5 Test results of oolong tea dust cloud MIE without inductance

序号	样品质量	点火延时	放电能量	实验结果	次数
序号	g	ms	mJ	实验结果	次数
1	3.6	60	1 000	未着火	10
2	3.6	90	1 000	未着火	10
3	3.6	120	1 000	未着火	10
4	3.6	150	1 000	未着火	10
5	2.4	60	1 000	未着火	10
6	2.4	90	1 000	未着火	10
7	2.4	120	1 000	未着火	10
8	2.4	150	1 000	未着火	10
9	1.2	60	1 000	未着火	10
10	1.2	90	1 000	未着火	10
11	1.2	120	1 000	未着火	10
12	1.2	150	1 000	未着火	10

表6 乌龙茶叶粉尘云爆炸下限测试结果

Table 6 Test results of oolong tea dust cloud LEL

序号	ρ/(g·m^-3)	p_ex/MPa	PR	是否爆炸
1	100	0.080 4	1.490	未爆炸
2	100	0.070 6	1.392	未爆炸
3	100	0.118 3	1.869	未爆炸
4	120	0.350 6	4.192	爆炸

图9 10 kJ点火能量下ρ-pm的变化

Fig.9 Variation of ρ-pm under the ignition energy of 10 kJ

图10 10 kJ点火能量下ρ-(dp/dt)ex的变化

Fig.10 Variation of ρ-(dp/dt)ex under the ignition energy of 10 kJ

表7 粉尘爆炸危险性分级

Table 7 Dust explosion hazard classification

爆炸等级	爆炸指数/(MPa·m·s^-1)	爆炸属性
St-1	0<K<20	弱
St-2	20≤K≤30	强
St-3	K>30	极强

图11 空气氛围下乌龙茶叶粉尘的TG-DTG曲线

Fig.11 TG and DTG curves of oolong tea dust under air atmosphere

图12 氮气氛围下乌龙茶叶粉尘的TG-DTG曲线

Fig.12 TG and DTG curves of oolong tea dust under nitrogen atmosphere

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