管壁导管对管道内甲烷火焰泄放作用的研究.pdf

消防理论研究Fire Science and Technology,October 2023,Vol.42,No.10管壁导管对管道内甲烷火焰泄放作用的研究黄勇1,邓文辉1,章赟2,罗梓标1（1.常州大学 安全科学与工程学院，江苏 常州 213164；2.南京工业大学 安全科学与工程学院，江苏 南京 211816）摘要：为提高狭长空间可燃混合气体泄爆效率及防护水平，开展设置管壁导管的方形管道内甲烷泄爆试验，通过改变管壁导管长径比以及位置，探究管壁导管管径、位置因素对管道内气体火焰传播过程、爆炸超压的影响。结果表明：管壁导管对火焰的泄放作用在时间上存在些许滞后；与无管壁导管工况相比，导管管径分别为 60、80、100 mm 时，火焰传播时间分别延长15.4%、35.8%、61.0%，最 大 爆 炸 超 压 峰 值 分 别 下 降 24.5%、30.5%、40.4%；同一管径管壁导管置于方管前端可有效泄放部分火焰及压力，降低爆炸能量横向传播动力，泄爆效果明显优于管壁导管置于管道中部及后端。导管分别置于前端、中部、后端时，火焰传播时间分别延长 85.4%、15.4%、4.5%，最大爆炸超压峰值分别下降 40.6%、24.5%、18.6%。因此，设置管壁导管能有效降低火焰传播速度以及泄放爆炸超压。关键词：管壁导管；泄爆；火焰传播速度；爆炸超压;甲烷火焰中图分类号：X932；TL990.3 文献标志码：A 文章编号：1009-0029（2023）10-1356-06管道泄爆技术指在管道中设置薄弱面以泄放爆炸火焰及压力，保护管道主体免受灾难性破坏。在工业生产过程中，有时仅靠末端泄爆口不能满足泄爆要求，为了进一步降低爆炸伤害，在管道中加装管壁导管，将部分火焰、压力引导至安全地带，降低火焰传播速度以及泄放部分压力，以此保护管道主体。因此，研究管壁导管泄爆技术在工业管道泄爆应用中具有重要意义。为了合理设置泄爆装置降低爆炸引起的危害，国内外研究者们对其影响因素开展了一系列的试验研究，MOHAMMED J 等1、LI H W 等2、WAN S J 等3-4研究了方形管道中侧排气口对甲烷火焰泄爆的影响，证明了压力上升、火焰传播速度等爆炸参数与通风口位置存在显著相关性。YU M G 等5为提高管道内的泄爆效率，研究侧排气口面积对甲烷-空气预混气体爆炸特性的影响，发现侧排气口面积较小时，会一定程度上促进火焰传播，而面积较大的情况下，会明显增加火焰传播时间，显著降低爆炸超压。王皓楠等6为降低地下综合管廊燃气舱内爆炸危害，发现多孔结构孔隙率大于 58.4%时能有效抑制爆炸传播。张庆武等7-8设计了球形容器内气体爆炸通过导管泄爆的试验系统，研究了初始压力、泄爆导管长度、容器容积、点火位置、气体体积分数、破膜压力等因素的影响。钱承锦等9研究初始压力对连通容器的影响，得出“泄爆超压随初始压力增加而增大，并与初始压力近似成线性关系”的结论。朱传杰等10通过试验与模拟相结合提出了一种爆炸波形函数，可预测爆炸超压的演化。师喜林等11通过模拟研究了泄爆导管长度对球形容器内部泄爆影响，得到泄爆导管长度对容器内的压力变化具有重要影响。FERRARA G 等12-13建立了带导管泄爆过程的数值模型并研究了不同点火位置对柱形容器内甲烷泄爆过程的影响。张伟等14通过改变连通容器上 2 个泄爆口的开合状态，发现单口泄爆时，连通容器内出现压力震荡现象；双口泄爆时，体积较小容器内压力曲线出现双波峰现象。ALEXIOU A 等15-16研究了带有侧通风口的管道泄爆，与末端泄爆口相比，在点火点附近引入侧通风口，最大超压会降低，而侧通风口在管道中部位置时，最大超压与之相似。黄强等17探究了瓦斯体积分数对 90弯管泄爆特性影响，发现传播管内相同位置处冲击波峰值超压上升速率随瓦斯体积分数增大呈锯齿形变化。当前，导管研究主要集中在末端泄爆口位置，而很少涉及管壁导管对管道内可燃气体爆炸特性的影响。鉴于此，笔者将着重研究管壁导管直径、位置因素对管道内甲烷爆炸特性的影响，探寻管壁导管对方形管道内火焰传播速度及压力的影响规律，以期指导工业管道中的爆炸安全防护。1试验装置与方法1.1试验装置试验装置如图 1 所示。气体爆炸试验系统由透明有机玻璃方形管道、配气系统、脉冲式点火器、高速摄像机、爆炸压力采集系统组成。方形管道长 2 000 mm，边长150 mm，管壁厚 20 mm。配气系统由真空泵、真空压力表、气体质量流量控制器、甲烷气瓶等组成。脉冲式点火器为 GNQ-05 型号，点火能量为 10 J，火花塞固定在管道左端盲板中心处；高速摄像机为 PHANTOM V1212-72 G-C 型，最高拍摄速率为 550 000 帧/s，本次试验采用 1 000帧/s；爆炸压力采集系统由 113A21系列的压电式压力传感器（1、2 号传感器与点火端盲板垂直距离分别为600、1 900 mm）、信号放大器、四通道数据采集卡及配套的连接线组成。基金项目：2021年江苏省重点研发计划（社会发展）项目（BE2021641）；2022年江苏省产学研合作项目（BY2022782）；原安监总局安全生产重特大事故防治关键技术科技项目（jiangsu-0014-2017AQ）1.2试验方法主管道上端通过法兰连接一根管壁导管，导管长径比分别为 80/60、80/80、80/100，导管中轴线与点火端盲板垂直距离分别为 300 mm（前端）、1 000 mm（中部）、1 700 mm（后端），每次试验只设置一根管壁导管，可根据需求调节其直径与位置。主管道末端、主管道与管壁导管连接处用聚乙烯薄膜密封，并且垫有硅胶片以确保密封性。首先，用气体质量流量控制器在管道内配制体积分数 9.5%的甲烷-空气混合气体。其次，在计算机上设置相关参数且启用数据采集系统，配合高速摄像机预备拍摄火焰传播过程。最后，启动脉冲式点火器引爆混合气体，采集压力信号，同时拍摄爆炸火焰传播的动态过程。为确保试验数据准确性，每种工况至少重复 3次并观察数据波动范围，若在 5%以内则认为该组数据有效。2试验结果分析2.1不同管壁导管条件下的火焰传播特征图 2 为不同管径的导管位于方形管道中部时的火焰传播图像。为便于观察管壁导管对火焰的泄放效果，截图时保留管壁导管部分图像。从图 2（a）中可看出，点火后，48 ms 时，火焰先以半球形在管道中传播；随后在 87 ms时，火焰锋面尖端微微向上凸起，这是由于在方形管道中，甲烷气体密度较小，更多积聚在管道上方。141 ms时，火焰前锋约到达管道中部，此时火焰为扩散火焰被拉伸。当 200 ms时，扩散火焰被进一步拉长。最后，火焰从末端薄弱面泄出，此时为 246 ms，由于受到末端泄爆口诱导作用以及气体不稳定流动和热量交换的影响，火焰形状发生明显变形和紊乱现象。图 2（b）、（c）、（d）为装有管壁导管的火焰图像，可以看出，在火焰到达管壁导管之前，其火焰传播图像与无管壁导管工况几乎相同，而随着导管管径增大，火焰传播受到的阻碍作用增强，且在通过导管后均出现部分火焰往回流动（黄色方框标注）并通过导管泄放（红色椭圆标注）的现象，即管壁导管泄放管道内火焰具有一定的滞后性，火焰不是在到达管壁导管位置就立即泄放出去，而是继续向前传播一段距离才从导管向外界泄放。48 ms87 ms141 ms200 ms246 ms（a）无管壁导管48 ms87 ms148 ms217 ms284 ms（b）管壁导管直径为 60 mm48 ms87 ms161 ms236 ms334 ms（c）管壁导管直径为 80 mm48 ms87 ms161 ms246 ms396 ms（d）管壁导管直径为 100 mm图 2导管管径不同时的火焰传播图像Fig.2Image of flame propagation with different catheter diameter其原因是火焰刚到达管壁导管位置时，受到火焰横向传播动力以及末端泄爆口诱导作用的影响，火焰继续空气压缩机甲烷气瓶数据放大器计算机控制器高速摄像机点火器质量流量计管壁导管300 mm300 mm700 mm700 mm200 mmp1p2图 1试验装置示意图Fig.1Schematic diagram of the test device1356消防科学与技术2023年 10 月第 42 卷第 10 期1.2试验方法主管道上端通过法兰连接一根管壁导管，导管长径比分别为 80/60、80/80、80/100，导管中轴线与点火端盲板垂直距离分别为 300 mm（前端）、1 000 mm（中部）、1 700 mm（后端），每次试验只设置一根管壁导管，可根据需求调节其直径与位置。主管道末端、主管道与管壁导管连接处用聚乙烯薄膜密封，并且垫有硅胶片以确保密封性。首先，用气体质量流量控制器在管道内配制体积分数 9.5%的甲烷-空气混合气体。其次，在计算机上设置相关参数且启用数据采集系统，配合高速摄像机预备拍摄火焰传播过程。最后，启动脉冲式点火器引爆混合气体，采集压力信号，同时拍摄爆炸火焰传播的动态过程。为确保试验数据准确性，每种工况至少重复 3次并观察数据波动范围，若在 5%以内则认为该组数据有效。2试验结果分析2.1不同管壁导管条件下的火焰传播特征图 2 为不同管径的导管位于方形管道中部时的火焰传播图像。为便于观察管壁导管对火焰的泄放效果，截图时保留管壁导管部分图像。从图 2（a）中可看出，点火后，48 ms 时，火焰先以半球形在管道中传播；随后在 87 ms时，火焰锋面尖端微微向上凸起，这是由于在方形管道中，甲烷气体密度较小，更多积聚在管道上方。141 ms时，火焰前锋约到达管道中部，此时火焰为扩散火焰被拉伸。当 200 ms时，扩散火焰被进一步拉长。最后，火焰从末端薄弱面泄出，此时为 246 ms，由于受到末端泄爆口诱导作用以及气体不稳定流动和热量交换的影响，火焰形状发生明显变形和紊乱现象。图 2（b）、（c）、（d）为装有管壁导管的火焰图像，可以看出，在火焰到达管壁导管之前，其火焰传播图像与无管壁导管工况几乎相同，而随着导管管径增大，火焰传播受到的阻碍作用增强，且在通过导管后均出现部分火焰往回流动（黄色方框标注）并通过导管泄放（红色椭圆标注）的现象，即管壁导管泄放管道内火焰具有一定的滞后性，火焰不是在到达管壁导管位置就立即泄放出去，而是继续向前传播一段距离才从导管向外界泄放。48 ms87 ms141 ms200 ms246 ms（a）无管壁导管48 ms87 ms148 ms217 ms284 ms（b）管壁导管直径为 60 mm48 ms87 ms161 ms236 ms334 ms（c）管壁导管直径为 80 mm48 ms87 ms161 ms246 ms396 ms（d）管壁导管直径为 100 mm图 2导管管径不同时的火焰传播图像Fig.2Image of flame propagation with different catheter diameter其原因是火焰刚到达管壁导管位置时，受到火焰横向传播动力以及末端泄爆口诱导作用的影响，火焰继续空气压缩机甲烷气瓶数据放大器计算机控制器高速摄像机点火器质量流量计管壁导管300 mm300 mm700 mm700 mm200 mmp1p2图 1试验装置示意图Fig.1Schematic diagram of the test device1357Fire Science and Technology,October 2023,Vol.42,No.10沿着管道方向传播，之后受到管道内外压差影响（管道内部压力大），部分火焰在通过管壁导管后回流，由管壁导管处向外泄出，大幅降低后续火焰横向传播动力，延长火焰传播时间。相比无管壁导管，管径分别为 60、80、100 mm 时，火焰传播用时分别为 284、334、396 ms，分别延长15.4%、35.8%、61.0%，管径越大，火焰前锋通过管道的时间越大。图 3 为长径比 80/60 的管壁导管，分别在管道前端（距点火端 300 mm）、中部（1 000 mm）以及后端（1 700 mm）时的火焰传播图像。图 3（a）为无导管下火焰传播图像，在 141 ms 时，火焰到达管道中部，而整体通过时间为246 ms，说明在前半段经过充分燃烧发展后，火焰以较大速度通过管道后半段，因此通过后半段所需时间小于前半段。由图 3（b）可以看出，导管置于前端时，火焰通过管道时间长达 456 ms，起到了很好的泄放作用，且管道后半段传播时间大幅延长。其原因是管壁导管置于前端时，火焰尚未充分燃烧发展，管壁导管薄膜就被冲破，由于管道内外压差作用，部分甲烷燃料以及火焰泄放出管道，从而大幅延长火焰在管道后半段的传播时间，导致火焰通过后半段时间大于前半段。图 3（c）为导管置于管道中部时火焰传播图像，可以看出导管对管道内的火焰传播也有泄放作用，但泄放效果则不如前端。这是因为，此时火焰已经过一定发展，加大了其横向传播动力，在到达管道中部时，管壁导管泄放的燃料有限，只能一定程度上降低火焰横向传播动力。导管位于后端时火焰传播图像如图3（d）所示，此时火焰通过管道时间相较于无管壁导管已差别很小。这是因为火焰发展到后期，一方面管壁导管泄放的燃料以及火焰较少；另一方面由于受到末端泄爆口的诱导作用，火焰快速通过管道末端，即管壁导管发挥的作用小，其泄爆效果十分有限。相比无管壁导管，其火焰传播时间分别延长了 85.4%、15.4%、4.5%。2.2火焰传播速度本次试验高速摄像机帧率为 1 000 帧/s，根据单位时间 内 火 焰 传 播 的 距 离 可 计 算 出 对 应 时 间 的 火 焰 传 播速度。图 4为同一位置（管道中部）、管径不同时的火焰传播速度。在经过管壁导管的泄爆作用后，管径越大，火焰在爆炸后期的传播速度越小。其中，在管径 60 mm 工况中，其火焰传播速度在达到峰值（最大火焰传播速度）之前略高于无管壁导管工况，而管径 80、100 mm 时未出现此种情况。这是因为，管道内外存在压差，对火焰在管道中传播既有促进，也有削弱作用。促进作用表现在导管上方薄膜破裂后，压差促进火焰向导管上方开口处流动，起加速火焰作用。减速作用指导管向外界泄放过程中，含有部分火焰以及甲烷燃料，降低了火焰传播速度。管径 60 mm 工况下，由于管径较小，部分火焰及燃料未能及时泄出导管，管道内外压差产生的促进作用大于其削弱作用，而管径分别为 80、100 mm 时，因管径相对较大，导管能够泄放较多火焰及燃料。48 ms87 ms141 ms200 ms246 ms（a）无管壁导管48 ms110 ms186 ms334 ms456 ms（b）管壁导管位于前端位置48 ms87 ms148 ms217 ms284 ms（c）管壁导管位于中部位置48 ms87 ms141 ms200 ms257 ms（d）管壁导管位于后端位置图 3管壁导管位于不同位置时的火焰传播图像Fig.3Image of flame propagation when the tube wall conduit is in different positions1358消防科学与技术2023年 10 月第 42 卷第 10 期此外，无导管和 60 mm 工况后期火焰速度还存在加速过程，这是因为，爆炸后期管道内部分可燃气体被泄放至管道末端（前驱压力波挤压所致），同时由于方管内外压力差引起末端空气被卷进管道，管道内剩余燃料因回流空气中氧气继续燃烧，火焰速度再次短暂提升；而管径为 80、100 mm 工况下后期火焰速度未出现上升现象，则是由于一方面导管管径较大，能泄放较多燃料，火焰传播到后期燃料不足；另一方面通过导管泄出较多火焰，且从末端泄爆口处涌进的回流火焰增多，削弱了火焰的横向传播动力，致使后期火焰速度未出现加速现象。相较于无管壁导管，管径分别为 60、80、100 mm 时的主管道泄爆末端出口处的火焰传播速度分别降低了 42.4%、73.7%、88.2%。图 5 为同一管径（60 mm）管壁导管位于不同位置时的火焰传播速度曲线。可以看出，在 150 ms时，装有前端管壁导管的工况火焰传播速度率先降低（导管位置靠前，率先泄放部分火焰及燃料），且火焰传播速度峰值最低。与无管壁导管对照，在装有前端导管的工况下，其火焰传播速度峰值下降了 24.7%。同时，无导管和导管位于中部、后端工况时后期火焰速度存在加速现象，而位于前端没有出现这种情况。原因是此时火焰已经过一定发展，加大了其横向传播动力，造成导管泄放燃料有限，又因为管道内外压力差，末端空气被卷进管道，剩余燃料继续燃烧，火焰速度再次提升；而导管置于前端时，火焰尚未充分燃烧发展，就冲破导管处的泄爆膜向外界持续泄放燃料及部分火焰，极大降低了火焰横向传播动力，火焰后期一直以低速在管道中传播。相比于无管壁导管，导管分别置于前端、中间、后端时的主管道泄爆末端出口处的火焰传播速度分别降低了 81.1%、42.4%、37.4%。2.3爆炸超压图 6 为不同管径下的爆炸超压曲线，爆炸超压共有 3个波峰。第一个波峰产生原因是末端泄爆膜被前驱压力波冲破，导致管道内压力得到一定程度泄放；随后火焰锋面到达传感器位置，形成压缩波，压力上升直至第二个峰值（压力最大峰值）。过后在稀疏波作用下，压力上升速率小于泄放速率，压力迅速下降。爆炸后期，由于管道内部分可燃气体被泄放至管道末端（前驱压力波挤压所致），同时由于压力差导致末端周围空气被卷进管道，管道内剩余燃料因回流空气中氧气得以燃烧，因此压力短暂上升并形成第 3个压力峰值。最后，随着剩余燃料的消耗殆尽，压力再次下降。可以看出，设置管壁导管的工况其管道爆炸压力明显小于无管壁导管的工况，说明管壁导管具有较好的泄压效果，且管径越大，泄压效果越明显。这是因为，在同一位置时，管径增大有利于管道内超压泄放，同时泄放更多的甲烷燃料，降低管道后续爆炸动力。因此，管径越大，甲烷爆炸超压峰值越小。由图 6可知，在 1号传感器位置的第一个峰值超压波动幅度相较于 2号传感器位置小，表明管径变化对距离管壁导管近的 1号传感器位置爆炸超压影响小，而对位置较远处的爆炸超压影响较大，即距离近更有利于泄压；对于0 100 200 300 400 500时间/ms20151050火焰传播速度/ms-1无管壁导管前端管壁导管中间管壁导管后端管壁导管图 5管壁导管位于不同位置时的火焰传播速度图Fig.5Diagram of flame propagation velocity when the pipe wall conduit is in different positions0 50 100 150 200 250 300时间/ms14121086420爆炸超压/kPa无管壁导管管径 60 mm管径 80 mm管径 100 mm（a）1号传感器位置0 50 100 150 200 250 300时间/ms14121086420爆炸超压/kPa无管壁导管管径 60 mm管径 80 mm管径 100 mm（b）2号传感器位置图 6导管管径不同时的爆炸超压曲线Fig.6Explosion overpressure curve at different catheter diameters0 100 200 300 400时间/ms20151050火焰传播速度/m/s无管壁导管管径 60 mm管径 80 mm管径 100 mm图 4导管管径不同时的火焰传播速度图Fig.4Diagram of flame propagation velocity with different catheter pipe diameter 1359Fire Science and Technology,October 2023,Vol.42,No.10第二个峰值（主峰），管道前后两端压力也略有区别。这是因为泄爆时火焰前锋从管道前端向后端传播，管道内超压到达峰值时火焰前锋位置不同决定了不同位置传感器接收到的压力不同；第三个超压峰值则随着管径增大而显著变小，管径越大，泄放的甲烷燃料越多，因此爆炸超压发展到后续阶段，其传播动力及燃料不足，呈现出管径越大，第三个波峰越小的情况。图 7为管壁导管同一直径（60 mm）下，位于不同位置时的爆炸超压。在点火后的一段时间内，爆炸超压曲线近似呈重合状态，表明管壁导管在爆炸前期对管道内爆炸超压影响相对较小。这是因为，在管壁导管泄爆膜被冲破之前，各种工况仍处于密封状态，后因爆炸超压持续增大至超过泄爆膜承压，泄爆膜被冲破，管道内超压通过管壁导管得到不同程度泄放。同时，装有前端管壁导管的工况爆炸超压峰值（主峰）最低，且后期主管道内超压未出现压力回升现象，原因是前端管壁导管在爆炸前期就持续泄放甲烷燃料。图 8 为不同管壁导管条件下的最大爆炸超压峰值。根据研究结果，与无管壁导管工况相比，同一位置下，对应管径分别为 60、80、100 mm 时，其最大爆炸超压分别下降 24.47%、30.5%、40.45%，即导管管径越大，泄压效果越好；而当导管为同一管径时，对应导管分别在前端、中部、后端的情况下，其最大爆炸超压分别下降 40.61%、24.47%、18.66%，即导管置于前端，泄爆效果最好。这说明在带有管壁导管的管道泄爆实际应用中，应尽量选取较大管径的导管且置于前端，其泄爆效果最佳。3结 论1）管壁导管泄放管道内火焰存在一定滞后性，火焰在到达管壁导管位置继续向前传播一段距离才从管壁导管处泄放。2）同一位置管壁导管对管道内前期的火焰发展、压力泄放既有促进作用，也有削弱作用，具体效果视管径大小而定（试验中 60 mm 略微促进，80、100 mm 相对削弱）；但对于管道整体的火焰传播及压力泄放，设置管壁导管能有效延长火焰传播时间并且降低爆炸超压峰值。3）同一管径管壁导管在点火端近处可在火焰尚未充分燃烧发展之前泄放部分火焰及甲烷燃料，进而降低火焰横向传播动力，其泄爆效果明显优于远离点火端时的情况。参考文献：1 MOHAMMED J,AJRASH,JAFAR Z,et al.Flame deflagration in sideon vented detonation tubes:A large scale studyJ.Journal of Hazardous Materials,2018,345:38-47.2 LI H W,GUO J,TANG Z S,et al.Effects of ignition,obstacle,and side vent locations on vented hydrogenair explosions in an obstructed ductJ.International Journal of Hydrogen Energy,2019,44(36):20598-20605.3 WAN S J,YU M G,ZHENG K,et al.Influence of side venting position on methane/air explosion characteristics in an endvented duct containing an obstacleJ.Experimental Thermal and Fluid Science,2018,92:202-210.4 WAN S J,YU M G,ZHENG K,et al.Influence of obstacle blockage on methane/air explosion characteristics affected by side venting in a ductJ.Journal of Loss Prevention in the Process Industries,2018,54:281-288.5 YU M G,WAN S J,ZHENG K,et al.Effect of side venting areas on the methane/air explosion characteristics in a pipelineJ.Journal of Loss Prevention in the Process Industries,2018,54:123-130.6 王皓楠,戚承志,陈昊祥,等.多孔结构对地下综合管廊燃气爆炸的抑制效应J.消防科学与技术,2023,41(2):164-171.7 张庆武,蒋军成,喻源,等.初始压力对容器通过导管泄爆过程的影响J.化工学报,2014,65(4):1544-1550.0 50 100 150 200 250 300时间/ms14121086420爆炸超压/kPa无管壁导管前端管壁导管中间管壁导管后端管壁导管（a）1号传感器位置0 50 100 150 200 250 300时间/ms14121086420爆炸超压/kPa无管壁导管前端管壁导管中间管壁导管后端管壁导管（b）2号传感器位置图 7管壁导管位于不同位置时的爆炸超压曲线Fig.7Explosive overpressure curve when the tube wall conduit is in different positions管壁导管条件变化14131211109876最大爆炸超压/kPa无导管前端管径 80 mm中部 后端1号传感器2号传感器管径 60 mm管径 100 mm图 8各工况下的爆炸超压峰值Fig.8Explosion overpressure peak under various operating conditions1360消防科学与技术2023年 10 月第 42 卷第 10 期8 张庆武,蒋军成,喻源,等.泄爆导管对球形容器内气体爆炸泄放过程影响的试验J.安全与环境学报,2015,15(2):51-54.9 钱承锦,王志荣,周灿.初始压力对连通容器甲烷-空气混合物泄爆压力的影响J.安全与环境学报,2017,17(1):164-168.10 朱传杰,孙豫敏,林柏泉,等.管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型J.消防科学与技术,2021,40(12):1707-1711.11 师喜林,王志荣,蒋军成.球形容器内气体的泄爆过程J.爆炸与冲击,2009,29(4):390-394.12 FERRARA G,WILLACY S K,PHYLAKTOU H N,et al.Venting of gas explosion through relief ducts:Interaction between internal and external explosionsJ.Journal of Hazardous Materials,2008,155(1-2):358-368.13 FERRARA G,BENEDETTO A D,SALZANO E,et al.CFD analysis of gas explosions vented through relief pipesJ.Journal of Hazardous Materials,2006,137(2):654-665.14 张伟,蒋军成,王志荣,等.连通容器单/双口泄爆压力特性研究J.中国安全科学学报,2018,28(8):43-48.15 ALEXIOU A,ANDREWS G E,PHYLAKTOU H.A comparison between endvented and sidevented gas explosions in large L/D vesselsJ.Process Safety and Environmental Protection,1997,75(1):9-13.16 ALEXIOU A,ANDREWS G E,PHYLAKTOU H.Sidevented gas explosions in a long vessel:the effect of vent positionJ.Journal of Loss Prevention in the Process Industries,1996,9(5):351-356.17 黄强,穆朝民,王亚军,等.瓦斯体积分数对 90弯管泄爆特性的影响J.中国安全科学学报,2020,30(11):101-107.Study on effect of pipe wall conduit on methane explosion flame discharge in pipelineHuang Yong1,Deng Wenhui1,Zhang Yun2,Luo Zibiao1(1.College of Safety Science and Engineering,Changzhou University,Jiangsu Changzhou 213164,China;2.College of Safety Science and Engineering,Nanjing Tech University,Jiangsu Nanjing 211816,China)Abstract:In order to improve the explosion release efficiency and protection level of combustible mixed gas in a narrow and long space,the methane explosion discharge test in square pipes with pipe wall conduits was carried out,and the influence of pipe wall conduit diameter and position factors on the gas flame propagation process and explosion overpressure in the pipeline was explored by changing the length diameter ratio and position of the pipe wall conduit.The results show that there is a slight lag in the time of the release effect of the pipe wall conduit on the flame.Compared with the working condition of conduit without pipe wall,when the pipe diameter of catheter is 60,80 and 100 mm,the flame propagation time is extended by 15.4%,35.8%and 61.0%,and the peak peak explosion overpressure is reduced by 24.5%,30.5%and 40.4%,respectively.The same pipe diameter pipe wall conduit placed at the front end of the square pipe can effectively discharge part of the flame and pressure,reduce the lateral propagation power of explosion energy,and the explosion discharge effect is obviously better than that of the pipe wall conduit placed in the middle and back end of the pipeline.When the conduit was placed at the front end,middle and rear end,the flame propagation time was extended by 85.4%,15.4%and 4.5%,and the peak peak explosion overpressure decreased by 40.6%,24.5%and 18.6%,respectively.Therefore,the installation of pipe wall conduit can effectively reduce the speed of flame propagation and vent explosion overpressure.Key words:tube wall catheter;explosion venting;flame propagation speed;explosive overpressure;methane flame作者简介：黄 勇(1978-)，男，江苏南京人，常州大学安全科学与工程学院高级工程师，主要从事燃烧与爆炸防治与应用、化工安全等方面的研究，江苏省常州市武进区滆湖路 1号，213164。收稿日期：2023-04-14（责任编辑：董里）1361