煤气泄爆装置的数值模拟与试验研究

论文摘要

冶金煤气在除尘器上爆燃是煤气净化过程中常见的事故，最常用的防护措施是在除尘器上安装泄爆装置，通过固定的开口将除尘器内产生的爆炸压力及时释放出去，从而保护除尘器箱体不产生大的变形，以保护工作人员的安全。针对当今泄爆装置因经验设计造成的误差较大，很难满足工业要求这一难题，本课题运用数值模拟及试验研究的方法，提出了一种泄爆装置设计的新思想。首先根据可燃气体爆炸的机理，得到高炉煤气局部发生爆炸时，爆炸程度的表征参数，进而计算出除尘器所需的泄爆面积，为泄爆装置的设计提供理论基础。本文以三级弹簧泄爆装置为例，理论设计了各级弹簧的性能参数。通过建立各级弹簧以及泄爆装置三维数学模型，运用ANSYS软件对其进行静态与瞬态有限元分析，得出各级弹簧的动态等效刚度与理论解非常相近，平均误差小于3%；泄爆装置的时间与载荷关系曲线中，可以看出泄爆装置的全开启在500ms内就能实现，符合泄爆时间要求。对各级弹簧进行静刚度试验研究，进一步验证了数值模拟弹簧刚度的准确性，对泄爆装置在泄放过程中的运行时间和开启高度进行试验研究，更好的评价了泄爆装置的运行性能，并得到DN500、DN800两种泄爆通径在不同爆炸压力下的泄爆流量。通过以上研究，建立了一个应用范围广，操作方便，高精度的泄爆装置设计系统，实现了全过程无图纸化生产，提高了生产效率及设计准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 泄爆装置的分类
• 1.3 国内外研究状况
• 1.3.1 爆炸泄放过程的研究现状
• 1.3.2 泄爆装置设计标准的研究现状
• 1.4 本论文的研究目的和主要内容
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 预期目标
• 1.4.3 研究方法
• 1.4.4 研究意义
• 第2章 煤气燃烧爆炸及泄放过程的理论分析
• 2.1 煤气爆炸极限
• 2.1.1 煤气爆炸极限的计算
• 2.1.2 爆炸极限的影响因素
• 2.2 气体爆炸的表征参数分析
• 2.3 煤气爆炸极限和表征参数的计算
• 2.4 煤气爆炸时泄放面积的计算
• 2.4.1 泄放过程分析
• 2.4.2 泄放面积的计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 泄爆装置的设计计算
• 3.1 泄爆装置简介
• 3.2 泄爆装置的设计计算
• 3.2.1 弹簧的设计
• 3.2.2 三级泄爆装置的设计实例
• 3.3 本章小结
• 第4章 数值模拟及试验验证
• 4.1 数值模拟
• 4.1.1 数值模拟简介
• 4.1.2 ANSYS 数值模拟的主要步骤
• 4.1.3 弹簧及泄爆装置的数值模拟
• 4.2 实验验证
• 4.2.1 圆柱压缩弹簧的试验装置及试验方法
• 4.2.2 碟形弹簧的试验装置及试验方法
• 4.2.3 泄爆装置性能研究的试验装置及试验方法
• 4.3 数值模拟、试验数据及理论解比较分析
• 4.3.1 圆柱压缩弹簧刚度研究
• 4.3.2 三级碟形弹簧刚度研究
• 4.3.3 泄爆装置数值模拟与试验的对比
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介