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体爆炸敏感性参数的评估方法。
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。
粉尘云最低着火温度和最小着火能量是表征低密度聚乙烯粉体爆炸敏感性的重要参数，对此类粉体相关工艺安全设计、风险评估以及事故预防控制措施的有效选取都具有重要的现实意义。粉尘云最低着火温度及最小着火能量受粉尘自身属性、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这两个参数的核心影响因素，现有技术中针对聚乙烯粉尘云最低着火温度及最小着火能量的相关数据不够全面，专门针对低密度聚乙烯粉尘云的数据则更为稀缺，且目前尚缺少适合于低密度聚乙烯粉尘云最低着火温度及最小着火能量的定量评估解决方案。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种低密度聚乙烯粉体爆炸敏感性参数的评估方法，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敏感性参数即最低着火温度及最小着火能量的快速、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体爆炸敏感性参数的评估方法，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、通过调整恒温炉温度和电极点火能量，进行重复测试，得到多种粉尘云浓度和中位径条件下的最低着火温度及最小着火能量数据；
步骤3、对步骤2所得到的最低着火温度及最小着火能量数据进行非线性拟合，得到粉尘云最低着火温度及最小着火能量随粉尘中位径、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粒度分布、粉尘云浓度来预测实际工艺条件下的最低着火温度及最小着火能量；
步骤5、对步骤2所得到的最低着火温度及最小着火能量数据进行对比分析，得到不同中位径条件下的最低着火温度及最小着火能量数据；
步骤6、对步骤5所得到的最低着火温度及最小着火能量数据进行非线性拟合，得到最低着火温度及最小着火能量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低着火温度及最小着火能量。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述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敏感性参数即最低着火温度及最小着火能量的快速、准确评估。
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体爆炸敏感性参数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godbert－greenwald恒温炉标准实验装置结构示意图；
图3为本发明实施例所举实例所采用的harttman管测试装置结构示意图。
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体爆炸敏感性参数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、62.15μm、82.97μm、120.8μm、和234.0μm。
步骤2、通过调整恒温炉温度和电极点火能量，进行重复测试，得到多种粉尘云浓度和中位径条件下的最低着火温度及最小着火能量数据；
该步骤中，具体可以参照gb/t16429－1996《粉尘云最低着火温度测定方法》以及gb/t16428-1996《粉尘云最小着火能量测定方法》，分别采用godbert－greenwald恒温炉标准实验装置及1.2lharttman管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低着火温度及最小着火能量数据。
举例来说，如图2所示为本发明实施例所举实例所采用的godbert－greenwald恒温炉标准实验装置结构示意图，如图3所示为本发明实施例所举实例所采用的harttman管测试装置结构示意图，该恒温炉标准实验装置包括有观察室1、恒温炉体2、粉尘仓3、储尘器4、电磁阀5、储气罐6、自控压机7、温度控制系统8、稳压电源9和压缩空气瓶10。该1.2lharttman管测试装置包括压缩空气瓶11、压力表12、储气罐13、电磁阀14、自动控制与数据采集系统15、粉尘扩散装置16、点火电极17、管体18、延时系统19和电脑20，基于上述两个测试装置，完整的测试过程为：
1)首先借助自控压机7和压缩空气瓶10使储气罐6存有一定压力的空气。
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储尘器4，拧紧储尘器盖。
3)通过温度控制系统8将恒温炉体2温度控制在某一恒定温度下。
4)利用稳压电源9及电磁阀5控制储气罐6所贮存空气的排放，将储尘器4内的某低密度聚乙烯粉体喷出，经过粉尘仓3形成扩散性较好的粉尘云并使之均匀扩散到加热炉体2中。
5)通过加热炉体2底部观察室1观察某低密度聚乙烯粉尘云的燃烧情况。
6)若在观察室1中观察到有明显的火焰出现，则视为着火；若没有火焰或火焰出现时间滞后3s以上，则视为未着火。各温度条件下进行10次实验，若都未出现明显的火焰，则认为该温度下某低密度聚乙烯粉体样品不能点着。
7)记录数据，清理观察室1内部残留固体和气体，准备下一次最低着火温度测试实验。
8)在压力表12的前提下，借助压缩空气瓶11使储气罐13存有一定压力的空气。
9)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扩散器16。
10)借助自动控制与数据采集系统15，依据实际测试情况由电脑20远程设置点火电极17电火花能量及延时系统19数据。
11)由自动控制与数据采集系统15控制电磁阀14及储气罐13中所贮存空气的排放，使粉尘扩散器16上的某低密度聚乙烯粉体喷出，以形成扩散性较好的粉尘云并使之均匀扩散到管体18中，同时通过点火电极17激发能量，进而点燃粉尘云。
12)观察管体18内火焰传播情况，若火焰离开火花位置传播至少为60mm则为着火，反之则未着火。
13)记录数据，清理管体18及粉尘扩散器16内部残留固体和气体，准备下一次最小着火能量测试实验。
举例来说，以五组试验样品为例，中位径依次为13.74μm、62.15μm、82.97μm、120.8μm和234.0μm，所得到的多种特定粉尘云浓度和中位径条件下的最低着火温度及最小着火能量数据分别如下表1及表2所示：
表1最低着火温度数据
表2最小着火能量数据
步骤3、对步骤2所得到的最低着火温度及最小着火能量数据进行非线性拟合，得到粉尘云最低着火温度及最小着火能量随粉尘中位径、粉尘云浓度的函数关系；
这里，所得到的粉尘云最低着火温度及最小着火能量随粉尘中位径、粉尘云浓度的函数关系具体表示为：
式中，mitc为粉尘云最低着火温度，单位为℃；mig为最小着火能量，单位为mj；dm为中位径，单位为μm；c为粉尘云浓度，单位为kg·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最低着火温度及最小着火能量；
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低着火温度及最小着火能量；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低着火温度及最小着火能量，推断实际工艺条件下某低密度聚乙烯粉体的爆炸敏感性，进而辅助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所得到的最低着火温度及最小着火能量数据进行对比分析，得到不同中位径条件下的最低着火温度及最小着火能量数据；
举例来说，以五组试验样品为例，中位径依次为13.74μm、62.15μm、82.97μm、120.8μm和234.0μm，所得到的某一浓度条件下不同中位径条件下的最低着火温度及最小着火能量数据如下表3及表4所示：
表3最低着火温度数据
表4最小着火能量数据
步骤6、对步骤5所得到的最低着火温度及最小着火能量数据进行非线性拟合，得到最低着火温度及最小着火能量随中位径变化的函数关系；
这里，所得到的最低着火温度及最小着火能量随中位径变化的函数关系具体表示为：
mitc＝361.66534+0.66741dm-0.00535dm2+1.48192×10-5dm3
mig＝-0.88606+4.08581dm-0.03357dm2+9.62022×10-5dm3
其中，mitc为最低着火温度；mig为最小着火能量；dm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，基于粉尘粒度分布来计算出拟建工艺中的最低着火温度及最小着火能量。
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，从而预测出最低着火温度及最小着火能量，进而辅助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评估方法进行详细说明：
应用实例1、某危险化学品生产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最低着火温度及最小着火能量，进而推断低密度聚乙烯粉体的爆炸敏感性，有效评价出该生产工艺的粉尘爆炸风险。
首先采用以下方式获取最低着火温度及最小着火能量数据。
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低着火温度及最小着火能量。
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低着火温度及最小着火能量，进而可以推断低密度聚乙烯粉体的爆炸敏感性，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低着火温度及最小着火能量数据。
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低着火温度及最小着火能量数据。
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。
综上所述，本发明实施例所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低着火温度及最小着火能量，进而辅助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低着火温度及最小着火能量，进而辅助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。