金属丝网对氢气/甲烷/空气混合气体爆炸淬熄效应的实验研究与临界参数分析

为保障氢能管道运输安全，研究人员针对氢气/甲烷混合气体爆炸特性，通过封闭管道实验系统研究金属丝网的淬熄效果。发现低氢混合比（5%-20%）下丝网可有效淬熄火焰，而高氢混合比易致淬熄失效；提出通过对比空白与丝网条件下管道下游超压峰值差异判定淬熄效果的新方法，为氢/甲烷管道安全评估提供重要依据。

　　

在全球加速推进"碳达峰、碳中和"的背景下，氢能因其清洁高效特性成为能源转型的关键角色。然而，利用现有天然气管道进行掺氢运输时，混合气体的爆炸风险成为重大安全隐患。特别是氢气的高活性会显著增强甲烷的爆炸强度，管道泄漏可能引发灾难性事故。如何有效抑制氢气/甲烷混合气体的爆炸传播，成为氢能基础设施安全领域亟待解决的科学难题。

针对这一挑战，中国某高校安全工程团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表了创新性研究成果。研究人员构建了封闭管道实验系统，采用高速摄影和压力传感器同步监测技术，系统考察了120目金属丝网对不同比例氢气/甲烷/空气混合气体的淬熄效果。实验通过对比空白组与丝网组的管道下游超压峰值差异，建立了一种新型淬熄效果判定方法，并首次揭示了混合气体爆炸过程中的多峰压力现象。

关键技术方法包括：1）在爆炸室顶部布置P1（距点火点30mm）和P2（211mm）两个压力传感器，分别捕捉丝网前后端的超压变化；2）使用40mm厚120目金属丝网作为淬熄材料；3）通过当量比（Φ）和氢混合比（HBR）调控混合气体组成；4）结合火焰形态演变与压力波特征分析淬熄机制。

【Flame evolution and velocity】
研究发现：当量比Φ=0.8、HBR=25%时，火焰接触丝网后形成指状结构并发生滞止，46.45ms后出现向点火端回传的反射波。富燃料条件下火焰更易被淬熄，而化学计量比（Φ=1.0）时淬熄难度最大。火焰传播速度在接触丝网时达到峰值，且该峰值早于超压峰值出现。

【Conclusion】
关键结论显示：1）低HBR（5%-20%）时丝网淬熄效果显著，高HBR（≥25%）易导致淬熄失效；2）爆炸超压呈现明显多峰特征，成功淬熄时呈双峰，失效时呈三峰；3）建立了丝网临界淬熄间距理论计算模型；4）提出的超压峰值对比法可有效判定淬熄效果。

该研究首次系统阐明了金属丝网对氢气/甲烷混合气体爆炸的淬熄规律，创新性地将多峰压力特征与淬熄效果建立关联。所提出的临界参数计算方法和效果判定标准，为氢能管道安全防护工程设计提供了重要理论依据，对推进氢能大规模管道运输具有显著工程应用价值。特别是发现氢混合比对淬熄效果的阈值效应（临界值约25%），为制定管道掺氢比例安全标准提供了关键实验支撑。