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  • 奈米金屬粉塵防爆研究:氮氣惰性化
  • 點閱:466
  • 並列題名:Explosion proff research of nano metal: nitrogen deactivation
  • 作者: 吳鴻鈞, 謝明宏研究主持
  • 出版社:行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所
  • 出版年:2009[民98]
  • 集叢名:IOSH勞工安全衛生研究報告:IOSH97-S322
  • ISBN:9310098005421;
  • 格式:PDF
  • 附註:行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所計畫主辦 研究期間:中華民國97年4月11日至97年12月31日 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所計畫主辦 研究期間:中華民國97年4月11日至97年12月31日 97年度研究計畫

內容簡介

奈米金屬鋁粉、鈦粉以及鐵粉為現今工業界為最常用之奈米金屬粉塵,然而目前大家對其塵爆特性並不清楚。基此;本研究即探討鋁、鐵、鈦奈米金屬粉塵爆炸與惰性氣體關係,而奈米金屬粉體以市面上最常用之粉體為研究對象,其中奈米金屬鋁粉和奈米金屬鈦粉之粒徑分別為100nm、75nm與35nm,奈米鐵粉粒徑則為65nm、35nm 和15nm,而本研究所用之惰性氣體將選用氮氣為主要探索之載具。

在本案所探究之三種奈米金屬粉體在國內、外相關規範並無發現有相關資訊之探討,僅NFPA69為較相關,係以氮氣進行探討至微米粒徑等級。而在本研究中發現三種奈米金屬粉體之最低點火能量(MIE)都小於1mJ,皆屬於爆炸敏感度高的物質。此外;奈米金屬鐵粉與鈦粉會引發自燃爆炸反應(未用化學點火器引爆),若將前述條件用化學點火器引爆,其爆壓值並未有明顯的變化。若奈米鐵粉與鈦粉依正常塵爆量測方式(ASTM1226),則此二種粉體會與空氣迅速氧化燒結於入料口使得實驗無法進行。即使粉體入料斗完全以氮氣充填,燒結現象仍會出現於20升鋼球體內,尤其在浮塵產生器分散口附近最為嚴重。基此;本研究找出篩選奈米金屬粉體之自燃敏感性之流程,並發展出依自燃敏感性進行爆炸特性與惰化特性量測之方法,若依敏感度之高到低特性分別為直接入料爆炸特性量測法、入料斗氮封爆炸特性量測法以及標準之塵爆特性量測法。並整合前述各項方法制訂出奈米金屬防爆氮氣惰性化操作手冊。

接著更透過前述方法完成對鋁、鐵與鈦奈米金屬粉體爆炸下限量測與惰性化之影響,實驗結果為奈米鋁粉100nm、75nm、35nm的爆炸下限(LEL)約為41-42g/m3,(依粒徑分別為41、41、42 g/m3),爆炸最低需氧濃度(MOC)依粒徑分別為13.5、13、12.25 vol%。奈米鐵粉65nm、35nm、15nm的爆炸下限(LEL)依粒徑分別為131、96及106 g/m3,其MOC依粒徑分別為11.5、12.5、12 vol%。奈米鈦粉100nm、35nm(75nm因供應商變更使用非抗靜電包材質,導致在實驗取樣時該批物料自燃起火導致全數毀損,故無法進行此粒徑粉體測試)的爆炸下限,兩者之爆炸下限(LEL)分別為30、40g/m3,其MOC依粒徑分別為14與13 vol%。

 

本計畫研究成果中之奈米金屬防爆氮氣惰性化操作手冊,可為學術與研究機構進行奈米粉體爆炸與惰化特性之量測標準外,本案所檢測所得之奈米鋁粉、奈米鈦粉、奈米鐵粉之爆炸下限以及其惰性化之影響,亦可予奈米金屬粉應用業界、本會檢查處、各檢查所及安衛處參考使用,以有效預防與控制奈米金屬粉塵爆炸危害。

  • 摘要(第i頁)
  • Abstract(第iii頁)
  • 目錄(第v頁)
  • 圖目錄(第vii頁)
  • 表目錄(第ix頁)
  • 第一章 計畫概述(第2頁)
    • 第一節 前言(第2頁)
    • 第二節 目的(第3頁)
    • 第三節 工作項目(第4頁)
  • 第二章 奈米粉塵爆炸實驗-實驗方法(第7頁)
    • 第一節 奈米粉塵粒徑影響(第7頁)
    • 第二節 奈米粉塵爆炸實驗樣品(第7頁)
    • 第三節 奈米粉塵爆炸實驗設備(第9頁)
    • 第四節 奈米粉塵爆炸實驗標準步驟(第11頁)
    • 第五節 爆炸鋼球改裝(第17頁)
  • 第三章 實驗結果(第20頁)
    • 第一節 惰性化程序建立(第20頁)
    • 第二節 氮氣惰性化方式(第27頁)
    • 第三節 奈米鋁粉之爆炸特性參數(第31頁)
    • 第四節 奈米鋁粉之爆炸下限(LEL)(第33頁)
    • 第五節 奈米鋁粉之最低需氧濃度(MOC)(第36頁)
    • 第六節 奈米鈦粉之下限(LEL)(第39頁)
    • 第七節 奈米鈦粉之最低需氧濃度(MOC)(第41頁)
    • 第八節 奈米鐵粉之爆炸特性(第43頁)
    • 第九節 奈米鐵粉之最低需氧濃度(MOC)(第46頁)
    • 第十節 奈米鐵粉之爆炸下限(LEL)-上方入料對照組(第49頁)
    • 第十一節 奈米鐵粉最低需氧濃度(MOC)-上方入料對照組(第52頁)
  • 第四章 結論與建議(第54頁)
    • 第一節 結論(第54頁)
    • 第二節 建議(第55頁)
  • 誌謝(第57頁)
  • 參考文獻(第58頁)
  • 附錄1 奈米金屬防爆氮氣惰性化操作手冊(第59頁)
    • 第一章 爆炸鋼球改裝(第附錄-1頁)
    • 第二章 建立惰性化程序(第附錄-7頁)
    • 第三章 量測方法的篩選機制-最小點火能量(MIE)(第附錄-9頁)
    • 第四章 建立量測方法(第附錄-11頁)
    • 第五章 建立惰性化方法(第附錄-19頁)
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