GB/T 16428-2026 粉尘云最小着火能量测定方法

　　ICS 13.230 CCS C 67

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 16428—2026代替 GB/T 16428—1996

　　粉尘云最小着火能量测定方法

　　Determination fortheminimum ignition energy ofdustcloud

　　2026-01-28发布 2026-08-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 16428—2026

　　GB/T 16428—2026

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件代替 GB/T 16428—1996《粉尘云最小着火能量测定方法》, 与 GB/T 16428—1996相比 , 除结构调整和编辑性改动外 ,主要技术变化如下 :

　　a) 更改了范围(见第 1 章 ,1996年版的第 1 章) ;

　　b) 更改了 “术语和定义 ”(见第 3 章 ,1996年版的第 2 章) ;

　　c) 更改了 “样品选取与制备 ”(见第 4章 ,1996年版的第 3 章) ;

　　d) 更改了试验装置(见第 5 章 ,1996年版的第 4章) ;

　　e) 更改了电火花发生系统电极间距的技术要求[见 5. 2 e) ,1996年版的 4. 1] ;

　　f) 更改了试验程序(见第 6章 ,1996年版的第 5 章) ;

　　g) 增加了安全措施(见第 7章) ;

　　h) 更改了试验报告的内容(见第 8章 ,1996年版的第 6章) ;

　　i) 增加了 1. 2 L 哈特曼管和 20 L球形爆炸试验装置的要求(见附录 A 和附录 B) 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国煤炭工业协会提出并归 口 。

　　本文件起草单位 : 中煤 科 工 集 团 重 庆 研 究 院 有 限 公 司 、大 连 理 工 大 学 、重 庆 大 学 、山 东 科 技 大 学 、西安科技大学 、北京理工大学 、常州大学 、青岛理工大学 、贵州大学 、兰州理工大学 、中国安全生产科学研究院 。

　　本文件主要起草人 : 隆清明 、黄子超 、姜海鹏 、薛少谦 、王磊 、朱丕凯 、邓博知 、张玉涛 、袁梦琦 、郑凯 、卢守青 、李润之 、李小川 、贾泉升 、杜宇婷 、严政 、李珍宝 、赵井清 、王刚 、司荣军 。

　　本文件于 1996年首次发布 ,本次为第一次修订 。

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　　粉尘云最小着火能量测定方法

　　1 范围

　　本文件规定了粉尘云最小着火能量的样品选取与制备 、试验装置 、试验程序 、安全措施和试验报告的要求 。

　　本文件适用于依赖空气中的氧维持其氧化反应的粉尘云最小着火能量的测定 。

　　本文件不适用于炸药或其他不依赖助燃气体即可燃烧爆炸的粉尘 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 150(所有部分) 压力容器

　　GB/T 15604 粉尘防爆术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 15604界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　粉尘云 dustcloud

　　在大气环境下 ,悬浮在气态氧化剂中一定浓度的可燃性粉尘与气态氧化剂的混合物 。

　　[来源 :GB/T 15604—2024,3. 3] 3.2

　　最小着火能量 minimum ignition energy

　　Emin

　　能够点燃粉尘云并维持燃烧的最小火花能量 。

　　[来源 :GB/T 15604—2024,4. 11,有修改] 3.3

　　火花放电 spark discharge

　　在两个不同电位导体之间的瞬间放电 。

　　3.4

　　粉尘云着火 ignition ofa dustcloud

　　由于能量传递的作用 ,空气中的粉尘云(3. 1)发生爆炸的初始现象 。

　　[来源 :GB/T 15604—2024,3. 11] 3.5

　　着火延迟时间 ignition delaytime

　　开始喷尘与出现火花放电之间的间隔时间 。

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　　4 样品选取与制备

　　4. 1 样品选取

　　4. 1. 1 用于试验的样品应能够代表实际工艺过程中的粉尘状态 ,应测定记录实际试验样品水分含量和粒度分布 。

　　4. 1.2 对于不能代表实际工艺或不确定实际工艺粉尘状态的情况 ,宜选用粒径小于 75μm、水分含量不超过 5%的样品进行试验 。

　　4.2 样品制备

　　4.2. 1 对于粒径较大的样品 ,可用大孔径的筛网(如 500μm)进行过筛处理 ,取筛下物进行试验 ,并在报告中注明所用筛网孔径 。

　　4.2.2 在不改变或影响粉尘组分和化学特性的情况下 ,可对样品进行研磨 、过筛或干燥处理 。

　　4.2.3 对比试验时 ,样品的制备应采用同一方法 , 以确保样品的颗粒分布和水分含量一致 。

　　5 试验装置

　　5. 1 一般要求

　　粉尘云最小着火能量测定应采用附录 A 中 1. 2 L 哈特曼管(Hartmann tube)或附录 B 中 20L球形爆炸试验装置 。其他的装置如能满足 6. 4 的标定要求 ,也可使用 。

　　5.2 电火花发生系统

　　电火花发生系统应具有下述特性 。

　　a) 放电回路的电感 :1 mH~ 2 mH 。 当使用这个值来评价静电的危险性时 ,放电回路的电感应不超过 25μH。

　　b) 放电回路的电阻 :应不超过 5 Ω。

　　c) 电极材料 :不锈钢 、黄铜 、紫铜或钨 。

　　d) 电极直径和形状 : (2. 0±0. 5) mm , 电极尖端呈半球状 。

　　e) 电极间距 :通常为 6 mm。对于某些材料的低点火能量测试需要减小电极间距以启动点火 ,在这种情况下 ,可以减小电极间距 ,并尽可能使用最大的间距进行测试 ,且间距不应小于 2 mm。

　　f) 储能电容器 :低电感类 ,并能承受反复的脉冲电流 。

　　g) 电极排列形成的电容量 :应尽可能小 。

　　h) 电极之间的绝缘阻值 :应足够高 , 以防止漏电 。

　　电火花发生系统宜采用附录 C所列的五种形式之一 。

　　6 试验程序

　　6. 1 电火花能量的理论计算

　　试验用粉尘应在常温 、常压下 ,均匀地喷入试验装置内保持悬浮状态 ,并用电容电火花点火 。

　　电容电火花的能量值按照公式(1)进行计算 :

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　　E = 0. 5C ·U2 …………………………( 1 )

　　式中 :

　　E — 电火花能量 ,单位为焦耳(J) ;

　　C — 电容量 ,单位为法拉(F) ;

　　U — 充电电容器的电压 ,单位为伏特(V) 。

　　当火花能量大于 100 mJ 时 ,按照公式(2)进行计算 :

　　E = ∫I(t)U(t)dt …………………………( 2 )

　　式中 :

　　I(t) — 放电时 ,实际测得的电火花电流 ,单位为安培(A) ;

　　U(t) — 放电时 ,实际测得的电火花电压 ,单位为伏特(V) 。

　　6.2 测定步骤

　　6.2. 1 检查试验装置 ,确保装置清洁 ,正常运转 。

　　6.2.2 确保喷尘空气的氧浓度为(20. 9±0. 5) % ,氧含量过高或过低都会影响最小着火能量结果 。

　　6.2.3 利用压缩空气将待测粉尘样品通过扩散器分散到点火容器内 , 同时带电电容器进行火花放电 。

　　6.2.4 使用 1. 2 L 哈特曼管试验装置测试时 ,使用视频记录粉尘云点火过程 ,通过图像画面判断是否发生着火 ;使用 20 L球形爆炸试验装置测试时 ,使用压力传感器记录粉尘云点火过程压力变化 ,通过爆炸超压值判断是否发生着火 。

　　6.2.5 在给定的粉尘浓度条件下 ,用一个能可靠点燃粉尘云的能量值的电火花开始 ,并通过调节电容器电容和(或)电容器上充电电压 ,逐次减半以降低火花能量值 ,找到连续 10次试验均出现着火的最小能量值 、连续 10次试验均未出现着火的最大能量值 。

　　6.2.6 在不同粉尘浓度下 ,确定合适的喷尘压力 ,重复 6. 2. 5 过程 ,直到找到对应的着火能量值 。

　　6.2.7 在上述步骤确定的粉尘浓度和着火能量组合条件下 ,逐级调整着火延迟时间 ,如果任一试验中发生点燃 ,则以该着火延迟时间重复 6. 2. 5 程序 ,直到找到最小着火能量值 。

　　6.2. 8 使用 20 L球形爆炸试验装置时 ,测定方法及步骤参考标准 GB/T 16426 中的规定 ,着火延迟时间应为 120 ms。

　　6.2.9 粉 尘 云 最 小 着 火 能 量 Emin介 于 E1 (连 续 10次 试 验 均 未 出 现 着 火 的 最 大 能 量 值) 和 E2 (连 续10次试验均出现着火的最小能量值)之间 , 即 :

　　E1

　　6.3 最小着火能量判定

　　在测定过程中 ,如出现下述现象之一 ,则认为粉尘云着火 :

　　a) 在开口的试验管内 ,火焰离开火花位置传播不小于 60 mm;

　　b) 在密闭的试验罐内 ,用电火花做点火源时 ,测得的爆炸超压不小于 0. 2×105 Pa。

　　6.4 试验装置标定

　　使用本方法时 ,应用表 1 中 3种标准粉尘进行标定 。 在标定前标准粉尘样品应在常压 、50 ℃的温度下干燥 24h。

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　　表 1 标准粉尘的最小着火能量

　　7 安全措施

　　7. 1 试验前 ,应对所有的垫圈和连接件进行物理检查 , 以防止泄漏 。

　　7.2 实验操作过程应在通风罩或通风充足的区域进行 ,操作人员应在受保护的位置操作 ,并佩戴护 目镜 、手套 、防护口罩等防护用品 。

　　7.3 对具有毒性或刺激性的粉尘 ,在样品制备及试验过程中应根据其特性采取相应的安全防护措施 。

　　7.4 电气设备的外壳应可靠接地 ,带有高压元件的电路应采取安全防护措施 , 防止对人员造成电击 。

　　7.5 不使用不相容的溶剂清洗亚克力哈特曼管 ,避免导致脆性和开裂 。

　　8 试验报告

　　试验报告应包括但不限于下述内容 :

　　a) 样品的基本信息(名称 、来源等) ;

　　b) 样品的制备以及粒度分布和水分含量 ;

　　c) 试验依据标准(本文件编号) ;

　　d) 所使用的试验装置名称 、触发方式 ;

　　e) 试验装置特征(粉尘喷散系统 、放电回路的总电感值 、充电电压 、电极材料和电极间距等) ;

　　f) 试验时环境条件 ;

　　g) 测定结果(10次连续试验均不出现着火的最大值能量 E1 、10次连续试验均出现着火的最小值能量 E2、测定过程图像或压力变化等) ;

　　h) 试验日期 、试验人员(签名) 。

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　　附 录 A (规范性)

　　1.2 L 哈特曼管

　　1. 2 L 哈特曼管装置结构见图 A. 1。其容积为 1. 2 L,装置上部采用透明材料制成 ,如石英玻璃管或亚克力管等 ,便于观察粉尘的着火情况 。 哈特曼管基部的粉尘扩散器为伞形状 ,用以扩散粉尘 。通过压缩空气的过压把粉尘扩散到玻璃圆筒内 ,用两个电极之间的火花点燃 。

　　单位为毫米

　　标引序号说明 :

　　1— 扩散管 ;

　　2— 点火电极 ;

　　3— 扩散器 ;

　　4— 电磁阀 ;

　　5— 压力表 ;

　　6— 储气罐 ;

　　7— 空气 。

　　图 A. 1 1.2 L 哈特曼管装置结构示意图

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　　附 录 B

　　(规范性)

　　20L 球形爆炸试验装置

　　20 L球形爆炸试 验 装 置 由 容 积 为 20 L 的 球 形 不 锈 钢 爆 炸 容 器 及 其 附 件 构 成 , 示 意 图 如 图 B. 1所示 。

　　爆炸容器的容积为 20 L,球形或近球形容器 ,水套用来散发爆炸产生的热量 , 以保持相对稳定的测试温度 。爆炸容器设计应符合 GB/T 150(所有部分) 的要求 ,设计承压 ≥3. 0 MPa,爆炸容器下部安装有粉尘扩散器 , 扩 散 器 通 过 管 路 和 电 磁 阀 与 储 粉 罐 相 连 通 。 储 粉 罐 容 积 0. 6 L, 工 作 压 力 不 低 于2. 0 MPa。爆炸罐壁上安有压力传感器 ,传感器与记录仪相连 。

　　标引序号说明 :

　　1 — 出水 口 ;

　　2 — 压力传感器 ;

　　3 — 压力表 ;

　　4 — 储尘罐 ;

　　5 — 进气 口 ;

　　6 — 点火源 ;

　　7 — 粉尘扩散器 ;

　　8 — 快速动作阀 ;

　　9 — 进水 口 ;

　　10— 排放 口 。

　　图 B. 1 20L 球形爆炸试验装置示意图

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　　附 录 C

　　(资料性)

　　电火花发生系统

　　C. 1 概述

　　C. 2~C. 6 给出了可采用的 5 种电火花发生系统 。在使用较大的试验容器时 ,应采用适当的措施 ,以防止边壁效应 。

　　在进行能量计算时 ,应采用放电回路的总电容值和放电时的电压值 。

　　C.2 三电极辅助火花触发系统

　　试验装置总体布置方式见图 C. 1。

　　标引序号和符号说明 :

　　1 — 主火花间隙 ;

　　2 — 辅助电极 ;

　　AC — 辅助电路 ;

　　CF — 控制装置 ;

　　CAR — 压缩空气罐 ; CA — 压缩空气 ;

　　M — 压力计 ;

　　MV — 电磁阀 ;

　　V — 关断阀 ;

　　C — 试验电容器 ; HVCU — 充电单元 ;

　　L — 电感 ;

　　R — 充电电阻 。

　　图 C. 1 使用三电极系统的辅助火花放电示意图

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　　该系统的主要组成部 分 是 一 个 三 电 极 火 花 隙 , 其 中 主 火 花 隙 的 两 电 极 直 径 为 3. 2 mm , 长 度 超 过20 mm 以上的部分直径减至 2. 0 mm。辅助电极的 自 由端向主火花隙倾斜 ,其倾斜段长度是 20 mm。该系统不仅用于上端开口的哈特曼管(Hartmann tube) ,也可用于其他试验装置 。

　　向混合物搅拌装置内加入预定量的粉尘之后 , 把管子安放就位 。 用高压充电器(HVCU) , 通过充电电阻 R 向储存点燃能量的试验电容 C(20pF~ 10000pF)充电 ,充电电流限制为 1 mA。用控制装置CF尝试点燃粉尘/空气混合物 。每次尝试点燃时 , 首先触发粉尘扩散装置将粉尘扩散成悬浮状 , 在预定的时间间隔之后 ,通过辅助火花触发试验电容主火花放电 。

　　辅助电路的能量不应超过主放电电路能量的 10% 。

　　C.3 电极移动触发系统

　　试验装置的总体布置方式见图 C. 2。

　　标引序号说明 :

　　1 — 开启式哈特曼管 ;

　　2 —PTFE 限动块 ;

　　3 — 电极 ;

　　4 — 测微螺旋 ;

　　5 —PTFE绝缘件 ;

　　6 — 往复式风动活塞 ;

　　7 — 电容 ;

　　8 — 静电电压表 ;

　　9 — 高压发生器(5kV~ 10 kV) ;

　　10— 压力容器 ;

　　11— 定时器 ;

　　12— 主电源 。

　　图 C.2 通过电极移动放电示意图

　　两电极通过聚四氟乙烯固定座安置于顶端开口的哈特曼管中 。两个固定座都钻有小孔 , 电极可以移动 。其中一电极(接地)与测量用的螺旋千分尺的测杆相连 。该千分尺固定在哈特曼管上 。另一电极(接高压)与一个推杆相连 。该推杆受双作用气动活塞(活塞直径为 35 mm ,工作压力 600 kPa)控制 ,工作行程为 10 mm ,通过一聚四氟乙烯绝缘件与电极相连 。高压电极与电容量为 26 pF~ 311 μF的电容器相连 。 当高压发生器从电容器电路中断开后 , 由电—气动装置控制有一定气压的储气罐 ,释放压缩空

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　　气 ,使粉尘扩散形成粉尘云 ,延迟一定时间(由时间控制器设定)后 ,将高压电极推到规定位置 ,使电容器放电产生电火花 。

　　C.4 电压增加(涓流充电电路)触发系统

　　该试验装置的总体布置方式见图 C. 3。

　　标引序号说明 :

　　1— 直流电压源 ;

　　2— 限流电阻 ;

　　3— 电容 ;

　　4— 去耦合电阻 ;

　　5— 静电电压表 ;

　　6— 点燃容器 ;

　　7— 1 mH 电感 。

　　图 C.3 通过升压放电示意图

　　高的直流电压使电容器的电位缓慢升高 ,直至产生火花 。重复相同的操作可得到一系列相等的能量值 。 电路中有一个阻值为 108 Ω~ 109 Ω 的限流电阻 。 电容器的电压是用电压表来测量的 ,与该电压表串联一个阻值为 108 Ω~ 109 Ω 的去耦电阻 。通过调节电容器 电 容 和 放 电 电 压 , 可 得 到 能 量 值 超 过1. 0 mJ 的电火花 。

　　试验时 ,首先应确定所需的火花能量值 。选择一合适值的电容器 ,调节电压(在 10 kV~ 30 kV 之间调节)和电极间距 ,直到在电极处产生按 0. 5CU2 (C为电极处于高电压时放电回路的总电容 ,该电容可用交流电桥测得;U 为产生火花时的电压值)计算所需能量值的电火花 ,接着将高电压电极接地 ,并把一定量的粉尘试样装入扩散杯中 。然后将直流电源接入电路中 。 当电极间刚产生火花时 ,将粉尘试样用压缩空气喷入试验装置 ,形成粉尘云 。这时 ,观察是否出现着火 ,并观察火焰的传播情况 。

　　通常 ,第一次试验都是用较高的火花能量(如 500 mJ) 来进行的 。 如果出现着火 ,然后逐步地降低火花能量再进行试验 ,直至没有出现着火为止 。

　　C.5 辅助火花触发的双电极系统

　　试验装置的总体布置方式见图 C. 4。

　　没有电感的试验不能使用该电路 。C 是带初始电压 U 的放电电容 。 电容范围从 40 pF 向下逐步减小 ,每次减少 10 pF。可变电压从 1 000 V 向下变化(400 V~ 500 V 是实际上的最小级别) , 可得到0. 5CU2 的较大选择范围 。在预定时刻开始火花放电 ,如果这一时刻对火花放电与瞬时粉尘云同步形成很重要 ,那么通过由电容 CTr,开关 S 和触发变压器 T 原边线圈构成的触发电路来完成 。关闭开关 ,在变压器副边线圈中产生大约 15 kV 峰值的高压脉冲 ,击穿火花放电间隙 G,从而使主电容 C 放电 。试

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　　验显示 ,通过低于 2 mJ~ 5 mJ 的触发火花使输入火花间隙的能量降低非常困难 。 因此 ,该触发原理仅适用于火花能量大于 5 mJ 的情况 。

　　标引符号说明 :

　　C — 主电容 ;

　　CTr— 触发电路电容 ;

　　D — 二极管 ;

　　S — 开关 ;

　　T — 变压器 ;

　　G — 火花间隙 。

　　图 C.4 常规两极系统放电电路中的触发变压器

　　用常规的方法 ,通过测量火花间隙的电流和电压确定不同的 C 和 U 组合产生的火花净能量 ,作为时间-功率时间曲线积分的函数 。二极管 D 的作用是产生单向放电 。触发变压器副边线圈中的 自感宜为 1 mH~ 2 mH。

　　C.6 方形波火花发生系统

　　该系统的电容器容量较大 ,一般由几个大电容器或数十个小电容通过串 、并联方式组成 。 电容器充电电压最高为 1 500V。在放电回路中串有可调电阻 。该系统的特点是 :放电电流和放电电压在整个放电过程中呈方形波 ,使其在整个放电时间内 , 电火花的强度保持不变 ,从而避免放电过程的无功火花产生 ,使所测数据更准确 。通过调节充电电压 、可调电阻以及放电持续时间 ,可方便调节电火花的能量值 。该系统的技术特征 为 : 放 电 火 花 持 续 时 间 调 节 范 围 为 0. 99 ms~ 990 ms, 火 花 能 量 调 节 范 围 为0. 25×106 mJ~ 2. 0×106 mJ,可调电阻范围为 0 Ω~ 990 Ω。