有關(guān)高爐煤氣爆炸極限的解答

為什么各種氣體的爆炸極限不一樣，過小了不行，過大了也不行？ 如：
H2是4%-75%
CH4是5%-15%
CO是12.5%-74%

可燃物質(zhì)（可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵）與空氣（或氧氣）必須在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，形成預(yù)混氣，遇著火源才會發(fā)生爆炸，這個濃度范圍稱為爆炸極限，或爆炸濃度極限。例如一氧化碳與空氣混合的爆炸極限為12．5％～80％?？扇夹曰旌衔锬軌虬l(fā)生爆炸的低濃度和高濃度，分別稱為爆炸下限和爆炸上限，這兩者有時亦稱為著火下限和著火上限。在低于爆炸下限和高于爆炸上限濃度時，既不爆炸，也不著火。這是由于前者的可燃物濃度不夠，過量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延；而后者則是空氣不足，導(dǎo)致火焰不能蔓延的緣故。當(dāng)可燃物的濃度大致相當(dāng)于反應(yīng)當(dāng)量濃度時，具有大的爆炸威力（即根據(jù)*燃燒反應(yīng)方程式計算的濃度比例）。

可燃性混合物的爆炸極限范圍越寬、爆炸下限越低和爆炸上限越高時，其爆炸危險性越大。這是因?yàn)楸O限越寬則出現(xiàn)爆炸條件的機(jī)會就多；爆炸下限越低則可燃物稍有泄漏就會形成爆炸條件；爆炸上限越高則有少量空氣滲入容器，就能與容器內(nèi)的可燃物混合形成爆炸條件。應(yīng)當(dāng)指出，可燃性混合物的濃度高于爆炸上*，雖然不會著火和爆炸，但當(dāng)它從容器或管道里逸出，重新接觸空氣時卻能燃燒，仍有發(fā)生著火的危險。

爆炸極限的單位 氣體或蒸氣的爆炸極限的單位，是以在混合物中所占體積的百分比（％）來表示的，如氫與空氣混合物的爆炸極限為4％～75％?？扇挤蹓m的爆炸極限是以混合物中所占體積的質(zhì)量比g／m3來表示的，例如鋁粉的爆炸極限為40g／m3。

爆炸極限計算 爆炸反應(yīng)當(dāng)量濃度、爆炸下限和上限、多種可燃?xì)怏w混合物的爆炸極限計算方法如下：

（1）爆炸反應(yīng)當(dāng)量濃度。爆炸性混合物中的可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)的濃度比例，在恰好能發(fā)生*的化合反應(yīng)時，則爆炸所析出的熱量多，所產(chǎn)生的壓力也大。實(shí)際的反應(yīng)當(dāng)量濃度稍高于計算的反應(yīng)當(dāng)量濃度，這是因?yàn)楸ㄐ曰旌衔锿ǔ：须s質(zhì)。

可燃?xì)怏w或蒸氣分子式一般用CαHβOγ表示，設(shè)燃燒1mol氣體所必需的氧摩爾數(shù)為n，則燃燒反應(yīng)式可寫成：

CαHβOγ+nO2→生成氣體

按照標(biāo)準(zhǔn)空氣中氧氣濃度為20．9％，則可燃?xì)怏w在空氣中的化學(xué)當(dāng)量濃度X（％），可用下式表示：


可燃?xì)怏w在氧氣中的化學(xué)當(dāng)量濃度為Xo（％），可用下式表示：


也可根據(jù)*燃燒所需的氧原子數(shù)2n的數(shù)值，從表1中直接查出可燃?xì)怏w或蒸氣在空氣（或氧氣）中的化學(xué)當(dāng)量濃度。其中 。



可燃?xì)怏w（蒸氣）在空氣中和氧氣中的化學(xué)當(dāng)量濃度





（2）爆炸下限和爆炸上限。各種可燃?xì)怏w和燃性液體蒸氣的爆炸極限，可用專門儀器測定出來，或用經(jīng)驗(yàn)公式估算。爆炸極限的估算值與實(shí)驗(yàn)值一般有些出入，其原因是在計算式中只考慮到混合物的組成，而無法考慮其他一系列因素的影．響，但仍不失去參考價值。

1）根據(jù)*燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)估算有機(jī)物的爆炸下限和上限，其經(jīng)驗(yàn)公式如下。

爆炸下限公式：

（體積）

爆炸上限公式：

（體積）

式中 L下——可燃性混合物爆炸下限；

L上——可燃性混合物爆炸上限；

n——1mol可燃?xì)怏w*燃燒所需的氧原子數(shù)。

某些有機(jī)物爆炸上限和下限估算值與實(shí)驗(yàn)值比較如表2：



表2 石蠟烴的化學(xué)計量濃度及其爆炸極限計算值與實(shí)驗(yàn)值的比較




從表中所列數(shù)值可以看出，實(shí)驗(yàn)所得與計算的值有一定差別，但采用安全系數(shù)后，在實(shí)際生產(chǎn)工作中仍可供參考。

2）根據(jù)化學(xué)當(dāng)量濃度計算爆炸極限和爆炸性混合氣*燃燒時的化學(xué)當(dāng)量濃度，可以估算有機(jī)物的爆炸下限和上限。計算公式如下：



此計算公式用于鏈烷烴類，其計算值與實(shí)驗(yàn)值比較，誤差不過10％。例如甲烷爆炸極限的實(shí)驗(yàn)值為5％～15％，與計算值非常接近。但用以估算H2、C2H2以及含N2、Cl2等可燃?xì)怏w時，出入較大，不可應(yīng)用。

（3）多種可燃?xì)怏w組成混合物的爆炸極限。由多種可燃?xì)怏w組成爆炸混合氣的爆炸極限，可根據(jù)各組分的爆炸極限進(jìn)行估算，其計算公式如下：


式中 Lm——爆炸性混合氣的爆炸極限（％）；

L1、L2、L3、Ln——組成混合氣各組分的爆炸極限（％）；

V1、V2、V3、…Vn——各組分在混合氣中的濃度（％）。

V1+V2+V3+…Vn=100

該公式用于煤氣、水煤氣、天然氣等混合氣爆炸極限的計算比較，而對于氫與乙烯、氫與硫化氫、甲烷與硫化氫等混合氣及二硫化碳的混合氣體，則計算的誤差較大，不得應(yīng)用。



——摘自《安全科學(xué)技術(shù)百科全書》（中國勞動社會保障出版社，2003年6月出版）





explosive limit 可燃性氣體或蒸氣與助燃性氣體形成的均勻混合系在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下引起爆炸的濃度極限值。助燃性氣體可以是空氣、氧氣或其他助燃性氣體。一般情況提及的爆炸極限是指可燃?xì)怏w或蒸氣在空氣中的濃度極限。能夠引起爆炸的可燃?xì)怏w的低含量稱為爆炸下限；高濃度稱為爆炸上限?；旌舷档慕M分不同，爆炸極限也不同。同一混合系，由于初始溫度、系統(tǒng)壓力、惰性介質(zhì)含量、混合系存在空間及器壁材質(zhì)以及點(diǎn)火能量的大小等的都能使爆炸極限發(fā)生變化。一般規(guī)律是：混合系原始溫度升高，則爆炸極限范圍增大，即下限降低、上限升高。因?yàn)橄到y(tǒng)溫度升高，分子內(nèi)能增加，使原來不燃的混合物成為可燃、可爆系統(tǒng)。系統(tǒng)壓力增大，爆炸極限范圍也擴(kuò)大，這是由于系統(tǒng)壓力增高，使分子間距離更為接近，碰撞幾率增高，使燃燒反應(yīng)更易進(jìn)行。壓力降低，則爆炸極限范圍縮?。划?dāng)壓力降至一定值時，其上限與下限重合，此時對應(yīng)的壓力稱為混合系的臨界壓力。壓力降至臨界壓力以下，系統(tǒng)便不成為爆炸系統(tǒng)（個別氣體有反?，F(xiàn)象）?；旌舷抵兴栊詺怏w量增加，爆炸極限范圍縮小，惰性氣體濃度提高到某一數(shù)值，混合系就不能爆炸。容器、管子直徑越小，則爆炸范圍就越小。當(dāng)管徑（火焰通道）小到一定程度時，單位體積火焰所對應(yīng)的固體冷卻表面散出的熱量就會大于產(chǎn)生的熱量，火焰便會中斷熄滅?；鹧娌荒軅鞑サ拇蠊軓椒Q為該混合系的臨界直徑。點(diǎn)火能的強(qiáng)度高、熱表面的面積大、點(diǎn)火源與混合物的接觸時間不等都會使爆炸極限擴(kuò)大。除上述因素外，混合系接觸的封閉外殼的材質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)、光照、表面活性物質(zhì)等都可能影響到爆炸極限范圍。

可燃性蒸氣的爆炸極限值是由可燃液體表面產(chǎn)生的蒸氣濃度決定的。對于可燃液體而言，爆炸下限濃度對應(yīng)的閃點(diǎn)溫度又可以稱為爆炸下限溫度；爆炸上限濃度對應(yīng)的液體溫度又可以稱為爆炸上限溫度。