氣體混合物爆炸產特別化工產極普遍爆炸現象氣體混合物兩種情況:單燃氣體與空氣混合;另種種燃氣體與空氣混合兩種情況並非任何情況都發爆炸定爆炸濃度範圍需要定能量點燃才能發爆炸由知氣體混合物爆炸點火能爆炸極限測定相重要產特別化工產著積極指導意義
2 燃性混合氣體爆炸特性計算相應條件
燃性混合氣體爆炸引數影響素例燃氣體及氧化劑種類;氣體濃度;點火源能量;點火位置;爆炸空間封閉程度,障礙物數量及現狀等文章其條件變情況僅僅丙烷、丙烯、甲烷三種燃氣體與空氣混合物混合爆炸爆炸極限點火能進行計算研究
3 燃性混合氣體爆炸特性計算
3.1 點火能計算
3.1.1 用點火能計算
燃氣體與空氣混合物引燃所必需能量臨界值亦稱火花引燃能或者臨界點火能①引燃源能量低於臨界值燃混合系般點燃點火能測定用電火花其放電能量通計算求:
(3.1-1)
式 E——放電能量J;
V——導體間電位差V;
C——導體間等效電容F
電火花點燃混合氣體點火能量低影響燃燒極限使其值縮混合系溫度或壓力升高所需臨界點火能減:乙炔燃燒限附近需要點火能稍於化計算濃度7.8%附近(約9%)則需低點火能(約0.02mJ)10%乙炔要給足點火能(約100J)能點燃壓力升乙炔解爆炸點火能減兩導體內電位低於15kV靜電放電使點燃能量於或等於25mJ烷烴類石油蒸氣引燃;接針尖等區域性空間發應電暈放電引燃點燃能量於0.2mJ燃氣體(富氧環境除外)
3.1.2 點火能精確計算
由於述測試忽略火花放電程等其素造能量損失往往導致點火能量估算偏高②更精確測試直接測電極兩端電壓U(t)放電電流波形I(t)曲線通功率曲線間積估算放電火花能量E即:
E= (3.1-2)
t——放電間R——路電阻
表3—1些燃氣空氣點火能
燃氣
點火能(10-5J)
化計量
甲烷
乙烷
丁烷
戊烷
丙烯
22.03
42.04
76.03
82.06
28.22
29.01
24.03
26.00
22.02
-22.52
3.1.3 丙烷80%、丙烯15%、甲烷5%三種燃氣體與空氣混合物混合爆炸點火能計算
丙烷80%、丙烯15%、甲烷5%混合燃氣與空氣混合物混合匯入燃氣體點火能量測試裝置燃氣點燃能點燃電壓V, 導體間等效電容C,由公式(3.1-1)計算三種燃氣體與空氣混合物混合爆炸點火能:
3.2 爆炸極限計算
燃物質(燃氣體、蒸氣粉塵)與空氣(或氧氣)必須定濃度範圍內均勻混合形預混氣遇著火源才發爆炸濃度範圍稱爆炸極限或爆炸濃度極限例氧化碳與空氣混合爆炸極限12.5%~80%燃性混合物能夠發爆炸低濃度高濃度別稱爆炸限爆炸限兩者亦稱著火限著火限低於爆炸限高於爆炸限濃度既爆炸著火由於前者燃物濃度夠量空氣冷卻作用阻止火焰蔓延;者則空氣足導致火焰能蔓延緣故燃物濃度致相於反應量濃度具爆炸威力(即根據完全燃燒反應程式計算濃度比例)
燃性混合物爆炸極限範圍越寬、爆炸限越低爆炸限越高其爆炸危險性越爆炸極限越寬則現爆炸條件機;爆炸限越低則燃物稍洩漏形爆炸條件;爆炸限越高則少量空氣滲入容器能與容器內燃物混合形爆炸條件應指燃性混合物濃度高於爆炸限雖著火爆炸容器或管道逸重新接觸空氣卻能燃燒仍發著火危險
3.2.1 爆炸極限單位
氣體或蒸氣爆炸極限單位混合物所佔體積百比(%)表示氫與空氣混合物爆炸極限4%~75%燃粉塵爆炸極限混合物所佔體積質量比g/m3表示例鋁粉爆炸極限40g/m3
3.2.2 爆炸極限限計算
各種燃氣體燃性液體蒸氣爆炸極限用專門儀器測定或用經驗公式估算爆炸極限估算值與實驗值般些入其原計算式考慮混合物組考慮其系列素影.響仍失參考價值
爆炸限公式:
(3.2-1 )
爆炸限公式:
(3.2-2)
式 ——燃性混合物爆炸限;
——燃性混合物爆炸限;
N——1mol燃氣體完全燃燒所需氧原數
某些機物爆炸限限估算值表3-2:
表3-2些燃性氣體爆炸極限
名稱
爆炸極限(體積數%)
限
5.0
15.0
3.0
12.4
丙烷
2.4
9.5
1.9
8.4
異丁烷
1.8
8.5
烷
1.2
7.5
乙烯
2.7
36.O
2.0
11
丁烯
1.6
9.3
異丁烯
1.7
9.7
3.2.3 種燃氣體組混合物爆炸極限
由種燃氣體組爆炸混合氣爆炸極限根據各組爆炸極限進行估算其經驗計算公式:
(3.2-3)
式 Lm——爆炸性混合氣爆炸極限(%);
L1、L2、L3、Ln——組混合氣各組爆炸極限(%);
V1、V2、V3、…Vn——各組混合氣濃度(%)
V1+V2+V3+…Vn=100
該公式用於煤氣、水煤氣、氣等混合氣爆炸極限計算比較準確於氫與乙烯、氫與硫化氫、甲烷與硫化氫等混合氣及二硫化碳混合氣體則計算誤差較應用④
3.2.4 爆炸危險度
燃氣體或蒸氣爆炸危險性用爆炸極限爆炸危險度表示爆炸危險度即爆炸濃度極限範圍與爆炸限濃度比值:
爆炸危險度說明氣體或蒸氣爆炸濃度極限範圍越寬爆炸限濃度越低爆炸限濃度越高其爆炸危險性越
3.2.5 丙烷80%、丙烯15%、甲烷5%混合氣體爆炸極限
三種燃氣體丙烷80%、丙烯15%、甲烷5%混合
爆炸限:
爆炸危險度:爆炸危險度=(9.88%-2.39%)/2.39%=3.134
該混合氣體爆炸範圍(2.39%~9.88%),範圍外安全,爆炸限潛著危險,由於外界空氣隨該混合氣體稀釋至爆炸範圍內,導致危險,實際產般情況都氣體控制爆炸限
4 燃氣體混合爆炸特性
混合系組同爆炸極限同同混合系由於初始溫度、系統壓力、惰性介質含量、混合系存空間及器壁材質及點火能量等都能使爆炸極限發變化般規律⑤:混合系原始溫度升高則爆炸極限範圍增即限降低、限升高系統溫度升高內能增加使原燃混合物燃、爆系統系統壓力增爆炸極限範圍擴由於系統壓力增高使間距離更接近碰撞機率增高使燃燒反應更易進行壓力降低則爆炸極限範圍縮;壓力降至定值其限與限重合應壓力稱混合系臨界壓力壓力降至臨界壓力系統便爆炸系統(彆氣體反現象)混合系所含惰性氣體量增加爆炸極限範圍縮惰性氣體濃度提高某數值混合系能爆炸容器、管直徑越則爆炸範圍越管徑(火焰通道)定程度單位體積火焰所應固體冷卻表面散熱量於產熱量火焰便斷熄滅火焰能傳播管徑稱該混合系臨界直徑點火能強度高、熱表面面積、點火源與混合物接觸間等都使爆炸極限擴除述素外混合系接觸封閉外殼材質、機械雜質、光照、表面性物質等都能影響爆炸極限範圍
燃性蒸氣爆炸極限值由燃液體表面產蒸氣濃度決定於燃液體言爆炸限濃度應閃點溫度稱爆炸限溫度;爆炸限濃度應液體溫度稱爆炸限溫度
氣體混合物爆炸產特別化工產極普遍爆炸現象氣體混合物兩種情況:單燃氣體與空氣混合;另種種燃氣體與空氣混合兩種情況並非任何情況都發爆炸定爆炸濃度範圍需要定能量點燃才能發爆炸由知氣體混合物爆炸點火能爆炸極限測定相重要產特別化工產著積極指導意義
2 燃性混合氣體爆炸特性計算相應條件
燃性混合氣體爆炸引數影響素例燃氣體及氧化劑種類;氣體濃度;點火源能量;點火位置;爆炸空間封閉程度,障礙物數量及現狀等文章其條件變情況僅僅丙烷、丙烯、甲烷三種燃氣體與空氣混合物混合爆炸爆炸極限點火能進行計算研究
3 燃性混合氣體爆炸特性計算
3.1 點火能計算
3.1.1 用點火能計算
燃氣體與空氣混合物引燃所必需能量臨界值亦稱火花引燃能或者臨界點火能①引燃源能量低於臨界值燃混合系般點燃點火能測定用電火花其放電能量通計算求:
(3.1-1)
式 E——放電能量J;
V——導體間電位差V;
C——導體間等效電容F
電火花點燃混合氣體點火能量低影響燃燒極限使其值縮混合系溫度或壓力升高所需臨界點火能減:乙炔燃燒限附近需要點火能稍於化計算濃度7.8%附近(約9%)則需低點火能(約0.02mJ)10%乙炔要給足點火能(約100J)能點燃壓力升乙炔解爆炸點火能減兩導體內電位低於15kV靜電放電使點燃能量於或等於25mJ烷烴類石油蒸氣引燃;接針尖等區域性空間發應電暈放電引燃點燃能量於0.2mJ燃氣體(富氧環境除外)
3.1.2 點火能精確計算
由於述測試忽略火花放電程等其素造能量損失往往導致點火能量估算偏高②更精確測試直接測電極兩端電壓U(t)放電電流波形I(t)曲線通功率曲線間積估算放電火花能量E即:
E= (3.1-2)
t——放電間R——路電阻
表3—1些燃氣空氣點火能
燃氣
點火能(10-5J)
化計量
甲烷
乙烷
丁烷
戊烷
丙烯
22.03
42.04
76.03
82.06
28.22
29.01
24.03
26.00
22.02
-22.52
3.1.3 丙烷80%、丙烯15%、甲烷5%三種燃氣體與空氣混合物混合爆炸點火能計算
丙烷80%、丙烯15%、甲烷5%混合燃氣與空氣混合物混合匯入燃氣體點火能量測試裝置燃氣點燃能點燃電壓V, 導體間等效電容C,由公式(3.1-1)計算三種燃氣體與空氣混合物混合爆炸點火能:
3.2 爆炸極限計算
燃物質(燃氣體、蒸氣粉塵)與空氣(或氧氣)必須定濃度範圍內均勻混合形預混氣遇著火源才發爆炸濃度範圍稱爆炸極限或爆炸濃度極限例氧化碳與空氣混合爆炸極限12.5%~80%燃性混合物能夠發爆炸低濃度高濃度別稱爆炸限爆炸限兩者亦稱著火限著火限低於爆炸限高於爆炸限濃度既爆炸著火由於前者燃物濃度夠量空氣冷卻作用阻止火焰蔓延;者則空氣足導致火焰能蔓延緣故燃物濃度致相於反應量濃度具爆炸威力(即根據完全燃燒反應程式計算濃度比例)
燃性混合物爆炸極限範圍越寬、爆炸限越低爆炸限越高其爆炸危險性越爆炸極限越寬則現爆炸條件機;爆炸限越低則燃物稍洩漏形爆炸條件;爆炸限越高則少量空氣滲入容器能與容器內燃物混合形爆炸條件應指燃性混合物濃度高於爆炸限雖著火爆炸容器或管道逸重新接觸空氣卻能燃燒仍發著火危險
3.2.1 爆炸極限單位
氣體或蒸氣爆炸極限單位混合物所佔體積百比(%)表示氫與空氣混合物爆炸極限4%~75%燃粉塵爆炸極限混合物所佔體積質量比g/m3表示例鋁粉爆炸極限40g/m3
3.2.2 爆炸極限限計算
各種燃氣體燃性液體蒸氣爆炸極限用專門儀器測定或用經驗公式估算爆炸極限估算值與實驗值般些入其原計算式考慮混合物組考慮其系列素影.響仍失參考價值
爆炸限公式:
(3.2-1 )
爆炸限公式:
(3.2-2)
式 ——燃性混合物爆炸限;
——燃性混合物爆炸限;
N——1mol燃氣體完全燃燒所需氧原數
某些機物爆炸限限估算值表3-2:
表3-2些燃性氣體爆炸極限
名稱
爆炸極限(體積數%)
限
限
甲烷
5.0
15.0
乙烷
3.0
12.4
丙烷
2.4
9.5
丁烷
1.9
8.4
異丁烷
1.8
8.5
烷
1.2
7.5
乙烯
2.7
36.O
丙烯
2.0
11
丁烯
1.6
9.3
異丁烯
1.7
9.7
3.2.3 種燃氣體組混合物爆炸極限
由種燃氣體組爆炸混合氣爆炸極限根據各組爆炸極限進行估算其經驗計算公式:
(3.2-3)
式 Lm——爆炸性混合氣爆炸極限(%);
L1、L2、L3、Ln——組混合氣各組爆炸極限(%);
V1、V2、V3、…Vn——各組混合氣濃度(%)
V1+V2+V3+…Vn=100
該公式用於煤氣、水煤氣、氣等混合氣爆炸極限計算比較準確於氫與乙烯、氫與硫化氫、甲烷與硫化氫等混合氣及二硫化碳混合氣體則計算誤差較應用④
3.2.4 爆炸危險度
燃氣體或蒸氣爆炸危險性用爆炸極限爆炸危險度表示爆炸危險度即爆炸濃度極限範圍與爆炸限濃度比值:
爆炸危險度說明氣體或蒸氣爆炸濃度極限範圍越寬爆炸限濃度越低爆炸限濃度越高其爆炸危險性越
3.2.5 丙烷80%、丙烯15%、甲烷5%混合氣體爆炸極限
三種燃氣體丙烷80%、丙烯15%、甲烷5%混合
爆炸限:
爆炸限:
爆炸危險度:爆炸危險度=(9.88%-2.39%)/2.39%=3.134
該混合氣體爆炸範圍(2.39%~9.88%),範圍外安全,爆炸限潛著危險,由於外界空氣隨該混合氣體稀釋至爆炸範圍內,導致危險,實際產般情況都氣體控制爆炸限
4 燃氣體混合爆炸特性
混合系組同爆炸極限同同混合系由於初始溫度、系統壓力、惰性介質含量、混合系存空間及器壁材質及點火能量等都能使爆炸極限發變化般規律⑤:混合系原始溫度升高則爆炸極限範圍增即限降低、限升高系統溫度升高內能增加使原燃混合物燃、爆系統系統壓力增爆炸極限範圍擴由於系統壓力增高使間距離更接近碰撞機率增高使燃燒反應更易進行壓力降低則爆炸極限範圍縮;壓力降至定值其限與限重合應壓力稱混合系臨界壓力壓力降至臨界壓力系統便爆炸系統(彆氣體反現象)混合系所含惰性氣體量增加爆炸極限範圍縮惰性氣體濃度提高某數值混合系能爆炸容器、管直徑越則爆炸範圍越管徑(火焰通道)定程度單位體積火焰所應固體冷卻表面散熱量於產熱量火焰便斷熄滅火焰能傳播管徑稱該混合系臨界直徑點火能強度高、熱表面面積、點火源與混合物接觸間等都使爆炸極限擴除述素外混合系接觸封閉外殼材質、機械雜質、光照、表面性物質等都能影響爆炸極限範圍
燃性蒸氣爆炸極限值由燃液體表面產蒸氣濃度決定於燃液體言爆炸限濃度應閃點溫度稱爆炸限溫度;爆炸限濃度應液體溫度稱爆炸限溫度