范文一:爆炸极限
(一)爆炸极限的基本理论及其影响因素
爆炸极限是表征可燃气体和可燃粉尘危险性的主要示性数。当可燃性气体、蒸气或可燃粉尘与空气(或氧)在一定浓度范围内均匀混合,遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限,简称爆炸极限。
将这一浓度范围的混合气体(或粉尘)称作爆炸性混合气体(或粉尘)。可燃性气体、蒸气的爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合气体中的所占体积分数来表示;可燃粉尘的爆炸极限是以在混合物中的质量浓度(g/m3)来表示。
可燃性气体的体积分数及质量浓度比在20℃时的换算公式如下:
式中L——体积分数, Y——质量浓度,g/m3。
M——可燃性气体或蒸气的相对分子质量;
22.4——标准状态下(0℃,l atm) l mol物质气化时的体积。
把能够爆炸的最低浓度称作爆炸下限;能发生爆炸的最高浓度称作爆炸上限。用爆炸上限与下限浓度之差与爆炸下限浓度之比值表示其危险度H,即:
H =(L上—L下)/ L下 或 H = (Y上—Y下)/ Y下
H值越大,表示可燃性混合物的爆炸极限范围越宽,其爆炸危险性越大。
可燃性气体、蒸气或粉尘在爆炸极限范围内,遇到热源(明火或温度),火焰瞬间传播于整个混合气体(或混合粉尘)空间化学反应速度极快,同时释放大量的热,生成很多气体,气体受热膨胀,形成很高的温度和很大的压力,具有很强的破坏力。
可燃性气体、蒸气或粉尘爆炸极限的概念可以用热爆炸理论来解释。当可燃性气体、蒸气或粉尘的浓度小于爆炸下限时,由于在混合物中含有过量的空气,过量空气的冷却作用及可燃物浓度的不足,导致系统得热小于失热,反应不能延续下去;同样,当可燃性气体(或粉尘)的浓度大于爆炸上限时,则会有过量的可燃物,过量的可燃物不仅因缺氧而不能参与反应、放出热量,反而起冷却作用,阻止了火焰的蔓延。当然,也还有爆炸上限达100%的可燃气体和蒸气(如环氧乙烷、硝化甘油等),可燃性粉尘(如火炸药粉尘)。这类物质在分解时会自身供氧,使反应持续进行下去。随着气体压力和温度的升高,越容易引起分解爆炸。
爆炸极限值不是一个物理常数,它是随实验条件的变化而变化,在判断某工艺条件下的爆炸危险性时,需根据危险物品所处的条件来考虑其爆炸极限,如在火药、起爆药、炸药烘干工房内可燃蒸气的爆炸极限与其他工房在正常温度下的极限是不一样的,在受压容器和在正常压力下的爆炸极限亦有所不同;其他因素如点火源的能量,容器的形状、大小,火焰的传播方向,惰性气体与杂质的含量等均对爆炸极限有影响。
1.温度的影响
混合爆炸气体的初始温度越高,爆炸极限范围越宽,则爆炸下限降低,上限增高,爆炸危险性增加。这是因为在温度增高的情况下,活化分子增加,分子和原子的动能也增加,使活化分子具有更大的冲击能量,爆炸反应容易进行,使原来含有过量空气(低于爆炸下限)或可燃物(高于爆炸上限)而不能使火焰蔓延的混合物浓度变成可以使火焰蔓延的浓度,从而扩大了爆炸极限范围。例如丙酮的爆炸极限受温度影响的情况见表2—1。
2.压力的影响
混合气体的初始压力对爆炸极限的影响较复杂,在0.1~2.0 MPa的压力下,对爆炸下限影响不大,对爆炸上限影响较大;当大于2.0 MPa时,爆炸下限变小,爆
炸上限变大,爆炸范围扩大。这是因为在高压下混合气体的分子浓度增大,反应速度加快,放热量增加,且在高气压下,热传导性差,热损失小,有利于可燃气体的燃烧或爆炸。甲烷混合气初始压力对爆炸极限的影响见表2 —2。
值得重视的是当混合物的初始压力减小时,爆炸极限范围缩小,当压力降到某一数值时,则会出现下限与上限重合,这就意味着初始压力再降低时,不会使混合气体爆炸。把爆炸极限范围缩小为零的压力称为爆炸的临界压力。甲烷在3个不同的初始温度下,爆炸极限随压力下降而缩小的情况如图2—4所示。因此,密闭设备进行减压操作对安全是有利的。
3.惰性介质的影响
若在混合气体中加入惰性气体(如氮、二氧化碳、水蒸气、氩、氮等),随着惰性气体含量的增加,爆炸极限范围缩小。当惰性气体的浓度增加到某一数值时,使爆炸上下限趋于一致,使混合气体不发生爆炸。这是因为加入惰性气体后,使可燃气体的分子和氧分子隔离,它们之间形成一层不燃烧的屏障,而当氧分子冲击惰性气体时,活化分子失去活化能,使反应键中断。若在某处已经着火,则放出热量被惰性气体吸收,热量不能积聚,火焰不能蔓延到可燃气分子上去,可起到抑制作用。惰性气体氩、氦,阻燃性气体CO2及水蒸气、四氯化碳的浓度对甲烷气体爆炸极限的影响如图2—5所示。
由图2—5可知混合气体中惰性气体浓度的增加,使空气的浓度相对减少,在爆炸上限时,可燃气体浓度大,空气浓度小,混合气中氧浓度相对减少,故惰性气体更容易把氧分子和可燃性气体分子隔开,对爆炸上限产生较大的影响,使爆炸上限剧烈下降。同理混合气体中氧含量的增加,爆炸极限范围扩大,尤其对爆炸上限提高得更多。
4.爆炸容器对爆炸极限的影响
爆炸容器的材料和尺寸对爆炸极限有影响,若容器材料的传热性好,管径越细,火焰在其中越难传播,爆炸极限范围变小。当容器直径或火焰通道小到某一数值时,火焰就不能传播下去,这一直径称为临界直径或最大灭火间距。如甲烷的临界直径为0.4~0.5m m,氢和乙炔为0.1~0.2 mm。目前一般采用直径为50 mm的爆炸管或球形爆炸容器。
5.点火源的影响
当点火源的活化能量越大,加热面积越大,作用时间越长,爆炸极限范围也越大。图2—6是电点火能量对甲烷、空气混合气体爆炸极限的影响。从图中可以看出,当火花能量达到某一值时,爆炸极限范围受点火能量的影响较小,如图2—6中,当点火能量为l0J时,其爆炸极限范围趋于稳定值,为6%~15%。所以,一般情况下,爆炸极限均在较高的点火能量下测得,如测甲烷与空气混合气体的爆炸极限时,用10J以上的点火能量,其爆炸极限为5%~15%。
(二)爆炸反应浓度、爆炸温度和压力的计算
1.爆炸完全反应浓度计算
爆炸混合物中的可燃物质和助燃物质完全反应的浓度也就是理论上完全燃烧时在混合物中可燃物的含量,根据化学反应方程式可以计算可燃气体或蒸气的完全反应浓度。现举例如下:
[例]求乙炔在氧气中完全反应的浓度。
[解]写出乙炔在氧气中的燃烧反应式:
2C2H2+502 = 4C02+2H20+Q
根据反应式得知,参加反应物质的总体积为2+5 = 7。若以7这个总体积为100,则2个体积的乙炔在总体积中占:Xo = 2/7 = 28.6%
答:乙炔在氧气中完全反应的浓度为28.6%。
可燃气体或蒸气的化学当量浓度,也可用以下方法计算。
燃气体或蒸气分子式一般用CαHβOγ表示,设燃烧1 mol气体所必需的氧的物质的量为n,则燃烧反应式可写成:
CαHβOγ+ nO2 → 生成气体
如果把空气中氧气的浓度取为20.9%,则在空气中可燃气体完全反应的浓度x(%)一般可用下式表示:
1 20.9
X = ———— = -----———% (2—4)
n 0.209+ n
1+ ——
0.209
又设在氧气中可燃气体完全反应的浓度为 X0(%),即:
100
X0 = ——% (2—5)
1+n
式(2—4)和式(2—5)表示出X和X。与n或2n之间的关系(2n表示反应中氧的原子数)。
CαHβOγ+ nO2 →αCO2 + 1/2βH2O
式中2n = 2α+1/2β-γ,对于石蜡烃β=2a+2。因此,2n = 3a+1-γ。根据2n的数值,从表2 4中可直接查出可燃气体或蒸气在空气(或氧气)中完全反应的浓度。
[例]试分别求H2、CH3OH、C3H8 C6H6在空气中和氧气中完全反应的浓度。
[解](1)公式法:
(2)查表法:根据可燃物分子式,用公式2n = 2α+1/2β-γ,求出其2n值。由2n数值,直接从表2—4中分别查出它们在空气(或氧)中完全反应的浓度。
2.爆炸温度计算
1)根据反应热计算爆炸温度
理论上的爆炸最高温度可根据反应热计算。
[例]求乙醚与空气的混合物的爆炸温度。
[解](1)先列出乙醚在空气中燃烧的反应方程式:
C4H100 + 602 + 22.6N→ 4C02 + 5H2O + 22.6N2
式中,氮的摩尔数是按空气中N2∶O2=79∶21的比例确定的,即 602对应的N2应为:
6×79/21 = 22.6
由反应方程式可知,爆炸前的分子数为29.6,爆炸后为31.6。
(2)计算燃烧各产物的热容。
气体平均摩尔定容热容计算式见表2—5。
表2-5气体平均摩尔定容热容计算式考试用书
气 体
热容/(4186.8J/(kmol·℃))
单原子气体(Ar、He、金属蒸气等)
双原子气体(N2、O2、H2、CO、NO等)
C02、S02
H2O、H2S
所有口原子气体(NH3及其他)
所有五原于气体(CH4及其他)
4.93
4.80 + 0.00045t
9.0 + 0.00058t
4.0 + 0.00215t
10.00 + 0.00045t
12.00 + 0.00045t
根据表中所列计算式,燃烧产物各组分的热容为:
N:的摩尔定容热容为[(4.8 + O.00045t)×4186.8]J/(kmol·℃)
H20的摩尔定容热容为[(4.0 + 0.00215t)X4186.8]J/(kmol·℃)
CO2的摩尔定容热容为[(9.0 + 0.00058t)X4186.8]J/(kmol·℃)
燃烧产物的热容为:
[22.6(4.8+0.00045t)×4186.8]J/(kmol·℃) = [(454+0.042t)×1O3]J/(kmol·℃)
[5(4.0+0.00215t)×4186,8]J/(kmol·℃) = [(83.7+0.045t) ×1O3]J/(kmol·℃)
[4(9.0+0.00058t)×4186.8]J/(kmol·℃)=E(150.7+0.0097t) ×1O3]J/(kmol·℃)
燃烧产物的总热容为(688.4+0.0967t)×103J/(kmol·℃)。这里的热容是定容热容,符合于密闭容器中爆炸情况。
(3)求爆炸最高温度。
先查得乙醚的燃烧热为2.7×lO6J/mol,即2.7×109J/kmol。
因为爆炸速度极快,是在近乎绝热情况下进行的,所以全部燃烧热可近似地看作用于提高燃烧产物的温度,也就是等于燃烧产物热容与温度的乘积,即:
2.7×lO9 = [(688.4+0.0967t)×103]·t
解上式得爆炸最高温度t=2826℃。
上面计算是将原始温度视为0℃。爆炸最高温度非常高,虽然与实际值有若干度的误差,但对计算结果的准确性并无显著的影响。
3.爆炸压力的计算
可燃性混合物爆炸产生的压力与初始压力、初始温度、浓度、组分以及容器的形状、大小等因素有关。爆炸时产生的最大压力可按压力与温度及摩尔数成正比的规律确定,根据这个规律有下列关系式:
P T n
—— = —— × —— (2—7)
P0 T0 m
式中P、T和n——爆炸后的最大压力、最高温度和气体摩尔数;
Po、To和m——爆炸前的初始压力、初始温度和气体摩尔数。
由此可以得出爆炸压力计算公式: T n
P = —— × P0 (2—8)
T0 m
[例]设Po = 0.1MPa.To=27℃,T=2411K,求一氧化碳与空气混合物的最大爆炸压力。
[解]当可燃物质的浓度等于或稍高于完全反应的浓度时,爆炸产生的压力最大,所以计算时应采用完全反应的浓度。
先按一氧化碳的燃烧反应式计算爆炸前后的气体摩尔数:
2CO+O2+3.76N2=2C02+3.76N2
由此可得出m=6.76,n=5.76,代入式(2—8),得:
2411×5.76 ×0.1
P = ————————— = 0.69
300×6.67
以上计算的爆炸温度与压力都没有考虑热损失,是按理论的空气量计算的,所得的数值都是最大值。
(三)爆炸上限和下限的计算,含有惰性气体组成混合物爆炸极限计算
1.爆炸上限和下限的计算
(1)根据完全燃烧反应所需氧原子数,估算碳氢化合物的爆炸下限和上限,其经验公式如下:
100
L下 = ———————— (2—9)
4.76 (N-1)+1
4×100
L上 = —————— (2—10)
4.76 N+4
式中L下-——碳氢化台物的爆炸下限;
L上——碳氢化合物的爆炸上限;
N——每摩尔可燃气体完全燃烧所需氧原子数。
[例]试求乙烷在空气中的爆炸下限和上限。
[解]写出乙烷的燃烧反应式,求出N值:
C2H6+3.502 = 2C02+2H20 则N = 7。
将N值分别代入式(2—9)及式(2—10),得;
100 100
L下 = —————— = ——— = 3.38 %
4.76 (7-1)+1 29.56
4 ×100 400
L上 = —————— = ——— = 10.7 %
4.76×7+4 37.32
乙烷在空气中的爆炸下限浓度为3.38%,爆炸上限浓度为10.7%。
实验测得乙烷的爆炸下限为3.0%,爆炸上限为12.5%,对比上述估算结果,可知用此方法估算的爆炸上限值小于实验测得的值。
(2)根据爆炸性混合气体完全燃烧时摩尔分散,确定有机物的爆炸下限及上限。计算公式如下:
L下 = 0.55X。 (2—11)
L上 = 4.8√X。 (2—12)
式中X。为可燃气体摩尔分数,也就是完全燃烧时在混合气体中该可燃气体的含量。
2.多种可燃气体组成的混合物的爆炸极限计算
由多种可燃气体组成爆炸性混合气体的爆炸极限,可根据各组分的爆炸极限进行计算。其计算公式如下:
100
Lm = —————————— (2—13)
V1 V2 V3
—+ — + — +…
L1 L2 L3
式中 Lm——爆炸性混合气的爆炸极限,%;
L1、L2、L3——组成混合气各组分的爆炸极限,%;
V1、V2、V3——各组分在混合气中的浓度,%。
V1+ V2+ V3+… = 100%
例如,某种天然气的组成如下:甲烷80%,乙烷15%,丙烷4%,丁烷1%。各组分相应的爆炸下限分别为5%,3.22%,2.37%和1.86%,则天然气的爆炸下限为;
100
Lm = ———————————————— = 4.37 %
80 15 4 1
— + ——— + ——— + ———
5 3.22 2.37 1.86
将各组分的爆炸上限代入式(2 13),可求出天然气的爆炸上限。
式(2一13)用于煤气、水煤气、天然气等混合气爆炸极限的计算比较准确,而对于氢与乙烯、氢与硫化氢、甲烷与硫化氢等混合气及一些含二硫化碳的混合气体,计算的误差较大。
3.含有惰性气体组成混合物的爆炸极限计算
如果爆炸性混合气体中含有惰性气体如氮、二氧化碳等,计算爆炸极限时,可先求出混合物中由可燃气体和惰性气体分别组成的混合比,再从图2—7和图2—8中找出它们的爆炸极限,并分别代入式(2—13)中求得。
[例]求某回收煤气的爆炸极限,其组分为:CO 58%,C02 19.4%,N2 20.7%,02 0.4%,H2 1.5%。
[解]将煤气中的可燃气体和惰性气体组合为两组:
(1)C0和C02,即58(C0)+19.4(C02) = 77.4%(C0+ C02)
其中, 惰性气体/可燃气体 = C02/C0 = 19.4/58 = O.33 由图2—7中查得, L上 =70%, L下= 17%。
(2)N2和H2,即1.5(H2)+ 20.7(N2)= 22.2%(N2+H2) 其中, 惰性气体/可燃气体 = N2/H2 =20.7/1.5 = 13.8 从图2 7查得 L上 = 76%,L下 = 64%
将上述数据代入式(2—13)即可求得煤气的爆炸极限:
1
L下 = ———————————— = 20.3 %
0.774/17 + 0.222/64
1
L上 = ———————————— = 71.5 %
0.774/70 + 0.222/76
该煤气的爆炸极限为20.3%~71.5%。
范文二:爆炸极限
爆炸极限 可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或
氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合,形成预混气,遇着火源才会发生爆炸,这个浓度范围称为爆炸极限,或爆炸浓度极限。
爆炸上限同样不燃不爆。
一般规律是:混合系原始温度升高,则爆炸极限范围增大,即下限降低、上限升高。系统压力增大,爆炸极限范围也扩大,混合系中所含惰性气体量增加,爆炸极限范围缩小,惰性气体浓度提高到某一数值,混合系就不能爆炸。容器、管子直径越小,则爆炸范围就越小。
气体或蒸汽爆炸极限是以可燃性物质在混合物中所占体积的百分比(%)来表示的,如氢与空气混合物的爆炸极限为4%~75%。可燃粉尘的爆炸极限是以可燃性物质在混合物中所占体积的质量比g/m^3来表示的,例如铝粉的爆炸极限为40g/m^3。
可燃气体或蒸气 分子式 爆炸极限(%):下限 上限
氢气
H2 4.0 74.2
氨 NH3 15. 5 27
一氧化碳 CO 12.5 74.2
乙醛 CH3CHO 4.1 55.0
测量范围0-100%LEL是什么意思?
“LEL”是指爆炸下限。 可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最低浓度,称为爆炸下限—简称%LEL。英文:Lower Explosion Limited。
可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最高浓度,称为爆炸上限—简称%UEL。英文:Upper Explosion Limited。
那么什么是爆炸下限?
可燃性气体的浓度过低或过高它是没有危险的,它只有与空气混合形成混合气或更确切地说遇到氧气形成一定比例的混合气才会发生燃烧或爆炸。燃烧是伴有发光发热的激烈氧化反应,它必须具备三个要素:a、可燃物(燃气);b、助燃物(氧气);c、点火源(温度)。可燃气的燃烧可以分为两类,一类是扩散燃
烧,即挥发的或从设备中喷出、泄漏的可燃气,遇到点火源混合燃烧。另一类燃烧,是可燃气与空气混合着火燃烧,这种燃烧反应激烈而速度快,一般会产生巨大的压力和声响,又称之为爆炸。燃烧与爆炸没有严格的区分。
有关权威部门和专家已经对目前发现的可燃气作了燃烧爆炸分析,制定出了可燃性气体的爆炸极限,它分为爆炸上限(英文upper explode limit的简写UEL)和爆炸下限(英文lower explode limit的简写LEL?)。低于爆炸下限,混合气中的可燃气的含量不足,不能引起燃烧或爆炸,高于上限混合气中的氧气的含量不足,也不能引起燃烧或爆炸。另外,可燃气的燃烧与爆炸还与气体的压力、温度、点火能量等因素有关。爆炸极限一般用体积百分比浓度表示。
爆炸极限是爆炸下限、爆炸上限的总称,可燃气体在空气中的浓度只有在爆炸下限、爆炸上限之间才会发生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不会发生爆炸。因此,在进行爆炸测量时,报警浓度一般设定在爆炸下限的25%LEL以下。
直接燃烧甲醇或甲醇蒸汽是被国际环保组织禁止的。因为:
1.直接燃烧甲醇或甲醇蒸汽,其燃烧温度会超过1300℃,这时会产生对人体具有巨大伤害的有毒物质--甲醛。
2.直接燃烧甲醇或甲醇蒸汽还会产生对人体有害的物质-NOx系列的麻痹神经的气体。所以燃烧甲醇的使用受到了限制。
在催化剂的作用下,使得甲醇氧化低温反应,反应温度仅为500℃~550℃,这样就不会生成甲醛等有害物质,且设备运行更安全,废热少,热效率高。甲醇制氢氧化供热系统催化反应温度低,催化剂分布在所有管程之中,加热均匀,同时出口又设置了空气换热器,进一步回收了热量,所以反应后混合气体出口温度仅为150℃左右。热效率非常高。
希望楼主有用。
每mol甲醇释放的能量为725.76kj 另1KWH=3600kj 计算得出1KWH(度)与4.96mol(0.1587KG)甲醇充分氧化后放出的能量是相等的。考虑到风机的电损耗和废热损耗约占总损耗的4%左右(计算略),最终每KWH能量甲醇用量约为0.162KG左右
现阶段甲醇的价格约为3元/KG,0.161KG甲醇的费用为0.48元,现阶段工业用电的价格约为0.85元/KWH
这样计算下来0.48/0.85=0.56 所以说甲醇制氢氧化供热成本只为电加热的55%左右
CH3OH+H2O=CO2+3H2 +49.5 KJ/mol
64克甲醇燃烧放出的热量=64*22.68=1451.52KJ
2CH3OH(l)+3O2(g)= 2CO2(g)+4H2O(l)+1451.52KJ
在250C、101KPa时,1g甲醇完全燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ,则能表示甲醇燃烧的热化学方程式为: CH3OH(g)+3/2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(l),△H=—729.6kJ·mol—1
范文三:爆炸极限
可燃气体爆炸极限理论
1.燃烧爆炸原理
燃烧是可燃物质与助燃物质发生的一种发光发热的氧化反应。可燃物质、助燃物质和火源是可燃物质燃烧的三个基本要素。如果火反应速度极快,在短时间内聚集大量的热,则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用,使反应能量直接转变为机械功,在压力释放的同时产生强光、热和声响,这就是所谓的爆炸。它与燃烧没有本质区别,主要区别在于物质的反应速度,一定条件下,两者可以相互转化。
燃烧的连锁反应理论认为很多燃烧反应不是直接进行的,而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。活性分子自由基与另一个分子作用产生新的自由基,新自由基又迅速参加反应,如此延续下去形成一系列连锁反应。该理论认为游离基的连锁反应是火反应的实质,光和热是火存在过程中的物理现象。例如氢气在氯气中燃烧生产氯化氢,氯在光的作用下被活化成活性分子,于是构成一连串反应:
Cl2+hγ(光量子)→Cl·+ Cl·链的引发
Cl·+H2→HCl+H· H·+Cl2→HCl+ Cl·链的传递 Cl·+H2→HCl+H·以此循环
??
2.爆炸极限的定义及常见气体爆炸极限范围
可燃性气体与空气(或氧气)必须在一定范围内均匀混合,形成预混气,遇着火源才会发生爆炸,这个浓度范围称为爆炸极限。当可燃气体浓度太低,没有足够燃料来维持燃烧爆炸;当可燃气体浓度太高,没有足够氧气维持燃烧。
下表列出了几种常见的可燃气体与空气混合的爆炸极限范围。
表1.常见气体的爆炸极限范围
在一定的条件下,高浓度或者纯的可燃气体可以在空气中安静的燃烧,不会发生爆炸,也不会熄灭,这是因为燃烧反应是发生在气体与空气的接触界面上,可燃气体的燃烧通常是将可燃气体按照一定的流速从出口释放到空气中进行燃烧反应的,接触界面只有出口处的可燃气体与空气接触,燃烧释放的热量相对较少,不会在短时间内聚集大量的热而发生爆炸。
例如家用的天然气只有炉头气体与空气接触,在接触界面可以安静的燃烧,产生的热量相对较少。但如果把大量的天然气释放在屋里,气体的每个分子都与空气相接触,一遇明火就会瞬间全部燃烧,所以就会在“短时间”内积聚“大量的热”,而产生大量的热相对于屋子来说就是“有限的空间”了,三个条件都满足,即会发生爆炸。
3.爆炸极限的影响因素
爆炸极限不是一个固定的值,受外界各因素影响而变化。影响爆炸极限的因素主要有以下几种。
1)初始温度。
爆炸性混合物的初始温度越高,混合物分子内能增大,燃烧反应更容易进行,则爆炸极限范围就越宽。所以,温度升高使爆炸性混合物的危险性增加。表2列出了初始温度对煤气爆炸极限的影响。
表2.初始温度对煤气爆炸极限的影响
2)初始压力
爆炸性混合物初始压力对爆炸极限影响很大,一般爆炸性混合物初始压力在增压的情况下,爆炸极限范围扩大。这是因为压力增加,分子间碰撞几率增加,燃烧反应更容易进行。表3列出了初始压力对甲烷爆炸极限的影响。一般情况下,随着初始压力增大,爆炸上限明显提高,在已知的可燃气体中,只有一氧化碳是随着初始压力的增大,爆炸极限范围缩小。
表3.初始压力对甲烷爆炸极限的影响
3)容器的材质和尺寸
实验表明,容器管道直径越小,爆炸极限范围越小。对于同一可燃物质,管径越小,火焰蔓延速度越小。当管径小到一定程度时,火焰便不能通过。这一间距称作最大灭火间距,亦称作临界直径。当管径小于最大灭火间距时,火焰便不能通过而被熄灭。
容器大小对爆炸极限的影响也可以从器壁效应得到解释。燃烧是自由基进行一系列连锁反应的结果。只有自由基的产生数大于消失数时,燃烧才能继续进行。随着管道直径的减小,自由基与器壁碰撞被吸附的几率增加,有碍于新自由基的产生。当管道直径小于一定程度时,自由基消失数大于产生数,燃烧便不能继续进行。
容器材质对爆炸极限也有很大影响。如氢和氟在玻璃器皿中混合,即使在液态空气温度下,置于黑暗中也会产生爆炸。而在银制器皿中,
在一般温度下才会发生反应。
4)惰性介质
爆炸性混合气体中,随着惰性介质含量的增加,爆炸极限范围缩小。当惰性气体含量增加到某一值时,爆炸不再发生。在一般情况下,爆炸性混合物中惰性气体含量增加,对其爆炸上限的影响比对爆炸下限的影响更为显著。这是因为在爆炸性混合物中,随着惰性气体含量的增加氧的含量相对减少,而在爆炸上限浓度下氧的含量本来就很小,顾惰性气体含量稍微增加一点,即使爆炸上限剧烈下降。
3.爆炸极限的计算
1)根据化学计量浓度近似计算爆炸下限
爆炸性气体完全燃烧时的化学计量浓度可以用来确定链烷烃的爆炸下限,计算公式为
L下=0.55CO (1) 式中CO为爆炸性气体完全燃烧时的化学计量浓度;0.55为常数。 如果空气中氧的含量按照20.9%计算,CO的计算式则为:
C0=
120.9
?100=n0.209+n0
1+0
0.209
(2)
式中n0为1分子可燃气体完全燃烧时所需的氧分子数。 如甲烷完全燃烧时的反应式为CH4+2O2→CO+2H2O,这里n0=2,代入公式计算可得L下=5.2,即甲烷爆炸下限的计算值为5.2%,与实验值5.0%相差较小。此法除用于链烷烃以外,也可用来估算其他有机可燃气体的爆炸下限,但当应用于氢、乙炔以及含有氮、氯、硫等有机气体时,偏差较大。
2)由爆炸下限估算爆炸上限
常压下25℃的链烷烃在空气中的爆炸上、下限有如下关系:
L上=7.1L下0.56 (3)
上式可以简化为:
L上 (4)
把上式带入公式(1)可得:
L上(5) 3)由分子中所含碳原子数估算爆炸极限
脂肪族烃类化合物的爆炸极限与化合物所含碳原子数有如下近似关系:
1
=0.1347nc+0.04343 (6) L下
1
=0.01337nc+0.05151 (7)
L上
4)多组分可燃气体混合物的爆炸极限
两组分或多组分可燃气体或蒸汽混合物的爆炸极限,可应用各组分一直的爆炸极限按照下式求取。该公式只适用于各组分间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气体混合物。
Lm=V
100
VV1
+2+???+mL1L2Lm
(8)
式中Lm为混合气体的爆炸极限;Li为i组分的爆炸极限;Vi为扣除空气组元后的体积分数。
5)可燃气体与惰性气体混合物的爆炸极限
对于有惰性气体混入的多组元可燃性气体混合物的爆炸极限,可应用以下公式计算:
B??
1+??100
Lm=Lf??1-B? (9)
B
100+Lf?
1-B
式中:Lf-混合气体中可燃部分的爆炸极限;B-惰性气体含量,%。因为不同惰性气体的阻燃或阻爆能力不同,因此公式(9)的计算结果不够准确,但仍不失有一定的参考价值。
4.可燃气体检测器
为了防止可燃气体爆炸带来财产损失和人员伤亡,需要在可燃气体可能的泄漏点设置相应的可燃气体检测器,随时监测区域内可燃气体浓度,并且当可燃气体浓度达到限值时发生警报,这个报警限值就是根据可燃气体的爆炸极限设定的。
在《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》中对可燃气体检测器报警设定值做了下列规定:
1) 可燃气体的一级报警设定值≤25%LEL(爆炸下限); 2) 可燃气体的二级报警设定值≤50%LEL。
当在某区域内可能泄露的气体中含有两种或者两种以上可燃气体时,不可能针对每种可燃气体设置检测器。这种情况下,只需要根据混合气体中各可燃气体的体积分数计算出泄露过程中哪种组分先达到报警限值(25%LEL),就设置该组分气体的可燃气体检测器,并设置相应的报警限值。
例如:混合气体中含有H2和CH4两种可燃气体成分,体积分数分
别为10%和20%,已知氢气的爆炸下限为4%,甲烷的爆炸下限为5%,需要知道哪种气体先到达25%LEL。
假设有限空间内气体体积为100单位,计算当这100单位体积气体中两种可燃气体分别达到25%爆炸下限时混合气体的体积为:
V=
ρ?25%
?混合气
式中ρ为爆炸下限浓度,?混合气为气体组分在混合气的体积分数。 通过计算得出当氢气达到25%爆炸下限时,混合气体体积为10单位;当甲烷达到25%爆炸下限时,混合气体体积为6.25单位.即当混合气体泄漏至6.25单位体积时,甲烷已达报警值,因此只需设置甲烷气体检测器即可。
范文四:爆炸极限
气体及蒸气名称
发火温度
爆炸极限
下限VOL% 上限VOL%
比重(空气=1)
氢H2 甲烷CH4 乙烷C2H6 丙烷C3H8 异丁烷i-C4H10 戊烷C5H12 已烷C6H14 已炔C6H10 乙稀C2H4 丙稀C3H6 苯 邻二甲苯 甲醇 乙醇 醋酸甲脂 醋酸乙脂 汽油 煤油 天然气LNG 城市煤气 液化石油气LPG 硫化氢H2S 一氧化碳CO
560 4.0 537 5.0 515 3.0 260 1.5 555 1.8 470 2.0 455 5.5 305 1.5 425 2.7 430 2.1 365 1.5 465 1.0 233 6.7 425 3.3 475 3.1 460 2.1 260 1.0 210
0.7 5 4 2 4.3 605 12.5
75.6 0.7 15 0.55 15.5 1.04 7.8 2.50 8.0 2.01 9.5 1.56 44 1.11 100 0.9 34 0.97 12.5 3.45 8.5 2.05 7.6 3.66 36 2.79 19 1.59 16 2.56 11.5 3.047 7 3~4 5 4.50 15 30
12 1.5~2.0 45.5 1.19 74
0.97
范文五:爆炸极限
煤气中氧气的主要来源有以下几方面,一是生产过程中因设备及管道泄漏而进入的空气;二是气化用气化剂过剩或短路;三是在煤气生产过程中,会有一定量的空气进入煤气中。为保证混入的空气与煤气混合后不达到爆炸极限,就应控制煤气中的氧气含量。《城镇燃气设计规范》( GB 50028-2006)规定,当干馏煤气中氧的体积百分数大于1%时,电捕焦油器应发出报警信号。当氧的体积百分数达到2%时,应设有立即切断电源的措施。《工业企业煤气安全规程》(GB 6222-2005)中也有此规定。这些规定都是以煤气中氧的体积百分数不得超过1%为界限。但这一界限比较保守,实际生产过程中的操作难度较大。
煤气中氧含量与爆炸极限的关系
不同煤气的爆炸极限各不相同,各种人工煤气的爆炸极限见表。
从表可见,对于焦炉煤气、油煤气和直立炉煤气,当达到煤气的爆炸上限时,煤气中氧的体积百分数为12%~13.5%(即煤气中的空气体积百分数达60%左右)时才能形成爆炸性气体。而正常生产情况下,煤气中空气量不可能达到如此高的程度,因此煤气中氧体积百分数低于1%的控制指标可以适当放宽。对于发生炉煤气及水煤气,当煤气中空气的体积百分数达到30%左右(即煤气中氧体积百分数达到
6%以上)时才能达到爆炸极限。以爆炸极限范围最宽的水煤气为例,如果控制煤气中氧的体积百分数≤3%,相当于煤气中空气的体积百分数≤14. 3 %,这时距离其爆炸上限(空气体积百分数为29.6%)还相当远,还有相当大的缓冲空间。因此,从爆炸极限角度分析,控制煤气中氧的体积百分数≤3%应是安全的。