爆炸极限

更新时间:2022-07-06

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。可燃性混合物的爆炸极限有爆炸(着火)下限和爆炸(着火)上限之分:分别称为爆炸下限和爆炸上限。上限指的是可燃性混合物能够发生爆炸的高浓度。在高于爆炸上限时,空气不足,导致火焰不能蔓延不会爆炸,但能燃烧。下限指的是可燃性混合物能够发生爆炸的低浓度。由于可燃物浓度不够,过量空气的冷却作用,阻止了火焰的蔓延,因此在低于爆炸下限时不爆炸也不着火。在日常生活和化工生产中,为了降低爆炸浓度极限,可以加入惰性气体或其他不易燃的气体来降低浓度或者在排放气体前,或者以涤气器、吸附法来清除可爆的气体。

基本信息

适用范围可燃物质
方法完全燃烧反应方程式计算浓度比例
中文名爆炸极限
别称爆炸浓度极限
外文名explosion limits

爆炸极限的表示

方法

点燃在空气中的气体,气体可能会引爆,或者会很快停止。是哪个情况,是由气体在空气中的浓度来决定的。当气体浓度太低,没有足够燃料来维持爆炸;当气体浓度太高,没有足够氧气燃烧。气体只有在两个浓度之间才可能引爆,这两个浓度称为爆炸下限(LEL)、爆炸上限(UEL),惯以百分比表示。它们是气体的爆炸极限(又称爆炸界限)。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来表示的,例如铝粉的爆炸极限为40g/m3。

爆炸反应当量浓度、爆炸下限和上限、多种可燃气体混合物的爆炸极限计算方法如下:

(1)爆炸反应当量浓度

爆炸性混合物中的可燃物质和助燃物质的浓度比例,在恰好能发生完全的化合反应时,则爆炸所析出的热量最多,所产生的压力也最大。实际的反应当量浓度稍高于计算的反应当量浓度,这是因为爆炸性混合物通常含有杂质。

也可根据完全燃烧所需的氧原子数2n的数值,从表中直接查出可燃气体或蒸气在空气(或氧气)中的化学当量浓度。其中可燃气体(蒸气)在空气中和氧气中的化学当量浓度。

(2)爆炸下限和爆炸上限

各种可燃气体和燃性液体蒸气的爆炸极限,可用专门仪器测定出来,或用经验公式估算。爆炸极限的估算值与实验值一般有些出入,其原因是在计算式中只考虑到混合物的组成,而无法考虑其他一系列因素的影响,但仍不失去参考价值。

(3)根据化学当量浓度计算爆炸极限和爆炸性混合气完全燃烧时的化学当量浓度,可以估算有机物的爆炸下限和上限。

(4)多种可燃气体组成混合物的爆炸极限。

数值

可燃性蒸气的爆炸极限值是由可燃液体表面产生的蒸气浓度决定的。对于可燃液体而言,爆炸下限浓度对应的闪点温度又可以称为爆炸下限温度;爆炸上限浓度对应的液体温度又可以称为爆炸上限温度。

影响的因素

混合系的组分不同,爆炸极限也不同。同一混合系,由于初始温度、系统压力、惰性介质含量、混合系存在空间及器壁材质以及点火能量的大小等的都能使爆炸极限发生变化。

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。因为系统温度升高,分子内能增加,使原来不燃的混合物成为可燃、可爆系统。系统压力增大,爆炸极限范围也扩大,这是由于系统压力增高,使分子间距离更为接近,碰撞几率增高,使燃烧反应更易进行。压力降低,则爆炸极限范围缩小;当压力降至一定值时,其上限与下限重合,此时对应的压力称为混合系的临界压力。压力降至临界压力以下,系统便不成为爆炸系统(个别气体有反常现象)。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。当管径(火焰通道)小到一定程度时,单位体积火焰所对应的固体冷却表面散出的热量就会大于产生的热量,火焰便会中断熄灭。火焰不能传播的最大管径称为该混合系的临界直径。点火能的强度高、热表面的面积大、点火源与混合物的接触时间不等都会使爆炸极限扩大。除上述因素外,混合系接触的封闭外壳的材质、机械杂质、光照、表面活性物质等都可能影响到爆炸极限范围。

气体爆炸的爆炸极限的影响因素

(1)火源能量引燃混气的火源能量越大,可燃混气的爆炸极限范围越宽。(2)初始压力混气初始压力增加,爆炸范围增大。(特例:干燥的一氧化碳,压力上升,其爆炸极限范围缩小。)(3)初温混气初温越高,爆炸极限范围越大。(4)惰性气体可燃混气中加入惰性气体,会使爆炸极限范围变小。

危害

可燃性混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低和爆炸上限越高时,其爆炸危险性越大。这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会就多;爆炸下限越低则可燃物稍有泄漏就会形成爆炸条件;爆炸上限越高则有少量空气渗入容器,就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件。应当指出,可燃性混合物的浓度高于爆炸上限时,虽然不会着火和爆炸,但当它从容器或管道里逸出,重新接触空气时却能燃烧,仍有发生着火的危险。

安全措施

(1)加入惰性气体或其他不易燃的气体来降低浓度。

(2)在排放气体前,可以以涤气器、吸附法来清除可爆的气体。

限度表

常见物质的爆炸限度

浓度单位为空气的体积百分比。

ClassIA液体(闪点低于73°F(22.8°C);沸点低于100°F(37.8°C)是为NFPA704燃烧速度4

ClassesIB(闪点低于73°F(22.8°C);沸点大于等于100°F(37.8°C))与IC液体(闪点大于等于73°F(22.8°C),但小于100°F(37.8°C))是为NFPA704燃烧速度3

ClassesII(闪点大于等于100°F(37.8°C),但小于140°F)与IIIA液体(闪点大于等于140°F(60°C),但小于200°F(93.3°C))是为NFPA704燃烧速度2

ClassIIIB液体(闪点大于等于200°F(93.3°C)是为NFPA704燃烧速度1

数据表

常用可燃气体爆炸极限数据表(LEL/UEL及毒性)

本表数值来源基本上以《SH3063-1999石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警器设计规范》为主,并与《常用化学危险品安全手册》进行了对照和补充。

应用

1.爆炸极限是评定可燃气体液体蒸汽、粉尘等物质火灾危险性大小的依据,爆炸极限范围越大,或爆炸下限越低,火灾危险性就越大。

2.储存爆炸下限\u003cl0%的可燃气体的工业场所,应选用隔爆型防爆电气设备

3.爆炸极限范围以外,不会发生爆炸。


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