爆炸极限

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什么是爆炸极限[1]

  爆炸极限是指可燃性气体、可燃液体的蒸气与助燃性气体形成的混合物遇到点火源引起爆炸的浓度极限值。

  爆炸极限分为爆炸上限和爆炸下限。爆炸上限是指可燃气体能引起爆炸的最高含量;爆炸下限是指可燃性气体能引起爆炸的最低含量。

影响爆炸极限的因素[2]

  1.可燃气体

  (1)混合系的组分不同,爆炸极限也不同。

  (2)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都能使爆炸极限发生变化。

  ①温度影响

  因为化学反应与温度有很大的关系,所以,爆炸极限数据必定与混合物规定的初始温度有关。初始温度越高,引起的反应越容易传播。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,上限增高。但是,目前,还没有大量的系统实验结果。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同 燃、可爆暴统。

  ②压力影响

  系统压力增高,爆炸极限范围也扩大,明显体现在爆炸上限的提高。这是由于压力升高,使分子问的距离更为接近,碰撞几率增高,使燃烧反应更容易进行,爆炸极限范围扩大.特别是爆炸上限明显提高。压力减小,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,此时的压力称为为混合系的临界压力, 低于临界压力, 系统不爆炸。

  ③惰性气体含量影响

  混合系中情性气体量增加,爆炸极限范围缩小,惰性气体浓度提高到某一数值时,混合系就不能爆炸。惰性气体种类不同,对爆炸极限的影响也不同。以汽油为例,其爆炸极限范围按氮气、燃烧废气、二氧化碳、氟利昂2l、氟利昂l2、氟利昂11顺序依次缩小。也容器、管径影响容器、管子直径越小 削爆炸范围越小,当管径小到一定程度时,单位体积火焰所对应的固体冷却表面散发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临界直径。容器材料也有很大影响,如氢和氟、在玻璃器皿中混合,即使在液态空气温度下,置于黑暗处仍可发生爆炸,而在银器中,在一般温度下才能发生爆炸反应。

  ④点火强度影响

  点火能的强度高,燃烧自发传播的浓度范围也就越宽。尤其是爆炸上限向可燃气含量较高的方向移动。如甲烷在100V电压、1A电流火花作用下,无论何种混合比例情况均不爆炸;若电流增加到2A, 其爆炸极限为5.9%~13.6% ; 电流上升到3A时, 其爆炸极限为5.85%~14.8% 。

  ⑤干湿度影响

  通常可燃气与空气混合物的相对湿度对于爆炸宽度影响虽小,但在极度干燥时,爆炸范围宽度为最大。

  ⑥热表面、接触时间的影响

  热表商的面积大,点火源与馄合物韵接触时间长等都会使爆炸极限扩大。

  ⑦除此之外,混合系统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。

  ⑧可燃气体的爆炸上限和氧与氮在空气中的比例几乎无关。因为氧和氮的比热相近,燃烧热传递到这两种气体都会导致相同的燃烧温度,所以,混合气体一旦被点燃,过剩的氧是否被氮所取代,无关紧要。

  ⑨在生产实践中,爆炸上限与空气中的氧含量有很大的关系。这是由于可燃气或可燃蒸气过剩,也就是氧气不足所致。

  2.可燃蒸气

  ①可燃蒸气的爆炸极限是由可燃液体产生的蒸气浓度决定的。对于可燃液体而言,爆炸下限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。

  ②可燃蒸气的爆炸上限和氧与氮在空气中的比例几乎无关。

  ③爆炸上限与空气中 氧含量有很大的关系。原因也是由于氧气不足致使可燃气或可燃蒸气过剩。

  3.可燃粉尘

  (1)可燃粉尘爆炸机理

  粉尘爆炸是因其粒子表面氧化而发生的。其爆炸过程如下:

  粒子表面接受热能时, 表面温度上升;粒子表面的分子产生热分解或干馏作用成为气体排放在粒子周围;该气体同空气混合成为爆炸性混合气体,发火产生火焰;这种火焰产生的热,进一步促进粉末的分解不断成为气相, 放出可燃气体与空气混合而发火、传播。

  (2)粉尘爆炸极限受以下因素影响

  ①粒度:粉尘爆炸下限受粒度的影响很大,粒度越高(粒径越小) 爆炸下限越低。

  ②水分:含尘空气有水分存在时,爆炸下限提高,甚至失去爆炸性。欲使产品成为不爆炸的混合物,至少使其含50% 的水。

  ③氧的浓度:粉尘与气体的混合物中, 氧气浓度增加将导致爆炸下限降低。

  ④点燃源:粉尘爆炸下限受点燃源温度、表面状态的影响。温度高、表面积大的点燃源, 可使粉尘爆炸下限降低。

参考文献

  1. 危险化学品性质简介.中华人民共和国国家发展和改革委员会 产业协调司
  2. 赵正宏,杨红卫.爆炸极限的影响因素与防爆措施[J].化工安全与环境,2003(8)
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