爆炸極限

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什麼是爆炸極限[1]

  爆炸極限是指可燃性氣體、可燃液體的蒸氣與助燃性氣體形成的混合物遇到點火源引起爆炸的濃度極限值。

  爆炸極限分為爆炸上限和爆炸下限。爆炸上限是指可燃氣體能引起爆炸的最高含量;爆炸下限是指可燃性氣體能引起爆炸的最低含量。

影響爆炸極限的因素[2]

  1.可燃氣體

  (1)混合系的組分不同,爆炸極限也不同。

  (2)同一混合系,由於初始溫度、系統壓力、惰性介質含量、混合系存在空間及器壁材質以及點火能量的大小等都能使爆炸極限發生變化。

  ①溫度影響

  因為化學反應與溫度有很大的關係,所以,爆炸極限數據必定與混合物規定的初始溫度有關。初始溫度越高,引起的反應越容易傳播。一般規律是,混合系原始溫度升高,則爆炸極限範圍增大即下限降低,上限增高。但是,目前,還沒有大量的系統實驗結果。因為系統溫度升高,分子內能增加,使原來不燃的混合物成為同 燃、可爆暴統。

  ②壓力影響

  系統壓力增高,爆炸極限範圍也擴大,明顯體現在爆炸上限的提高。這是由於壓力升高,使分子問的距離更為接近,碰撞幾率增高,使燃燒反應更容易進行,爆炸極限範圍擴大.特別是爆炸上限明顯提高。壓力減小,則爆炸極限範圍縮小,當壓力降至一定值時,其上限與下限重合,此時的壓力稱為為混合系的臨界壓力, 低於臨界壓力, 系統不爆炸。

  ③惰性氣體含量影響

  混合系中情性氣體量增加,爆炸極限範圍縮小,惰性氣體濃度提高到某一數值時,混合系就不能爆炸。惰性氣體種類不同,對爆炸極限的影響也不同。以汽油為例,其爆炸極限範圍按氮氣、燃燒廢氣、二氧化碳、氟利昂2l、氟利昂l2、氟利昂11順序依次縮小。也容器、管徑影響容器、管子直徑越小 削爆炸範圍越小,當管徑小到一定程度時,單位體積火焰所對應的固體冷卻錶面散髮出的熱量就會大於產生的熱量,火焰便會中斷熄滅。火焰不能傳播的最大管徑稱為臨界直徑。容器材料也有很大影響,如氫和氟、在玻璃器皿中混合,即使在液態空氣溫度下,置於黑暗處仍可發生爆炸,而在銀器中,在一般溫度下才能發生爆炸反應。

  ④點火強度影響

  點火能的強度高,燃燒自發傳播的濃度範圍也就越寬。尤其是爆炸上限向可燃氣含量較高的方向移動。如甲烷在100V電壓、1A電流火花作用下,無論何種混合比例情況均不爆炸;若電流增加到2A, 其爆炸極限為5.9%~13.6% ; 電流上升到3A時, 其爆炸極限為5.85%~14.8% 。

  ⑤乾濕度影響

  通常可燃氣與空氣混合物的相對濕度對於爆炸寬度影響雖小,但在極度乾燥時,爆炸範圍寬度為最大。

  ⑥熱錶面、接觸時間的影響

  熱表商的面積大,點火源與餛合物韻接觸時間長等都會使爆炸極限擴大。

  ⑦除此之外,混合系統接觸的封閉外殼的材質、機械雜質、光照、錶面活性物質等都可能影響到爆炸極限範圍。

  ⑧可燃氣體的爆炸上限和氧與氮在空氣中的比例幾乎無關。因為氧和氮的比熱相近,燃燒熱傳遞到這兩種氣體都會導致相同的燃燒溫度,所以,混合氣體一旦被點燃,過剩的氧是否被氮所取代,無關緊要。

  ⑨在生產實踐中,爆炸上限與空氣中的氧含量有很大的關係。這是由於可燃氣或可燃蒸氣過剩,也就是氧氣不足所致。

  2.可燃蒸氣

  ①可燃蒸氣的爆炸極限是由可燃液體產生的蒸氣濃度決定的。對於可燃液體而言,爆炸下限對應的閃點溫度又可以稱為爆炸下限溫度,爆炸上限濃度對應的液體溫度又可以稱為爆炸上限溫度。

  ②可燃蒸氣的爆炸上限和氧與氮在空氣中的比例幾乎無關。

  ③爆炸上限與空氣中 氧含量有很大的關係。原因也是由於氧氣不足致使可燃氣或可燃蒸氣過剩。

  3.可燃粉塵

  (1)可燃粉塵爆炸機理

  粉塵爆炸是因其粒子錶面氧化而發生的。其爆炸過程如下:

  粒子錶面接受熱能時, 錶面溫度上升;粒子錶面的分子產生熱分解或乾餾作用成為氣體排放在粒子周圍;該氣體同空氣混合成為爆炸性混合氣體,發火產生火焰;這種火焰產生的熱,進一步促進粉末的分解不斷成為氣相, 放出可燃氣體與空氣混合而發火、傳播。

  (2)粉塵爆炸極限受以下因素影響

  ①粒度:粉塵爆炸下限受粒度的影響很大,粒度越高(粒徑越小) 爆炸下限越低。

  ②水分:含塵空氣有水分存在時,爆炸下限提高,甚至失去爆炸性。欲使產品成為不爆炸的混合物,至少使其含50% 的水。

  ③氧的濃度:粉塵與氣體的混合物中, 氧氣濃度增加將導致爆炸下限降低。

  ④點燃源:粉塵爆炸下限受點燃源溫度、錶面狀態的影響。溫度高、錶面積大的點燃源, 可使粉塵爆炸下限降低。

參考文獻

  1. 危險化學品性質簡介.中華人民共和國國家發展和改革委員會 產業協調司
  2. 趙正巨集,楊紅衛.爆炸極限的影響因素與防爆措施[J].化工安全與環境,2003(8)
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