2019年中級注冊安全工程師答疑:什么是“爆炸極限”?
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問題：
什么是“爆炸極限”?
答疑：
【爆炸極限的意義】
可燃物質(zhì)(可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵)與空氣(或氧氣)必須在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，形成預(yù)混氣，遇著火源才會發(fā)生爆炸，這個濃度范圍稱為爆炸極限，或爆炸濃度極限。例如一氧化碳與空氣混合的爆炸極限為12.5%～80%?？扇夹曰旌衔锬軌虬l(fā)生爆炸的最低濃度和最高濃度，分別稱為爆炸下限和爆炸上限，這兩者有時亦稱為著火下限和著火上限。在低于爆炸下限時不爆炸也不著火;在高于爆炸上限不會發(fā)生爆炸，但會著火。這是由于前者的可燃物濃度不夠，過量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延;而后者則是空氣不足，導(dǎo)致火焰不能蔓延的緣故。當(dāng)可燃物的濃度大致相當(dāng)于反應(yīng)當(dāng)量濃度時，具有最大的爆炸威力(即根據(jù)完全燃燒反應(yīng)方程式計算的濃度比例)。
【影響爆炸極限的因素】
混合系的組分不同，爆炸極限也不同。同一混合系，由于初始溫度、系統(tǒng)壓力、惰性介質(zhì)含量、混合系存在空間及器壁材質(zhì)以及點火能量的大小等的都能使爆炸極限發(fā)生變化。一般規(guī)律是：混合系原始溫度升高，則爆炸極限范圍增大，即下限降低、上限升高。因為系統(tǒng)溫度升高，分子內(nèi)能增加，使原來不燃的混合物成為可燃、可爆系統(tǒng)。系統(tǒng)壓力增大，爆炸極限范圍也擴(kuò)大，這是由于系統(tǒng)壓力增高，使分子間距離更為接近，碰撞幾率增高，使燃燒反應(yīng)更易進(jìn)行。壓力降低，則爆炸極限范圍縮小;當(dāng)壓力降至一定值時，其上限與下限重合，此時對應(yīng)的壓力稱為混合系的臨界壓力。壓力降至臨界壓力以下，系統(tǒng)便不成為爆炸系統(tǒng)(個別氣體有反?，F(xiàn)象)?；旌舷抵兴栊詺怏w量增加，爆炸極限范圍縮小，惰性氣體濃度提高到某一數(shù)值，混合系就不能爆炸。容器、管子直徑越小，則爆炸范圍就越小。當(dāng)管徑(火焰通道)小到一定程度時，單位體積火焰所對應(yīng)的固體冷卻表面散出的熱量就會大于產(chǎn)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該混合系的臨界直徑。點火能的強(qiáng)度高、熱表面的面積大、點火源與混合物的接觸時間不等都會使爆炸極限擴(kuò)大。除上述因素外，混合系接觸的封閉外殼的材質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)、光照、表面活性物質(zhì)等都可能影響到爆炸極限范圍。
【爆炸極限與可燃物的危害】
可燃性混合物的爆炸極限范圍越寬、爆炸下限越低和爆炸上限越高時，其爆炸危險性越大。這是因為爆炸極限越寬則出現(xiàn)爆炸條件的機(jī)會就多;爆炸下限越低則可燃物稍有泄漏就會形成爆炸條件;爆炸上限越高則有少量空氣滲入容器，就能與容器內(nèi)的可燃物混合形成爆炸條件。應(yīng)當(dāng)指出，可燃性混合物的濃度高于爆炸上限時，雖然不會著火和爆炸，但當(dāng)它從容器或管道里逸出，重新接觸空氣時卻能燃燒，仍有發(fā)生著火的危險。
【爆炸極限的表示】
爆炸極限的單位氣體或蒸氣的爆炸極限的單位，是以在混合物中所占體積的百分比(%)來表示的，如氫與空氣混合物的爆炸極限為4%～75%。可燃粉塵的爆炸極限是以混合物中所占體積的質(zhì)量比g/m^3來表示的，例如鋁粉的爆炸極限為40g/m^3。
可燃性蒸氣的爆炸極限值是由可燃液體表面產(chǎn)生的蒸氣濃度決定的。對于可燃液體而言，爆炸下限濃度對應(yīng)的閃點溫度又可以稱為爆炸下限溫度;爆炸上限濃度對應(yīng)的液體溫度又可以稱為爆炸上限溫度。
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