2011安全工程師《生產(chǎn)技術(shù)》：爆炸極限基本理論

　　(一)爆炸極限的基本理論及其影響因素

　　爆炸極限是表征可燃?xì)怏w、蒸汽和可燃粉塵危險(xiǎn)性的主要示性數(shù)。當(dāng)可燃性氣體、蒸氣或可燃粉塵與空氣(或氧)在一定濃度范圍內(nèi)均勻混合，遇到火源發(fā)生爆炸的濃度范圍稱為爆炸濃度極限，簡稱爆炸極限。

　　將這一濃度范圍的混合氣體(或粉塵)稱作爆炸性混合氣體(或粉塵)。可燃性氣體、蒸氣的爆炸極限一般用可燃?xì)怏w或蒸氣在混合氣體中的所占體積分?jǐn)?shù)來表示;可燃粉塵的爆炸極限是以在混合物中的質(zhì)量濃度(g/m3)來表示。

　　一般情況下，H值越大，表示可燃性混合物的爆炸極限范圍越寬，其爆炸危險(xiǎn)性越大。

　　可燃性氣體、蒸氣或粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源(明火或溫度)，火焰瞬間傳播于整個(gè)混合氣體(或混合粉塵)空間化學(xué)反應(yīng)速度極快，同時(shí)釋放大量的熱，生成很多氣體，氣體受熱膨脹，形成很高的溫度和很大的壓力，具有很強(qiáng)的破壞力。

　　可燃性氣體、蒸氣或粉塵爆炸極限的概念可以用熱爆炸理論來解釋。當(dāng)可燃性氣體、蒸氣或粉塵的濃度小于爆炸下限時(shí)，由于在混合物中含有過量的空氣，過量空氣的冷卻作用及可燃物濃度的不足，導(dǎo)致系統(tǒng)得熱小于失熱，反應(yīng)不能延續(xù)下去;同樣，當(dāng)可燃性氣體(或粉塵)的濃度大于爆炸上限時(shí)，則會(huì)有過量的可燃物，過量的可燃物不僅因缺氧而不能參與反應(yīng)、放出熱量，反而起冷卻作用，阻止了火焰的蔓延。當(dāng)然，也還有爆炸上限達(dá)100%的可燃?xì)怏w和蒸氣(如環(huán)氧乙烷、硝化甘油等)，可燃性粉塵(如火炸藥粉塵)。這類物質(zhì)在分解時(shí)會(huì)自身供氧，使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去。隨著氣體壓力和溫度的升高，越容易引起分解爆炸。

　　爆炸極限值不是一個(gè)物理常數(shù)，它是隨實(shí)驗(yàn)條件的變化而變化，在判斷某工藝條件下的爆炸危險(xiǎn)性時(shí)，需根據(jù)危險(xiǎn)物品所處的條件來考慮其爆炸極限，如在火藥、起爆藥、炸藥烘干工房內(nèi)可燃蒸氣的爆炸極限與其他工房在正常溫度下的極限是不一樣的，在受壓容器和在正常壓力下的爆炸極限亦有所不同;其他因素如點(diǎn)火源的能量，容器的形狀、大小，火焰的傳播方向，惰性氣體與雜質(zhì)的含量等均對爆炸極限有影響。

　　溫度的影響

　　1.溫度的影響

　　混合爆炸氣體的初始溫度越高，爆炸極限范圍越寬，則爆炸下限降低，上限增高，爆炸危險(xiǎn)性增加。這是因?yàn)樵跍囟仍龈叩那闆r下，活化分子增加，分子和原子的動(dòng)能也增加，使活化分子具有更大的沖擊能量，爆炸反應(yīng)容易進(jìn)行，使原來含有過量空氣(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濃度變成可以使火焰蔓延的濃度，從而擴(kuò)大了爆炸極限范圍。例如丙酮的爆炸極限受溫度影響的情況見表2-1.

　　2.壓力的影響

　　混合氣體的初始壓力對爆炸極限的影響較復(fù)雜，在0.1～2.0 MPa的壓力下，對爆炸下限影響不大，對爆炸上限影響較大;當(dāng)大于2.0 MPa時(shí)，爆炸下限變小，爆炸上限變大，爆炸范圍擴(kuò)大。這是因?yàn)樵诟邏合禄旌蠚怏w的分子濃度增大，反應(yīng)速度加快，放熱量增加，且在高氣壓下，熱傳導(dǎo)性差，熱損失小，有利于可燃?xì)怏w的燃燒或爆炸。甲烷混合氣初始壓力對爆炸極限的影響見表2 -2.

　　值得重視的是當(dāng)混合物的初始壓力減小時(shí)，爆炸極限范圍縮小，當(dāng)壓力降到某一數(shù)值時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)下限與上限重合，這就意味著初始壓力再降低時(shí)，不會(huì)使混合氣體爆炸。把爆炸極限范圍縮小為零的壓力稱為爆炸的臨界壓力。甲烷在3個(gè)不同的初始溫度下，爆炸極限隨壓力下降而縮小的情況如圖2-3所示。因此，密閉設(shè)備進(jìn)行減壓操作對安全是有利的

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