爆炸与防爆

　　爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化，在变化过程中，伴有物质所含能量的快速转变，即变为该物质本身、变化产物或周围介质的压缩能和运动能。其重要特征是大量能量在有限的时间里突然释放或急剧转化，这种能量能在有限的时间和有限的体积内大量积聚造成高温高压等非寻常状态，对邻近介质形成急剧的压力突跃和随后的复杂运动，显示出不寻常的移动或破坏效应。在石油、化工等行业生产过程中，从原料到成品，使用、产生的易燃易爆物质很多，一旦发生爆炸事故，常会带来非常严重的后果，造成巨大的经济损失和人员伤害，譬如泵房垮塌、油罐爆炸着火、装置报废、人员伤亡。正因如此，控制爆炸是石油、化工等行业的重中之重。要科学有效地控制气体、粉尘爆炸，就不能不对爆炸极限有一个正确的理解。
　　
　　爆炸极限的定义（2）
　　
　　可燃性气体或蒸气与助燃性气体的均匀混合系在标准测试条件下引起爆炸的浓度极限值，称为爆炸极限。助燃性气体可以是空气、氧气或辅助性气体。一般情况提及的爆炸极限是指可燃气体或蒸气在空气中的浓度极限，能够引起爆炸的可燃气体的zui低含量称为爆炸下限LowExplosion-Level（LEL），zui高浓度UpperExplosion-Level称为爆炸上限（UEL）。
　　
　　影响爆炸极限的因素（3）
　　
　　1可燃气体
　　
　　1.1混合系的组分不同，爆炸极限也不同。
　　
　　1.2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。
　　
　　a.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可燃、可爆系统。
　　
　　b.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，使分子间的距离更为接近，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。
　　
　　c.惰性气体含量影响
　　
　　混合系中惰性气体量增加，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21、氟利昂12、氟利昂11顺序依次缩小。
　　
　　d.容器、管径影响
　　
　　容器、管子直径越小，则爆炸范围越小，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zui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。
　　
　　e.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jia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%；电流上繁荣昌盛到3A时，其爆炸极限为5.85%-14.8%。
　　
　　f.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zui大。
　　
　　g.热表面、接触时间的影响
　　
　　热表面的面积大，点火源与混合物的接触时间长等都会使爆炸极限扩大。
　　
　　h.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。
　　
　　i.可燃性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，混俣气体一旦被点燃，过剩的氧是否被氮所取代，无关紧要。
　　
　　j.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
　　
　　a.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。
　　
　　b.可燃蒸气的爆炸上限和氧与氮在空气中的比例几乎无关。原因与上述2.1.2i一样。
　　
　　c.爆炸上限与空气中的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
　　
　　3.1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。
　　
　　3.2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。
　　
　　4对爆炸极限的正确认识
　　
　　以上叙述表明，决不可把爆炸特性值看作是物理常数。而在实际工作中，却有很多人把其当作一个常数，这对处理实际工作中遇到的特殊情况有很大的危害。这些值与测定时所采用的方法有很大的关系。正因如此，同一种气体，其爆炸极限数值在国内、国外部门发布的数据也是有所不同。
　　
　　但是，这些数值由于本身差别并不大，而在进行气体监测报警时，更是取其爆炸下限的10%进行报警，因此，差别就更加微小，一般情况下不影响正常使用，但是，作为一个管理者而言，应该知道这个数值的来源，并根据自己的实际情况予以科学掌握使用，特别是在特殊情况下，比如热表面的面积大、点火源与混合物的接触时间长的情况下，就应该充分考虑到爆炸极限的扩大。如果一成不变，死搬教条，就易引发事故，影响生产的正常运行。
　　
　　爆炸极限的计算（4）
　　
　　1根据化学理论体积分数近似计算
　　
　　爆炸气体*燃烧时，其化学理论体积分数可用来确定链烷烃类的爆炸下限，公式如下：
　　
　　L下≈0.55c0
　　
　　式中0.55——常数；
　　
　　c0——爆炸气体*燃烧时化学理论体积分数。若空气中氧体积分数按20.9%计，c0可用下式确定
　　
　　c0=20.9/（0.209+n0）
　　
　　式中n0——可燃气体*燃烧时所需氧分子数。
　　
　　如jia烷燃烧时，其反应式为
　　
　　CH4+2O2→CO2+2H2O
　　
　　此时n0=2
　　
　　则L下=0.55×20.9/（0.209+2）=5.2由此得jia烷爆炸下限计算值比实验值5%相差不过10%。
　　
　　2对于两种或多种可燃气体或可燃蒸气混合物爆炸极限的计算
　　
　　目前，比较认可的计算方法有两种：
　　
　　2.1莱·夏特尔定律
　　
　　对于两种或多种可燃蒸气混合物，如果已知每种可燃气的爆炸极限，那么根据莱·夏特尔定律，可以算出与空气相混合的气体的爆炸极限。用Pn表示一种可燃气在混合物中的体积分数，则：
　　
　　LEL=（P1+P2+P3）/（P1/LEL1+P2/LEL2+P3/LEL3）（V%）
　　
　　混合可燃气爆炸上限：
　　
　　UEL=（P1+P2+P3）/（P1/UEL1+P2/UEL2+P3/UEL3）（V%）
　　
　　此定律一直被证明是有效的。
　　
　　2.2理·查特里公式
　　
　　理·查特里认为，复杂组成的可燃气体或蒸气混合的爆炸极限，可根据各组分已知的爆炸极限按下式求之。该式适用于各组分间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气体混合物。
　　
　　Lm=100/（V1/L1+V2/L2+……+Vn/Ln）
　　
　　式中Lm——混合气体爆炸极限，%；
　　
　　L1、L2、L3——混合气体中各组分的爆炸极限，%；
　　
　　V1、V2、V3——各组分在混合气体中的体积分数，%。
　　
　　例如：一天然气组成如下：jia烷80%（L下=5.0%）、乙烷15%（L下=3.22%）、丙烷4%（L下=2.37%）、丁烷1%（L下=1.86%）求爆炸下限。
　　
　　Lm=100/（80/5+15/3.22+4/2.37+1/1.86）=4.369
　　
　　3可燃粉尘
　　
　　许多工业可燃粉尘的爆炸下限在20-60g/m3之间，爆炸上限在2-6kg/m3之间。
　　
　　碳氢化合物一类粉尘如能*气化燃尽，则爆炸下限可由布尔格斯-维勒关系式计算：
　　
　　c×Q=k
　　
　　式中c——爆炸下限浓度；
　　
　　Q——该物质每靡尔的燃烧热或每克的燃烧热；
　　
　　k——常数。
　　
　　过爆炸极限的危险性（5）
　　
　　过爆炸极限可能产生的危险，许多资料都是这样描述的：过爆炸下限则可燃气或蒸气就既不爆炸也不着火；过爆炸上限也是如此。从发生机理上讲，爆炸是在经历气体受热、发生燃烧并在特殊情形下发生爆炸。由此来看，上述将爆炸极限与燃烧极限混为一谈是不严密的，因为，这里面涉及一个燃烧极限问题。过爆炸极限不再发生爆炸显然是正确的，但是，在具别情况下，不发生爆炸但仍可能发生燃烧。只是这个爆炸极限与燃烧极限的差值一般很小，在很多情况下可以视为等值，但不应视为等值，从而一概把过爆炸极限的危险状况认定为既不爆炸也不燃烧的“安全状况”。利用这一原理，可以在燃烧情况下进行带压不置换动火，从而省时省力。
　　
　　爆炸控制（6）
　　
　　由于爆炸造成的后果大多非常严重，在化工生产作业中，爆炸压力的作用和火灾的蔓延，不仅会使生产设备遭受损失，而且使建筑破坏，甚至致人死亡。因此，科学防爆是非常重要的一项工作。
　　
　　爆炸与防爆更多防爆空调知识请关注http://www.ex-fbkt.com杭州特奥环保科技有限公司