防火防爆课程设计--可燃性混合气体爆炸特性计算

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1、第 1 页 共 14 页 可燃性混合气体爆炸特性计算可燃性混合气体爆炸特性计算 1 1 绪论绪论 可燃性混合气体的爆炸是生产生活，特别是化工生产中极为普遍的爆炸现 象。气体混合物有两种：一种是单一的可燃性气体与空气混合；另一种是多种可 燃性气体与空气混合。这两种气体混合物并非在任何情况下都能发生爆炸，只有 在一定的爆炸浓度范围，并需要一定的能量点燃，才可能发生爆炸。由此可知， 对气体混合物爆炸的爆炸极限和最小点火能的测定相当重要， 对生产生活特别是 化工生产也有着积极的指导意义。 可燃气体的燃烧、爆炸是最严重的灾害性事故。最近几年，我国城市天然气 及煤矿瓦斯爆炸重特大事故频频发生，给国家和人民

2、财产造成了巨大损失，直接 影响着我国经济、社会的可持续发展。为了掌握防火防爆技术，了解可燃性混合 气体的爆炸特性，掌握可燃性混合气体爆炸极限、最小发火能量的计算方法，以 及进一步了解并掌握其危险特性，特做此课程设计。通过对爆炸极限的研究可以 了解爆炸与燃烧与可燃物浓度的关系，以及最小发火能对其危险性的影响。燃烧 与爆炸是非常激烈的化学反应，特别是爆炸，其反应速度非常快，反应的过程很 难控制，如果不是按照人的意愿进行，只要其一发生，就会造成严重的后果。故 只有认识其本质，才能从根本上解决它们产生的危害。 2 2 爆炸极限爆炸极限 2.1 2.1 爆炸极限理论爆炸极限理论 可燃物质(可燃气体、蒸气

3、、粉尘或纤维)与空气(氧气或氧化剂)均匀混合形 成爆炸性混合物，其浓度达到一定的范围时，遇到明火或一定的引爆能量便立即 发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限(或爆炸浓度极限)。形成爆炸性混合物的 最低浓度称为爆炸浓度下限，最高浓度称为爆炸浓度上限，爆炸浓度的上限、下 限之间称为爆炸浓度范围。 可燃气体或蒸气与空气的混合物，并不是在任何组成下都可以燃烧或爆炸， 而且燃烧(或爆炸)的速率也随组成而变。实验发现，当混合物中可燃气体浓度接 第 2 页 共 14 页 近化学反应式的化学计量比时，燃烧最快、最剧烈。若浓度减小或增加，火焰蔓 延速率则降低。当浓度低于或高于某个极限值，火焰便不再蔓延。可燃气体或

4、蒸 气与空气的混合物能使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体或蒸气的爆炸下限；反 之， 能使火焰蔓延的最高浓度则称为爆炸上限。 可燃气体或蒸气与空气的混合物， 若其浓度在爆炸下限以下或爆炸上限以上，便不会发生燃烧或爆炸。 爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合气体中的体积百分数表示， 有时也用 单位体积可燃气体的质量表示。混合气体浓度在爆炸下限以下时含有过量空气， 由于空气的冷却作用，活化中心的消失数大于产生数，阻止了火焰的蔓延。若浓 度在爆炸上限以上时，含有过量的可燃气体，助燃气体不足，火焰也不能蔓延。 但此时若补充空气，仍有着火和爆炸的危险。所以浓度在爆炸上限以上的混合气 体不能认为其是安全的。 2

5、.2 2.2 爆炸极限计算方法爆炸极限计算方法 当混合气体燃烧时，燃烧波面上的化学反应可表示为 A+BC+D+Q 式中 A、B 为反应物；C、D 为产物；Q 为燃烧热。A、B、C、D 不一定是 稳定分子，也可以是原子或自由基。化学反应前后的能量变化可用图（1）表示。 初始状态的反应物(A+B)吸收活化能正达到活化状态，即可进行反应生成终 止状态的产物(C+D)，并释放出能量 W，WQ+E。 能量能量 II E I W Q III 时间时间 图（图（2-1） 假定反应系统在受能源激发后，燃烧波的基本反应浓度，即反应系统单位体 积的反应数为 n，则单位体积放出的能量为 nW。如果燃烧波连续不断，放出的 能量将成为新反应的活化能。设活化概率为(1)，则第二批单位体积内得 第 3 页 共 14 页 到活化的基本反应数为 anW/E，放出的能量为nW2/E。后批分子与前批分子反 应时放出的能量比定义为燃烧波传播系数，则 )1( / 2 E Q E W nW EnW （2.1） 现在讨论的数值。当2002 年 01 期 8:田贯三 ， 于畅 ， 李兴泉 2006 年 03 期