燃气爆炸极限计算方法的研究.pdf

第26卷第3期
煤气与热力
Vol 26 No. 3
2006年3月
GAS HIEAT
Mar.2006
燃气爆炸极限计算方法的研究
田贯三,于畅,李兴泉
(山东建筑工程学院热能工程学院,山东济南250101)
摘要:分析了影响燃气爆炸极限的因素以及燃气爆炸极限的计算方法和计算误差。指出
合理选择可燃气体爆炸极限估算公式应注意的问题,给出了不同使用条件下单一组分燃气和混合
燃气的爆炸极限的计算公式。
关鍵词:燃气爆炸极限;影响因素;计算
中图分类号:TU996文献标识码:A文章编号:1000-4416(2006)03-0029-05
Study on Calculation Method of Gas Explosion Limits
TIAN Guan-san, YU Chang
LI Xing-qu
an
(nstitute of Thermal Pouer Engineering, Shandong Universily of Architecture and Engineering
Jinan 250101, China)
Abstract. The factors
affecting
gas explosion limits, the calculation method and the calculation er
rors of gas explosion limits are analyzed. The problems for attention in reasonably selecting the estimation
formula for explosion limits of combustible gases are pointed out, and the calculation formulas for explo
sion limits of single-component gas and multicomponent gas under different utilization conditions are giv-
Key words: gas explosion limits; affecting factor; calculation
在城市燃气的生产、置换以及运行等过程中发中能使可燃气体发生爆炸所必须的最高可燃气体浓
生的泄漏,都可能产生爆炸极限范围内的混合气体。度;称为爆炸上限。燃气爆炸极限不是一个固定值
准确掌和控制燃气的爆炸极限,对消防报警和安除受气体特性的影响外,还受各种外界因素的影响,
全使用燃气有重要意义。由于燃气爆炸极限受多种如果掌握了内在和外界条件对燃气爆炸极限的影
因素的影响,很难用一个统一的计算公式对不同混响,在一定条件下对测得或计算爆炸极限有参考价
合气体的爆炸极限进行准确计算。本文通过对燃气值。主要影响因素如下-」。
爆炸极限影响因素的全面分析,给出了计算不同燃1.1燃气的种类及化学性质
气爆炸极限的推荐公式。
可燃气体的分子结构和反应能力影响其爆炸极
影响燃气爆炸极限的因素
限。对于碳氢化合物,具有C-C型单键相连的碳
城市燃气如果泄漏到环境中与空气形成混合氧化合物,由于碳键牢固,分子不易受到破坏,其反
物,当燃气在空气中的浓度达到一定极限范围内时,应能力较差,因而爆炸极限范较小;而具有C=C
有可能产生燃烧爆炸。空气中能使可燃气体发生爆型三键相连的碳氢化合物,由于碳键脆弱,分子很容
炸所必须的最低可燃气体浓度,称为爆炸下限;室气易被破坏,化学反应能力较强,因而爆炸极限范围较
基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y2003F04
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第3期
煤气与热力
第26卷
大;对于具有C一C型二鍵相连的碳氢化合物,其提高湿度,蒸汽对可燃混合物起稀释和隔离氧气
爆炸极限范围介于单鍵与三键碳気化合物之间。对(窒息)作用,使爆炸极限范围变小。少量的硫化氢
同一烃类化合物,随碳原子个数的增加,爆炸极限范会大大降低水煤气及其混合物燃点,加速其爆炸。
围变小。爆炸极限还与热导率有关,热导率越大导1.3燃气与空气混合的均匀程度
热越快,爆炸极限范围就越大。分子结构与热导率
当燃气与空气充分混合均匀,某一点的燃气浓
对爆炸极限的影响见表
度达到爆炸极限时,整个混合空间的燃气浓度都达
表1分子结构与热导率对爆炸极限的影响
到爆炸极限,燃烧或爆炸反应是在整个混合气体空
Tab. I Impact of molecular structure and heat
间同时进行,其反应不会中断,因此爆炸极限范围
conductivity on explosion limits
大;当混合不均匀时,就会产生混合气体内某些点的
燃气
热导率/し爆炸极限/%□燃气浓度达到爆炸极限,而另外一些点的燃气浓度
K
下限上限
达不到爆炸极限,燃烧或爆炸反应就会中断,因此爆
甲烷
0.0302
5.0
15.0
炸极限范围就变小-4。
乙烷
0.0186
2.9
13.0
1.4点火源的性质
烷烃两烷
0.0151
2.1
9.5
0.0134
点火源的性质对爆炸极限范围的影响是:能量
8.5
正戊烷
0,0126
1.4
7.8
强度越高,加热面积越大,作用时间越长,点火的位
乙烯
0.0164
2.7
34.0
置越靠近混合气体中心,则爆炸极限范越宽。不
丙烯
0.0140
2.011.7
同点火源具有不同的点火温度和点火能量。如明火
烯烃
丁烯
0.0137
8.9
能量比一般火花能量大,所对应的爆炸极限范圊就
戊烯
0.0093
1.4
8.7
大;而电火花虽然温度高,如果不是连续的,点火能
L炔烃乙炔0.087
2.5
80.0
量就小,所对应的爆炸极限范围也小。点火能量对
1.2可燃气体的纯度
CH厶爆炸极限的影响见表2?。从表2可以看出,
可燃气体的纯度影响其爆炸极限,可燃气体中随点火能量的增加,爆炸范围明显増大。
惰性气体含量增加,将缩小爆炸极限范围。当惰性
表2点火能量对CH4爆炸极限的影响
气体含量增加到某一值时,混合气体不再发生爆炸。
Tab 2 Impact of ignition energy on explosion limits
惰性气体的种类不同,对爆炸极限的影响也不同。
例如N2CO2、蒸汽和CCl对CH爆炸极限的影响
%
依次增大。惰性气体(如N2、CO2、蒸汽)对爆炸极
点火能量J
爆炸下限
爆炸上限
4.9
13.8
限的影响机理是稀释燃气浓度和隔离氧气与燃气的
10
4.6
14.2
接触(窒息作用),并对燃烧过程有少量的冷却降温
15.1
作用。当可燃气体含有卤代烷时,不仅对可燃气体
1000
17.5
燃烧或燝炸反应有稀释、隔离和冷却作用,而且更重1.5爆炸容