爆炸极限及爆炸危险源的区别和设计应用

气体和液体的爆炸极限通常用体积分数(%)表示。不同的物质由于其理化性质不同,其爆炸极限也不同;即使是同一种物质,在不同的外界条件下,其爆炸极限也不同。通常,在氧气中的爆炸极限要比空气中的爆炸极限范围大。

一、爆炸极限

1.爆炸极限一般认为是物质发生爆炸必须具备的浓度范围。可燃的气体、蒸气或粉尘与空气混合后，遇火会发生爆炸的最高或最低的浓度，称为爆炸浓度极限，简称爆炸极限。能引起爆炸的最高浓度称为爆炸上限，能引起爆炸的最低浓度称为爆炸下限，上限和下限之间的间隔称为爆炸范围。

【注意】
（1）粉尘的爆炸上限一般没有实用价值，通常只应用粉尘的爆炸下限。

（2）在生产、储存、运输、使用过程中，为保证安全，控制可燃物浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限。

2.除助燃物条件外，对于同种可燃气体，其爆炸极限受以下四个方面的影响（1） 火源能量。引燃混合气体的火源能量越大，可燃混合气体的爆炸极限范围越宽，爆炸危险性越大。
（2） 初始压力。可燃混合气体初始压力增加，爆炸范围增大，爆炸危险性增加。值得注意的是，干燥的一氧化碳和空气的混合气体初始压力上升，其爆炸极限范围缩小。
（3） 初温。混合气体初温越高，混合气体的爆炸极限范围越大，爆炸危险性越大。
（4） 惰性气体。可燃混合气体中加入惰性气体，会使爆炸极限范围变小，一般上限降低，下限变化比较复杂。当加入的惰性气体超过一定量以后，任何比例的混合气体均不能发生爆炸。

二、爆炸危险源

三、举例：涂料的爆炸极限

定义：当涂料喷涂后挥发出来的的可燃性气体与周围空气在一定的浓度范围内均匀混合，形成混合气体，一旦遇着闪燃（火源）就会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限。

并不是空气中混合了均匀的可燃性气体就会发生爆炸，而是在一定的混合比例范围才能形成可燃的爆炸溶度——爆炸极限。

可燃性混合气体的爆炸极限有爆炸下限（最小爆炸极限）和爆炸上限（最小爆炸极限）之分：

上限是指：可燃性混合气体能够发生爆炸的最高上限溶度。在高于爆炸上限时，空气不足，导致火焰不能蔓延不会爆炸，但能燃烧。

下限是指：可燃性混合物能够发生爆炸的低浓度。由于可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延，因此在低于爆炸下限时不爆炸也不着火。

四、影响爆炸极限的主要因素

1.1原始温度

爆炸性气体混合物的原始温度越高，则爆炸极限范围越大，即爆炸下限降低而爆炸上限增高。因为系统温度升高，其分子内能增加，使更多的气体分子处于激发态，原来不燃的混合气体成为可燃、可爆系统，所以温度升高使爆炸危险性增大。若t℃时的下限为L，25℃时的下限为L25，则其关系式为

Lt=[1—0.000721(t一25)]×L25

1.2系统初始压力

混合气体的原始压力对爆炸极限有很大的影响，在增压的情况下，其爆炸极限的变化也很复杂。压力增大，爆炸极限扩大。这是因为系统压力增高，其分子间距更为接近，碰撞几率增高，因此使燃烧的最初反应和反应的进行更为容易。压力降低，则爆炸极限范围缩小。待压力降至某值时，其下限与上限重合，将此时的最低压力称为爆炸的临界压力。若压力降至临界压力以下，系统就不爆炸。因此，在密闭容器内进行减压(负压)操作对安全生产有利。天然气--空气混合的爆炸界限与压力的依存关系可表示为

L=4.9—0.71lnP

U=14.1—20.4lnp

式中

L为爆炸下限，％(体积分数)；U为爆炸上限，％(体积分数)；P为初始压力，Pa。

五、爆炸极限的理论计算方法和设计前应用

按爆炸性气体完全燃烧时化学理论浓度计算

爆炸性气体完全燃烧时化学理论浓度可以用来确定链烷烃类的爆炸下限，其计算公式为

L下=0.55Co

式中0.55为常数；Co为爆炸性气体完全燃烧时化学理论浓度。

现以甲烷为例，其燃烧反应为

CH4+202--CO2+2H20+Q

如空气中氧浓度为20.9％，则Co可用下式确定

Co=1/(1+n/0.209)*100%=20.9/(n+0.209)

式中n为完全燃烧时所需分子数，这里n=2

则L下=O.55Co=0.55×20.9/(0.209+2)=5.2

因此，甲烷的爆炸下限值确定为5.2％。

此式也可用于估算链烷烃类以外的其他有机可燃气体爆炸极限。

六、其他物质的25%LET浓度，可通过温度、爆炸极限等因素进行核算

七、下面列举几个可燃性气体的爆炸极限：

1. 乙醛：最小4%，最大57%，即4~57%

2. 乙炔：最小2.5%，最大82%，即2.5~82%

3. 二甲苯：最小1%，最大7%，即1~7%

4. 乙苯：最小1%，最大7.1%，即1~7.1%

5. 乙醇/酒精：最小3%，最大19%，即3~19%