含VOCs可燃性氣體爆炸極限的計算

發布日(ri)期：2023-08-03 　瀏覽次數：1589

1、定義

可燃(ran)性混合物能夠發(fa)生(sheng)爆(bao)炸(zha)的(de)最(zui)低(di)濃度稱為(wei)爆(bao)炸(zha)下(xia)(xia)限(xian)(xian)，有時亦(yi)稱為(wei)著(zhu)(zhu)火(huo)下(xia)(xia)限(xian)(xian)。在低(di)于爆(bao)炸(zha)下(xia)(xia)限(xian)(xian)時，既不爆(bao)炸(zha)，也不著(zhu)(zhu)火(huo)。這是(shi)由于可燃(ran)物濃度不夠，過量空氣(qi)的(de)冷卻作用，阻止了火(huo)焰的(de)蔓延。

2、簡介

可(ke)燃(ran)(ran)性混合物(wu)的爆(bao)(bao)(bao)炸極限(xian)(xian)范圍越(yue)(yue)(yue)寬(kuan)、爆(bao)(bao)(bao)炸下(xia)限(xian)(xian)越(yue)(yue)(yue)低(di)(di)其爆(bao)(bao)(bao)炸危險(xian)性越(yue)(yue)(yue)大。這是(shi)(shi)因為爆(bao)(bao)(bao)炸極限(xian)(xian)越(yue)(yue)(yue)寬(kuan)則(ze)出現爆(bao)(bao)(bao)炸條件(jian)的機會就多；爆(bao)(bao)(bao)炸下(xia)限(xian)(xian)越(yue)(yue)(yue)低(di)(di)則(ze)可(ke)燃(ran)(ran)物(wu)稍有(you)(you)泄(xie)漏就會形成爆(bao)(bao)(bao)炸條件(jian)。點燃(ran)(ran)在空氣(qi)中的氣(qi)體，氣(qi)體可(ke)能(neng)會引(yin)爆(bao)(bao)(bao)，或者會很快停止(zhi)。是(shi)(shi)哪個(ge)(ge)情況(kuang)，是(shi)(shi)由氣(qi)體在空氣(qi)中的濃(nong)度來決定的。當(dang)氣(qi)體濃(nong)度太低(di)(di)，沒有(you)(you)足(zu)夠燃(ran)(ran)料來維持爆(bao)(bao)(bao)炸；當(dang)氣(qi)體濃(nong)度太高，沒有(you)(you)足(zu)夠氧氣(qi)燃(ran)(ran)燒。氣(qi)體只有(you)(you)在兩個(ge)(ge)濃(nong)度之(zhi)間才可(ke)能(neng)引(yin)爆(bao)(bao)(bao)，這兩個(ge)(ge)濃(nong)度稱為爆(bao)(bao)(bao)炸下(xia)限(xian)(xian)（LEL）、爆(bao)(bao)(bao)炸上限(xian)(xian)（UEL），慣以百分比表示。它們是(shi)(shi)氣(qi)體的爆(bao)(bao)(bao)炸極限(xian)(xian)（又稱爆(bao)(bao)(bao)炸界限(xian)(xian)）。

各(ge)種可燃氣體(ti)和燃性液體(ti)蒸氣的(de)(de)爆炸極(ji)限(xian)，可用專門儀器測(ce)定出來，或用經驗公式(shi)估算。爆炸極(ji)限(xian)的(de)(de)估算值與實驗值一般有些出入，其原因是在計算式(shi)中只考慮(lv)到混合物的(de)(de)組成，而(er)無法考慮(lv)其他一系列因素的(de)(de)影響，但仍(reng)不失去參(can)考價值。　

3、計算

（1）根據(ju)化(hua)學理論體積分數近似計算

　　爆炸(zha)氣(qi)體完全燃燒時，其化學理論體積分數可用(yong)來(lai)確(que)定鏈(lian)烷烴類的(de)爆炸(zha)下限(xian)，公式如下：

　　L下≈0.55C0

式中

0.55——常數；

　　C0——爆(bao)炸(zha)氣體(ti)完全燃燒時化學理(li)論體(ti)積分(fen)數。

若空(kong)氣中氧體積(ji)分數(shu)按20.9%計，C0可用下式確(que)定

　　C0=20.9/（0.209+nO）

　　式中(zhong) nO——可燃氣體完全(quan)燃燒(shao)時所需氧(yang)分子數(shu)。

如甲(jia)烷燃燒時，其反(fan)應式為

　　CH4+2O2→CO2+2H2O

　　此時nO =2

　　則L下=0.55×20.9/（0.209+2）=5.2由此得甲烷爆炸(zha)下限計算(suan)值(zhi)(zhi)比(bi)實驗值(zhi)(zhi)5%相差不超過10%。

　(2) 對于兩種或多種可(ke)燃(ran)氣體或可(ke)燃(ran)蒸氣混(hun)合物(wu)爆炸極限的計算(suan)

　　目(mu)前，比(bi)較認可的計算方法有兩種：

　　a、萊夏(xia)特爾定(ding)律

　　對(dui)于(yu)兩種(zhong)或多(duo)種(zhong)可燃(ran)蒸氣(qi)(qi)(qi)混合物(wu)，如果已知(zhi)每種(zhong)可燃(ran)氣(qi)(qi)(qi)的爆炸(zha)極限(xian)，那么根據萊?夏特爾定律，可以算(suan)出(chu)與(yu)空氣(qi)(qi)(qi)相混合的氣(qi)(qi)(qi)體的爆炸(zha)極限(xian)。用Pn表(biao)示一種(zhong)可燃(ran)氣(qi)(qi)(qi)在混合物(wu)中(zhong)的體積分數(shu)，則：

　　LEL=（P1+P2+P3）/（P1/LEL1+P2/LEL2+P3/LEL3）（V%）

　　混合可燃氣爆(bao)炸上限：

　　UEL=（P1+P2+P3）/（P1/UEL1+P2/UEL2+P3/UEL3）（V%）

　　此定律一直被證明是有(you)效的(de)。

　　b、理查特里(li)公式

　　理查(cha)特里認為，復雜組(zu)成的(de)(de)可(ke)(ke)燃氣體(ti)或蒸氣混合(he)的(de)(de)爆炸極限，可(ke)(ke)根(gen)據各組(zu)分已知的(de)(de)爆炸極限按下(xia)式求之。該(gai)式適用(yong)于各組(zu)分間不反應(ying)、燃燒時無催化作用(yong)的(de)(de)可(ke)(ke)燃氣體(ti)混合(he)物。

　　Lm=100/（V1/L1+V2/L2+……+Vn/Ln）

　　式中

Lm——混(hun)合氣體爆炸極限，%；

　　L1、L2、L3——混合氣(qi)體中各組分的爆炸極限，%；

　　V1、V2、V3——各組分在混(hun)合氣(qi)體中的體積(ji)分數，%。

　　例如(ru)：一天(tian)然氣組成(cheng)如(ru)下(xia)：甲(jia)烷80%（L下(xia)=5.0%）、乙烷15%（L下(xia)=3.22%）、丙烷4%（L下(xia)=2.37%）、丁烷1%（L下(xia)=1.86%）求爆炸下(xia)限。

　　Lm=100/（80/5+15/3.22+4/2.37+1/1.86）=4.369

　（3）可(ke)燃粉塵

　　許(xu)多工業可燃粉塵的(de)爆(bao)炸下限在20-60g/m3之間(jian)，爆(bao)炸上(shang)限在2-6kg/m3之間(jian)。

　　碳氫化(hua)合物一類粉塵如能完全氣化(hua)燃盡，則爆炸下限(xian)可由布(bu)爾(er)格斯(si)-維勒關系式計算(suan)：

　　c×Q=k

　　式(shi)中(zhong)