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    含VOCs可燃性氣體爆炸極限的計算
    Date:2021-07-30 Number:59

    1、定義

    可燃性混合物能夠發生爆炸的最低濃度稱為爆炸下限,有時亦稱為著火下限。在低于爆炸下限時,既不爆炸,也不著火。這是由于可燃物濃度不夠,過量空氣的冷卻作用,阻止了火焰的蔓延。


    2、簡介 

    可燃性混合物的爆炸極限范圍越寬、爆炸下限越低其爆炸危險性越大。這是因為爆炸極限越寬則出現爆炸條件的機會就多;爆炸下限越低則可燃物稍有泄漏就會形成爆炸條件。點燃在空氣中的氣體,氣體可能會引爆,或者會很快停止。是哪個情況,是由氣體在空氣中的濃度來決定的。當氣體濃度太低,沒有足夠燃料來維持爆炸;當氣體濃度太高,沒有足夠氧氣燃燒。氣體只有在兩個濃度之間才可能引爆,這兩個濃度稱為爆炸下限(LEL)、爆炸上限(UEL),慣以百分比表示。它們是氣體的爆炸極限(又稱爆炸界限)。 

    各種可燃氣體和燃性液體蒸氣的爆炸極限,可用專門儀器測定出來,或用經驗公式估算。爆炸極限的估算值與實驗值一般有些出入,其原因是在計算式中只考慮到混合物的組成,而無法考慮其他一系列因素的影響,但仍不失去參考價值。  

     

    3、計算

    (1)根據化學理論體積分數近似計算

      爆炸氣體完全燃燒時,其化學理論體積分數可用來確定鏈烷烴類的爆炸下限,公式如下:


      L下≈0.55C0

      

           式中

           0.55——常數;

      C0——爆炸氣體完全燃燒時化學理論體積分數。

           若空氣中氧體積分數按20.9%計,C0可用下式確定


      C0=20.9/(0.209+nO)


      式中 nO——可燃氣體完全燃燒時所需氧分子數。

      

           如甲烷燃燒時,其反應式為

      CH4+2O2→CO2+2H2O

      此時nO =2

      則L下=0.55×20.9/(0.209+2)=5.2由此得甲烷爆炸下限計算值比實驗值5%相差不超過10%。

     (2) 對于兩種或多種可燃氣體或可燃蒸氣混合物爆炸極限的計算

      目前,比較認可的計算方法有兩種:


      a、萊夏特爾定律

      對于兩種或多種可燃蒸氣混合物,如果已知每種可燃氣的爆炸極限,那么根據萊?夏特爾定律,可以算出與空氣相混合的氣體的爆炸極限。用Pn表示一種可燃氣在混合物中的體積分數,則:


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


      混合可燃氣爆炸上限: 


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

      此定律一直被證明是有效的。


      b、 理查特里公式

      理查特里認為,復雜組成的可燃氣體或蒸氣混合的爆炸極限,可根據各組分已知的爆炸極限按下式求之。該式適用于各組分間不反應、燃燒時無催化作用的可燃氣體混合物。


      Lm=100/(V1/L1+V2/L2+……+Vn/Ln)


      式中

           Lm——混合氣體爆炸極限,%;

      L1、L2、L3——混合氣體中各組分的爆炸極限,%;

      V1、V2、V3——各組分在混合氣體中的體積分數,%。


      例如:一天然氣組成如下:甲烷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


    ?。?) 可燃粉塵

      許多工業可燃粉塵的爆炸下限在20-60g/m3之間,爆炸上限在2-6kg/m3之間。

      碳氫化合物一類粉塵如能完全氣化燃盡,則爆炸下限可由布爾格斯-維勒關系式計算:


      c×Q=k


      式中

           c——爆炸下限濃度;

      Q——該物質每靡爾的燃燒熱或每克的燃燒熱;

      k——常數。







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