常见气体地爆炸极限

常见气体的爆炸极限气体名称化学分子式/在空气中的爆炸极限(体积分数) / %下限(V/V) 上限(V/V)乙烷C2H6 3.0 15.5 乙醇C2H5OH 3.4 19 乙烯C2H4 2.8 32 氢气H2 4.0 75 硫化氢H2S 4.3 45 甲烷CH4 5.0 15 甲醇CH3OH 5.5 44 丙烷C3H8 2.2 9.5 甲苯C6H5CH3 1.2 7 二甲苯C6H5(CH3)2 1.0 7.6 乙炔C2H2 1.5 100 氨气NH3 15 30.2苯C6H6 1.2 8 丁烷C4H10 1.9 8.5 一氧化碳CO 12.5 74 丙烯C3H6 2.4 10.3 丙酮CH3COCH3 2.3 13 苯乙烯C6H5CHCH2 1.1 8.0可燃气体（蒸气）与空气的混合物，并不是在任何浓度下，遇到火源都能爆炸，而必须是在一定的浓度围遇火源才能发生爆炸。

这个遇火源能发生爆炸的可燃气浓度围，称为可燃气的爆炸极限（包括爆炸下限和爆炸上限）。

不同可燃气（蒸气）的爆炸极限是不同的，如氢气的爆炸极限是 4.0％～75.6％（体积浓度），意思是如果氢气在空气中的体积浓度在4.0％～75.6％之间时，遇火源就会爆炸，而当氢气浓度小于4.0％或大于75.6％时，即使遇到火源，也不会爆炸。

甲烷的爆炸极限是5.0％～15％意味着甲烷在空气中体积浓度在5.0％～15％之间时，遇火源会爆炸，否则就不会爆炸。

可燃粉尘爆炸极限的概念与可燃气爆炸极限是一致的。

爆炸极限一般用可燃气（粉尘）在空气中的体积百分数表示（％），也可以用可燃气（粉尘）的重量百分数表示（克／米*或是毫克／升）。

爆炸极限是一个很重要的概念，在防火防爆工作中有很大的实际意义：（1）它可以用来评定可燃气体（蒸气、粉尘）燃爆危险性的大小，作为可燃气体分级和确定其火灾危险性类别的依据。

我国目前把爆炸下限小于是10％的可燃气体划为一级可燃气体，其火灾危险性列为甲类。

（2）它可以作为设计的依据，例如确定建筑物的耐火等级，设计厂房通风系统等，都需要知道该场所存在的可燃气体（蒸气、粉尘）的爆炸极限数值。

（3）它可以作为制定安全生产操作规程的依据。

在生产、使用和贮存可燃气体（蒸气、粉尘）的场所，为避免发生火灾和爆炸事故，应严格将可燃气体（蒸气、粉尘）尘的爆炸极限受分散度、湿度、温度和惰性粉尘等影响。

可燃气体和蒸气爆炸极限是以其在混合物中所占体积的百分比(％)来表示的，表5—3中一氧化碳与空气的混合物的爆炸极限为12．5％～80％。

可燃粉尘的爆炸极限是以其在混合物中所占的比重(g／m3）来表示的，例如，木粉的爆炸下限为409／m3，煤粉的爆炸下限为359／m3可燃粉尘的爆炸上限，因为浓度太高，大多数场合都难以达到，一般很少涉及。

例如，糖粉的爆炸上限为135009／m3，煤粉的爆炸上限为135009／m3，一般场合不会出现。

可燃性混合物处于爆炸下限和爆炸上限时，爆炸所产生的压力不大，温度不高，爆炸威力也小。

当可燃物的浓度大致相当于反应当量浓度(表中的30％)时，具有最大的爆炸威力。

反应当量浓度可根据燃烧反应式计算出来。

可燃性混合物的爆炸极限围越宽，其爆炸危险性越大，这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会越多。

爆炸下限越低，少量可燃物(如可燃气体稍有泄漏)就会形成爆炸条件；爆炸上限越高，则有少量空气渗入容器，就能与容器的可燃物混合形成爆炸条件。

生产过程中，应根据各可燃物所具有爆炸极限的不同特点，采取严防跑、冒、滴、漏和严格限制外部空气渗入容器与管道等安全措施。

应当指出，可燃性混合物的浓度高于爆炸上限时，虽然不会着火和爆炸，但当它从容器里或管道里逸出，重新接触空气时却能燃烧，因此，仍有发生着火的危险。

(二)爆炸反应当量浓度的计算爆炸性混合物中的可燃物质和助燃物质的浓度比例恰好能发生完全化合反应时，爆炸所析出的热量最多，产生的压力也最大，实际的反应当量浓度稍高于计算的反应当量浓度。

当混合物中可燃物质超过化学反应当量浓度时，空气就会不足，可燃物质就不能全部燃尽，于是混合物在爆炸时所产生的热量和压力就会随着可燃物质在混合物中浓度的增加而减小；如果可燃物质在混合物中的浓度增加到爆炸上限，那么其爆炸现象与在爆炸下限时所产生的现象大致相同。

因此，我们说的可燃物质的化学当量浓度也就是理论上完全燃烧时在混合物中该可燃物质的含量。

根据化学反应计算可燃气体或蒸气的反应当量浓度。

例如，求一氧化碳在空气中的反应当量浓度。

解：写出一氧化碳在空气中燃烧的反应式：2C0+02+3．76N2=2C02+3．76N2根据反应式得知，参加反应的物质的总体积为2+1+3．76=6．76。

若以这个总体积为100，则2个体积的一氧化碳在总体积中所占比例为X=2/6.76×100％=29．6％(三)爆炸极限的影响因素爆炸极限通常是在常温常压等标准条件下测定出来的数据，它不是固定的物理常数。

同一种可燃气体、蒸气的爆炸极限也不是固定不变的，它随温度、压力、含氧量、惰性气体含量、火源强度等因素的变化而变化。

1．初始温度混合气着火前的初温升高，会使分子的反应活性增加，导致爆炸围扩大，即爆炸下限降低，上限提高，从而增加了混合物的爆炸危险性。

2．初始压力增加混合气体的初始压力，通常会使上限显著提高，爆炸围扩大。

增加压力还能降低混合气的自燃点，这样使得混合气在较低的着火温度下能够发生燃烧。

原因在于，处在高压下的气体分子比较密集，浓度较大，这样分子间传热和发生化学反应比较容易，反应速度加快，而散热损失却显著减少。

压力对甲烷爆炸极限的影响。

在已知的气体中，只有CO的爆炸围是随压力增加而变窄的。

混合气在减压的情况下，爆炸围会随之减小。

压力降到某一数值，上限与下限重合，这一压力称为临界压力。

低于临界压力，混合气则无燃烧爆炸的危险。

在一些化工生产中，对爆炸危险性大的物料的生产、贮运往往采用在临界压力以下的条件进行，如环氧乙烷的生产和贮运。

3．含氧量混合气中增加氧含量，一般情况下对下限影响不大，因为可燃气在下限浓度时氧是过量的。

由于可燃气在上限浓度时含氧量不足，所以增加氧含量使上限显著增高，爆炸围扩大，增加了发生火灾爆炸的危险性。

若减少氧含量，则会起到相反的效果。

例如甲烷在空气中的爆炸围为5．3％～14％，而在纯氧中的爆炸围则放大到5．O％～61％。

甲烷的极限氧含量为12％，若低于极限氧含量，可燃气就不能燃烧爆炸了。

4．惰性气体含量爆炸性混合气体中加入惰性气体，如氮、氧、水蒸气、二氧化碳、四氯化碳等，可以使可燃气分子和氧分子隔离，在它们之间形成一层不燃烧的屏障。

这层屏障可以吸收能量，使游离基消失，链锁反应中断，阻止火焰蔓延到其他可燃气分子上去，抑制燃烧进行，起到防火和灭火的作用。

混合气体中增加惰性气体含量，会使爆炸上限显著降低，爆炸围缩小。

惰性气体增到一定浓度时，可使爆炸围为零，混合物不再燃烧。

惰性气体含量对上限的影响较之对下限的影响更为显著的原因，是因为在爆炸上限时，混合气中缺氧使可燃气不能完全燃烧，若增加惰性气体含量，会使氧量更加不足，燃烧更不完全，由此导致爆炸上限急剧下降。

5．点火源与最小点火能量点火源的强度高，热表面的面积大，火源与混合物的接触时间长，会使爆炸围扩大，增加燃烧、爆炸的危险性。

最小点火能量是指能引起一定浓度可燃物燃烧或爆炸所需要的最小能量。

混合气体的浓度对点火能量有较大的影响，通常可燃气浓度稍高于化学计量浓度时，所需的点火能量为最小。

若点火源的能量小于最小能量，可燃物就不能着火。

所以最小点火能量也是一个衡量可燃气、蒸气、粉尘燃烧爆炸危险性的重要参数。

对于释放能量很小的撞击摩擦火花、静电火花，其能量是否大于最小点火能量，是判定其能否作为火源引发火灾爆炸事故的重要条件。

6．消焰距离实验证明，通道尺寸越小，通道混合气体的爆炸浓度围越小，燃烧时火焰蔓延速度越慢。

这是因为燃烧在一通道中进行时，通道的表面要散失热量，通道越窄，比表面积越大(通道表面积和通道容积的比值)，中断链锁反应的机会不寻常的移动或破坏效应。

在石油、化工等行业生产过程中，从原料到成品，使用、产生的易燃易爆物质很多，一旦发生爆炸事故，常会带来非常严重的后果，造成巨大的经济损失和人员伤害，譬如泵房垮塌、油罐爆炸着火、装置报废、人员伤亡。

正因如此，控制爆炸是石油、化工等行业的重中之重。

要科学有效地控制气体、粉尘爆炸，就不能不对爆炸极限有一个正确的理解。

爆炸与防爆——爆炸极限的定义（2）可燃性气体或蒸气与助燃性气体的均匀混合系在标准测试条件下引起爆炸的浓度极限值，称为爆炸极限。

助燃性气体可以是空气、氧气或辅助性气体。

一般情况提及的爆炸极限是指可燃气体或蒸气在空气中的浓度极限，能够引起爆炸的可燃气体的最低含量称为爆炸下限Low Explosion - Level（LEL），最高浓度Upper Explosion - Level称为爆炸上限（UEL）。

爆炸与防爆——影响爆炸极限的因素（3）1 可燃气体1.1 混合系的组分不同，爆炸极限也不同。

1.2 同一混合系，由于初始温度、系统压力、惰性介质含量、混合系存在空间及器壁材质以及点火能量的大小等都能使爆炸极限发生变化。

a.温度影响因为化学反应与温度有很大的关系，所以，爆炸极限数据必定与混合物规定的初始温度有关。

初始温度越高，引起的反应越容易传播。

一般规律是，混合系原始温度升高，则爆炸极限围增大即下限降低，上限增高。

但是，目前，还没有大量的系统实验结果。

因为系统温度升高，分子能增加，使原来不燃的混合物成为可燃、可爆系统。

初始温度对混合物爆炸极限的影响示例见表1。

表1 初如温度对混合物爆炸极限的影响示例见表b.压力影响系统压力增高，爆炸极限围也扩大，明显体现在爆炸上限的提高。

这是由于压力升高，使分子间的距离更为接近，碰撞几率增高，使燃烧反应更容易进行，爆炸极限围扩大，特别是爆炸上限明显提高。

压力减小，则爆炸极限围缩小，当压力降至一定值时，其上限与下限重合，此时的压力称为为混合系的临界压力，低于临界压力，系统不爆炸。

以甲烷为例说明压力对爆炸极限的影响（见表2）。

表2 压力对爆炸极限的影响（以甲烷为例）见表c.惰性气体含量影响混合系中惰性气体量增加，爆炸极限围缩小，惰性气体浓度提高到某一数值时，混合系就不能爆炸。

惰性气体种类不同，对爆炸极限的影响也不同。

以汽油为例，其爆炸极限围按氮气、燃烧废气、二氧化碳、氟利昂21、氟利昂12、氟利昂11顺序依次缩小。

d.容器、管径影响容器、管子直径越小，则爆炸围越小，当管径小到一定程度时，单位体积火焰所对应的固体冷却表面散发出的热量就会大于产生的热量，火焰便会中断熄灭。

火焰不能传播的最大管径称为临界直径。

容器材料也有很大影响，如氢和氟在玻璃器皿中混合，即使在液态空气温度下，置于黑暗处仍可发生爆炸，而在银器中，在一般温度下才能发生爆炸反应。