第二章 防爆基本原理

五、爆炸极限的应用
1、爆炸极限可作为评定和划分可燃物质危险等级的标准。爆 炸下限<10%的可燃气体为甲类可燃气体，爆炸上限≥10%为 乙类可燃气体。
2、根据可燃气体、粉尘的爆炸极限可以判定可燃气体混合物 是否具有爆炸性。
3、根据爆炸极限选择防爆电机和电器。 4、区分可燃物质的爆炸危险程度，从而尽可能用爆炸危险性
Hale Waihona Puke 可燃物质的爆炸极限越宽，则爆炸危险 性越大。据此，可燃物质（燃气，蒸汽， 粉尘）化学性爆炸的条件为：
⑴可燃物质（燃气，蒸汽，粉尘）
⑵可燃物质与空气或氧气均匀混合，浓 度达到爆炸极限
⑶在火源作用下
（2）爆炸下限：可燃性混合物能发生爆炸 的最低浓度.
爆炸下限越小，发生爆炸的危险性就越 大。
CO
例如：1千克煤块和1千克煤气燃烧的热值都是 2931kj，但前者以10分钟释放，后者爆炸只需 要0.2秒，表现为缓慢燃烧和爆炸。
2、两者可随条件而相互转化。
六、爆炸反应历程（略）
第二节 爆炸极限的计算
一、爆炸完全反应浓度计算 根据化学反应方程式可以计算可燃气体或蒸气的完全反
应的浓度。 例1：求CO在空气中的完全反应的浓度
亦称着火极限。
CO 空气混合物
<12.5% =12.5%
=30% 左右
=80% >80%
不燃不爆 轻度燃爆 燃爆逐渐增强 燃爆最强烈
燃爆逐渐减弱 轻度燃爆 不燃不爆
CO—空气混合的爆炸极限为： 12.5%~80%
H2—空气： 4~75% C2H2—空气：2.2~81% NH3—空气：15~28%等
(3)按爆炸速度分： ①轻爆：燃烧速度为数米/秒； ②爆炸：燃烧速度为十几米~数百米/秒； ③爆轰：燃烧速度为1000~7000米/秒。
其特点是：突然引起极高压力并产生超音速的 “冲击波”。
二、爆炸的破坏作用 1、冲击波 2、碎片冲击 3、震荡作用 4、造成二次事故
爆炸的危害
1.直接的破坏作用：设备容器被炸毁， 碎片可在100-500米内分散，在大范围内 造成危害。
四、可燃性混合物爆炸
1、燃爆特性 可燃性混合物—是指由可燃物质与助燃物质组成的爆炸物质。
所有可燃气体、蒸气和可燃粉尘与空气（或氧气）组成的混 合物均属此类。
工业生产中遇到的主要是这类爆炸事故。
2、爆炸极限 （1）定义：可燃物质（可燃气体，蒸气或粉尘）与空气（氧
气）的混合物，遇着火源能够发生爆炸的浓度范围。
三个条件：
存在着可燃物质，包括可燃气体、蒸气或粉尘； 可燃物质与空气（氧气）混合并且达到爆炸极
限，形成爆炸性混合物；
爆炸性混合物在火源作用下。
二、燃烧和化学性爆炸的感应期
感应期：可燃物质的温度在达到自燃点或着火点之后， 并不立即发生自燃或着火，其间有段延滞的时间，称 为感应期。
可燃物质的燃烧和可燃性混合物的爆炸之所以存在感 应期，是因为要使化学反应的活化中心发展到一定的 数目需要一定的时间，也就是说，这类燃烧爆炸都需 要经过连续发展过程所必须的一定时间才能发生。
Ls 4.8 X
X—为化学当量浓度。
例5：试求甲烷在空气中爆炸的浓度下限和上限。 甲烷在空气中燃烧的反应式为：CH4+2CO2=CO2+2H2O
将n=2代入式（2-9）得到：
Lx

0.55
20.9 0.209
2

5.2%
Ls 4.8
20.9 14.7% 0.209 2
三、多种可燃气体组成混合物的爆炸极限计算
危险性小。
如：水蒸气，N2 ,CO2 ,Ar等
五、燃烧和（可燃物质）化学 性爆炸的关系
比较两者的条件：
燃烧
化学性爆炸性能
可燃物 氧化剂 着火源
可燃物（可燃气体，蒸汽，粉 尘）
可燃物与空气混合或氧气混合， 浓度达到爆炸极限
着火源
总之：
1.燃烧和化学性爆炸两者的实质是相同的，都 是可燃物质的氧化反应。主要区别是氧化反应 的速度不同。
可燃气体或蒸气的化学当量浓度的计算方法和举例（略） 二、爆炸下限和爆炸上限的计算 1、根据完全燃烧反应所需氧原子数计算有机物的爆炸下限和
上限的体积分数，其经验公式如下： 爆炸下限的计算公式为：
Lx

100 4.76(N 1) 1
爆炸上限的计算公式为：
Ls

4 100
4.76 N 4
其中：N为每摩尔可燃气体完全燃烧所需氧原子数。
100℃为3.2—10% 2）初始压力增大，爆炸极限的范围变宽。 如：CH4:0.1MP时为：5.6---14.3%
5MP时为：5.4---29.4%
3）容器管道减小，爆炸极限的范围变小。 如： H2, C2H2,d<0.1-0.2mm时爆炸不传播 4）火源能量越高，爆炸极限范围愈宽。 如： CH4,100V,1A电火花不炸
Ⅱ.防爆技术
（一）爆炸及其分类 （二）化学性爆炸的物质 （三）爆炸极限 （四）粉尘爆炸 （五）爆炸的危害 （六）燃烧和可燃物质化学性爆炸的关
系
第二章 防爆基本原理
第一节 爆炸机理
一、爆炸及其分类
1.爆炸——物质在瞬间以机械功的形式释放大量 气体和能量的现象。
主要特征：压力的急骤升高
100 Lm V1 V2 V3
L1 L2 L3
式中：Lm—爆炸性混合气的爆炸极限，%； L1、L2、L3—组成混合气各组分的爆炸极限，%； V1、V2、V3—各组分在混合气中的浓度，%，且V1
+V2 +V3 +……=100% 四、含有惰性气体的多种可燃气体混合物爆炸极限的
计算（略）
例4：试求乙烷在空气中爆炸的浓度下限和上限。 乙烷在空气中的燃烧反应式为：2C2H6+7O2=4CO2+6H2O 将N=7分别代入式（2-7）和（2-8）可求得乙烷爆炸的浓度 下限和上限分别为：3.38%和10.7%。
2、爆炸性混合气体完全燃烧时的浓度，可以用来确定链烷烃 的爆炸下限和上限。 Lx 0.55X
感应期在安全问题上有着实际意义。
三、防爆技术理论及应用
（一）防止可燃物质化学性爆炸三个基本条件的 同时存在，就是防爆技术的基本理论。
（二）应用（预防爆炸的技术措施） 消除可燃物 消除可燃物与空气混合形成爆炸性混合物。 控制点火源
第四节 爆炸温度和爆炸压力
一、爆炸温度的计算 1、根据反应热计算爆炸温度 2、根据燃烧反应方程式与气体的内能计算爆
炸温度 二、爆炸压力的计算
2.冲击波的破坏作用：爆炸产生的高压 高温高能的气体向活塞一样挤压周围的 空气，形成冲击波。对周围的建筑物， 设备和人员的震荡作用，而造成破坏和 伤害。
3.造成火灾：爆炸产生的高温热量，容 器破裂的静电放电能把周围的可燃性物 体点燃，引起火灾。
4.造成中毒和环境的污染。好多物质不 仅可燃，而且有毒性。
(2)按爆炸反应物分为：(气相爆炸、液相爆炸和 固相爆炸，见表2-1、2-2）
①可燃气体（纯）的分解爆炸：
受热，受压
C2H2 分解爆炸 2C+H2+Q
②可燃气体混合物爆炸：
2 C2H2+5O2
4CO2+2H2O+Q
③可燃粉尘爆炸：铝粉，面粉，煤粉等与空
气（O2 ）混合物
④可燃蒸气，可燃液体雾滴可爆炸。
2A：5.9-13.6%
3A:5.85-14.8%
最小点火能量：能引起可燃性混合物爆 炸的火源的最小能量。
如：H2:0.017毫焦。C2H2:0.019毫焦 5）含氧量越高，爆炸极限变宽。 如：H2——空气4-75% H2——氧气4-95% 6）惰性介质含量越高，爆炸极限范围变窄，
三、分解爆炸
1、气体的分解爆炸 如乙炔等。 2、简单分解的摩爆擦炸，性撞击物质。如：Ag2C2,Pb(N2)2等。
Cu2C2 爆炸性分析 2Cu2+2C+Q
3、复杂分解的爆炸性物质。 如：火（炸）药，烟花爆竹，如：苦味酸(（NO2）
3C6H2OH), 硝化甘油（C3H5(ONO2)3）等。 4C3H5(ONO2)3 12CO2+10H2O+O2+6N2+Q
CO在空气中燃烧的化学反应方程式为：
2CO+O2+3.76N2=2CO2+3.67N2 CO在空气中的完全反应的浓度为：2/6.76=29.6%。 例2：求乙炔在氧气中完全反应的浓度。 乙炔在氧气中的燃烧反应式为： 2C2H2+5O2=4CO2+HO2+Q 乙炔在氧气中完全反应的浓度为：2/7=28.6%。
H2
C2H2
NH3
12.5% 4%
2.2% 15%
（3）爆炸上限：可燃混合物发生爆炸的最 高浓度。
爆炸上限越高，发生爆炸的危险性就 越大。
CO 80%
H2 75%
C2H2 81%
NH3 28%
（4）影响爆炸极限的因素： 1）初始温度升高，爆炸极限范围变宽。 如：CH3COCH3在0℃为4.2---8%
小的代替爆炸危险性大的物质。例如：乙炔爆炸极限： 1.5%～82%，液化石油气的组分的爆炸极限：丙烷： 2.17%～9.5%丁烷：1.15%～8.4%丁烯：1.7%～9.6%。 5、确定建筑物耐火等级、层数和面积。 6、确定安全操作规程及防火防爆措施。
第三节 防爆技术基本理论
（1）可燃物质化学性爆炸的条件 可燃物质的化学性爆炸必须同时具备下列
2.分类： ⑴按爆炸性质分：
①物理性爆炸——物质物理变化（to,V,P） 而引起的爆炸，如锅炉爆炸、蒸气爆炸等。
②化学性爆炸——物质在瞬间完成化学反 应，同时释放大量气体和热量引起的爆 炸，如： 2C2H2+5O2 1/100秒4CO2+2H2O+Q 化学爆炸三要素：气体，Q，化学反 应高速度。