可燃气体燃爆特性

可燃气体燃爆特性

凡是遇火，受热或与氧化剂接触能着火或爆炸的气体，统称为可燃气体。

燃烧形式气体的燃烧与液体和固体的燃烧不同，它不需要经过蒸发、熔化等过程，气体在正常状态下就可具有燃烧条件，所以比液体和固体都容易燃烧。有扩散燃烧和动力燃烧两种形式。

(1)扩散燃烧。如果可燃气体与空气的混合是在燃烧过程中进行的，则发生稳定式的燃烧，称为扩散燃烧，燃烧速度一般小于0．5m／s。由于可燃气体与空气是逐渐混合的，并逐渐燃烧消耗掉，因而形成稳定式燃烧，只要控制得当，就不会造成火灾。如火炬、气焊的火焰、燃气加热等属于这类扩散燃烧。

(2)动力燃烧。如果可燃气体与空气是在燃烧之前按一定比例均匀混合的，形成预混气，遇火源则发生爆炸式燃烧，称动力燃烧。在预混气的空间里，充满了可以燃烧的混合气，一处点火，整个空间立即燃烧起来，发生瞬间的燃烧，即爆炸现象。

此外，如果可燃气体处于压力而受冲击、摩擦或其他着火源作用，则发生喷流式燃烧。像气井的井喷火灾，高压气体从燃气系统喷射出来时的燃烧等。对于这种喷流燃烧形式的火灾，较难扑救，需较多救火力量和灭火剂，应当设法断绝气源，使火灾彻底熄灭。

分类按照爆炸下限分为两级。

(1)一级可燃气体的爆炸下限≤10％，如氢气、甲烷、乙烯、乙炔、环氧乙烷、氯乙烯、硫化氢、水煤气、天然气等绝大多数气体均属此类。

(2)二级可燃气体的爆炸极限>10％，如氨、一氧化碳、发生炉煤气等少数可燃气体属于此类。

(3)在生产或贮存可燃气体时，将一级可燃气体划为甲类火灾危险，二级可燃气体划为乙类火灾危险。

影响爆炸极限的因素可燃气体(蒸气)的爆炸极限受诸多因素的影响，主要有下列几种因素：

(1)温度。混合物的原始温度越高，则爆炸下限越低，上限提高，爆炸极限范围扩大，爆炸危险性增加。这是因为混合物温度升高，其分子内能增加，引起燃烧速度的加快，而且，由于分子内能的增加和燃烧速度的加快，使原来含有的过量空气(低于爆炸下限)或可燃物高于爆炸上限，而不能使火焰蔓延的混合物浓度变成为可以使火焰蔓延的浓度，从而改变了爆炸极限范围。

(2)氧含量。混合物中含氧量增加，爆炸极限范围扩大，尤其爆炸上限提高得更多。例如氢与空气混合的爆炸极限为4％～75％，而氢与纯氧混合的爆炸极限为4％～95％。

(3)惰性介质。如若在爆炸混合物中掺入不燃烧的惰性气体(如氮、二氧化碳、水蒸气、氩、氦等)，随着惰性气体的百分数增加，爆炸极限范围则缩小，惰性气体的浓度提高到某一数值，亦可以使混合物变成不可爆炸。一般情况下，惰性气体对混合物爆炸上限的影响较之对下限的影响更为显著，因为惰性气体浓度加大，表示氧的浓度相对减小，而在上限中氧的浓度本来已经很小，故惰性气体稍为增加一点，即产生很大影响，而使爆炸上限剧烈下降。

(4)压力。混合物的原始压力对爆炸极限有很大影响，压力增大，爆炸极限范围也扩大，尤其是爆炸上限显著提高。

值得重视的是当混合物的原始压力减小时，爆炸极限范围缩小，压力降至某一数值时，下限与上限合成一点，压力再降低，混合物即变成不可爆。爆炸极限范围缩小为零的压力称为爆炸的临界压力。临界压力的存在表明，在密闭的设备内进行减压操作，可以免除爆炸的危险。

(5)容器或管道直径。容器或管道直径越小，火焰在其中越难蔓延，混合物的爆炸极限范围则越小。当容器直径小到某一数值时，火焰不能蔓延，可消除爆炸危险，这个直径称为临界直径。如甲烷的临界直径为0．4～0．5mm，氢和乙炔为0．1～0．2mm等。

容器直径大小对爆炸极限的影响，可以用链式反应理论解释。燃烧是自由基产生的一系列链锁反应的结果，管径减小时，游离基与管壁的碰撞几率相应增大，当管径减小到一定程度时，即因碰撞造成游离基的销毁的反应速度大于游离基产生的反应速度，燃烧反应便不能继续进行。

(6)着火源。能源的性质对爆炸极限范围的影响是：能源强度越高，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限范围越宽。以甲烷为例，100V·A的电火花不引起曝炸，2V·A的电火花可引起爆炸，爆炸极限为5．9％～13．6％，3V·A的电火花则爆炸极限扩大为5．85％～14．8％。

各种爆炸性混合物都有一个最低引爆能量，即点火能量，它是指能引起爆炸性混合物发生爆炸的最小火源所具有的能量，它也是混合物爆炸危险性的一项重要的性能参数。爆炸性混合物的点火能量越小，其燃爆危险性就越大。

火花的能量、热表面的面积、火源和混合物的接触时间等，对爆炸极限均有影响。此外，光对爆炸极限也有影响，如前所述，氢和氯混合，在避光黑暗处反应十分缓慢，但在强光照射下则发生剧烈反应(链锁反应)并导致爆炸。

评价气体燃爆危险性的技术参数评价生产与生活中广泛使用的各种可燃气体火灾爆炸危险性，主要依据以下技术参数。

(1)爆炸危险度。可燃气体或蒸气的爆炸危险性可以用爆炸极限和爆炸危险度来表示，爆炸危险度即是爆炸浓度极限范围与爆炸下限浓度之比值：

爆炸下限浓度限浓度

爆炸上限浓度－爆炸下

爆炸危险度＝

爆炸危险度说明，当气体或蒸气的爆炸浓度极限范围越宽，爆炸下限浓度越低，爆炸上限浓度越高时，其爆炸危险性就越大。

(2)传爆能力。是爆炸性混合物传播燃烧爆炸能力的一种度量参数，用最小传爆断面表示。

1)当可燃性混合物的火焰经过两个平面间的缝隙或小直径管子时，如果其断面小到某个数值，由于游离基的大量销毁而破坏了燃烧条件，火焰即熄灭，这种阻断火焰传播的原理称为缝隙隔爆。

2)爆炸性混合物的火焰尚能传播而不熄灭的最小断面称为最小传爆断面。设备内部的可燃混合气被点燃后，通过25mm长的结合面，能阻止将爆炸传至外部的可燃混合气的最大间隙，称为最大试验安全间隙。可燃气体或蒸气爆炸性混合物，按照传爆能力的分级如表1：表1可燃气体或蒸气爆炸性混合物按照传爆能力的分级

(3)爆炸威力指数。可燃性混合物爆炸时产生的压力为爆炸压力，它是度量可燃性混合物将爆炸时产生的能量用于作功的能力，如果爆炸压力大于容器的极限强度，容器便发生破裂。

气体爆炸的破坏性还可以用爆炸威力来表示，爆炸威力是反映爆炸对容器或建筑物冲击度的一个量，它与爆炸形成的最大压力有关，同时还与爆炸压力的上升速度有关。这两者的乘数为爆炸威力指数，因此，爆炸威力可用下式爆炸威力指数表示：

爆炸威力指数＝最大爆炸压力×爆炸压力上升速度。

典型气体和蒸气的爆炸威力指数如表2：

表2典型气体和蒸气的爆炸威力指数

(4)自燃点。可燃气体的自燃点不是固定不变的数值，而是受压力、密度、容器直径、催化剂等因素的影响。