2019-06-14 11:57:18

爆炸极限

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可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合,形成预混气,遇着火源才会发生爆炸,这个浓度范围称为爆炸极限,或爆炸浓度极限

可燃性混合物的爆炸极限有爆炸(着火)下限和爆炸(着火)上限之分:分别称为爆炸下限爆炸上限。上限指的是可燃性混合物能够发生爆炸的高浓度。在高于爆炸上限时,空气不足,导致火焰不能蔓延不会爆炸,但能燃烧。下限指的是可燃性混合物能够发生爆炸的低浓度。由于可燃物浓度不够,过量空气的冷却作用,阻止了火焰的蔓延,因此在低于爆炸下限时不爆炸也不着火。

在日常生活和化工生产中,为了降低爆炸浓度极限,可以加入惰性气体或其他不易燃的气体来降低浓度或者在排放气体前,或者以涤气器、吸附法来清除可爆的气体。

基本信息

  • 中文名

    爆炸极限

  • 外文名

    explosion limits

  • 别称

    爆炸浓度极限

  • 适用范围

    可燃物质

  • 方法

    完全燃烧反应方程式计算浓度比例

折叠 编辑本段 爆炸极限的表示

折叠 方法

点燃在空气中的气体,气体可能会引爆,或者会很快停止。是哪个情况,是由气体在空气中的浓度来决定的。当气体浓度太低,没有足够燃料来维持爆炸;当气体浓度太高,没有足够氧气燃烧。气体只有在两个浓度之间才可能引爆,这两个浓度称为爆炸下限(LEL)、爆炸上限(UEL),惯以百分比表示。它们是气体的爆炸极限(又称爆炸界限)。气体或蒸汽爆炸极限是以可燃性物质在混合物中所占体积的百分比(%)来表示的,如氢与空气混合物的爆炸极限为4%~75%。可燃粉尘的爆炸极限是以可燃性物质在混合物中所占体积的质量比g/m来表示的,例如铝粉的爆炸极限为40g/m。

爆炸反应当量浓度、爆炸下限和上限、多种可燃气体混合物的爆炸极限计算方法如下:

(1)爆炸反应当量浓度

爆炸性混合物中的可燃物质和助燃物质的浓度比例,在恰好能发生完全的化合反应时,则爆炸所析出的热量最多,所产生的压力也最大。实际的反应当量浓度稍高于计算的反应当量浓度,这是因为爆炸性混合物通常含有杂质。

可燃气体或蒸气分子式一般用CαHβOγ表示,设燃烧1mol气体所必需的氧摩尔数为n,则燃烧反应式可写成:

CαHβOγ+nO2→生成气体

按照标准空气中氧气浓度为20.9%,则可燃气体在空气中的化学当量浓度X(%),可用下式表示:

可燃气体在氧气中的化学当量浓度为Xo(%),可用下式表示:

也可根据完全燃烧所需的氧原子数2n的数值,从表1中直接查出可燃气体或蒸气在空气(或氧气)中的化学当量浓度。其中可燃气体(蒸气)在空气中和氧气中的化学当量浓度。

(2)爆炸下限和爆炸上限

各种可燃气体和燃性液体蒸气的爆炸极限,可用专门仪器测定出来,或用经验公式估算。爆炸极限的估算值与实验值一般有些出入,其原因是在计算式中只考虑到混合物的组成,而无法考虑其他一系列因素的影响,但仍不失去参考价值。

1)根据完全燃烧反应所需的氧原子数估算有机物的爆炸下限和上限,其经验公式如下。

爆炸下限公式:

(体积)

爆炸上限公式:

(体积)

式中 L下--可燃性混合物爆炸下限;

L上--可燃性混合物爆炸上限;

n--1mol可燃气体完全燃烧所需的氧原子数。

某些有机物爆炸上限和下限估算值与实验值比较如表2:

表2 石蜡烃的化学计量浓度及其爆炸极限计算值与实验值的比较

从表中所列数值可以看出,实验所得与计算的值有一定差别,但采用安全系数后,在实际生产工作中仍可供参考。

2)根据化学当量浓度计算爆炸极限和爆炸性混合气完全燃烧时的化学当量浓度,可以估算有机物的爆炸下限和上限。计算公式如下:

此计算公式用于链烷烃类,其计算值与实验值比较,误差不超过10%。例如甲烷爆炸极限的实验值为5%~15%,与计算值非常接近。但用以估算H2、C2H2以及含N2、Cl2等可燃气体时,出入较大,不可应用。

(3)多种可燃气体组成混合物的爆炸极限。

由多种可燃气体组成爆炸混合气的爆炸极限,可根据各组分的爆炸极限进行估算,其计算公式如下:

式中 Lm--爆炸性混合气的爆炸极限(%);

L1、L2、L3、Ln--组成混合气各组分的爆炸极限(%);

V1、V2、V3、…Vn--各组分在混合气中的浓度(%)。

V1+V2+V3+…Vn=100

该公式用于煤气、水煤气、天然气等混合气爆炸极限的计算比较准确,而对于氢与乙烯、氢与硫化氢、甲烷与硫化氢等混合气及二硫化碳的混合气体,则计算的误差较大,不得应用。

--摘自《安全科学技术百科全书》(中国劳动社会保障出版社,2003年6月出版)

折叠 数值

可燃性蒸气的爆炸极限值是由可燃液体表面产生的蒸气浓度决定的。对于可燃液体而言,爆炸下限浓度对应的闪点温度又可以称为爆炸下限温度;爆炸上限浓度对应的液体温度又可以称为爆炸上限温度。

折叠 编辑本段 影响的因素

混合系的组分不同,爆炸极限也不同。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的都能使爆炸极限发生变化。

一般规律是:混合系原始温度升高,则爆炸极限范围增大,即下限降低、上限升高。因为系统温度升高,分子内能增加,使原来不燃的混合物成为可燃、可爆系统。系统压力增大,爆炸极限范围也扩大,这是由于系统压力增高,使分子间距离更为接近,碰撞几率增高,使燃烧反应更易进行。压力降低,则爆炸极限范围缩小;当压力降至一定值时,其上限与下限重合,此时对应的压力称为混合系的临界压力。压力降至临界压力以下,系统便不成为爆炸系统(个别气体有反常现象)。混合系中所含惰性气体量增加,爆炸极限范围缩小,惰性气体浓度提高到某一数值,混合系就不能爆炸。容器、管子直径越小,则爆炸范围就越小。当管径(火焰通道)小到一定程度时,单位体积火焰所对应的固体冷却表面散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该混合系的临界直径。点火能的强度高、热表面的面积大、点火源与混合物的接触时间不等都会使爆炸极限扩大。除上述因素外,混合系接触的封闭外壳的材质、机械杂质、光照、表面活性物质等都可能影响到爆炸极限范围。

折叠 编辑本段 危害

可燃性混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低和爆炸上限越高时,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就多;爆炸下限越低则可燃物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,就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件。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,但当它从容器或管道里逸出,重新接触空气时却能燃烧,仍有发生着火的危险。

折叠 编辑本段 安全措施

(1)加入惰性气体或其他不易燃的气体来降低浓度。

(2)在排放气体前,可以以涤气器、吸附法来清除可爆的气体。

折叠 编辑本段 限度表

常见物质的爆炸限度

浓度单位为空气的体积百分比。

Class IA 液体 (闪点低于 73°F (22.8°C);沸点低于 100°F (37.8°C) 是为NFPA 704 燃烧速度 4

Classes IB (闪点低于 73°F (22.8°C); 沸点大于等于 100°F (37.8°C)) 与 IC液体 (闪点大于等于 73°F (22.8°C) , 但小于 100°F (37.8°C)) 是为NFPA 704 燃烧速度 3

Classes II (闪点大于等于 100°F (37.8°C), 但小于 140°F)与 IIIA 液体 (闪点大于等于140°F (60°C), 但小于200°F (93.3°C)) 是为NFPA 704 燃烧速度 2

Class IIIB液体 (闪点大于等于 200°F (93.3°C) 是为NFPA 704 燃烧速度1

物质

最小爆炸限度 (LFL/LEL) %空气体积百分比

最大爆炸限度 (UFL/UEL) %空气体积百分比

NFPA分级

闪点

最小点燃能量mJ

空气体积百分比

自燃

温度

乙醛

4.0

57.0

IA

-39°C

0.37

175°C

乙酸(冰醋酸)

4

19.9

II

39°C to 43°C

463°C

醋酸酐

II

54°C

丙酮

2.6 - 3

12.8 - 13

IB

-17°C

1.15 @ 4.5%

465°C, 485°C[1]

乙腈

IB

2°C

524°C

一氯乙烷

7.3

19

IB

5°C

390°C

乙烯

2.5

82

IA

-18°C

0.017 @ 8.5% (在纯氧中为0.0002 @ 40%)

305°C

丙烯醛

2.8

31

IB

-26°C

0.13

丙烯腈

3.0

17.0

IB

0°C

0.16 @ 9.0%

3-氯丙烯

2.9

11.1

IB

-32 °C

0.77

氨气

15.7

27.4

IIIB

11°C

680

651°C

4.5 - 5.1[2]

78

IA

可燃气体

1.2

7.8

IB

-11°C

0.2 @ 4.7%

560°C

1,3-二烯丁烷

2.0

12

IA

-85°C

0.13 @ 5.2%

丁烷,正丁烷

1.6

8.4

IA

-60°C

0.25 @ 4.7%

420 - 500°C

乙酸正丁酯

1 - 1.7[1]

8 - 15

IB

24°C

370°C

丁醇,

1

11

IC

29°C

正丁醇

1.4[1]

11.2

IC

35°C

340°C

正丁基氯,1-氯丁烷

1.8

10.1

IB

-6°C

1.24

正丁基硫醇

1.4[3]

10.2

IB

2°C

225°C

甲基丁基酮,2-己酮

1[4]

8

IC

25°C

423°C

丁烯,1-丁烯

1.98[2]

9.65

IA

-80°C

二氧化硫

1.0

50.0

IB

-30°C

0.009 @ 7.8%

90°C

一氧化碳

12[2]

75

IA

-191°C 可燃气体

609°C

一氧化氯

IA

可燃气体

1-氯-1,1-二氟乙烷

6.2

17.9

IA

-65°C 可燃气体

氰气

6.0 - 6.6[5]

32 - 42.6

IA

可燃气体

环丁烷

1.8

11.1

IA

-63.9°C[6]

426.7°C

环己烷

1.3

7.8 - 8

IB

-18°C - -20°C[7]

0.22 @ 3.8%

245°C

环己醇

1

9

IIIA

68°C

300°C

环己酮

1 - 1.1

9 - 9.4

II

43.9 - 44°C

420°C[8]

茂[9]

IB

0°C

0.67

640°C

环戊烷

1.5 - 2

9.4

IB

- 37 to -38.9°C[10][11]

0.54

361°C

环丙烷

2.4

10.4

IA

-94.4°C[12]

0.17 @ 6.3%

498°C

癸烷

0.8

5.4

II

46.1°C

210°C

二硼烷

0.8

88

IA

-90°C Flammable gas[13]

38°C

邻二氯苯

2[14]

9

IIIA

65°C

648°C

1,1-二氯乙烷

6

11

IB

14°C

1,2-二氯乙烷

6

16

IB

13°C

413°C

1,1-二氯乙烯

6.5

15.5

IA

-10°C 可燃气体

一氟二氯甲烷

54.7

不可燃[15]-36.1°C[16]

552°C

二氯甲烷

16

66

不可燃

二氯硅烷

4 - 4.7

96

IA

-28 °C

0.015

柴油

0.6

7.5

IIIA

>62°C (143°F)

210°C

二乙醇胺

2

13

IB

169°C

乙二胺

1.8

10.1

IB

-23°C to -26°C

312°C

二乙基二硫

1.2

II

38.9°C[17]

二乙基醚

1.9 - 2

36 - 48

IA

-45°C

0.19 @ 5.1%

160 - 170°C

二乙基硫

IB

-10°C[18]

1,1-二氟乙烷

3.7

18

IA

-81.1°C[19]

1,1-二氟乙烯

5.5

21.3

-126.1°C[20]

二异丁基酮

1

6

49°C

二异丁基醚

1

21

IB

-28°C

二甲基醚

2.8

14.4

IA

可燃气体

1,1-二甲基肼

IB

二甲基硫

IA

-49°C

二甲基亚砜

2.6 - 3

42

IIIB

88 - 95°C

215°C

1,4-二恶烷,戴奥辛

2

22

IB

12°C

1-环氧-3-氯丙烷

4

21

31°C

乙烷

3[2]

12 - 12.4

IA

可燃气体 -135 °C

515°C

乙醇、酒精

3 - 3.3

19

IB

12.8°C (55°F)

365°C

乙二醇单乙醚

3

18

43°C

2-乙基单乙醚乙酸

2

8

56°C

乙酸乙脂

2

12

IA

-4°C

460°C

乙胺

3.5

14

IA

-17 °C

乙苯

1.0

7.1

15-20 °C

乙烯

2.7

36

IA

0.07

490°C

乙二醇

3

22

111°C

环氧乙烯

3

100

IA

−20 °C

一氯乙烷

3.8[2]

15.4

IA

−50°C

乙基硫醇

IA

燃料油No.1

0.7[2]

5

呋喃

2

14

IA

-36°C

汽油(100辛烷值)

1.4

7.6

IB

< −40°C (−40°F)

246 - 280°C

甘油

3

19

199°C

庚烷

1.05

6.7

-4°C

0.24 @ 3.4%

204 - 215°C

正己烷

1.1

7.5

-22°C

0.24 @ 3.8%

225°C, 233°C[1]

氢气

4/17[21]

75/56

IA

可燃气体

0.016 @ 28%(纯氧中是0.0012)

500 - 571°C

硫化氢

4.3

46

IA

可燃气体

0.068

异丁烷

1.8[2]

9.6

IA

可燃气体

462°C

异丁醇

2

11

28°C

异弗尔酮

1

4

84°C

异丙醇

2[2]

12

IB

12°C

398 - 399°C; 425°C[1]

异丙基氯

IA

煤油Jet A-1

0.6 - 0.7

4.9 - 5

II

>38°C (100°F) as jet fuel

210°C

氢化锂

IA

二巯基乙醇

IIIA

甲烷(天然气)

4.4 - 5

15 - 17

IA

可燃气体

0.21 @ 8.5%

580°C

乙酸甲脂

3

16

-10°C

甲醇

6 - 6.7[2]

36

IB

11°C

385°C; 455°C[1]

甲胺

IA

8°C

一氯甲烷

10.7[2]

17.4

IA

-46 °C

二甲基醚

IA

−41 °C

甲基乙基醚

IA

甲乙酮

1.8[2]

10

IB

-6°C

505 - 515°C[1]

甲酸甲脂

IA

甲硫醇

3.9

21.8

IA

-53°C

石脑油

0.7[1]

6.5

38-43°C

258°C

吗啉

1.8

10.8

IC

31 - 37.7°C

310°C

0.9[2]

5.9

IIIA

79 - 87 °C

[[新己烷]

1.19[2]

7.58

−29 °C

425°C

四羰基镍

2

34

4 °C

60 °C

硝基苯

2

9

IIIA

88°C

硝基甲烷

7.3

22.2

35°C

379°C

辛烷

1

7

13°C

异辛烷

0.79

5.94

戊烷

1.5

7.8

IA

-40 to -49°C

as2-Pentane0.18 @ 4.4%

260°C

正戊烷

1.4

7.8

IA

0.28 @ 3.3%

异戊烷

1.32[2]

9.16

IA

420°C

磷化氢

IA

丙烷

2.1

9.5 - 10.1

IA

可燃气体

0.25 @ 5.2% (in pure oxygen 0.0021)

480°C

乙酸丙脂

2

8

13°C

丙烯

2.0

11.1

IA

-108°C

0.28

458°C

环氧丙烷

2.3

36

IA

吡啶

2

12

20

硅烷

1.5[2]

98

IA

<21°C

苯乙烯

1.1

6.1

IB

31 - 32.2°C

490°C

四氟乙烯

IA

四氢呋喃

2

12

IB

-14°C

321°C

甲苯

1.2 -1.27

6.75 - 7.1

IB

4.4°C

0.24 @ 4.1%

480°C; 535°C[1]

三乙基硼烷

-20°C

-20°C

三甲基胺

IA

可燃气体

三硝基苯

IA

松节油

0.8[22]

IC

35°C

植物油

IIIB

327°C (620°F)

乙酸乙烯脂

2.6

13.4

−8 °C

氯乙烯

3.6

33

二甲苯

0.9 - 1.0

6.7 - 7.0

IC

27 - 32°C

0.2

间二甲苯

1.1[1]

7

IC

25°C

525°C

邻二甲苯

IC

17 °C

对二甲苯

1.0

6.0

IC

27.2°C

530°C

数据表

常用可燃气体爆炸极限数据表(LEL/UEL及毒性)

物质名称分子式爆炸浓度(V%)毒性
下限 LEL上限 UEL
甲烷CH4515--
乙烷C2H6315.5
丙烷C3H82.19.5
丁烷C4H101.98.5
戊烷(液体)C5H121.47.8
己烷(液体)C6H141.17.5
庚烷(液体)CH3(CH2)5CH31.16.7
辛烷(液体)C8H1816.5
乙烯C2H42.736
丙烯C3H6211.1
丁烯C4H81.610
丁二烯C4H6212低毒
乙炔C2H22.5100
环丙烷C3H62.410.4
煤油(液体)C10-C160.65
城市煤气4
液化石油气112
汽油(液体)C4-C121.15.9
松节油(液体)C10H160.8
苯(液体)C6H61.37.1中等
甲苯C6H5CH31.27.1低毒
氯乙烷C2H5Cl3.815.4中等
氯乙烯C2H3Cl3.633
氯丙烯C3H5Cl2.911.2中等
1.2 二氯乙烷ClCH2CH2Cl6.216高毒
四氯化碳CCl4轻微麻醉
三氯甲烷CHCl3中等
环氧乙烷C2H4O3100中等
甲胺CH3NH24.920.1中等
乙胺CH3CH2NH23.514中等
苯胺C6H5NH21.311高毒
二甲胺(CH3)2NH2.814.4中等
乙二胺H2NCH2CH2NH2低毒
甲醇(液体)CH3OH6.736
乙醇(液体)C2H5OH3.319
正丁醇(液体)C4H9OH1.411.2
甲醛HCHO773
乙醛C2H4O460
丙醛(液体)C2H5CHO2.917
乙酸甲酯CH3COOCH33.116
乙酸CH3COOH5.416低毒
乙酸乙酯CH3COOC2H52.211
丙酮C3H6O2.612.8
丁酮C4H8O1.810
氰化氢 ( 氢氰酸 )HCN5.640剧毒
丙烯氰C3H3N2.828高毒
氯气Cl2刺激
氯化氢HCl
氨气NH315.727.4浓度低时具有神经毒作用;浓度过大时导致呼吸道蛋白质变性、窒息
硫化氢H2S4.345.5神经
二氧化硫SO2中等
二硫化碳CS21.350
臭氧O3刺激
一氧化碳CO12.574.2剧毒
H2474.5

本表数值来源基本上以《 SH3063-1999 石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警器设计规范》为主,并与《常用化学危险品安全手册》进行了对照和补充。

折叠 编辑本段 引补注

1.由于百度无法显示图片,因此请需要了解爆炸极限计算方法的同学根据参考资料来了解。

2.爆炸极限范围以外,不会发生爆炸。

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