2019年中級(jí)注冊(cè)安全工程師答疑:什么是“爆炸極限”?
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問題:
什么是“爆炸極限”?
答疑:
【爆炸極限的意義】
可燃物質(zhì)(可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵)與空氣(或氧氣)必須在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合,形成預(yù)混氣,遇著火源才會(huì)發(fā)生爆炸,這個(gè)濃度范圍稱為爆炸極限,或爆炸濃度極限。例如一氧化碳與空氣混合的爆炸極限為12.5%~80%。可燃性混合物能夠發(fā)生爆炸的最低濃度和最高濃度,分別稱為爆炸下限和爆炸上限,這兩者有時(shí)亦稱為著火下限和著火上限。在低于爆炸下限時(shí)不爆炸也不著火;在高于爆炸上限不會(huì)發(fā)生爆炸,但會(huì)著火。這是由于前者的可燃物濃度不夠,過量空氣的冷卻作用,阻止了火焰的蔓延;而后者則是空氣不足,導(dǎo)致火焰不能蔓延的緣故。當(dāng)可燃物的濃度大致相當(dāng)于反應(yīng)當(dāng)量濃度時(shí),具有最大的爆炸威力(即根據(jù)完全燃燒反應(yīng)方程式計(jì)算的濃度比例)。
【影響爆炸極限的因素】
混合系的組分不同,爆炸極限也不同。同一混合系,由于初始溫度、系統(tǒng)壓力、惰性介質(zhì)含量、混合系存在空間及器壁材質(zhì)以及點(diǎn)火能量的大小等的都能使爆炸極限發(fā)生變化。一般規(guī)律是:混合系原始溫度升高,則爆炸極限范圍增大,即下限降低、上限升高。因?yàn)橄到y(tǒng)溫度升高,分子內(nèi)能增加,使原來不燃的混合物成為可燃、可爆系統(tǒng)。系統(tǒng)壓力增大,爆炸極限范圍也擴(kuò)大,這是由于系統(tǒng)壓力增高,使分子間距離更為接近,碰撞幾率增高,使燃燒反應(yīng)更易進(jìn)行。壓力降低,則爆炸極限范圍縮小;當(dāng)壓力降至一定值時(shí),其上限與下限重合,此時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力稱為混合系的臨界壓力。壓力降至臨界壓力以下,系統(tǒng)便不成為爆炸系統(tǒng)(個(gè)別氣體有反常現(xiàn)象)?;旌舷抵兴栊詺怏w量增加,爆炸極限范圍縮小,惰性氣體濃度提高到某一數(shù)值,混合系就不能爆炸。容器、管子直徑越小,則爆炸范圍就越小。當(dāng)管徑(火焰通道)小到一定程度時(shí),單位體積火焰所對(duì)應(yīng)的固體冷卻表面散出的熱量就會(huì)大于產(chǎn)生的熱量,火焰便會(huì)中斷熄滅。火焰不能傳播的最大管徑稱為該混合系的臨界直徑。點(diǎn)火能的強(qiáng)度高、熱表面的面積大、點(diǎn)火源與混合物的接觸時(shí)間不等都會(huì)使爆炸極限擴(kuò)大。除上述因素外,混合系接觸的封閉外殼的材質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)、光照、表面活性物質(zhì)等都可能影響到爆炸極限范圍。
【爆炸極限與可燃物的危害】
可燃性混合物的爆炸極限范圍越寬、爆炸下限越低和爆炸上限越高時(shí),其爆炸危險(xiǎn)性越大。這是因?yàn)楸O限越寬則出現(xiàn)爆炸條件的機(jī)會(huì)就多;爆炸下限越低則可燃物稍有泄漏就會(huì)形成爆炸條件;爆炸上限越高則有少量空氣滲入容器,就能與容器內(nèi)的可燃物混合形成爆炸條件。應(yīng)當(dāng)指出,可燃性混合物的濃度高于爆炸上限時(shí),雖然不會(huì)著火和爆炸,但當(dāng)它從容器或管道里逸出,重新接觸空氣時(shí)卻能燃燒,仍有發(fā)生著火的危險(xiǎn)。
【爆炸極限的表示】
爆炸極限的單位氣體或蒸氣的爆炸極限的單位,是以在混合物中所占體積的百分比(%)來表示的,如氫與空氣混合物的爆炸極限為4%~75%??扇挤蹓m的爆炸極限是以混合物中所占體積的質(zhì)量比g/m^3來表示的,例如鋁粉的爆炸極限為40g/m^3。
可燃性蒸氣的爆炸極限值是由可燃液體表面產(chǎn)生的蒸氣濃度決定的。對(duì)于可燃液體而言,爆炸下限濃度對(duì)應(yīng)的閃點(diǎn)溫度又可以稱為爆炸下限溫度;爆炸上限濃度對(duì)應(yīng)的液體溫度又可以稱為爆炸上限溫度。
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