爆炸极限影响因素

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　　压力

　　混合气体的压力对爆炸极限有很大的影响，压力增大，爆炸极限区间的宽度一般会增加，爆炸上限增加，略使爆炸下限下降。这是因为系统压力增高，其分子间距更为接近，碰撞几率增高，因此使燃烧的最初反应和反应的进行更为容易，所以压力升高，爆炸危险性增大。反之，压力降低，则爆炸极限范围缩小。

　　待压力降至某值时，其下限与上限重合，此时的最低压力称为爆炸的临界压力。若压力降至临界压力以下，系统就不爆炸。因此，在密闭容器内进行减压（负压）操作对安全生产有利。

　　需要说明的是，压力的变化对爆炸上限影响很大，但爆炸下限的变化不明显，而且不规则。各个文献间的计算结果有一定的差距。

　　 温度

　　常温下爆炸极限数据已很充足，然而摩擦生热、燃烧热等通过热传导、辐射、对流可以使环境温度高于常温。在实际生产部门中，非常温下（高于室温）可燃气体被预期或非预期引爆的例子屡见不鲜，因此测定非常温下爆炸极限具有非常重要的意义。

　　一般来说，爆炸性气体混合物的温度越高，则爆炸极限范围越大，即：爆炸下限降低，上限增高。因为系统温度升高，其分子内能增加，使更多的气体分子处于激发态，原来不燃的混合气体成为可燃、可爆系统，所以温度升高使爆炸危险性增大。

　　燃气的种类及化学性质

　　可燃气体的分子结构及其反应能力，影响其爆炸极限。对于碳氢化合物而言，具有 C—C 型单键相连的碳氢化合物，由于碳键牢固，分子不易受到破坏，其反应能力就较差，因而爆炸极限范围小；而对于具有 C≡C 型三键相连的碳氢化合物，由于其碳键脆弱，分子很容易被破坏，化学反应能力较强，因而爆炸极限范围较大；对于具有 C = C 型二键相连的碳氢化合物，其爆炸极限范围位于单键与三键之间。

　　对于同一烃类化合物，随碳原子个数的增加，爆炸极限的范围随之变小。爆炸极限还与导热系数（导温系数）有关，导热系数越大，其导热越快，爆炸极限范围也就越大。

　　惰性气体及杂质

　　可燃气体中含有N2等惰性气体时，随着N2 量的增加，爆炸下限增加，爆炸上限减小，爆炸极限范围相应缩小。N2对爆炸上限有明显的影响，对爆炸下限影响较小。

　　N2对气体爆炸极限的影响机理主要为稀释氧气浓度、隔离氧气与燃气的接触（窒息作用）、冷却和化学作用。前3种抑制作用主要是物理作用。惰性气体浓度加大时，氧浓度相对减少，而在达到爆炸上限时氧的浓度本来就很小，惰性气体浓度稍微增加，就会产生很大影响，导致爆炸上限剧烈下降。

　　对于有气体参与的反应，杂质也有很大的影响。例如，少量的硫化氢会大大降低水煤气和混合气体的燃点，并因此促使其爆炸；而当可燃气体中含有卤代烷时，则能显著缩小爆炸极限的范围，提高爆炸下限和点火能。因此，气体灭火剂大部分都是卤代烷。

　　 燃气与空气混合的均匀程度

　　当燃气与空气充分混合均匀的条件下，若某一点的燃气浓度达到爆炸极限时，整个混合空间的燃气浓度都达到爆炸极限，燃烧或爆炸反应在整个混合气体空间同时进行，其反应不会中断，因此爆炸极限范围大；但当混合不均匀时，就会产生在混合气体内某些点的燃气浓度达到或超过爆炸极限，而另外一些点的燃气浓度达不到爆炸极限，燃烧或爆炸反应就会中断，因此，爆炸极限范围就变小。

　　点火源的形式、能量和点火位置

　　可燃混合物的爆炸实质是瞬间的燃烧，而引发燃爆需要有一定的能量，故而能量特性对爆炸极限范围亦有影响。点火源的能量、热表面的面积、火源与混合气体的接触时间等，对爆炸极限均有影响。一般来说，能量强度越高，加热面积越大，作用时间越长，点火的位置越靠近混合气体中心，则爆炸极限范围越大。不同点火源具有不同的点火温度和点火能量。如明火能量比一般火花能量大，所对应的爆炸极限范围就大；而电火花虽然高，如果不是连续的，点火能量就小，所对应的爆炸极限范围也小。

　　如甲烷在电压100 V、电流强度1 A的电火花作用下，无论浓度如何都不会引起爆炸。但当电流强度增加至2 A时，其爆炸极限为5．9％～13．6％；3A时为5．85％～14．8％。对于一定浓度的爆炸性混合物，都有一个引起该混合物爆炸的最低能量。浓度不同，引爆的最低能量也不同。对于给定的爆炸性物质，各种浓度下引爆的最低能量中的最小值，称为最小引爆能量，或最小引燃能量。表1列出了部分气体的最小引爆能量。

 

　　容器的几何形状和尺寸

　　充装容器的材质、尺寸等，对物质爆炸极限均有影响。实验证明，容器直径越小，爆炸极限范围越小。这是因为随着管径的减小，因壁面的冷却效应而产生的热损失就逐步加大，参与燃烧的活化分子就少，导致燃烧温度与火焰传播速度就相应降低，当管径（或火焰通道）小到一定程度时，火焰即不能通过。这一间距称最大灭火间距，亦称之为临界直径，例如，甲烷的临界直径为0.4~0.5mm，小于临界直径时就无爆炸危险。

　　容器几何尺寸对爆炸极限的影响也可以从器壁效应得到解释。燃烧与爆炸是由自由基产生一系列连锁反应的结果。在燃烧过程中，只有当新生自由基大于消失的自由基时，燃烧才能继续。但随着管径的减小，自由基与管道壁的碰撞几率相应增大。当尺寸减少到一定程度时，自由基（与器壁碰撞）销毁大于自由基产生速度，燃烧反应便不能继续进行。

　　容器材料也有很大的影响，例如氢和氟在玻璃器皿中混合，甚至放在液态空气温度下于黑暗中也会发生爆炸，而在银制器皿中，一般温度下才能发生反应。

　　 燃气的湿度

　　当可燃气体中有水存在时，燃气爆炸能力降低，爆炸强度减弱，爆炸极限范围减小。在一定的气体浓度下，随着含水量的上升，爆炸下限浓度略有上升，而爆炸上限浓度显著下降。当含水量达到一定值时，上限浓度与下限浓度曲线汇于一点，当气体混合物中含水量超过该点值时，无论燃气浓度如何也不会发生爆炸。

　　其原因在于，混合气中水含量增大，水分子（或水滴）浓度升高，与自由基或自由原子发生三元碰撞的几率也就增大。大量的水分子（或水滴）与自由基或自由原子碰撞而使其失去反应活性，导致瓦斯爆炸反应能力下降，甚至完全失去反应能力。

　　除上述因素外，光对爆炸极限也有影响。众所周知，在黑暗中氢与氯的反应十分缓慢，但在强光照射下则发生连锁反应导致爆炸。又如甲烷与氯的混合气体，在黑暗中长时间内不发生反应，但在日光照射下，便会引起激烈的反应，如果两种气体的比例适当则会发生爆炸。另外，表面活性物质对某些介质也有影响，如在球形器皿内于530 ℃时，氢与氧完全不反应，但是向器皿中插入石英、玻璃、铜或铁棒时，则发生爆炸。

　　以上就是对燃气爆炸极限影响因素的分析。当然，仅仅是主要因素的分析，此外，诸如表面活性介质等对爆炸极限也有影响，相比以上所述各因素，影响较少，故不再赘述。通过以上分析，我们可以掌握或了解燃气生产，储存，输送过程中的爆炸危险因素，弄清诸因素之间的联系和变化规律，从而在工程设计和生产使用中采取相应的防范措施，防止爆炸事故的发生。

　　在化工、石油、煤炭等部门的生产、储存和运输中，可燃气体的着火、爆炸是最严重的灾害性事故。最近几年，我国城市天然气及煤矿瓦斯爆炸重特大事故频频发生，给国家财产和人民生命造成了巨大损失，直接影响着我国经济、社会的可持续发展。重大事故的不断发生，使人们认识到在现代社会工矿企业生产中潜伏着巨大的危险性，因而危险评价越来越受到人们的重视。实践表明，确定危险性气体的爆炸极限，提前预防是防止该类事故的基本前提。因此对燃气爆炸极限的研究得到国内外学者的重视。

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