燃烧爆炸理论剖析

1、气体燃烧与爆炸气体燃烧与爆炸4.14.1可燃性混合气体的燃烧与爆炸可燃性混合气体的燃烧与爆炸4.1.14.1.1气体的燃烧形式气体的燃烧形式 气体的燃烧形式可分为扩散燃烧与预混合气体的燃烧形式可分为扩散燃烧与预混合燃烧。燃烧。扩散燃烧扩散燃烧：可燃性气体流入到大气中时，在：可燃性气体流入到大气中时，在可燃性气体与助燃性气体的接触面上所发生可燃性气体与助燃性气体的接触面上所发生的燃烧。扩散燃烧受可燃性气体与空气或氧的燃烧。扩散燃烧受可燃性气体与空气或氧气之间的混合扩散速度所支配。可燃性气体气之间的混合扩散速度所支配。可燃性气体的扩散速度越大或气体的湍流越严重。燃烧的扩散速度越大或气体的湍流越严重

2、。燃烧的速度就越快。的速度就越快。预混合燃烧预混合燃烧：可燃性气体和助燃性气体预先：可燃性气体和助燃性气体预先混合成一定浓度范围内的混合气体引起的燃混合成一定浓度范围内的混合气体引起的燃烧。它是由发火源产生的火焰在混合气体中烧。它是由发火源产生的火焰在混合气体中向前传播的所谓向前传播的所谓“火焰传播火焰传播”的现象。的现象。 火焰在未燃的混合气体中进行传播的速度火焰在未燃的混合气体中进行传播的速度称为燃烧速度。但已燃的气体因高温而使体称为燃烧速度。但已燃的气体因高温而使体积膨胀，使未燃气体沿着火焰进行的方向流积膨胀，使未燃气体沿着火焰进行的方向流动，故未燃气体的流动速度与燃烧速度之和动，故未燃

3、气体的流动速度与燃烧速度之和便成为预混气体的火焰速度。便成为预混气体的火焰速度。 预混气体的燃烧当火焰速度较慢时，几乎预混气体的燃烧当火焰速度较慢时，几乎不产生压力波及爆炸声响；当火焰速度很快不产生压力波及爆炸声响；当火焰速度很快时，将可能产生压力波和爆炸声响，即出现时，将可能产生压力波和爆炸声响，即出现爆燃；当火焰速度进一步加快时，则可向爆爆燃；当火焰速度进一步加快时，则可向爆轰转变而形成强大的冲击波。轰转变而形成强大的冲击波。 气体火灾与爆炸灾害大部分是由预混合燃气体火灾与爆炸灾害大部分是由预混合燃烧而引起的。烧而引起的。4.1.24.1.2理论氧含量与理论混合比理论氧含量与理论混合比 可

4、燃性气体正好完全燃烧所必须的氧气量可燃性气体正好完全燃烧所必须的氧气量称为理论氧含量。称为理论氧含量。 在常温常压下，可燃性气体在空气中完全在常温常压下，可燃性气体在空气中完全燃烧时，空气中的可燃性气体的浓度燃烧时，空气中的可燃性气体的浓度C C0 0称之称之为理论混合比或完全燃烧组分。为理论混合比或完全燃烧组分。 当空气中可燃气体浓度低于理论混合比当空气中可燃气体浓度低于理论混合比时，生成物虽然相同，但燃烧速度变慢，直时，生成物虽然相同，但燃烧速度变慢，直至某一浓度以下，火焰便不再传播；若可燃至某一浓度以下，火焰便不再传播；若可燃性气体浓度高于理论混合比时，则可燃性气性气体浓度高于理论混合比

5、时，则可燃性气体不能完全燃烧，这时火焰速度变慢。像体不能完全燃烧，这时火焰速度变慢。像这这样使火焰不再传播的浓度界限，称为爆炸界样使火焰不再传播的浓度界限，称为爆炸界限或燃烧界限。限或燃烧界限。4.1.34.1.3爆炸极限爆炸极限4.1.3.14.1.3.1爆炸极限理论爆炸极限理论 可燃性气体或蒸气与空气组成的混合物，可燃性气体或蒸气与空气组成的混合物，并非在任何混合比例下都可以燃烧或爆炸，并非在任何混合比例下都可以燃烧或爆炸，而且混合的比例不同，燃烧的速度（这里指而且混合的比例不同，燃烧的速度（这里指火焰蔓延速度）也不同。火焰蔓延速度）也不同。 可燃性气体或蒸气与空气组成的混合物能可燃性气体

6、或蒸气与空气组成的混合物能使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体或蒸气使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体或蒸气的爆炸下限；同样，能使火焰蔓延的最高浓的爆炸下限；同样，能使火焰蔓延的最高浓度，称为该气体或蒸气的爆炸上限。爆炸上度，称为该气体或蒸气的爆炸上限。爆炸上限与爆炸下限之间称为爆炸范围。浓度在上限与爆炸下限之间称为爆炸范围。浓度在上限以上或下限以下的混合物，则不会着火或限以上或下限以下的混合物，则不会着火或爆炸，但应注意上限以上的混合物在空气中爆炸，但应注意上限以上的混合物在空气中并不意味是安全的。并不意味是安全的。4.1.3.24.1.3.2爆炸极限的影响因素爆炸极限的影响因素1.1.可燃性混合

7、物的初始温度可燃性混合物的初始温度 初始温度越高，爆炸极限范围越大，即爆初始温度越高，爆炸极限范围越大，即爆炸下限降低而爆炸上限升高。炸下限降低而爆炸上限升高。 因为系统温度升高，其分子内能增加，使因为系统温度升高，其分子内能增加，使原来不燃的混合物成为可燃、可爆系统。所原来不燃的混合物成为可燃、可爆系统。所以初始温度升高使爆炸危险性增大。以初始温度升高使爆炸危险性增大。2.2.环境压力环境压力 一般情况下，压力增大，爆炸界限扩大；一般情况下，压力增大，爆炸界限扩大；压力降低，爆炸极限范围缩小。压力降低，爆炸极限范围缩小。 原因：原因：系统压力增高，其分子间距更为接系统压力增高，其分子间距更为

8、接近，碰撞几率增高，因此使燃烧的最初反应近，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。和反应的进行更为容易。待压力降至某个值待压力降至某个值时，其下限与上限重合，此时压力称为爆炸时，其下限与上限重合，此时压力称为爆炸的临界压力。当压力降至临界压力以下，系的临界压力。当压力降至临界压力以下，系统则成为不爆炸系统。统则成为不爆炸系统。3.3.惰性介质及杂质惰性介质及杂质 可燃性混合气体中如果混入惰性气体后，可燃性混合气体中如果混入惰性气体后，所含惰性气体越多，爆炸界限的范围则越所含惰性气体越多，爆炸界限的范围则越小，惰性气体的浓度提高到一定值后，可使小，惰性气体的浓度提高到一定值后，

9、可使混合物不爆炸。利用这一特性，我们可以防混合物不爆炸。利用这一特性，我们可以防止混合气体爆炸。止混合气体爆炸。4.4.容器容器 盛装可燃物的容器的材质、尺寸等对可燃盛装可燃物的容器的材质、尺寸等对可燃物爆炸极限均有影响。物爆炸极限均有影响。 对于圆柱形容器，管子直径越小，爆炸极对于圆柱形容器，管子直径越小，爆炸极限范围越小，火焰蔓延速度也越小。当管径限范围越小，火焰蔓延速度也越小。当管径小到一定程度后，火焰即不能通过。利用这小到一定程度后，火焰即不能通过。利用这一原理可制成隔爆型电气设备。一原理可制成隔爆型电气设备。原因：容器大小对爆炸极限的影响可以从器原因：容器大小对爆炸极限的影响可以从器

10、壁效应得到解释。壁效应得到解释。燃烧是自由基产生一系列燃烧是自由基产生一系列连锁反应的结果，只有当新生自由基大于消连锁反应的结果，只有当新生自由基大于消失的自由基时，燃烧才能继续进行。失的自由基时，燃烧才能继续进行。但随着但随着管道直径的减小，自由基与管道壁的碰撞几管道直径的减小，自由基与管道壁的碰撞几率相应增大。率相应增大。当尺寸减到一定程度时，因自当尺寸减到一定程度时，因自由基（与器壁碰撞）销毁大于自由基产生，由基（与器壁碰撞）销毁大于自由基产生，燃烧反应便不能继续进行。燃烧反应便不能继续进行。5.5.点火源点火源 点火源，如火花的能量、热表面的面积、点火源，如火花的能量、热表面的面积、火

11、源与混合物的接触时间等，对爆炸极限均火源与混合物的接触时间等，对爆炸极限均有影响。除上述因素外，光对爆炸极限也有有影响。除上述因素外，光对爆炸极限也有影响。影响。 一般情况下，点火源能量越大、持续时间一般情况下，点火源能量越大、持续时间越长，则爆炸极限范围越宽。越长，则爆炸极限范围越宽。4.1.44.1.4可燃性混合气体的发火条件可燃性混合气体的发火条件 任何按爆炸范围组成的可燃性混合气体，任何按爆炸范围组成的可燃性混合气体，如果没有一定的发火源，是不能产生燃烧或如果没有一定的发火源，是不能产生燃烧或爆炸的。为了防止爆炸灾害，掌握关于混合爆炸的。为了防止爆炸灾害，掌握关于混合气体发火的必要条件

12、是很有必要的。气体发火的必要条件是很有必要的。1.1.自燃温度自燃温度 可燃性混合气体在温度适宜时会自行发可燃性混合气体在温度适宜时会自行发火，而发火是因为发热速度大于散热速度致火，而发火是因为发热速度大于散热速度致使温度上升所引起的。任何物质在低于某一使温度上升所引起的。任何物质在低于某一温度时，散热速度大于发热速度，便不会发温度时，散热速度大于发热速度，便不会发火；高于某一温度时则引起着火。该界限温火；高于某一温度时则引起着火。该界限温度称为自燃温度。度称为自燃温度。2.2.最小发火能量最小发火能量 当气体的发火源是静电火花或电气设备所当气体的发火源是静电火花或电气设备所造成的电火花时，气

13、体发火是两极间的混合造成的电火花时，气体发火是两极间的混合气体得到电火花的能量后产生化学反应的结气体得到电火花的能量后产生化学反应的结果。在此种情况下，存在发火所必需的能量果。在此种情况下，存在发火所必需的能量界限，该能量称为最小发火能量。界限，该能量称为最小发火能量。 最小发火能量可以利用电容贮能、释放的最小发火能量可以利用电容贮能、释放的方式进行测定。方式进行测定。3.3.最小发火电流最小发火电流 最小发火能量的测定实验适用于基础研究。最小发火能量的测定实验适用于基础研究。在实际的电气装置里，基本的电气参数是电在实际的电气装置里，基本的电气参数是电压和电流。因此，可以用最小发火电流来判压和

14、电流。因此，可以用最小发火电流来判断可燃性气体的发火条件。断可燃性气体的发火条件。4.4.最小传爆断面最小传爆断面 缝隙原理缝隙原理：当爆炸性混合气体的火焰经过：当爆炸性混合气体的火焰经过足够小的断面时，例如两个平面的缝隙或一足够小的断面时，例如两个平面的缝隙或一个小管孔，由于壁面的冷却效应和碰撞效个小管孔，由于壁面的冷却效应和碰撞效应，导致自由基或活性原子的复合消失，破应，导致自由基或活性原子的复合消失，破坏了化学链式反应的条件，因而不能形成连坏了化学链式反应的条件，因而不能形成连续燃烧薄膜，火焰会熄灭，这种阻断火焰传续燃烧薄膜，火焰会熄灭，这种阻断火焰传播的原理称为缝隙原理。播的原理称为缝隙原理。 火焰尚能传播而不熄灭的最小断面称为最火焰尚能传播而不熄灭的最小断面称为最小传爆断面。小传爆断面。4.24.2气体分解爆炸气体分解爆炸 可燃性气体要发生爆炸需要适当的空气，可燃性气体要发生爆炸需要适当的空气，但有些气体即使没有空气或氧同样可以发生但有些气体即使没有空气或氧同样可以发生爆炸。这种爆炸是由物质的分解引起的，称爆炸。这种爆炸是由物质的分解引起的，称为分解爆炸。为分解爆炸。4.