燃气安全技术综合课件

第四章可燃混和气体爆炸效应爆轰波的计算爆炸效应分析爆轰与爆燃的定性差别，表4.1ZND模型1.1爆轰波的结构模型1.爆轰波计算爆轰波的结构膨胀波

冲击波的R—H方程理想气体动力学方程中连续、动量方程、能量方程，理想气体一维定常流方程得雨果尼特（Hugoniot）方程式：特征：①爆炸前后比焓差与状态参数关系；②未考虑燃烧热。爆轰波的R—H方程考虑燃烧热的情况，有：雨果尼特爆轰波的R—H方程求解运用热量方程，对R—H方程求解对R—H方程简化分析：q=0时，变形；q=O且β=1时，Υ=1，初始；当Υ=1时，等压状态，比容增大，为正常燃烧；β=1，爆炸前后压差与燃烧放热成正比，密闭空间爆燃。

爆轰波的真实解与爆炸分区分析

R—H方程要满足以下两式：[双曲线][过点（βΥ）=（1，1）的直线]ΥβR-H曲线（q1>q2）ⅤⅤ区，（β>1，Υ>1）μ<0ΥβⅢ，Ⅳ，（β>1，Υ<1）低速膨胀波的特征，产生爆燃，Ⅲ区为缓燃或弱爆燃，Ⅳ为强爆燃

R-H曲线（q1>q2）ⅢⅣΥβⅠⅡ（β<1，Υ>1）气体受压的特征，产生压缩波，可发展为爆轰。

R-H曲线（q1>q2）ⅡⅠ爆轰波速度爆轰波后气体音速加上燃气相对固定空间速度。爆轰后的最终状态，取决于爆炸前后气体的性质和爆炸后的温度大小。2.可燃气体爆炸效应

研究表明，爆炸破坏作用主要是由冲击波产生。化学性爆炸、物理性爆炸都会形成冲击波。冲击波破坏作用可用峰值超压、持续时间和冲量三个特征参数衡量。冲击波破坏伤害准则主要有超压准则、冲量准则和超压一冲量准则等，其中最常用的是超压准则。

冲击波破坏伤害作用冲击波是一种介质状态(压力、密度、温度等)突跃变化的强扰动传播，最常见的形式是空气冲击波，其传播速度大于声速。超出周围压力的最大压力称为峰值超压，超压意味着侧向超压，即压力是在压力传感器与冲击波相垂直的条件下测量得到。冲击波超压峰值可达到数个甚至数十个大气压。冲击波超压对建筑物的破坏作用和对人员的伤害作用与波阵面上超压与产生冲击波能量有关。在其他条件相同情况下，爆炸能量越大，冲击波强度越大，波阵面上的超压也越大。冲击波是立体冲击波，它以爆炸点为中心，以球面或半球面向外扩展传播。随着半径增大，波阵面表面积增大，超压逐渐减弱。2.1可燃气体爆炸效应2.1.1TNT当量模型评估爆炸效应2.1.2TNO模型评估爆炸效应2.2压力冲量准则（P-I准则）

70年代，美国海军武器实验室（NOL）和弹道研究实验室（BRL）经过大量的实验和理论研究，提出了压力冲量准则破坏模型，也称为压力冲量准则。将爆炸波的冲量定义：

把爆炸波到达作用面的时间设为零，积分上限定义为大于作用面允许的临界压力的作用时间t+；P（t）是作用于目标的动态压力；Pcr和Icr两个参数来代表对目标产生某种破坏效应的理想化静态载荷，用积分式计算修正压力.Pcr和Icr均未知的情况下，这个模型可以用来评价爆炸波破坏的相对潜力。此时令Pcr=0，Icr=0

因此，爆炸破坏模型可用下式表示：

DN表示某种等级破坏的准则数。

可燃气体爆炸对比距离与离爆心距离和爆炸总能量有关系对可燃工质蒸汽与空气的爆炸超压峰值按Lee公式计算：R*为爆炸破坏作用对比距离；RS为离爆心距离（m）；△PS为爆炸波阵面上的超压（105Pa）；Ee为爆炸总能量（kJ）。

我国将若干爆炸实验数据综合处理得到的砖木结构模型房屋的破坏参数见表破坏等级DNPa2·s伤害半径范围内环境危害极限值五级（塌毁）

门窗摧毁，砖墙严重开裂（50mm以上），倾斜很大，甚至部分倒塌，钢筋混凝土屋顶严重开裂，瓦屋面塌下。人有1%几率死于肺害伤，耳膜破裂几率大于50%，爆炸飞片严重伤害大于50%。四级（严重）门窗大部分破坏，砖墙有较大裂缝（5～50mm）和倾斜（10～100mm），钢筋混凝土屋顶裂缝，瓦屋面掀起，并大部分破坏；对建筑物造成可修复伤害，耳膜破裂几率大于1%，爆炸飞片严重伤害大于1%。三级（中等）

玻璃破坏，门窗部分破坏，砖墙出现小裂缝（5mm以内）和稍有倾斜，瓦屋面局部掀起；爆炸飞片轻微伤害。二级（轻微）

玻璃部分破坏。第五章高压容器的破裂

破裂原因缺陷（焊接，腐蚀）；超压（超量，外部撞击）

爆破能量（物理）；破裂冲击波超压。

自阅问题第七章超压预防技术高压容器及管路系统主要内容一、安全阀

结构原理计算选择及安装排放系统及回流二、管路安全装置

水封及低压安全阀超压安全切断阀三、自动降温装置

消防水量及消防泵

储罐固定冷却

1.设置原因

特殊情况，燃气高压容器或有额定压力要求管路，出现超压可能。城市管网调压器失灵，导致串压；用户调压箱失灵，出现泄漏危险；燃气储存系统泄漏，导致爆炸。

一、燃气安全阀2安全阀构造

1.上壳体2.上承3.弹簧4.螺钉5.皮膜6.下壳体7.螺钉8.上阀盘9.下阀盘10.O型圈11.阀杆12.O型圈13.阀套14.分隔板15.套筒16.纸垫17.垫片18.膜盘19.下弹簧座20.螺母21.调压螺栓22.螺母3安全阀工作原理利用介质本身压力放散一定数量气体介质，防止系统内压力超过预定安全值。当压力恢复正常后，阀门自行关闭并阻止气体介质继续放散。

防止超压安全装置，具有泄压排放功能；

常闭（弹簧或重块）阀门；安装在高压设备，如储气罐、压缩机排气管、高压管道、锅炉等。常用弹簧式安全阀（微调性但排量小）

排放压力按保护装置设计压力1.2倍计。3安全阀排放压力及排放面积

排放面积

排放面积保证排放量，控制压力持续升高。

数量选择4安全阀数量选择

储罐全面积/m2口径/mm备注（应安装的设备）小于2540操作压力大于0.07MPa容器；压缩机或泵出口；受热膨胀超压设备25-405040-10080安全阀安装要求直接相连，垂直安装；保证畅通、稳固可靠；防止腐蚀，安全排放；定期检查，保障安全。5安全阀安装要求

排放系统说明有毒排入封闭系统；可燃液体排入储罐；可燃气体，引入火炬或安全地点；储罐上排放管，高出相邻最高储罐平台3m以上。5安全阀排放系统

安全阀的排放系统原理安全排气原理图（图7.2\7.3\7.4\7.5）LPG工艺可配备，当泵或管路系统超压时，常闭回流阀打开，形成内部回流，保证安全。6安全回流阀

工作温度：在-40-80℃的LPG的液相出口管上，当进口压差大于0.5MPa时LPG能自动回流。

1.设置原因

低压管路设置泄压保护，防止超压进入低压管路，保护低压用户使用安全。

①低压水封；②低压安全阀；③超压切断；二、管路安全装置

2.常用设备①低压水封；②低压安全阀；③超压切断；

①.水封构造及工作原理超压安全保护装置，具有泄压排放功能；水柱高度为设计压力1.2倍；补水及防冻问题；适用系统？低压安全阀常闭阀；装于箱式调压器后；设备管路超压自启全量排放；泄压关闭。放散能力与调压器直通时通过能力相适应。

②.低压安全阀常开阀调压器下游压力升高至设定值，利用燃气压力紧急切断截断气流。置于调压器上游管线。同时有超低压保护功能，即在超低压时切断，以避免由于管道断裂或脱落时造成燃气大量泄漏。一般需采取人工复位，不能自启。

③.超压安全切断阀

1.设置原因温升引起超压（LPG罐）；发生意外火灾，泄压排放物成为爆炸源；通过温度感应控制罐内温度。

三、自动降温装置

2.自动降温装置消防水量确定；消防管路及设施；固定冷却装置

8.10消防给水、排水和灭火器材8.10.1LPG供应基地、气化站和混气站在同一时间内的火灾次数可按一次考虑，其消防用水量应按站内各建、构筑物中一次最大小时消防用水量者确定。《城镇燃气设计规范》GB50028-20068.10.2LPG储罐区消防用水量应按其储罐固定喷水冷却装置和水枪用水量之和计算，应符合：1.储罐总容积超过50m3或单罐容积超过20m3的LPG储罐或储罐区和设置在储罐室内的小型储罐应设置固定喷水冷却装置。其用水量应按储罐的保护面积与冷却水供水强度的乘积计算。着火储罐的保护面积按其全表面积计算；距着火储罐直径（卧式储罐按其直径和长度之和的一半）1.5倍范围内的储罐按其全表面积一半计算：冷却水供水强度不应小于0.15L/s.m2。《城镇燃气设计规范》GB50028-2006

2.

水枪用水量不应小于表8.10.2

的规定。

3.

地下液化石油气储罐可不设置固定喷水冷却装置，其消防用水量按水枪用水量确定。表8.10.2水枪用水量总容积（m3）<500>500～≤2500>2500单罐容积（m3）≤100≤400>400水枪用水量（L/S）203045注：1水枪用水量应按本表储罐总容积或单罐总容积较大者确定。

2储罐总容积小于50m3且单罐容积小于20m3的储罐或储罐区，可单独设置固定喷水冷却装置或移动式水枪其消防用水量应按水枪用水量计算。《城镇燃气设计规范》GB50028-20068.10.3LPG供应基地、气化站和混气站的消防给水系统应包括：消防水池（或其他水源）、消防水泵房、给水管网、地上式消火栓和储罐固定喷水冷却装置等。消防给水管网应布置成环状，向环状管网供水的干管不应少于两根。当其中一根发生故障时，其余干管仍能供给消防总用水量。《城镇燃气设计规范》GB50028-20068.10.4消防水池的容量应按火灾连续时间6h

所需最大消防用水量计算确定。但储罐总容积小于或等于220m3，且单罐容积小于或等于50m3

的储罐或储罐区，其消防水池的容量可按火灾连续时间3h所需最大消防用水量计算确定。当火灾情况下能保证连续向消防水池补水时，其容量可减去火灾连续时间内的补水量。《城镇燃气设计规范》GB50028-20068.10.5

消防水泵房的设计应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016-2006

的有关规定。8.10.6液化石油气储罐固定喷水冷却装置宜采用喷雾头液化石油气储罐固定喷水冷却装置的设计和喷雾头的布置应符合现行国家标准《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219

的规定。《城镇燃气设计规范》GB50028-20068.10.7

储罐固定喷水冷却装置的供水压力不应小于0.2MPa。水枪的供水压力：对球形储罐不应小于0.35MPa，对卧式储罐不应小于0.25MPa。8.10.8液化石油气供应基地、气化站和混气站生产区的排水系统应采取防止液化石油气排入其他地下管道或低洼部位的措施。《城镇燃气设计规范》GB50028-20068.10.9LPG站内干粉灭火器的配置除按现行国家标准《建筑灭火器配置设计规范》GBJ140执行外，尚应符合表8.10.9的规定。表8.10.9干粉灭火器的配置数量

场所配置数量铁路槽车装卸栈桥

按栈桥车位数，每车位设置8kg2具，

每个设置点不宜超过5具储罐区、地下储罐组

按储罐台数，每台设置8kg和35kg各1具，

每个设置点不宜超过5具储罐室

按储罐台数，每台设置8kg2具《城镇燃气设计规范》GB50028-2006表8.10.9干粉灭火器的配置数量

场所配置数量汽车槽车装卸台（柱）

不应少于2具

按建筑面积，每50m2设置8kg1具，且每个房

间不应少于2具，每个设置点不宜超过5具《城镇燃气设计规范》GB50028-2006其他建筑（变配电室、仪表室等）

按建筑面积，每80m2设置8kg1具，且

每个房间不应少于2具罐瓶间及附属瓶库、压缩机室、烃泵房、汽车槽车库、气化间、混气间、调压计量间、瓶装供应站、配送站、供应点瓶库和瓶组间等爆炸危险性建筑第八章静电消除技术主要内容一、静电的产生

接触起电静电放电二、静电的防护方法

静电接地静电中和降低工艺过程速度

1.产生原因（接触起电）构成物质分子由电子（-）和质子（+）原子组成。正常下表现出不带电现象。不同物体（固-固，固-液）接触表面存在电离层，当接触面分离时，一物体e越过界面进入另一物体，在各自表面产生了过剩电荷即静电荷。一、静电的产生

静电压高时，两个物体分离或接触时出现电火花，这就是静电放电的现象。产生静电原因：摩擦、压电效应、感应起电、吸附带电等。导体很难产生电荷的原因?

2.静电放电静电放电，是导致爆炸灾害的直接重要原因之一，若放电能量大于最小点火能量，则会点燃可燃气体混合物。

1.防护方法二、静电的防护静电防护方法将设备金属件和导电的非金属件接地；增加电介质表面的电导率设备上安装静电中和器隔离转移放电位置。防止静电积累合适预防措施

静电接地

提供静电荷泄漏通道，加速静电泄漏确保物体静电安全。接地电阻大小取决于收集电荷速率和安全要求。R：接地电阻，Ω；Vmax：最大安全电位，V；Qf：最大起电速率，A。最大为10-4A，一般10-6A。设备的某部分用金属与大地做良好的连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体（接地极）

保护接地

实际上防止静电接地装置常与保护接地装置接在一起；防静电接地电阻一般规定不大于100Ω。

配管跨接、固定移动设备、管沟管路、地上管路接地做法见图8.5、8.6、8.7、8.8。各种设备接地

静电中和图8.10。

降低工艺速度图8.11。

《城镇燃气设计规范》GB50028-200610.8.6燃气管道及设备的防雷、防静电设计应符合下列要求：1进出建筑物的燃气管道的进出口处，室外的屋面管、立管、放散管、引入管和燃气设备等处均应有可靠的防雷、防静电接地设施；2防雷接地设施的设计应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057

的规定；3防静电接地设施的设计应符合国家现行标准《化工企业静电接地设计技术规程》HGJ28

的规定。第九章安全切断技术主要内容一、紧急切断系统二、安全切断系统三、熄火保护系统四、建筑物燃气安全系统

原理在发生事故时，为防止事故蔓延和扩大，需立即紧急关闭阀门，以迅速切断气源，杜绝事故的继续发展。一般紧急切断阀的控制均远离罐区，便于操作。种类

油压式、气压式、电动式及手动式。

一、紧急切断系统油压式：

利用油压开启油泵把油压送到紧急切断阀上部油缸中，把油缸中活塞压下，通过活塞杆带动阀心下降，使阀门开启，LPG流出；事故泄油当发生事故时，油缸中油放出（手摇油泵或高温易融合金融化），活塞在弹簧力的作用下向上移动，带动阀心向上关闭阀门。气压式：

利用压缩空气开启压缩空气紧急切断阀使阀开启；事故泄压发生时放掉压缩空气即关闭阀门。工作原理与油压式基本相同。电动式：当通电时，电磁阀吸引使阀门开启，断电时阀门自动关闭。二、安全切断系统用气设备供气管路1.非工作状态的切断采用两个不同批次的阀门串联（失效概率）在两个切断阀之间加装放散阀，可减少漏入燃烧室内燃气量检查阀位状态：阀位验证法和压力验证法在特大型燃烧系统中，必须安装阀位验证系统压力压证法如何工作？

压力验证系统—测试严密性检查阀门开关状态安全切断旁通压力开关放散阀安全切断2.低压关断装置压力低于设定值，切断燃烧器前气路。压缩机进口低压断流开关；燃烧器前低压关断阀。3.止回阀防止介质倒流安装于高压燃烧器管路，阻止空气流入输配管内；LPG储罐、容器的入口；压缩机出口。4.过流阀

也称快速阀。一般安装在LPG储罐的液相管和出口或槽车的气液相出口上。

正常状态下，管道通过规定流量，过流阀开启；

发生事故，出现大量泄流，出口速度增加，达到规定流量的1.5-2.0倍时，作用在阀瓣上的力大于正常状态下弹簧的反力，阀座压缩弹簧使阀口关闭，切断泄流。

事故排除，自动恢复初始状态。

安装熄火保护系统的必要性

点火失败后，造成气体泄漏聚集，二次点火隐患；燃烧过程中出现熄火，造成燃烧室燃烧爆炸。三、熄火保护系统熄火保护系统应符合的要求

保证正常点火程序；小火点燃之前，确保燃气不流向主燃烧器；主燃器点燃之前，确保燃气不以满负荷流向主燃器；组装正确，就能实现其功能；火焰熄灭，中断管路；解除故障，手动复位。火焰监测器只检测小火为主火点火的部分进行检测；应具有安全启动检查程序；便于维修；动作时间：最短1-2s；最长不超过60s。熄火保护装置简介国内外熄火安全保护装置三种形式:热敏式、热电式及离子感应(焰)式。我国98年以前主要前两种；2001.2.1对嵌入式燃气灶强制安装熄火安全保护装置。在采用方式上，国外灶具普遍采用热电式安全保护装置，而离子感应(焰)式目前还只见于国内一些大厂。热控式--双金属片式(又称热敏式)

利用燃气在燃烧时产生的热能。由特制成形双金属片和燃气阀组成。利用不同膨胀系数的双金属片受热弯曲特性，安装在火焰能接触附近。在灶旋塞阀内安装燃气阀，在双金属片与燃气阀间用传动机构连接；工作时，按压灶旋塞阀，其顶杆将燃气阀顶开（阀杆被内部磁铁吸合），燃烧器点火燃烧。双金属片受热膨胀弯曲，通过传动机构将阀杆与磁铁拉脱并将阀杆定位开阀状态，保证燃气灶的正常燃烧；当意外熄火时，双金属片因无火焰加热冷却复位，燃气阀在弹簧力作用下将燃气通路关闭，阻止燃气外泄；双金属片式保护控制过程优点：结构简单，成本低。缺点：安装困难，对双金属片安装位置及旋塞阀和燃气阀配合要求高，且热惰性大，开阀及闭阀时间较长，使用寿命短。热电式

同样也是利用了燃气燃烧时产生的热能。

热电式熄火安全保护装置由热电偶和电磁阀组成。原理：当热电偶被火焰加热后产生一个热电势，热电势在通过和相连接电磁阀的回路时产生电流，电流激励电磁阀磁体产生磁性，从而完成电磁阀的开阀动作。

工作时，按压旋塞阀，阀内顶杆将电磁阀顶开，燃烧器时点火。因热电偶惯性作用，点燃后还需要按压住旋塞阀（约3-5S）使电磁阀开阀状态，待被加热热电偶所产生热电动势能维持电磁阀的吸合状态时才能松开旋塞阀；发生意外熄火现象时，热电偶因无火焰加热而冷却，热电势也随之下降至消失，电磁阀失去磁性在弹簧力作用下复位，燃气通路关闭。热电式保护控制过程优点：结构简单，安装方便，成本低目前已被广泛应用；但以热电偶作为热传感器，热惰性大、反应速度慢(开、闭电磁阀时间较长)，使用寿命短，且旋塞阀与电磁阀的配合安装精度要求较高。

离子感应(焰)式

利用燃气燃烧火焰带有离子并具有单向导电特性。由电子器件构成所需的电路配合执行元件(电磁阀)及感应元件(火焰探测针)组成

工作时，由单片机先输出控制信号触发点火控制电路、火焰检测反馈电路及回火检测反馈电路工作，0.5S后单片机输出控制信号给电磁阀将其打开，通过火焰检测反馈电路及回火检测反馈电路对火焰进行检测，结果反馈单片机。单片机根据输入的火焰检测信号控制电磁阀的开、闭动作，从而保证了燃气灶在发生意外熄火及回火状态时控制系统能及时的关闭电磁阀避免了因熄火及回火时引发的安全事故。

离子感应控制过程控制系统原理图（具有熄火和回火保护功能）安全报警系统的要求安全报警系统设置的目的发生泄漏，部分或全部切断气源；自然灾害，自动切断总气源；安保防灾中心，可对部分或全部气源切断；对供应系统进行检测和控制；运行工况正常，安全可靠。四、建筑物燃气安全系统

安全报警系统设计注意问题系统的安全报警系统信号线应接至安保室；防灾中心，实时显示工作状态；通风操作时，注意设备运行；运行工况正常，安全可靠。安全系统的构成仅进行燃气泄漏报警系统单体型；户外型；集中型。燃气通路自动切断安全系统智能煤气表；报警器联动切断装置。第十章爆炸泄压技术主要内容一、爆炸泄压面积计算二、低强度包围体爆炸泄压三、泄爆装置与设施

泄压防爆就是通过一定的泄压面积释放在爆炸空间内产生的爆炸升压，保障包围体不受破坏。一、爆炸泄压面积计算影响泄压面积的因素可燃气体性质，如爆炸指数KG越大，最大上升压力越大，泄压面积要求越大；

泄爆开启压力；

包围体的强度。气体爆炸的泄爆诺谟图图10.1—10.4；适用条件。气体泄爆的回归公式AV：泄压面积，m2；V：包围体的容积，m3；Pred，max：最大泄爆压力，MPa；Pst：开启压力，MPa；a,b,c,d:系数。诺莫图的使用变化诺莫图的内插；以气体的正常火焰传播速度为比较标准；粗略估算；诺莫图的外推。

耐压能力小于0.01MPa的低强度包围体及设备外壳的泄爆，需确认最薄弱环节。扩展诺莫图低强度推荐方程二、低强度包围体的爆炸泄压泄爆装置既用来封闭设备或包围体，又可用来泄压；泄爆装置与设施通常分敞口式（全敞口、百叶窗、飞机库门式）和封闭式（爆破门式和爆破膜式）。常用的防爆泄压装置有安全阀、防爆膜、防爆门、放空阀等,主要是防止物理性超压爆炸。三、泄爆装置与设施泄爆膜

适用于环境压力接近大气压，操作不十分严格和复杂的场合。爆破片

爆破片是设备的薄弱部分，当压力升高，但尚未足以引起设备爆炸的情况下，爆破片先行破裂，使设备泄压，从而防止设备爆破。适用于：存在异常反应或爆炸使压力瞬间急剧上升、突然超压或发生瞬时分解爆炸的设备；不允许介质有任何泄漏的设备；运行中产生大量沉淀或黏附物，妨碍安全阀正常工作的设备；气体排放口直径小于12mm或大于150mm，要求全量泄放时毫无阻碍的设备。防爆门与防爆球阀

适用于：加热炉上的安全装置。

火焰隔离技术是采用火焰隔断装置，防止火焰窜入有爆炸危险的场所或防止火焰向设备或管道之间扩展。第十一章火焰隔离技术主要内容一、安全液封与水封井二、阻火器安全液封采用液体（通常为水）作为阻火介质，火焰在液封处被阻止。形式有开敞式和封闭式两种。

一、安全液封与水封井安全液封安全液封结构与原理

开敞式液封

正常状态，安全管液柱高度与容器内压力平衡。发生火焰倒焰，容器内压力升高液体排出，由于安全管短首先离开水面，火焰被液体阻隔而不会进入进气管，起到阻隔作用。

进气管水位阀安全管开敞式液封结构

封闭式液封