实用防火与防爆技术培训---第十讲 可燃气体的燃爆特性
第十讲
一、燃烧方式
气体的燃烧与液体和固体的燃烧不同，它不需要经过蒸发、熔化等过程，气体在正常状态下就可具有燃烧条件，所以比液体和固体都容易燃烧。有扩散燃烧和动力燃烧两种形式。
1、扩散燃烧
可燃气体与空气的混合是在燃烧过程中进行的，则发生稳定式的燃烧，称为扩散燃烧。燃烧速度一般小于0.5m／s。由于可燃气体与空气是逐渐混合的，并逐渐燃烧消耗掉，因而形成稳定式燃烧，只要控制得当，就不会造成火灾。如火炬、气焊的火焰、燃气加热等属于这类扩散燃烧。
2、动力燃烧
如果可燃气体与空气是在燃烧之前按一定比例均匀混合的，形成预混气，遇火源则发生爆炸式燃烧，称动力燃烧。在预混气的空间里，充满了可以燃烧的混合气，一处点火，整个空间立即燃烧起来，发生瞬间的燃烧，即爆炸现象。
此外，如果可燃气体处于压力而受冲击、摩擦或其他着火源作用，则发生喷流式燃烧。像气井的井喷火灾，高压气体从燃气系统喷射出来时的燃烧等。对于这种喷流燃烧形式的火灾，较难扑救，需较多救火力量和灭火剂，应当设法断绝气源，使火灾彻底熄灭。
二、可燃气体的分类
可燃气体按爆炸下限分为两级：
1、一级可燃气体的爆炸下限≤10％
如氢气、甲烷、乙烯、乙炔、环氧乙烷、氯乙烯、硫化氢、水煤气、天然气等绝大多数气体均属此类。
2、二级可燃气体的爆炸下限>10％
如氨、一氧化碳、发生炉煤气等少数可燃气体属于此类。
三、影响爆炸极限的因素
1、初始温度
混合物的初始温度越高，则爆炸下限越低，上限提高，爆炸极限范围扩大，爆炸危险性增加。这是因为混合物温度升高，其分子内能增加，引起燃烧速度的加快，而且，由于分子内能的增加和燃烧速度的加快，使原来含有的过量空气(低于爆炸下限)或可燃物高于爆炸上限，而不能使火焰蔓延的混合物浓度变成为可以使火焰蔓延的浓度，从而改变了爆炸极限范围。
2、含氧量
混合物中含氧量增加，爆炸极限范围扩大，尤其爆炸上限提高得更多。例如氢与空气混合的爆炸极限为4％～75％，而氢与纯氧混合的爆炸极限为4％～95％。
3、惰性介质
如若在爆炸混合物中掺入不燃烧的惰性气体(如氮、二氧化碳、水蒸气、氩、氦等)，随着惰性气体的百分数增加，爆炸极限范围则缩小，惰性气体的浓度提高到某一数值，亦可以使混合物变成不可爆炸。一般情况下，惰性气体对混合物爆炸上限的影响较之对下限的影响更为显著，因为惰性气体浓度加大，表示氧的浓度相对减小，而在上限中氧的浓度本来已经很小，故惰性气体稍为增加一点，即产生很大影响，而使爆炸上限剧烈下降。惰性介质保护是防爆技术措施之一。
（Ar、N2、CO2）↑→L↓→不炸
4、初始压力
混合物的初始压力对爆炸极限有很大影响，压力增大，爆炸极限范围也扩大，尤其是爆炸上限显著提高。
值得重视的是当混合物的初始压力减小时，爆炸极限范围缩小，压力降至某一数值时，下限与上限合成一点，压力再降低，混合物即变成不可爆。爆炸极限范围缩小为零的压力称为爆炸的临界压力。临界压力的存在表明，在密闭的设备内进行减压操作，可以免除爆炸的危险。减压生产是防爆技术措施之一。
PO↓→L↓→不炸（临界压力）
5、容器管道直径
容器或管道直径越小，火焰在其中越难蔓延，混合物的爆炸极限范围则越小。当容器直径小到某一数值时，火焰不能蔓延，可消除爆炸危险，这个直径称为临界直径。如甲烷的临界直径为0.4～0.5mm，氢和乙炔为0.1～0.2mm等。
容器直径大小对爆炸极限的影响，可以用链式反应理论解释。燃烧是自由基产生的一系列链锁反应的结果，管径减小时，游离基与管壁的碰撞几率相应增大，当管径减小到一定程度时，即因碰撞造成游离基的销毁的反应速度大于游离基产生的反应速度，燃烧反应便不能继续进行。限制管径是防爆技措之一。
d↓→L↓→不炸（临界直径）
6、着火源能量
能源的性质对爆炸极限范围的影响是：能源强度越高，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限范围越宽。以甲烷为例，1V·A的电火花不引起爆炸，2V·A的电火花可引起爆炸，爆炸极限为5．9％～13．6％，3V·A的电火花则爆炸极限扩大为5．85％～14．8％。最小点火能量：能引起爆炸性合物爆炸的火源的最小能量。
E↓→L↓→不炸
四、评价可燃气体燃爆危险性的主要技术参数
1、爆炸极限
爆炸下限越小，爆炸上限越高，爆炸极限越宽，爆炸的危险性就越大。
L下↓，L上↑，L越宽，危↑，但H2-
2、爆炸危险度
可燃气体或蒸气的爆炸危险性可以用爆炸极限和爆炸危险度来表示，爆炸危险度即是爆炸浓度极限范围与爆炸下限浓度之比值：
3、爆炸压力和爆炸威力
可燃性混合物爆炸时产生的压力为爆炸压力，它是度量可燃性混合物将爆炸时产生的能量用于作功的能力，如果爆炸压力大于容器的极限强度，容器便发生破裂。
气体爆炸的破坏性还可以用爆炸威力来表示，爆炸威力是反映爆炸对容器或建筑物冲击度的一个量，它与爆炸形成的最大压力有关，同时还与爆炸压力的上升速度有关。这两者的乘数为爆炸威力指数，因此，爆炸威力可用下式爆炸威力指数表示：
爆炸威力指数＝最大爆炸压力×爆炸压力上升速度。
可燃气体爆炸时的压力一般不超过1MPa（U增长=U中断），但爆炸后压力的增长速度可以是相当快的（U增长﹥U中断；U增长>>U中断），达到几十，上百个大气压。
爆炸压力和压力增长速度即爆炸威力，体现了气体爆炸的破坏性。即对周围物体的冲击度。
4、传爆能力
传爆能力是爆炸性混合物传播燃烧爆炸能力的一种度量参数，用最小传爆断面表示。
Æ当可燃性混合物的火焰经过两个平面间的缝隙或小直径管子时，如果其断面小到某个数值，由于游离基的大量销毁而破坏了燃烧条件，火焰即熄灭，这种阻断火焰传播的原理称为缝隙隔爆。
Æ用减小两平面间的间隙来阻断火焰（爆炸）传播的原理，称缝隙隔爆，是隔爆型电机电器的工作原理。
5、自燃点
可燃气体的自燃点不是固定不变的数值，而是受压力、密度、容器直径、催化剂等因素的影响。
6、化学活泼性
可燃气体的化学活泼性越强，其火灾爆炸的危险性越大。化学活泼性强的可燃气体在通常条件下即能与氯、氧及其他氧化剂起反应，发生火灾和爆炸。
气态烃类分子结构中的价键越多，化学活泼性越强，火灾爆炸的危险性越大。例如乙烷、乙烯和乙炔分子结构中的价键分别为单键(H3C—CH3)、双键(H2C＝CH2)和叁键(HC≡CH)，它们的燃烧爆炸和自燃的危险性则依次增加，即单键＜双键＜叁键。
7、比重与空气相近易均匀混合
Æ与空气比重相近的可燃气体，容易相互均匀混合，形成爆炸性混合物。
Æ比空气重的可燃气体则沿着地面扩散。并易窜入沟渠、厂房死角处长时间聚集不散，遇火源则发生燃烧或爆炸。
Æ比空气轻的可燃气体容易扩散。而且易顺风飘动，会使燃烧火焰蔓延扩散。
Æ应当根据可燃气体的比重特点，正确选择通风排气口的位置，确定防火间距值以及采取防止火势蔓延等措施。
8、扩散性和受热膨胀性
