首页 > 论文范文 > 自然科学论文 > 力学论文 > 爆炸力学论文 > 关于可燃性气体爆炸的解析

关于可燃性气体爆炸的解析

2020-01-08 1125 上传者：管理员

摘要：工业生产、生活中主要危害之一是可燃性气体爆炸，研究可燃性气体爆炸机理对预防可燃性气体爆炸具有重要意义，研究可燃性气体爆炸的一个重要参数是爆炸极限。本文通过实验及查找文献等方法对液化石油气、甲烷进行研究。

关键词：
可燃性气体
液化石油气
爆炸
爆炸极限
甲烷
加入收藏

研究结果表明，如果爆炸性气体浓度处于爆炸极限范围内，则会导致爆炸的发生，而爆炸极限不是一个固定的值，它受多种因素影响，工业生产中很难确定可燃、可爆气体的安全浓度范围，但是如果对可燃性气体的爆炸进行定性、定量分析，了解其形成条件，研究和发现可燃性气体爆炸的规律，精确地描述整个爆炸过程，可有效地提出减灾防灾措施，最大程度减小由于爆炸引起的连锁反应所造成的人员和经济损失。

1、可燃性气体爆炸

1.1 爆炸概念

爆炸是一种急剧的物理或化学变化过程，一种在限制状态下系统潜能突然释放并转化为机械能而对周围介质发生作用的过程，一般可以看作是气体或蒸汽在瞬间剧烈膨胀的现象。爆炸通常可划分为两个阶段：(1)气体和能量在极短时间和有限体积内产生、积累、造成高温、高压；(2)在无约束或者约束受到破坏的情况下，积累的高温、高压对系统外部形成急剧突跃的压力的冲击，造成机械性破坏作用，周围介质受到震动产生声响。爆炸伴随着巨大的能量释放，其表现的破坏形式也有多种，冲击波是爆炸最直接、最主要的破坏力量，爆炸的绝大部分能量都以冲击波的形式表现出来；如果是容器发生爆炸，一部分能量会驱动容器破裂产生的碎片对外界目标形成打击作用，工业中的爆炸事故通常伴随有碎片打击伤害；除了冲击波和碎片两种直接的伤害形式外，爆炸还可以导致一些间接的破坏，在冲击波或碎片的作用下，建(构)筑物常常会发生结构破坏甚至坍塌，对建(构)筑物内的人员、设备造成伤害；一些类型的爆炸有可能引燃附近的易燃物质引起火灾，如果爆炸的容器内含有毒害物质或者爆炸产生的冲击波和碎片导致周围盛装毒害物质的容器发生破裂，亦会导致中毒事故的发生。

1.2 可燃性气体爆炸

可燃性气体爆炸是工业中最常见的一种爆炸事故形式，根据爆炸气体的组成情况，爆炸一般可以划分为两大类别，一类是单一气体分解爆炸，一类是混合气体爆炸。

1.2.1 单一气体分解爆炸

某些气体在特定条件作用下，会发生剧烈的分解反应，并伴随着剧烈的放热现象，甚至引发爆炸。例如乙炔、乙烯、环氧乙烷、乙烯基乙炔、丙炔、氯乙烯、氮氧化物、臭氧等都可能产生这种现象。

单一气体的爆炸受到多方面因素的影响，一般压力越高，越容易发生分解爆炸，每种易分解气体都具有一个临界压力，超过对应的临界压力，才可能发生分解爆炸事故。温度是影响分解爆炸的另一个影响因素，温度越高，物质越容易发生分解，分解爆炸的可能性越高；与固体炸药等相似，除非压力和温度足够高，气体的分解爆炸均需要一个初始的能量来激发，通常称此能量为“最小点火能”或“点火能”，最小点火能越低，说明这种气体发生分解爆炸的危险性越高，其数值往往随温度和压力的升高而降低。

1.2.2 混合气体爆炸

可燃气体由于各种原因与空气(用氧气或其他助燃气体)混合后，在一定的浓度配比范围内，如果遇到点燃能量，就可能形成混合系的爆炸。

根据混合气体形成原因及地点的不同，可将工业中混合气体的爆炸分为如下几种：

(1) 可燃气体容器内进人空气、氧气等引发爆炸。工业气体常以高压的方式储存于容器中，在充装的过程中，如果由于各种原因导致空气或者氧气混人，预混的气体可能会在各种形式能量的作用下发生爆炸。

(2) 可燃气体燃烧中断引发爆炸。工业生产中，常使用可燃气体作为燃料为系统提供能量，可燃气体经由喷嘴进人炉膛形成稳定的火焰加热各种介质，如果发生意外熄火而可燃气体继续喷人的情况，就会在炉膛内形成一个封闭空间的可燃爆混合系，一旦再次点火，则会发生爆炸；高压可燃气体(或液化气)如果发生小口径破裂，往往形成喷射火焰，此时不应贸然灭火，否则也会发生因燃烧中断，可燃气体形成混合气体爆炸的严重事故。

(3) 易燃气体或挥发性液体大量泄漏于室外形成气云爆炸(VCE)。易燃气体或挥发性液体容器或管线发生破裂后，与空气混合，形成燃爆预混系，如果恰好有点火源存在，则会形成所谓的气云爆炸事故，其爆炸威力受燃料种类、气云浓度、气云受限程度、点火能量等因素影响，可能会导致灾难性的后果。

(4) 气体或挥发性液体泄漏在室内或低洼、不通风处积累引起爆炸。泄漏发生在室外时，由于大气湍流扩散等原因，往往需要具有较大的泄漏流量才会形成足够规模的混合气云，继而引发爆炸事故；但如果泄漏发生在室内或低洼、不通风的场所，可燃气体可能会由于重力作用等原因而得不到及时扩散，即便是很小的泄漏流量也会由于积累作在局部区域形成高浓度区，遇到火源形成爆炸事故。

2、可燃性气体爆炸极限

可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气体，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限和着火上限。在小于爆炸下限时候不会发生爆炸也不会发生着火；而同样在高于爆炸上限时也不会发生燃烧、爆炸。当可燃物的浓度大致相当于反应当量浓度时，具有最大的爆炸威力。爆炸极限是在常温、常压等标准条件下测定出来的，这一范围会随着初始温度、压力、氧含量、惰性介质、点火能、容器材质及尺寸等条件的变化而有所变化。

2.1 液化石油气基本知识

液化石油气的主要组成成分是碳氢化合物，主要成分为丙烷、丁烷以及其他烷系或烯类等。丙烷加丁烷百分比的综合超过60％，低于这个比例就不能称为液化石油气。标准液化石油气样品的组分百分含量数据见表1。液化石油气是一种易燃物质，空气中含量达到一定浓度范围时，遇明火即爆炸。其理化性质如下：外观号陛状：无色气体或黄棕色油状液体有特殊臭味；密度：液态液化石油气580k∥m3，气态密度为：2.35kg/m3；闪点：一74℃；引燃温度：(426—537)℃；爆炸上限：9.5％(V/V)；爆炸下限：1.5％(v/V)。液化石油气的主要组成成分为烷系或烯类物质，极易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火就会发生爆炸燃烧等，而一旦与氯、氟接触发生的化学反应会相当剧烈，空气比其蒸气轻，能从较低的地方扩散得相当远，遇火源则会着火回燃。

2.2 甲烷基本知识

甲烷是最简单的有机物，别名：天然气，沼气。也是含碳量最小(含氢量最大)的烃，是沼气，天然气，瓦斯，坑道气和油田气的主要成分，结构与氯仿(三氯甲烷)相似。甲烷是无色、无味的气体。甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很小，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，能溶解3个单位体积的甲烷。同时甲烷燃烧产生明亮的淡蓝色火焰。其理化性质如下：熔点：一182.5℃；沸点：一161.5。E；临界温度：一82.6℃；临界压力：4.59MPa；爆炸上限：14.8％(、yV)；爆炸下限：5.0％(v／V)；闪点：一188℃；引燃温度：538℃。甲烷在相应条件下可发生取代、氧化、加热分解、氯化、卤化等化学反应。

甲烷易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与五氧化溴、氯气、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其它强氧化剂接触反应剧烈。甲烷对人基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。当空气中甲烷达25％～30％时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。若不及时远离，可致窒息死亡。皮肤接触液化的甲烷，可致冻伤。

参考文献:

[1]王华.可燃气体爆炸研究现状及发展方向[J].矿业安全与环保,2008,25(2):139-142.

[2]王乐.可燃气体(液体蒸汽)爆炸测试装置的改进研究[J].中国安全科学学报,2008,32(4):12-16.

[3]何学超,孙金华,陈先锋.管道内甲烷一空气预混火焰传播特性的实验与数值模拟研究[J].中国科技大学学报,2009,39(4):419-423.

[4]赵雪娥,盂亦飞.燃烧与爆炸理论[M].北京:化学工业出版社,2001(02):32-3.

[5]黄勇,王凯全.液化石油气爆炸范围和爆炸力的测定[J].中国安全生产科学技术,2005,I(6):63-65.

薛为阳.浅析可燃性气体爆炸及爆炸极限[J].计量与测试技术,2017,44(8):13-14.