可燃气体（液体蒸气）的最小氧浓度的估算及影响因素研究.doc

可燃气体（液体蒸气）的最小氧浓度的估算及影响因素研究 第2l卷第3期湖南科技大学(自然科学版) 2006年9月JournalofHunanUniversityofScienceamp;Technology(NaturalScienceEdition) V0I.2lNo.3 Sept.2006 可燃气体(液体蒸气)的最小氧浓度的估算及影响因素研究 张增亮,李草梅 (1湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南湘潭411201;2湖南科技大学信息与电气工程学院,湖南湘潭411201) 摘要:最小氧气浓度是可燃气体和液体蒸气的重要安全参数之一对最小氧气浓度的理论计算方法进行了研究,同时对最小 氧气浓度的影响因素进行了分析探讨,得出它要受到温度,压力和惰性气体等因素的影响.阐明了最小氧气浓度与爆炸下限是一 一 对应的关系;使用理论计算值应注意附加一定的安全系数;可通过减少反应中氧浓度,降压,降温,加入惰性气体等办法.以缩小 爆炸极限范围,增大最小氧气浓度.从而将其控制在爆炸范围之外.图1.表4,参9. 关键词:可燃气体;液体蒸气;最小氧气浓度;爆炸极限;影响因素 中图分类号:TQ620文献标识码:A文章编号:1672—9102(2006)03—0013—03 可燃气体(液体蒸气)发生燃烧和爆炸的三个基 本因素是火源,氧气和可燃气体(液体蒸气)本身的存 在【l2】.即燃烧爆炸,不仅需要高于爆炸上限的可燃气 浓度和达到最小点火能以上能量值的火源,还需要一 个重要条件:可燃气与氧气适当的配合比例,即可燃 气与氧气混合气中,氧含量达到最小氧气浓度以上.因 此,相应地要控制燃烧爆炸事故的发生,就必须可燃 混合气体中的氧含量控制在最小氧气浓度以下. 目前,国内外对可燃气体的研究报道并不太多. CarsonPA和MamfordCJ以及万成略和汪莉对焦炉 煤气,可燃气体的最小氧气浓度的取值等方面进行了 探讨[3-51,但对最小氧气浓度影响因素方面的探讨尚无 报道.鉴于此,作者通过对十氢萘和煤气等做了大量 爆炸实验,对此进行了探讨,开创了国内研究之先河. 笔者认为本研究的创新思想将对安全工作发挥有力 的指导作用. 1最小氧气浓度的理论计算 最小氧气浓度是指处于爆炸下限浓度(L)的可燃 物刚好完全反应所需要的临界氧含量,即为爆炸与不 爆的临界点旧. 1.1化学计算法 在某一可燃性混合气体中,可燃性组分可看作一 特殊化合物,分子式为:c.H.oF, cHOF,+(n+_~-.f 4 - 2a. )O2 nCO2+()H20+F.(1) 式中的,分别表示碳,氢,氧和卤元素的 原子数. 理论上,与1摩尔空气完全燃烧的可燃性气体的 浓度C是: Cs=lo + o 二 (%).(2)——一——,.Z, 1+4.773(+) 式中的4.773是空气中氧的摩尔数0.2095的倒 数. 与1摩尔氧气完全燃烧的可燃性气体的浓度 则可简化为: CS=:一(%).(3)…一一—一.Lj 1+(n+;n-./-2_a～) 在可燃性气体浓度为爆炸下限L时,此时即为最 小氧气浓度: 收稿日期:2006—04—28 作者简介:张增亮(1970一),男,山东寿光人,讲师,主要从事安全技术及工程的研究 I3 MOC:L(肘)(%).(4) 按式(4)所计算的烷烃的最小氧气浓度见表1 表1烷烃的最小氧气浓度 Tab.1MOCofparaffin 对大多数石油产物而言,最小氧气浓度为10%一 11%.用式(4)计算的烷烃的最小氧气浓度为10%一 12%,而偏高于实验测定值.其原因是:燃烧和爆炸反 应不一定是完全的化学反应. 1.2作图法 作图法的理论根据是爆炸范围三角线图.具体制 作过程如下: 首先,画一个等边三角形,顶点F,0,N分别表示 为可燃性气体,氧气和氮气.然后,画出空气线,在 0边上取可燃性气体在氧气中的爆炸上限和爆 炸下限L,在线上取可燃性气体在空气中的爆炸 上限(,1和爆炸下限L,连接和,再连接L:和, 将两线段延长成三角形,过顶点作平行的切线即 最小氧气浓度(见图1) DAN 图1作图法 Cartographicmethod 由以上最小氧气浓度的定义分析知,最小氧气浓 度和爆炸下限具有一一对应的关系,因此可通过对比 分析的方法,得出最小氧气浓度的影响因素. (1)温度和压力的影响 温度和压力等物理因素对爆炸极限有影响,同样 14 对最小氧气浓度也有影响.当温度和压力升高时,爆 炸下限下降,但在下限附近下降幅度不明显;反之,爆 炸下限上升,但在下限附近上升幅度也不明显.如表 2,表3所示.由于最小氧气浓度和爆炸下限具有一一 对应的关系,因此它也随之发生变化,表现为:当温度 和压力升高时,最小氧气浓度相对各自原来的值变 小,但在下限附近下降幅度不大;反之则都较原值变 大.如表2,表3