爆炸極限

爆炸極限

可燃物質（可燃氣體、蒸氣和粉塵）與空氣（或氧氣）必須在一定的濃度範圍內均勻混合，形成預混氣，遇著火源才會發生爆炸，這個濃度範圍稱為爆炸極限，或爆炸濃度極限。

可燃性混合物的爆炸極限有爆炸（著火）下限和爆炸(著火）上限之分：分別稱為爆炸下限和爆炸上限。上限指的是可燃性混合物能夠發生爆炸的高濃度。在高於爆炸上限時，空氣不足，導致火焰不能蔓延不會爆炸，但能燃燒。下限指的是可燃性混合物能夠發生爆炸的低濃度。由於可燃物濃度不夠，過量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延，因此在低於爆炸下限時不爆炸也不著火。

在日常生活和化工生產中，為了降低爆炸濃度極限，可以加入惰性氣體或其他不易燃的氣體來降低濃度或者在排放氣體前，或者以滌氣器、吸附法來清除可爆的氣體。

基本介紹

  • 中文名：爆炸極限
  • 外文名：explosion limits
  • 別稱：爆炸濃度極限
  • 適用範圍：可燃物質
  • 方法：完全燃燒反應方程式計算濃度比例
爆炸極限的表示,方法,數值,影響的因素,危害,安全措施,限度表,引補註,

爆炸極限的表示

方法

點燃在空氣中的氣體，氣體可能會引爆，或者會很快停止。是哪個情況，是由氣體在空氣中的濃度來決定的。當氣體濃度太低，沒有足夠燃料來維持爆炸；當氣體濃度太高，沒有足夠氧氣燃燒。氣體只有在兩個濃度之間才可能引爆，這兩個濃度稱為爆炸下限（LEL）、爆炸上限（UEL），慣以百分比表示。它們是氣體的爆炸極限（又稱爆炸界限）。氣體或蒸汽爆炸極限是以可燃性物質在混合物中所占體積的百分比（%）來表示的，如氫與空氣混合物的爆炸極限為4%～75%。可燃粉塵的爆炸極限是以可燃性物質在混合物中所占體積的質量比g/m1來表示的，例如鋁粉的爆炸極限為40g/m1。
爆炸反應當量濃度、爆炸下限和上限、多種可燃氣體混合物的爆炸極限計算方法如下：
（1）爆炸反應當量濃度
爆炸性混合物中的可燃物質和助燃物質的濃度比例，在恰好能發生完全的化合反應時，則爆炸所析出的熱量最多，所產生的壓力也最大。實際的反應當量濃度稍高於計算的反應當量濃度，這是因為爆炸性混合物通常含有雜質。
可燃氣體或蒸氣分子式一般用CαHβOγ表示，設燃燒1mol氣體所必需的氧摩爾數為n，則燃燒反應式可寫成：
CαHβOγ+nO2→生成氣體
按照標準空氣中氧氣濃度為20．9%，則可燃氣體在空氣中的化學當量濃度X（%），可用下式表示：
可燃氣體在氧氣中的化學當量濃度為Xo（%），可用下式表示：
也可根據完全燃燒所需的氧原子數2n的數值，從表1中直接查出可燃氣體或蒸氣在空氣（或氧氣）中的化學當量濃度。其中可燃氣體（蒸氣）在空氣中和氧氣中的化學當量濃度。
（2）爆炸下限和爆炸上限
各種可燃氣體和燃性液體蒸氣的爆炸極限，可用專門儀器測定出來，或用經驗公式估算。爆炸極限的估算值與實驗值一般有些出入，其原因是在計算式中只考慮到混合物的組成，而無法考慮其他一系列因素的影響，但仍不失去參考價值。
1）根據完全燃燒反應所需的氧原子數估算有機物的爆炸下限和上限，其經驗公式如下。
爆炸下限公式：
（體積）
爆炸上限公式：
（體積）
式中 L下——可燃性混合物爆炸下限；
L上——可燃性混合物爆炸上限；
n——1mol可燃氣體完全燃燒所需的氧原子數。
某些有機物爆炸上限和下限估算值與實驗值比較如表2：
表2 石蠟烴的化學計量濃度及其爆炸極限計算值與實驗值的比較
從表中所列數值可以看出，實驗所得與計算的值有一定差別，但採用安全係數後，在實際生產工作中仍可供參考。
2）根據化學當量濃度計算爆炸極限和爆炸性混合氣完全燃燒時的化學當量濃度，可以估算有機物的爆炸下限和上限。計算公式如下：
此計算公式用於鏈烷烴類，其計算值與實驗值比較，誤差不超過10%。例如甲烷爆炸極限的實驗值為5%～15%，與計算值非常接近。但用以估算H2、C2H2以及含N2、Cl2等可燃氣體時，出入較大，不可套用。
（3）多種可燃氣體組成混合物的爆炸極限。
由多種可燃氣體組成爆炸混合氣的爆炸極限，可根據各組分的爆炸極限進行估算，其計算公式如下：
式中 Lm——爆炸性混合氣的爆炸極限（%）；
L1、L2、L3、Ln——組成混合氣各組分的爆炸極限（%）；
V1、V2、V3、…Vn——各組分在混合氣中的濃度（%）。
V1+V2+V3+…Vn=100
該公式用於煤氣、水煤氣、天然氣等混合氣爆炸極限的計算比較準確，而對於氫與乙烯、氫與硫化氫、甲烷與硫化氫等混合氣及二硫化碳的混合氣體，則計算的誤差較大，不得套用。
——摘自《安全科學技術百科全書》（中國勞動社會保障出版社，2003年6月出版）

數值

可燃性蒸氣的爆炸極限值是由可燃液體表面產生的蒸氣濃度決定的。對於可燃液體而言，爆炸下限濃度對應的閃點溫度又可以稱為爆炸下限溫度；爆炸上限濃度對應的液體溫度又可以稱為爆炸上限溫度。

影響的因素

混合系的組分不同，爆炸極限也不同。同一混合系，由於初始溫度、系統壓力、惰性介質含量、混合系存在空間及器壁材質以及點火能量的大小等的都能使爆炸極限發生變化。
一般規律是：混合系原始溫度升高，則爆炸極限範圍增大，即下限降低、上限升高。因為系統溫度升高，分子內能增加，使原來不燃的混合物成為可燃、可爆系統。系統壓力增大，爆炸極限範圍也擴大，這是由於系統壓力增高，使分子間距離更為接近，碰撞幾率增高，使燃燒反應更易進行。壓力降低，則爆炸極限範圍縮小；當壓力降至一定值時，其上限與下限重合，此時對應的壓力稱為混合系的臨界壓力。壓力降至臨界壓力以下，系統便不成為爆炸系統（個彆氣體有反常現象）。混合系中所含惰性氣體量增加，爆炸極限範圍縮小，惰性氣體濃度提高到某一數值，混合系就不能爆炸。容器、管子直徑越小，則爆炸範圍就越小。當管徑（火焰通道）小到一定程度時，單位體積火焰所對應的固體冷卻表面散出的熱量就會大於產生的熱量，火焰便會中斷熄滅。火焰不能傳播的最大管徑稱為該混合系的臨界直徑。點火能的強度高、熱表面的面積大、點火源與混合物的接觸時間不等都會使爆炸極限擴大。除上述因素外，混合系接觸的封閉外殼的材質、機械雜質、光照、表面活性物質等都可能影響到爆炸極限範圍。

危害

可燃性混合物的爆炸極限範圍越寬、爆炸下限越低和爆炸上限越高時，其爆炸危險性越大。這是因為爆炸極限越寬則出現爆炸條件的機會就多；爆炸下限越低則可燃物稍有泄漏就會形成爆炸條件；爆炸上限越高則有少量空氣滲入容器，就能與容器內的可燃物混合形成爆炸條件。應當指出，可燃性混合物的濃度高於爆炸上限時，雖然不會著火和爆炸，但當它從容器或管道里逸出，重新接觸空氣時卻能燃燒，仍有發生著火的危險。

安全措施

（1）加入惰性氣體或其他不易燃的氣體來降低濃度。
（2）在排放氣體前，可以以滌氣器、吸附法來清除可爆的氣體。

限度表

常見物質的爆炸限度
濃度單位為空氣的體積百分比。
Class IA 液體 （閃點低於 73°F （22.8°C）;沸點低於 100°F （37.8°C） 是為NFPA 704 燃燒速度 4
Classes IB （閃點低於 73°F （22.8°C）; 沸點大於等於 100°F （37.8°C）） 與 IC液體 （閃點大於等於 73°F （22.8°C） , 但小於 100°F （37.8°C）） 是為NFPA 704 燃燒速度 3
Classes II （閃點大於等於 100°F （37.8°C）, 但小於 140°F）與 IIIA 液體 （閃點大於等於140°F （60°C）, 但小於200°F （93.3°C）） 是為NFPA 704 燃燒速度 2
Class IIIB液體 （閃點大於等於 200°F （93.3°C） 是為NFPA 704 燃燒速度1
物質最小爆炸限度 （LFL/LEL） %空氣體積百分比最大爆炸限度 （UFL/UEL） %空氣體積百分比NFPA分級閃點最小點燃能量mJ
空氣體積百分比		自燃
溫度
乙醛
4.0
57.0
IA
-39°C
0.37
175°C
乙酸（冰醋酸）
4
19.9
II
39°C to 43°C
463°C
醋酸酐
II
54°C
丙酮
2.6 - 3
12.8 - 13
IB
-17°C
1.15 @ 4.5%
465°C, 485°C[1]
乙腈
IB
2°C
524°C
一氯乙烷
7.3
19
IB
5°C
390°C
乙烯
2.5
82
IA
-18°C
0.017 @ 8.5% （在純氧中為0.0002 @ 40%）
305°C
丙烯醛
2.8
31
IB
-26°C
0.13
丙烯腈
3.0
17.0
IB
0°C
0.16 @ 9.0%
3-氯丙烯
2.9
11.1
IB
-32 °C
0.77
氨氣
15.7
27.4
IIIB
11°C
680
651°C
砷
4.5 - 5.1[2]
78
IA
可燃氣體
苯
1.2
7.8
IB
-11°C
0.2 @ 4.7%
560°C
1,3-二烯丁烷
2.0
12
IA
-85°C
0.13 @ 5.2%
丁烷,正丁烷
1.6
8.4
IA
-60°C
0.25 @ 4.7%
420 - 500°C
乙酸正丁酯
1 - 1.7[1]
8 - 15
IB
24°C
370°C
丁醇,
1
11
IC
29°C
正丁醇
1.4[1]
11.2
IC
35°C
340°C
正丁基氯,1-氯丁烷
1.8
10.1
IB
-6°C
1.24
正丁基硫醇
1.4[3]
10.2
IB
2°C
225°C
甲基丁基酮,2-己酮
1[4]
8
IC
25°C
423°C
丁烯,1-丁烯
1.98[2]
9.65
IA
-80°C
二氧化硫
1.0
50.0
IB
-30°C
0.009 @ 7.8%
90°C
一氧化碳
12[2]
75
IA
-191°C 可燃氣體
609°C
一氧化氯
IA
可燃氣體
1-氯-1,1-二氟乙烷
6.2
17.9
IA
-65°C 可燃氣體
氰氣
6.0 - 6.6[5]
32 - 42.6
IA
可燃氣體
環丁烷
1.8
11.1
IA
-63.9°C[6]
426.7°C
環己烷
1.3
7.8 - 8
IB
-18°C - -20°C[7]
0.22 @ 3.8%
245°C
環己醇
1
9
IIIA
68°C
300°C
環己酮
1 - 1.1
9 - 9.4
II
43.9 - 44°C
420°C[8]
茂[9]
IB
0°C
0.67
640°C
環戊烷
1.5 - 2
9.4
IB
- 37 to -38.9°C[10][11]
0.54
361°C
環丙烷
2.4
10.4
IA
-94.4°C[12]
0.17 @ 6.3%
498°C
癸烷
0.8
5.4
II
46.1°C
210°C
二硼烷
0.8
88
IA
-90°C Flammable gas[13]
38°C
鄰二氯苯
2[14]
9
IIIA
65°C
648°C
1,1-二氯乙烷
6
11
IB
14°C
1,2-二氯乙烷
6
16
IB
13°C
413°C
1,1-二氯乙烯
6.5
15.5
IA
-10°C 可燃氣體
一氟二氯甲烷
54.7
不可燃[15]-36.1°C[16]
552°C
二氯甲烷
16
66
不可燃
二氯矽烷
4 - 4.7
96
IA
-28 °C
0.015
柴油
0.6
7.5
IIIA
>62°C （143°F）
210°C
二乙醇胺
2
13
IB
169°C
乙二胺
1.8
10.1
IB
-23°C to -26°C
312°C
二乙基二硫
1.2
II
38.9°C[17]
二乙基醚
1.9 - 2
36 - 48
IA
-45°C
0.19 @ 5.1%
160 - 170°C
二乙基硫
IB
-10°C[18]
1,1-二氟乙烷
3.7
18
IA
-81.1°C[19]
1,1-二氟乙烯
5.5
21.3
-126.1°C[20]
二異丁基酮
1
6
49°C
二異丁基醚
1
21
IB
-28°C
二甲基醚
2.8
14.4
IA
可燃氣體
1,1-二甲基肼
IB
二甲基硫
IA
-49°C
二甲基亞碸
2.6 - 3
42
IIIB
88 - 95°C
215°C
1,4-二惡烷,戴奧辛
2
22
IB
12°C
1-環氧-3-氯丙烷
4
21
31°C
乙烷
3[2]
12 - 12.4
IA
可燃氣體 -135 °C
515°C
乙醇、酒精
3 - 3.3
19
IB
12.8°C （55°F）
365°C
乙二醇單乙醚
3
18
43°C
2-乙基單乙醚乙酸
2
8
56°C
乙酸乙脂
2
12
IA
-4°C
460°C
乙胺
3.5
14
IA
-17 °C
乙苯
1.0
7.1
15-20 °C
乙烯
2.7
36
IA
0.07
490°C
乙二醇
3
22
111°C
環氧乙烯
3
100
IA
−20 °C
一氯乙烷
3.8[2]
15.4
IA
−50°C
乙基硫醇
IA
燃料油No.1
0.7[2]
5
呋喃
2
14
IA
-36°C
汽油（100辛烷值）
1.4
7.6
IB
< −40°C （−40°F）
246 - 280°C
甘油
3
19
199°C
庚烷
1.05
6.7
-4°C
0.24 @ 3.4%
204 - 215°C
正己烷
1.1
7.5
-22°C
0.24 @ 3.8%
225°C, 233°C[1]
氫氣
4/17[21]
75/56
IA
可燃氣體
0.016 @ 28%（純氧中是0.0012）
500 - 571°C
硫化氫
4.3
46
IA
可燃氣體
0.068
異丁烷
1.8[2]
9.6
IA
可燃氣體
462°C
異丁醇
2
11
28°C
異弗爾酮
1
4
84°C
異丙醇
2[2]
12
IB
12°C
398 - 399°C; 425°C[1]
異丙基氯
IA
煤油Jet A-1
0.6 - 0.7
4.9 - 5
II
>38°C （100°F） as jet fuel
210°C
氫化鋰
IA
二巰基乙醇
IIIA
甲烷（天然氣）
4.4 - 5
15 - 17
IA
可燃氣體
0.21 @ 8.5%
580°C
乙酸甲脂
3
16
-10°C
甲醇
6 - 6.7[2]
36
IB
11°C
385°C; 455°C[1]
甲胺
IA
8°C
一氯甲烷
10.7[2]
17.4
IA
-46 °C
二甲基醚
IA
−41 °C
甲基乙基醚
IA
甲乙酮
1.8[2]
10
IB
-6°C
505 - 515°C[1]
甲酸甲脂
IA
甲硫醇
3.9
21.8
IA
-53°C
石腦油
0.7[1]
6.5
38-43°C
258°C
嗎啉
1.8
10.8
IC
31 - 37.7°C
310°C
萘
0.9[2]
5.9
IIIA
79 - 87 °C
[[新己烷]
1.19[2]
7.58
−29 °C
425°C
四羰基鎳
2
34
4 °C
60 °C
硝基苯
2
9
IIIA
88°C
硝基甲烷
7.3
22.2
35°C
379°C
辛烷
1
7
13°C
異辛烷
0.79
5.94
戊烷
1.5
7.8
IA
-40 to -49°C
as2-Pentane0.18 @ 4.4%
260°C
正戊烷
1.4
7.8
IA
0.28 @ 3.3%
異戊烷
1.32[2]
9.16
IA
420°C
磷化氫
IA
丙烷
2.1
9.5 - 10.1
IA
可燃氣體
0.25 @ 5.2% （in pure oxygen 0.0021）
480°C
乙酸丙脂
2
8
13°C
丙烯
2.0
11.1
IA
-108°C
0.28
458°C
環氧丙烷
2.3
36
IA
吡啶
2
12
20
矽烷
1.5[2]
98
IA
<21°C
苯乙烯
1.1
6.1
IB
31 - 32.2°C
490°C
四氟乙烯
IA
四氫呋喃
2
12
IB
-14°C
321°C
甲苯
1.2 -1.27
6.75 - 7.1
IB
4.4°C
0.24 @ 4.1%
480°C; 535°C[1]
三乙基硼烷
-20°C
-20°C
三甲基胺
IA
可燃氣體
三硝基苯
IA
松節油
0.8[22]
IC
35°C
植物油
IIIB
327°C （620°F）
乙酸乙烯脂
2.6
13.4
−8 °C
氯乙烯
3.6
33
二甲苯
0.9 - 1.0
6.7 - 7.0
IC
27 - 32°C
0.2
間二甲苯
1.1[1]
7
IC
25°C
525°C
鄰二甲苯
IC
17 °C
對二甲苯
1.0
6.0
IC
27.2°C
530°C
數據表
常用可燃氣體爆炸極限數據表（LEL/UEL及毒性）
物質名稱
分子式
爆炸濃度（V%）
毒性
下限 LEL
上限 UEL
甲烷
CH4
5
15
——
乙烷
C2H6
3
15.5
丙烷
C3H8
2.1
9.5
丁烷
C4H10
1.9
8.5
戊烷（液體）
C5H12
1.4
7.8
己烷（液體）
C6H14
1.1
7.5
庚烷（液體）
CH3(CH2)5CH3
1.1
6.7
辛烷（液體）
C8H18
1
6.5
乙烯
C2H4
2.7
36
丙烯
C3H6
2
11.1
丁烯
C4H8
1.6
10
丁二烯
C4H6
2
12
低毒
乙炔
C2H2
2.5
100
環丙烷
C3H6
2.4
10.4
煤油（液體）
C10-C16
0.6
5
城市煤氣
4
液化石油氣
1
12
汽油（液體）
C4-C12
1.1
5.9
松節油（液體）
C10H16
0.8
苯（液體）
C6H6
1.3
7.1
中等
甲苯
C6H5CH3
1.2
7.1
低毒
氯乙烷
C2H5Cl
3.8
15.4
中等
氯乙烯
C2H3Cl
3.6
33
氯丙烯
C3H5Cl
2.9
11.2
中等
1.2 二氯乙烷
ClCH2CH2Cl
6.2
16
高毒
四氯化碳
CCl4
輕微麻醉
三氯甲烷
CHCl3
中等
環氧乙烷
C2H4O
3
100
中等
甲胺
CH3NH2
4.9
20.1
中等
乙胺
CH3CH2NH2
3.5
14
中等
苯胺
C6H5NH2
1.3
11
高毒
二甲胺
(CH3)2NH
2.8
14.4
中等
乙二胺
H2NCH2CH2NH2
低毒
甲醇（液體）
CH3OH
6.7
36
乙醇（液體）
C2H5OH
3.3
19
正丁醇（液體）
C4H9OH
1.4
11.2
甲醛
HCHO
7
73
乙醛
C2H4O
4
60
丙醛（液體）
C2H5CHO
2.9
17
乙酸甲酯
CH3COOCH3
3.1
16
乙酸
CH3COOH
5.4
16
低毒
乙酸乙酯
CH3COOC2H5
2.2
11
丙酮
C3H6O
2.6
12.8
丁酮
C4H8O
1.8
10
氰化氫 （ 氫氰酸 ）
HCN
5.6
40
劇毒
丙烯氰
C3H3N
2.8
28
高毒
氯氣
Cl2
刺激
氯化氫
HCl
氨氣
NH3
15.7
27.4
濃度低時具有神經毒作用；濃度過大時導致呼吸道蛋白質變性、窒息
硫化氫
H2S
4.3
45.5
神經
二氧化硫
SO2
中等
二硫化碳
CS2
1.3
50
臭氧
O3
刺激
一氧化碳
CO
12.5
74.2
劇毒
氫
H2
4
74.5
本表數值來源基本上以《 SH3063-1999 石油化工企業可燃氣體和有毒氣體檢測報警器設計規範》為主，並與《常用化學危險品安全手冊》進行了對照和補充。

引補註

1.由於百度無法顯示圖片，因此請需要了解爆炸極限計算方法的同學根據參考資料來了解。
2.爆炸極限範圍以外，不會發生爆炸。

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