爆炸濃度極限

可燃性氣體與空氣（或氧氣）必須在一定範圍內均勻混合，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濃度極限，簡稱爆炸極限。當可燃氣體濃度太低，沒有足夠燃料來維持燃燒爆炸；當可燃氣體濃度太高，沒有足夠氧氣維持燃燒。

基本介紹

• 中文名：爆炸濃度極限
• 外文名：explosion limits
• 簡稱：爆炸極限
• 適用範圍：可燃物質

釋義

可燃性氣體與空氣（或氧氣）必須在一定範圍內均勻混合，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濃度極限，簡稱爆炸極限。當可燃氣體濃度太低，沒有足夠燃料來維持燃燒爆炸；當可燃氣體濃度太高，沒有足夠氧氣維持燃燒。

燃燒爆炸原理

燃燒是可燃物質與助燃物質發生的一種發光發熱的氧化反應。可燃物質、助燃物質和火源是可燃物質燃燒的三個基本要素。如果火反應速度極快，在短時間內聚集大量的熱，則因高溫條件下產生的氣體和周圍氣體共同膨脹作用，使反應能量直接轉變為機械功，在壓力釋放的同時產生強光、熱和聲響，這就是所謂的爆炸。它與燃燒沒有本質區別，主要區別在於物質的反應速度，一定條件下，兩者可以相互轉化。

燃燒的連鎖反應理論認為很多燃燒反應不是直接進行的，而是通過游離基團和原子這些中間產物在瞬間進行的循環鏈式反應。活性分子自由基與另一個分子作用產生新的自由基，新自由基又迅速參加反應，如此延續下去形成一系列連鎖反應。該理論認為游離基的連鎖反應是火反應的實質，光和熱是火存在過程中的物理現象。

氣體爆炸範圍

下表列出了幾種常見的可燃氣體與空氣混合的爆炸極限範圍。

氣體名稱	化學分子式	下限（V/V）（體積; 分數）/%	上限（V/V）（體積; 分數）/%
氫氣	H2	4.0	75
硫化氫	H2S	4.3	45
甲烷	CH4	5.0	15
甲醇	CH3OH	5.5	44
氨氣	NH3	15	30.2
一氧化碳	CO	12.5	74

在一定的條件下，高濃度或者純的可燃氣體可以在空氣中安靜的燃燒，不會發生爆炸，也不會熄滅，這是因為燃燒反應是發生在氣體與空氣的接觸界面上，可燃氣體的燃燒通常是將可燃氣體按照一定的流速從出口釋放到空氣中進行燃燒反應的，接觸界面只有出口處的可燃氣體與空氣接觸，燃燒釋放的熱量相對較少，不會在短時間內聚集大量的熱而發生爆炸。

例如家用的天然氣只有爐頭氣體與空氣接觸，在接觸界面可以安靜的燃燒，產生的熱量相對較少。但如果把大量的天然氣釋放在屋裡，氣體的每個分子都與空氣相接觸，一遇明火就會瞬間全部燃燒，所以就會在“短時間”內積聚“大量的熱”，而產生大量的熱相對於屋子來說就是“有限的空間”了，三個條件都滿足，即會發生爆炸。

影響因素

爆炸極限不是一個固定的值，受外界各因素影響而變化。影響爆炸極限的因素主要有以下幾種。

初始溫度

爆炸性混合物的初始溫度越高，混合物分子內能增大，燃燒反應更容易進行，則爆炸極限範圍就越寬。所以，溫度升高使爆炸性混合物的危險性增加。下表列出了初始溫度對煤氣爆炸極限的影響。

物質	初始溫度/℃	L下/%	L上/%	物質	初始溫度/℃	L下/%	L上/%
煤氣	20	6.0	13.4	煤氣	400	4.00	14.7
	100	5.45	13.5		500	3.65	15.35
	200	5.05	13.8		600	3.35	16.40
	300	4.40	14.25		700	3.25	18.75

初始壓力

爆炸性混合物初始壓力對爆炸極限影響很大，一般爆炸性混合物初始壓力在增壓的情況下，爆炸極限範圍擴大。這是因為壓力增加，分子間碰撞幾率增加，燃燒反應更容易進行。下表列出了初始壓力對甲烷爆炸極限的影響。一般情況下，隨著初始壓力增大，爆炸上限明顯提高，在已知的可燃氣體中，只有一氧化碳是隨著初始壓力的增大，爆炸極限範圍縮小。

初始壓力/MPa	L下/%	L上/%	初始壓力/MPa	L下/%	L上/%
0.1013	5.6	14.3	5.605	5.4	29.4
1.013	5.9	17.2	12.66	5.7	45.7

容器材質尺寸

實驗表明，容器管道直徑越小，爆炸極限範圍越小。對於同一可燃物質，管徑越小，火焰蔓延速度越小。當管徑小到一定程度時，火焰便不能通過。這一間距稱作最大滅火間距，亦稱作臨界直徑。當管徑小於最大滅火間距時，火焰便不能通過而被熄滅。

容器大小對爆炸極限的影響也可以從器壁效應得到解釋。燃燒是自由基進行一系列連鎖反應的結果。只有自由基的產生數大於消失數時，燃燒才能繼續進行。隨著管道直徑的減小，自由基與器壁碰撞被吸附的幾率增加，有礙於新自由基的產生。當管道直徑小於一定程度時，自由基消失數大於產生數，燃燒便不能繼續進行。

容器材質對爆炸極限也有很大影響。如氫和氟在玻璃器皿中混合，即使在液態空氣溫度下，置於黑暗中也會產生爆炸。而在銀制器皿中，在一般溫度下才會發生反應。

惰性介質

爆炸性混合氣體中，隨著惰性介質含量的增加，爆炸極限範圍縮小。當惰性氣體含量增加到某一值時，爆炸不再發生。在一般情況下，爆炸性混合物中惰性氣體含量增加，對其爆炸上限的影響比對爆炸下限的影響更為顯著。這是因為在爆炸性混合物中，隨著惰性氣體含量的增加氧的含量相對減少，而在爆炸上限濃度下氧的含量本來就很小，顧惰性氣體含量稍微增加一點，即使爆炸上限劇烈下降。

檢測器

為了防止可燃氣體爆炸帶來財產損失和人員傷亡，需要在可燃氣體可能的泄漏點設定相應的可燃氣體檢測器，隨時監測區域內可燃氣體濃度，並且當可燃氣體濃度達到限值時發生警報，這個報警限值就是根據可燃氣體的爆炸極限設定的。

在《石油化工企業可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規範》中對可燃氣體檢測器報警設定值做了下列規定：

1） 可燃氣體的一級報警設定值≤25%LEL（爆炸下限）；

2） 可燃氣體的二級報警設定值≤50%LEL。

當在某區域內可能泄露的氣體中含有兩種或者兩種以上可燃氣體時，不可能針對每種可燃氣體設定檢測器。這種情況下，只需要根據混合氣體中各可燃氣體的體積分數計算出泄露過程中哪種組分先達到報警限值（25%LEL），就設定該組分氣體的可燃氣體檢測器，並設定相應的報警限值。