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.doc

PAGE 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 第２１卷第３期２００６年９月 湖南科技大学学报（自然科学版） ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．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１，李革梅２ （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，以缩小表４，参９．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， 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［１，２］．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． 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：ＣｎＨｍＯλＦｆ （ｎ＋ｍ－ｆ－２λ）Ｏ２!ＣｎＨｍＯλＦｆ＋ （ｍ－ｆ）Ｈ２Ｏ＋ｆＨＦ．ｎＣＯ２＋ 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ＣＳ是： （１） 氢、氧和卤元素的式中的ｎ，ｍ，ｋ，ｆ分别表示碳、 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［３－５］，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． 数． ＣＳ＝ １００％）． （ｎ＋１＋４．７７３ （２） 式中的４．７７３是空气中氧的摩尔数０．２０９５的倒与１摩尔氧气完全燃烧的可燃性气体的浓度Ｃｓ则可简化为： 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 ＣＳ＝ 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［６］． 小氧气浓度： 收稿日期：２００６－０４－２８ 张增亮（１９７０－），男，山东寿光人，讲师，主要从事安全技术及工程的研究．作者简介： １００％）． （ｎ＋）１＋ （３） 在可燃性气体浓度为爆炸下限Ｌ时，此时即为最 １３ （ｎ＋ｍ－ｆ－２λ％）．ＭＯＣ＝Ｌ 表１烷烃的最小氧气浓度Ｔａｂ．１ＭＯＣｏｆｐａｒａｆｆｉｎ 物质甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷辛烷 （４） 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．如表表３所示．由于最小氧气浓度和爆炸下限具有一一２、 对应的关系，因此它也随之发生变化，表现为：当温度 按式（４）所计算的烷烃的最小氧气浓度见表１． Ｌ／％５．０３．０２．１１．８１．４１．２１．０５０．９５ ＭＯＣ／％１０１０．５１０．５１１．７１１．２１１．４１１．６１１．９ 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所列数据所示．这是因为当温度升高，反应物分子运动加剧；压力升高，反应物分子间距变小，相应地单位时间反应物分子碰撞机会都会增多，反应更容易进行，刚好维持反应所需要的氧即相应的最小氧气浓度变小．在下限附近变化幅度不明显是因为下限附近点的反应物分子运动较缓慢，相互碰撞机会都较少，即使改变压力温度反应物分子运动速度也不会有明显改变． （２）惰性气体的影响 若在可燃气体中加入惰性气体（如表２、表３所 表２ １大气压下加入不同配比的惰性气体时煤气的爆炸极限 ％）及所对应的最小氧气浓度（单位： Ｔａｂ．２ＬｏｗｅｒｅｘｐｌｏｓｉｏｎｌｉｍｉｔａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＭＯＣｏｆｃｏａｌｇａｓ ｗｈｅｎａｄｄｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｔｉｏｓｏｆｉｎｅｒｔｇａｓＵｎｄｅｒ１