有机可燃气体爆炸极限的推荐计算方法

有机可燃气体爆炸极限的推荐计算方法

第32卷第1期昆明理工大学学报(理工版)

2007年2月　JournalofKunmingUniversityofScienceandTechnology(ScienceandTechnology)Vol.32　No.1

　Feb.2007

有机可燃气体爆炸极限的推荐计算方法

刘彬

(公安消防部队昆明指挥学校,云南昆明650208)

摘要:提出一种利用氧气系数计算纯净有机可燃气体和由多种有机可燃气体组成的混合气体爆炸极限的计算方法,对目前常用的经验公式进行了整合与修正,简化了对混合气体爆炸极限的计算,也提供了对复杂组成的混合有机可燃气体爆炸极限的快速估算,估算结果与实测值能较好吻合.

关键词:可燃气体;爆炸极限;氧气系数;计算方法

中图分类号:X932文献标识码:A文章编号:1007-855X(2007)01-0119-06

RecommendedCalculatiofLimitationforis

IUin

(mofFireForce,Kunming650208,China)

Abstract:Anonontheexplosionlimitationofthepurelyorganicburninggasandthemixtureorganicburninggasesbyusingoxygencoefficient.Alsoitsystematizestheoldformulasincommonuse,andsimplifiesthecalculation,Atthesametime,itoffersthespeedcalculationfortheexplosionlimitationofcomplicatedorganicburninggas,whoseresultisfitforthepractice.Keywords:burninggas;explosionlimitation;oxygencoefficient;calculatingmethod

0引言

有机可燃气体(或蒸气)在空气中具有燃烧爆炸的危险,爆炸浓度极限是判断其爆炸危险性的一个重要参数.爆炸极限一般可采用传播法进行测定来计算:

X下限=

[3～5]

,也可用经验公式进行近似计算.

对于纯净有机可燃气体的爆炸极限,可通过1mol有机可燃气体完全燃烧所需氧原子的物质的量N

4.76(N-1)+1

%

4.76N+4

%(1)

X上限=(2)

而对于由多种有机可燃气体组成的混合气体的爆炸极限,则采用理-查特列(LeChatelier)法则来计算:

X=

V1V2Vn

++…X1X2Xn

%(3)

收稿日期:2006-02-22.

作者简介:刘彬(1975～),男,讲师.主要研究方向:消防燃烧学.E-mail:xfxxlb@

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式中,X为混合气体的爆炸极限;

X1,X2,…,Xn为各组分的爆炸极限;V1,V2,…,Vn为各组分的体积百分数.

目前常用的教科书中介绍的上述经验公式,能较好地适用以饱和烃为主的有机可燃气体爆炸极限的计算,但也存在以下一些问题:

1)计算爆炸下限和爆炸上限的经验公式:(1)式和(2)式表观上是孤立的,缺乏联系,通常只能靠机

械性记忆,往往导致混淆.

2)计算值与实测值之间有一定误差,尤其是爆炸上限的误差较大.

3)理-查特列法则的适用有限.对于已知各组分的爆炸极限和体积百分数的混合气体爆炸极限的计

算比较简便,直接将相关数值代入(3)式即可.但对于只知各组分体积百分数的混合气体爆炸极限的计算,首先得利用(1)式和(2)式分别计算出各组分的爆炸极限,才能利用(3)式计算出混合气体的爆炸极限.对于含有n种组分的混合气体,要经过2n+2个步骤的计算,,组分越多,计算就越烦琐.而对于复杂组成的混合有机可燃气体,.

在长期的教学实践中,针对这些问题作了专题研究,有机可燃气体完全燃烧所需的氧气系数A1,2,完全没有联系,其实不然.

用1mol(摩尔数)A替代(1)式和(2)式中的N,并进行一定的变形,可得:

X下限=

4.76(2A-1)+1

4.76

×100%(4)

X上限=

×100%

+1

(5)

2

而有机可燃气体在空气中完全燃烧的化学计量浓度为:

X0=

×100%

4.76A+1

(6)

对比(4)式,(5)式和(6)式,可以看出:

在化学计量浓度时,1mol的有机可燃气体完全燃烧需要Amol的氧气,因此需要4.76Amol的空气(空气中,氧气与空气之比约为21∶100≈1∶4.76);有机可燃气体处于爆炸下限时,氧气供给过量,为2A-1mol;有机可燃气体处于爆炸上限时,氧气供给不足,仅为

2

mol.

那么,1mol有机可燃气体分别处于爆炸下限和爆炸上限时,实际供给的氧气是否为(2A-1)和mol

2

呢?可根据其爆炸极限实测值进行验证(如表1).爆炸极限值与氧气供给K值符合K=关系.

将各类有机可燃气体爆炸极限时的氧气供给K值与对应的A值作图1～图4.

1-X()

的

4.76X(下限或上限)

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第1期　　　　　　　　　　　　刘彬:有机可燃气体爆炸极限的推荐计算方法

表1　常见有机可燃气体(或蒸气)的氧气供给值

Tab.1　Oxygenfigureofcommonorganicburninggas(orsteam)

121

可燃气体

甲烷

烷烃

乙烷丙烷

丁烷乙烯丙烯

1-丁烯1-戊烯

浓度

氧气供给/A

9.55.74.03.16.54.53.42.72.72.32.01.712.36.54.53.2.03.55.06.53.04.56.07.57.59.010.512.01.53.04.0

实测值氧气供给/K

5.03.02.11.63.12.01.61.41.41.21.00.856.02.1.7

4.06.89.812.96.610.312.914.814.817.320.24.3.3..912.1

实测值氧气供给/K

15.012.59.58.532.011.19.38.78.07.06...15.013.511.3

1.21.52.02.30.451.72.02.22.42.82.93.30.31.21.31.6

烯烃

芳香烃

苯

甲苯乙苯丙苯甲醇乙醇丙醇丁醇

醇类

从图1～,有机可燃气体爆炸下限时氧气供给K值较好地分散在K=2A曲线周围,爆炸上限时氧气供给K值较好地分散在K=

3

曲线周围.因此,计算有机可燃气体爆炸极限的公式应修正为:

X下限=

×100%

4.76×2A+1

4.76(7)

X上限=

×100%

+1

(8)

3

(8)式和(9)式还可进一步合并为:

有机可燃气体爆炸极限的推荐计算方法

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X(下限或上限)=

1

(9)

式中,α为空气(,1,爆炸下限时α=2,爆炸上限时a=.

3

2理-查特列法则成立的前提条件是假设n种处于爆炸极限的混合物互相混合后得到的复杂混合物仍然处于爆炸极限

[5]

.一种由n种有机可燃气体组成的混合气体,其各组分的体积百分数分别为V1,V2,…,

Vn,各组分完全燃烧所需要的氧气系数分别为A1,A2,…,An,则1mol体积的混合气体处于爆炸极限时所需

的空气体积应当为各组分处于爆炸极限时所需的空气体积之和,即:

ααααV空气=V空气1+V空气2…V空气n=4.76A1V1+4.76A2V2+…+4.76AnVn=4.76则混合气体的爆炸极限为:

X(下限或上限)=

∑AV

i

i

α4.76

∑

AiVi+1

i

i

×100%(10)

设1mol混合气体完全燃烧所需的氧气系数A混=

X(下限或上限)=

∑AV,则(10)式可表示为:

×100%

(11)

α4.76A混+1

3计算方法的特点

3.1统一了计算公式

从(6)～(9)式,(11)式可以看出:

1)无论是纯净气体还是混合气体爆炸极限的计算,无论是爆炸下限还是爆炸上限以及化学计量浓度

的计算,其计算公式在结构上都是完全一致的,便于记忆和理解掌握.

2)爆炸下限、爆炸上限以及化学计量浓度之间存在本质联系,区别仅仅是空气供给系数α的不同.化

学计量浓度时,空气供给为理论值,α=1;爆炸下限时,空气供给过量,α=2;爆炸上限时,空气供给不足,α=;空气供给系数α在～2范围内,有机可燃气体都可以发生爆炸.

33

有机可燃气体爆炸极限的推荐计算方法

第1期　　　　　　　　　　　　刘彬:有机可燃气体爆炸极限的推荐计算方法123

3.2减小了计算误差

通过对经验公式的修正,减小了计算误差,使计算值与实测值更加吻合(如表2).对修正前后的计算值进行比较,可以看出:

1)修正后的爆炸下限计算值较小,且与实测值更加吻合;

2)修正后的爆炸上限计算值较大,除甲烷、乙烷外,其余可燃气体修正后的计算值更加接近实测值;3.3简化了混合有机可燃气体爆炸极限的计算

对于已知各组分体积百分数的混合有机可燃气体爆炸极限的计算,只需先计算出混合气体的氧气系数A混,再根据(11)式即可直接计算出混合气体的爆炸极限.

表2　常见有机可燃气体(或蒸气)爆炸极限的修正值

Tab.2　Explosionlimitationamendingfigureofcommonorganicburninggas(orsteam)

可燃气体

甲烷

烷烃

乙烷

丙烷丁烷乙烯

烯烃

1-1-实测值

修正前修正后

5.06.55.0

3.02.11.61.1.41.41.21.00.856.03.32.31.7

3.42.31.61.91.51.51.221.040.919.54.02.61.9

2.9.642.31.71.41.41.150.990.876.53.42.31.7

实测值

修正后

.0.424.0

.58.532.011.19.38.78.07.06.86.044.015.013.511.3

7.86.112.38.56.55.35.34.53.83.421.98.56.55.3

15.311.28.817.412.39.57.87.86.55.75.029.612.39.57.8

苯

芸香烃

甲苯

乙苯丙苯甲醇乙醇丙醇丁醇

醇类

例如,已知某天然气的组成:CH4为88%,C3H8为7%,C4H10为5%,则该天然气的爆炸极限的计算为:

1)从表1可知,ACH4=2.0,AC3H8=5.0,AC4H10=6.5

则A混=∑AiVi=2.0×0.88+5.0×0.07+6.5×0.05=2.4352)将A混值代入(11)式可得:

X下限=X上限=

4.76×2×2.435+1

×100%≈4.1%×100%≈20.6%

4.76×2.435+1

3

3.4可以估算复杂组成的混合有机可燃气体的爆炸极限

对于复杂组成的混合气体,可先近似处理为纯净气体,求算出其A混,再根据(11)式估算出其爆炸极限值.

例如,液化石油气、汽油、煤油、柴油分别是含C3～4,C5～12,C9～16,C15～20的烃类混合物,其成分主要为烷

有机可燃气体爆炸极限的推荐计算方法

124昆明理工大学学报(理工版)　　　　　　　　　　　　　　第32卷

烃,同时含有少量的环烷烃、芳香烃及烯烃.则液化石油气、汽油、煤油、柴油可近似处理为平均分子式为C3.5H9,C8.5H19,C12.5H27,C17.5H37的烃类,其A混值分别为5.75,13.25,19.25,26.75,分别代入(11)式则可

估算出其爆炸极限值(如表3).

表3　常见混合有机可燃气体(或蒸气)的爆炸极限的估算值

Tab.3　Explosionlimitationestimationfigureofcommonmixtureorganicburninggas(orsteam)

可燃气体液化石油气

汽油

煤油柴油

爆炸下限/%

实测值

1.71.10.60.6

爆炸上限/%

估算值

1.80.80.50.4

实测值

9.77.08.06.5

估算值

9.94.53.22.3

从表3可以看出,液化石油气的爆炸下限和上限的估算值与实测值非常吻合,汽油、柴油的爆炸下限的估算值与实测值较好吻合,4结束语

本计算方法利用氧气系数A炸极限,(尤其是爆炸下限)计算值的准确度,也大大,,.与目前常用的经验公式相比,能更好地指导有机可燃气体爆炸极限的计算.参考文献:

[1]刘永基.消防燃烧原理[M].沈阳:辽宁人民出版社,1992.

[2]公安消防部队指挥学校统编试用教材.消防燃烧学[M].北京:群众出版社,1993.[3]伍作鹏.消防燃烧学[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.[4]杜文锋.消防燃烧学[M].北京:中国人民公安大学出版社,1997.[5]王海福,冯顺山.防爆学原理[M].北京:北京理工大学出版社,2004.

(上接第118页)

参考文献:

[1]庞皓.计量经济学[M].成都:西南财经大学出版社,2001:132-141.[2]分析家网站[EB/OL]..

[3]易丹辉.数据分析与Eviews应用[M].北京:中国统计出版社,2002:141-143.

[4]张晓峒.计量经济学软件EViews使用指南[M].天津:南开大学出版社,2003:248-251.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8zs4.html