爆炸极限计算方法

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:Anonontheexplosionlimitationofthepurelyorganicburninggasandthemixtur

爆炸极限计算

爆炸反应当量浓度、爆炸下限和上限、多种可燃气体混合物的爆炸极限计算方法如下： (1)爆炸反应当量浓度。爆炸性混合物中的可燃物质和助燃物质的浓度比例，在恰好能发生完全的化合反应时，则爆炸所析出的热量最多，所产生的压力也最大。实际的反应当量浓度稍高于计算的反应当量浓度，这是因为爆炸性混合物通常含有杂质。

可燃气体或蒸气分子式一般用CαHβOγ表示，设燃烧1mol气体所必需的氧摩尔数为n，则燃烧反应式可写成：

CαHβOγ+nO2→生成气体

按照标准空气中氧气浓度为20．9％，则可燃气体在空气中的化学当量浓度X(％)，可用下式表示：

可燃气体在氧气中的化学当量浓度为Xo(％)，可用下式表示：

也可根据完全燃烧所需的氧原子数2n的数值，从表1中直接查出可燃气体或蒸气在空气(或氧气)中的化学当量浓度。其中。

可燃气体（蒸气）在空气中和氧气中的化学当量浓度

(2)爆炸下限和爆炸上限。各种可燃气体和燃性液体蒸气的爆炸极限，可用专门仪器测定出来，或用经验公式估算。爆炸极限的估算值与实验值一般有些出入，其原因是在计算式中只考虑到混合物的组成，而无法考虑其他一系列因素的影响，但仍不失去参考价值。 1)根据完全燃烧反应

滑坡计算方法(极限平衡法)

6.3 极限平衡法

6.3.1 概述

6.3.2 简单（瑞典）条分法6.3.3 简化毕肖甫法6.3.4 Janbu法6.3.5 Spencer方法

6.3.6 Morgenstern-Price方法6.3.7 陈祖煜的通用条分法6.3.8 总结

6.3.9 孔隙水压力的考虑6.3.10 最小滑裂面的搜索

滑坡计算方法(极限平衡法)

6.3.1 概述

极限平衡法是建立在（刚体）极限状态时的静力平衡基础上；

不考虑变形协调条件与变形过程； 假设滑裂面（圆形或者任意）； 由于求解条件不足，需要一些假设；

滑坡计算方法(极限平衡法)

MR=∫0

s

其中

σn=σn(l)是未知函数

滑坡计算方法(极限平衡法)

x

Eq

图6－64

5n-2

y

方程数：静力平衡＋力矩平衡＝3n

滑动面上极限平衡条件＝n＝2(n-1)+(n-1) ＝3n-3滑动面上的力＝2n安全系数F

＝1

4n

未知数：条块间力＋水平力作用点位置

n

忽略土条体底部力Ni的作用

滑坡计算方法(极限平衡法)

Eiy

i

图6－65

安全系数定义：

ctg ce=tg e=

FF

条块底部：

τf=ce+σntg e

Ti=τf li=celi+Nitg e=ce xsecαi+Nitg e

极限平衡条件

滑坡计算方法(极限平衡法

1、爆炸反应当量浓度的计算

爆炸气体完全燃烧时，其化学理论体积分数可用来确定可燃物的爆炸下限，公式如下：

C =20.9/（0.209+n0） 爆炸下限（LEL）=0.55×C 爆炸上限（UEL）=4.8(C) ^0.5

C——爆炸性气体完全燃烧时的化学计量浓度； 0.55——常数；

20.9%——空气中氧体积分数；

n0——可燃气体完全燃烧时所需氧分子数。 例如：求丙烷的爆炸极限。 丙烷化学反应式：

一分子丙烷+五分子氧气→三分子二氧化碳+四分子水 丙烷（LEL）=0.55×C=2.21%

丙烷（UEL）=4.8(20.9/（0.209+5）)^0.5=9.62%

2、由分子中所含碳原子数估算爆炸极限 爆炸下限（LEL）=1/（0.1347n+0.04343） 爆炸上限（UEL）=1/(0.01337n+0.05151)

n——分子中所含碳原子数

3、 两种以上可燃气体组成的混合体系爆炸极限的计算 3.1、莱夏特尔定律

对于两种以上可燃气体混合体系，已知每种可燃气体的爆炸极限和所占空间体积分数，可根据莱夏特尔定律算出混合体系的爆炸极限。

（爆炸下限）LE

常见气体的爆炸极限 气体名化学分子式 下限(V/V) (体积分上限(V/V) (体积分称 乙烷 乙醇 乙烯 氢气 硫化氢 甲烷 甲醇 丙烷 甲苯 二甲苯 乙炔 氨气 苯 丁烷 丙烯 丙酮 苯乙烯 C2H6 C2H5OH C2H4 H2 H2S CH4 CH3OH C3H8 C6H5CH3 C2H2 NH3 C6H6 C4H10 C3H6 CH3COCH3 C6H5CHCH2 数) / % 3.0 3.4 2.8 4.0 4.3 5.0 5.5 2.2 1.2 1.5 15 1.2 1.9 12.5 2.4 2.3 1.1 数) / % 15.5 19 32 75 45 15 44 9.5 7 7.6 100 30.2 8 8.5 74 10.3 13 8.0 C6H5(CH3)2 1.0 一氧化碳 CO 爆炸极限计算方法：比较认可的计算方法有两种： 莱·夏特尔定律

对于两种或多种可燃蒸气混合物，如果已知每种可燃气的爆炸极限，那么根据莱·夏特尔定律，可以算出与空气相混合的气体的爆炸极限。用Pn表示一种可燃气在混合物中的体积分数，则：

LEL=（P1+P2+P3）/（P1/LEL1+P2/LEL2+P3/LEL3） （V%）

常见气体的爆炸极限 气体名化学分子式 下限(V/V) (体积分上限(V/V) (体积分称 乙烷 乙醇 乙烯 氢气 硫化氢 甲烷 甲醇 丙烷 甲苯 二甲苯 乙炔 氨气 苯 丁烷 丙烯 丙酮 苯乙烯 C2H6 C2H5OH C2H4 H2 H2S CH4 CH3OH C3H8 C6H5CH3 C2H2 NH3 C6H6 C4H10 C3H6 CH3COCH3 C6H5CHCH2 数) / % 3.0 3.4 2.8 4.0 4.3 5.0 5.5 2.2 1.2 1.5 15 1.2 1.9 12.5 2.4 2.3 1.1 数) / % 15.5 19 32 75 45 15 44 9.5 7 7.6 100 30.2 8 8.5 74 10.3 13 8.0 C6H5(CH3)2 1.0 一氧化碳 CO 爆炸极限计算方法：比较认可的计算方法有两种： 莱·夏特尔定律

对于两种或多种可燃蒸气混合物，如果已知每种可燃气的爆炸极限，那么根据莱·夏特尔定律，可以算出与空气相混合的气体的爆炸极限。用Pn表示一种可燃气在混合物中的体积分数，则：

LEL=（P1+P2+P3）/（P1/LEL1+P2/LEL2+P3/LEL3） （V%）

清洁验证残留限度的计算

根据GMP实施指南和相关要求，我们控制原料药（乙酰螺旋霉素）残留限度的计算依据如下：

计算方法：10ppm法、日剂量的千分之一、下批批量的0.1%（基于低毒性原料的杂质限度标准）

1、10ppm法：乙酰螺旋霉素批量为260kg，因残留物浓度最高为10*10-6，即10mg/kg，则残留物总量最大为：260*10*10-6=2600mg。则设备内表面残留物允许的限度为：

2600g?1000?100cm2?10%（保险系数）?70%（取样回收率） 残留限量A? 289.7m?10000＝20.31㎎/100㎝2

残留限度定为：20.31㎎/100㎝2/25ml=0.8124mg/ml

2、日剂量的千分之一：由于原料药生产清洁后用于生产药用辅料（醋酸钠），其为无活性物质，因此暂无法用此公式计算。

3、下批批量的0.1%（基于低毒性原料的杂质限度标准）

原料药（乙酰螺旋霉素）的最小批产量为260㎏，下批批量的0.1%，则乙酰螺旋霉素最大残留物为260g。

擦拭测试：擦拭面积以10㎝×10㎝的区域计 残留限量A?260g?1000?100cm2?10%（保险系数）?70%（取样回收率） 289.7m?10

什么是爆炸极限

(一)定义

可燃物质(可燃气体、蒸气、粉尘或纤维)与空气(氧气或氧化剂)均匀混合形成爆炸性混合物，其浓度达到一定的范围时，遇到明火或一定的引爆能量立即发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限(或爆炸浓度极限)。形成爆炸性混合物的最低浓度称为爆炸浓度下限，最高浓度称为爆炸浓度上限，爆炸浓度的上限、下限之间称为爆炸浓度范围。

可燃性混合物有一个发生燃烧和爆炸的浓度范围，即有一个最低浓度和最高浓度，混合物中的可燃物只有在其之间才会有燃爆危险。

可燃物质的爆炸极限受诸多因素的影响。如可燃气体的爆炸极限受温度、压力、氧含量、能量等影响，可燃粉尘的爆炸极限受分散度、湿度、温度和惰性粉尘等影响。 可燃气体和蒸气爆炸极限是以其在混合物中所占体积的百分比(％)来表示的，表5—3中一氧化碳与空气的混合物的爆炸极限为12．5％～80％。可燃粉尘的爆炸极限是以其在混合物中所占的比重(g／m3）来表示的，例如，木粉的爆炸下限为409／m3，煤粉的爆炸下限为359／m3可燃粉尘的爆炸上限，因为浓度太高，大多数场合都难以达到，一般很少涉及。例如，糖粉的爆炸上限为135009／m3，煤粉的爆炸上限为135009／m3

爆炸极限L=1/（Y1/L1 + Y2/L2 + Y3/L3）

其中：Y1、Y2、Y3代表混合物中组成

L1、L2、L3代有混合气体各组份相应的爆炸极限

求混合物爆炸下限（或上限）时，L1、L2、L3分别为各纯组份的爆炸下限（或下限）；

爆炸极限的计算

1 根据化学理论体积分数近似计算

爆炸气体完全燃烧时，其化学理论体积分数可用来确定链烷烃类的爆炸下限，公式如下：

L下≈0.55c0

式中 0.55——常数；

c0——爆炸气体完全燃烧时化学理论体积分数。若空气中氧体积分数按20.9%计，c0可用下式确定

c0=20.9/（0.209 n0）

式中 n0——可燃气体完全燃烧时所需氧分子数。

如甲烷燃烧时，其反应式为

CH4 2O2→CO2 2H2O

此时n0=2

则L下=0.55×20.9/（0.209 2）=5.2由此得甲烷爆炸下限计算值比实验值5%相差不超过10%。

2 对于两种或多种可燃气体或可燃蒸气混合物爆炸极限的计算

目前，比较认可的计算方法有两种：

2.1 莱?夏特尔定律

哈密南-郑州±800kV特高压直流输电线路工程 晋1标段施工项目部 1.放线牵张力计算

（1）模拟放线弧垂，选取控制档、放线模板K值。 （2）计算控制档水平张力： Tn? 式中：

w2 2KTn——控制档水平张力，t ；

w2——导线单位重量，t ； K——模板K值。 （3）计算张力机出口张力：

ε(εn0?1) T0?n[Tn?w2?h0]

0n0(ε?1)ε1 式中：

T0——张力机出口张力，t ；

n——放线段内滑车数；

n0——张力场与控制档间滑车数；

ε——滑车摩擦系数；

?h0——控制档与张力场累计高差，m，控高为“+”。

（4）计算初始牵引力：

ε(εn?1) p0?k0[NTε?w1?h] 0n(ε?1)n