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可燃性气体基本知识

2015-11-25 14:14  点击数: 1223

来源: 暂无
  可燃性气体是在石油化工、化工以及煤矿等行业随时可能遇到的有害气体。最为常见的可燃气体就是烷烃类气体,比如甲烷(瓦斯)、丙烷等等,当然,像苯、一氧化碳、氨气等其它有机、无机气体在一定浓度范围内也可称为可燃气的一种,但因为它们同时具有着很大的毒性,在其浓度在达到爆炸限度之前就会对现场工作人员健康和生命构成危害,因此,我们更多地把这些气体看成是有毒气体,而不是单纯地作为可燃气体来检测。例如,城市生活中常常用到的煤气,其主要组成是一氧化碳,如果仅从加热的角度,它是不折不扣的可燃气体,但是一氧化碳在空气中积累到一个极小的浓度后(比如千分之一的体积浓度后)就足以致人死地,此时,如果仅将一氧化碳看成是可燃气体是远远不够的,因为一旦一氧化碳泄露在环境中,在没有发生爆炸之前,就会发生人员中毒的的危险,比如煤气中毒。

  由于可燃性气体和有毒气体的性能和危害的认定不同,其测量方法也截然不同,我们将在下一章中更加详细地阐述有毒气体的危害和检测方法。

  图1 火四边形

  可燃气的爆炸范围和爆炸极限

  可燃性气体可能发生燃烧(即,在点燃后,火焰会从燃点开始扩散)和爆炸时的周围环境必须符合四个条件:适量的氧气、适量的燃气、火源以及足够的分子能量维持火链反应。这四个条件一并被称为“火四边体”(图1)。如果这四个其中的任何一个没有或不足,燃烧都不可能发生。

  在火四边形的其它条件满足后,任何一种气体或蒸气都存在一个特定的最小体积浓度,只有在此体积浓度之上的气体或蒸气同空气或氧混合才可能发生燃烧核爆炸。

  我们将空气混合物中可燃气可能被点燃而后爆炸的最低体积浓度为爆炸下限LEL(Lower Explosive Limit)。不同的可燃物有不同的LEL,低于LEL的气体或蒸气,由于对氧气的比例太低,不可能发生燃烧和爆炸。

  图2 LEL和UEL

  大多数(不是全部)的可燃气体或蒸气还具有一个高限体积浓度,在此浓度值之上,可燃性气体也不会发生爆炸。称为爆炸上限(UEL: Upper Explosive Limit)高于UEL时,因为蒸气或气体同氧气的浓度比例太大,或者说由于氧气不足,以至于无法反应使燃烧扩散,也不会发生爆炸和燃烧。

  在LFL/LEL和UFL/UEL之间的差值就是可以燃烧的浓度区间。如果符合了燃烧四边形的条件,在此浓度范围内的可燃气体或蒸气就会发生燃烧(表1)。

  表1 一些常见物质的燃烧限度:

  (引自:石油化工原料与产品安全手册,中国石化出版社,1996)

  需要注意的是:此表所列出的燃烧限度都是在标准大气中氧的浓度和温度压力条件下得到的数据。任何情况下,氧气富裕都会导致对燃烧过程的加速而使得燃烧限度范围发生改变。

  另外,各种出处的LEL和UEL值可能会有微小差别,这可能跟不同的实验条件有关。

  在实际工作中,可燃性气体或可燃气体的定义就是泛指具有燃烧能力的气体。但鉴于气体的多样性和复杂性,往往难以用一句简单的可操作的定义去描述。因此在国际上一般都采用列举(特指)和概括两种方式来规定哪些气体是可燃气体。例如,日本《高压气体管理法》对可燃气体范围规定如下:

  (a) 可燃气体特指32种气体,详见表2-2。

  (b) 其它气体,符合下列规定之一者:

  ·爆炸下限在10%(VOL)以下者;

  ·爆炸范围的上限与下限之差在20%(VOL)以上者。

  表2-2 日本《高压气体管理法》中列出的可燃性气体一览表

  (爆炸范围即LEL和UEL的体积浓度)

  当可燃气体达到了爆炸下限LEL以上就有爆炸的危险,为了计算和说明的方便,我们一般将爆炸下限LEL分成100份,即1LEL=100%LEL(图2)。举个例子:如果甲烷单独存在:100%LEL=5.3%VOL(体积);换句话说:一般的报警单位10%LEL=0.53%VOL,即当环境中甲烷浓度达到0.53%体积时,就应该意识到危险状况的存在。
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