爆炸与防爆

导言（1）
爆破是物质的一种十分急剧的物理、化学改变，在改变进程中，伴有物质所含能量的疾速转变，即变为该物质自身、改变商品或附近介质的紧缩能和运动能。其重要特征是许多能量在有限的时刻里遽然开释或急剧转化，这种能量能在有限的时刻和有限的体积内许多积累构成高温高压等非往常情况，对附近介质构成急剧的压力突跃和随后的杂乱运动，显示出不往常的移动或损坏效应。在石油、化工等职业出产进程中，从原料到制品，运用、发作的易燃易爆物质许多，一旦发作爆破事端，常会带来十分严峻的成果，构成无穷的经济丢失和职工损伤，比方泵房垮塌、油罐爆破着火、设备作废、职工伤亡。正因如此，操控爆破是石油、化工等职业的重中之重。要科学有用地操控气体、粉尘爆破，就不能不对爆破极限有一个正确的了解。

爆破极限的界说（2）
可燃性气体或蒸气与助燃性气体的均匀混合系在标准测验条件下致使爆破的浓度极限值，称为爆破极限。助燃性气体可所以空气、氧气或辅助性气体。通常情况提及的爆破极限是指可燃气体或蒸气在空气中的浓度极限，可以致使爆破的可燃气体的最低含量称为爆破下限Low Explosion - Level（LEL），最高浓度Upper Explosion - Level称为爆破上限（UEL）。

影响爆破极限的要素（3）
1 可燃气体

1.1 混合系的组分不相同，爆破极限也不相同。

1.2 同一混合系，因为初始温度、体系压力、慵懒介质含量、混合系存在空间及器壁原料以及焚烧能量的巨细等都能使爆破极限发作改变。

a.温度影响

因为化学反响与温度有很大的联系，所以，爆破极限数据必定与混合物规则的初始温度有关。初始温度越高，致使的反响越容易传达。通惯例则是，混合系原始温度升高，则爆破极限规模增大即下限下降，上限增高。可是，当前，还没有许多的体系试验成果。因为体系温度升高，分子内能添加，使本来不燃的混合物变成可燃、可爆体系。

b.压力影响

体系压力增高，爆破极限规模也扩展，显着体如今爆破上限的前进。这是因为压力升高，使分子间的距离更为挨近，磕碰几率增高，使焚烧反响更容易进行，爆破极限规模扩展，格外是爆破上限显着前进。压力减小，则爆破极限规模减小，当压力降至必定值时，其上限与下限重合，此刻的压力称为为混合系的临界压力，低于临界压力，体系不爆破。

c.慵懒气体含量影响

混合系中慵懒气体量添加，爆破极限规模减小，慵懒气体浓度前进到某一数值时，混合系就不能爆破。

慵懒气体品种不相同，对爆破极限的影响也不相同。以汽油为例，其爆破极限规模按氮气、焚烧废气、二氧化碳、氟利昂21、氟利昂12、氟利昂11次序顺次减小。

d.容器、管径影响

容器、管子直径越小，则爆破规模越小，当管径小到必定程度时，单位体积火焰所对应的固体冷却外表宣布出的热量就会大于发作的热量，火焰便会中止平息。火焰不能传达的最大管径称为临界直径。

容器资料也有很大影响，如氢和氟在玻璃器皿中混合，即便在液态空气温度下，置于黑暗处仍可发作爆破，而在银器中，在通常温度下才干发作爆破反响。

e.焚烧强度影响

焚烧能的强度高，焚烧自发传达的浓度规模也就越宽。尤其是爆破上限向可燃气含量较高的方向移动。如甲烷在100V电压、1A电流火花效果下，无论何种混合份额情况均不爆破；若电流添加到2A，其爆破极限为5.9%-13.6%；电流上繁荣昌盛到3A时，其爆破极限为5.85%-14.8%。

f.干湿度影响

通常可燃气与空气混合物的相对湿度关于爆破宽度影响虽小，但在极度枯燥时，爆破规模宽度为最大。

g.热外表、触摸时刻的影响

热外表的面积大，焚烧源与混合物的触摸时刻长等都会使爆破极限扩展。

h.除此之外，混合体系触摸的关闭外壳的原料、机械杂质、光照、外表活性物质等都可以影响到爆破极限规模。

i.可燃气体的爆破上限和氧与氮在空气中的份额简直无关。因为氧和氮的比热附近，焚烧热传递到这两种气体都会致使相同的焚烧温度，所以，混俣气体一旦被点着，过剩的氧是不是被氮所替代，无关紧要。

j.在出产实践中，爆破上限与空气中的氧含量有很大的联系。这是因为可燃气或可燃蒸气过剩，也即是氧气缺乏所构成的

2 可燃蒸气

a.可燃蒸气的爆破极限是由可燃液体发作的蒸气浓度决议的。关于可燃液体而言，爆破下限对应的闪点温度又可以称为爆破下限温度，爆破上限浓度对应的液体温度又可以称为爆破上限温度。

b.可燃蒸气的爆破上限和氧与氮在空气中的份额简直无关。缘由与上述2.1.2i相同。

c.爆破上限与空气中的氧含量有很大的联系。缘由也是因为氧气缺乏致使可燃气或可燃蒸气过剩。

3 可燃粉尘

3.1 可燃粉尘爆破机理

粉尘爆破是因其粒子外表氧化而发作的。其爆破进程如下：

粒子外表接受热能时，外表温度上升；粒子外表的分子发作热分化或干馏效果变成气体排放在粒子附近；该气体同空气混合变成爆破性混合气体，发火发作火焰；这种火焰发作的热，进一步推进粉末的分化不断变成气相，放出可燃气体与空气混合而发火、传达。

3.2 粉尘爆破极限受以下要素影响

（1）粒度 粉尘爆破下限受粒度的影响很大，粒度越高（粒径越小）爆破下限越低。

（2）水分 含尘空气有水分存在时，爆破下限前进，乃至失往爆破性。欲使商品变成不爆破的混合物，至少使其含50%的水。

（3）氧的浓度 粉尘与气体的混合物中，氧气浓度添加将致使爆破下限下降。

（4）点着源 粉尘爆破下限受点着源温度、外表情况的影响。温度高、外表积大的点着源，可使粉尘爆破下限下降。

4 对爆破极限的正确了解

以上叙说标明，决不行把爆破特性值看作是物理常数。而在实践作业中，却有许多人把其当作一个常数，这对处置实践作业中碰到的格外情况有很大的损害。这些值与测守时所选用的办法有很大的联系。正因如此，同一种气体，其爆破极限数值在国内、国外威望有些发布的数据也是有所不相同。

可是，这些数值因为自身不同并不大，而在进行气体监测报警时，更是取其爆破下限的10%进行报警，因此，不同就愈加细小，通常情况下不影响正常运用，可是，作为一个管理者而言，大概晓得这个数值的来历，并依据个人的实践情况予以科学掌握运用，格外是在格外情况下，比方热外表的面积大、焚烧源与混合物的触摸时刻长的情况下，就大概充沛考虑到爆破极限的扩展。假设原封不动，死搬教条，就易引发事端，影响出产的正常运转。

爆破极限的核算（4）
1 依据化学理论体积分数近似核算

爆破气体彻底焚烧时，其化学理论体积分数可用来断定链烷烃类的爆破下限，公式如下：

L下≈0.55c0

式中 0.55——常数；

c0——爆破气体彻底焚烧时化学理论体积分数。若空气中氧体积分数按20.9%计，c0可用下式断定

c0=20.9/（0.209+n0）

式中 n0——可燃气体彻底焚烧时所需氧分子数。

如甲烷焚烧时，其反响式为

CH4+2O2→CO2+2H2O

此刻n0=2

则L下=0.55×20.9/（0.209+2）=5.2由此得甲烷爆破下限核算值比试验值5%相差不超越10%。

2 关于两种或多种可燃气体或可燃蒸气混合物爆破极限的核算

当前，比拟认可的核算办法有两种：

2.1 莱·夏特尔规律

关于两种或多种可燃蒸气混合物，假设已知每种可燃气的爆破极限，那么依据莱·夏特尔规律，可以算出与空气相混合的气体的爆破极限。用Pn标明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%）

混合可燃气爆破上限：

UEL=（P1+P2+P3）/（P1/UEL1+P2/UEL2+P3/UEL3） （V%）

此规律一向被证实是有用的。

2.2 理·查特里公式

理·查特里认为，杂乱组成的可燃气体或蒸气混合的爆破极限，可依据各组分已知的爆破极限按下式求之。该式适用于各组分间不反响、焚烧时无催化效果的可燃气体混合物。

Lm=100/（V1/L1+V2/L2+……+Vn/Ln）

式中Lm——混合气体爆破极限，%；

L1、L2、L3——混合气体中各组分的爆破极限，%；

V1、V2、V3——各组分在混合气体中的体积分数，%。

例如：一天然气组成如下：甲烷80%（L下=5.0%）、乙烷15%（L下=3.22%）、丙烷4%（L下=2.37%）、丁烷1%（L下=1.86%）求爆破下限。

Lm=100/（80/5+15/3.22+4/2.37+1/1.86）=4.369

3 可燃粉尘

许多工业可燃粉尘的爆破下限在20-60g/m3之间，爆破上限在2-6kg/m3之间。

碳氢化合物一类粉尘如能彻底气化燃尽，则爆破下限可由布尔格斯-维勒联系式核算：

c×Q=k

式中c——爆破下限浓度；

Q——该物质每靡尔的焚烧热或每克的焚烧热；

k——常数。

超越爆破极限的风险性（5）
超越爆破极限可以发作的风险，许多资料都是这样描绘的：超越爆破下限则可燃气或蒸气就既不爆破也不着火；超越爆破上限也是如此。从发作机理上讲，爆破是在阅历气体受热、发作焚烧并在格外景象下发作爆破。由此来看，上述将爆破极限与焚烧极限相提并论是不紧密的，因为，这里边触及一个焚烧极限标题。超越爆破极限不再发作爆破显然是正确的，可是，在具别情况下，不发作爆破但仍可以发作焚烧。仅仅这个爆破极限与焚烧极限的差值通常很小，在许多情况下可以视为等值，但不该视为等值，然后一概把超越爆破极限的风险情况认定为既不爆破也不焚烧的“安全情况”。运用这一原理，可以在焚烧情况下进行带压不置换动火，然后省时省力。

爆破操控（6）
因为爆破构成的成果大多十分严峻，在化工出产作业中，爆破压力的效果和火灾的延伸，不只会使出产设备遭受丢失，并且使修建损坏，乃至致人逝世。因此，科学防爆是十分重要的一项作业。

避免爆破的通常原则是：一是操控混合气体的组分处在爆破极限以外；二是运用慵懒气体替代空气；三是使氧气浓度处于其极限值以下。为此应避免可燃气向空气中走漏，或避免空气进进可燃气体中；操控、监

避免爆破的详细措檀越要有以下几点：

1 慵懒介质维护

因为爆破的构成需求有可燃物质和氧气，以及必定的焚烧能量。运用慵懒气体替代空气中的氧气，就消除了引发爆破的一大要素，然后使爆破进程无法完结。在化工出产中，采纳的惰化气体主要用氮气、二氧化碳、水蒸气、烟道气等。

1.1 易燃固体物质的损坏、挑选处置及其粉末运送时，选用慵懒气体进行掩盖维护。

1.2 处置可燃易爆的物料体系，在进料前，用慵懒气体进行置换，以扫除体系华夏有的气体，避免构成爆破性混合物。

1.3 将慵懒气体通过管线与有火灾爆破风险的设备、贮槽等衔接起来，在如果发作风险时运用。

1.4 易燃液体运用慵懒气体充压运送。

1.5 在有爆破性风险的出产场所，对有致使火灾风险的电器、外表等选用充氮正压维护。

1.6 易燃易爆体系查验动火前，运用慵懒气体进行吹扫置换。

1.7 发现易燃易爆气体走漏时，选用慵懒气体（水蒸气）减弱。发作火灾时，用慵懒气体进行救活。

2 体系密闭和负压操作

2.1 为避免易燃气体、蒸气或可燃性粉尘与空气构成爆破性混合物，应主意使设备密闭。为了确保设备的密闭性，对风险设备及体系应尽量少用法兰衔接，但要确保安全查验的便利。

2.2 为避免有毒或爆破性风险气体向器外逸散，可以选用负压操作体系。关于在负压操作下出产的设备，应避免空气吸进。

3 透风置换

通过透风可以有用避免易燃易爆气体积取并抵达爆破极限。扫除有焚烧爆破风险粉尘的排风体系，应选用不发作火花的除尘器。富含爆破性粉尘的空气，在进进风机前，应进行净化。

4 阻碍容器或室内爆破的安全办法

4.1 抗爆容器

对已知的爆破成果作体系的鉴定标明，在契合必定布局需求的条件下，即便容器和设备没有附加防护办法，也能接受必定的爆破压力。假设挑选这种布局方式的设备在剧烈爆破情况下没有被炸碎，而只发作有些变形，那么设备的操作职工就可以安然无恙，这也就抵达了最重要的防护意图。

因为这一办法的本钱很高，并且，与关联设备的安全可靠性区分太大，因此，在出产实践中很少用到，非格外风险或发作事端构成严峻成果的设备不选用。

4.2 爆破卸压

通过固定的开口及时进行卸压，则容器内部就不会发作不行包容的高爆破压力，因此也就不用运用能抗这种高压的布局，把没有焚烧的混合物和焚烧的气体排放到大气里往，就可把爆破压力约束在容器资料强度所能接受的某一数值。卸压设备可分为一次性（如爆破膜）和重复运用的设备（如安全阀）。

4.3 房间卸压

主要是用来维护容器和设备的，它能使被维护设备不被摧毁和运用职工不受损伤。也可用卸压办法来维护房间，但不能维护房间里的人。这种情况下，房间里的设备有必要是远控的，并在运转时间禁止职工进进房间。通常可以通过窗户、外墙和修建物的房顶来进行卸压。

5 爆破遏止

爆破遏止体系由能检测初始爆破的传感器和压力式的救活剂罐组成，救活剂罐通过传感设备动作。在尽可以短的时刻里，把救活剂均匀地喷射到应维护的容器里。所以，爆破焚烧被熄灭，操控住爆破的发作。爆破焚烧能自行进行检测，并在停电后的必守时刻里仍能继续进行作业。

爆破遏止体系的重要效果，即是当可燃气或粉尘爆破时，避免容器里呈现不答应的高压，然后使容器、设备免受爆破损坏，并不会对人构成任何损伤。假设爆破能致使有毒的或对环境有害的可燃气、蒸气或粉尘宣布，那么，爆破遏止是很重要的办法。

6 阻碍管道爆破的防护办法

6.1 阻火器

运用阻火器把可以发作的爆破约束在必定的空间内，阻火器常用的是机械阻火器，但因为其作业面上的狭隘孔隙易附着污物，阻火器有必要定时打扫，所以这类阻火器仅被用作运送可燃气或蒸气的管道里。运送易爆粉尘的管道已开始运用主动救活剂阻火器。这种救活剂阻火器是依据光学火焰信号器可以勘探管道里的爆破的原理而制作的。信号器宣布的脉冲通过放大器后很快翻开由雷管发动的救活剂贮罐活门，然后使喷出的救活剂疏通地抵达管道的内部，堵截粉尘爆破的传达。

6.2 管道卸压

一是装爆破膜。管道发作的爆破压力使爆破膜决裂，然后使管道卸压。为了能使管道在最恰当的机遇泄压，避免爆轰的构成，如今现已开展运用外部操控式阻火器。

二是装防爆瓣阀。这是一种具有必定分量的能主动闭合的卸压设备。当爆破或爆轰发作时，防爆瓣阀可以翻开管端的排气口，接着再从头关闭，并尽可以地密封。

管道上运用上述卸压设备时，要格外稳重。因为卸压动作会致使爆破速度和爆破压力的上升，所以对管端卸压设备的功用和机械强度的需求是很高的。运用管端卸压设备要避免管端随时遭到损坏（终端法兰、弯头、支管）。

6.3 疾速关闭设备

这种设备近似一个在必定的爆破压力下，可以主动动作紧迫堵截管线物料的阀门。它可以阻碍与管道衔接的容器呈现超高压力上升，并能避免爆破从防护部位往没有防护的部位传达。

结束语（7）
正确了解爆破极限对防爆作业十分重要。在易燃易爆场所的作业工人及安全作业者有必要对其数据的由来及影响要素有一个全部正确的了解，然后正确掌握，格外是对一些格外情况可以预见到超乎惯例的风险，做出正确的举动。在严厉标准管理的一起，要盯梢科学技术的开展，运用最领先的技术手段，来有用防备爆破事端的发作。