?

??? 一般情況下，隨初始壓力的升高，爆炸上限明顯提高，但在已知的可燃氣體中，CO隨初始壓力的增加，爆炸上限降低；初始壓力降低，爆炸極限范圍縮小。當(dāng)初始壓力降低至某個定值時，爆炸上、下限重合，此時的壓力稱為爆炸臨界壓力。低于爆炸臨界壓力的系統(tǒng)不爆炸，因此在密閉容器內(nèi)減壓操作對安全有利。
??? 在0.1～1.0MPa內(nèi)，低碳氫化合物在氧氣中爆炸上限可用以下實驗式進行比較準確的計算^[4]。
??? 甲烷：L_h=56.0(p-0.9)^0.040 (1)
??? 乙烷：L_h=52.5(p-0.9)^0.045 (2)
??? 丙烷：L_h=47.7(p-0.9)^0.042 (3)
??? 乙烯：L_h=64.O(p-0.9)^0.083 (4)
??? 丙烯：L_h=43.5(p-0.9)^0.095 (5)
式中 L_h——可燃氣體爆炸上限，％
???? p——絕對壓力，MPa
??? 目前有關(guān)文獻發(fā)表的關(guān)于燃氣爆炸極限的數(shù)據(jù)，多數(shù)是用小的點火源(多數(shù)起爆能量<100J)和比較小的爆炸容器(O.001～0.005m³)，而且在常溫下進行測定。有關(guān)研究結(jié)果表明，起爆能量為10kJ、爆炸容器容積為1m³時，確定的參數(shù)接近實際情況。因此，在選用有關(guān)燃氣爆炸極限參數(shù)時，應(yīng)弄清楚測試條件，并考慮安全系數(shù)。考慮到燃氣與空氣的混合均勻性以及由實驗測定的爆炸極限與實際有差別，因此我國《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》規(guī)定燃氣泄漏到空氣中，達到爆炸下限的20％時應(yīng)能覺察或報警；液化石油氣混空氣中液化石油氣的含量必須超過爆炸上限的1.5倍。
2 燃氣爆炸極限的估算
??? 燃氣爆炸極限的計算方法有多種，主要根據(jù)完全燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)、化學(xué)計量比體積分數(shù)和燃燒熱等計算出近似值。目前文獻^{[1～4、7～13]}介紹的典型可燃氣體爆炸極限的經(jīng)驗計算公式分別適用于單組分的純可燃氣體、全部為可燃成分的混合氣體以及含有CO₂、N₂及蒸汽3種惰性氣體的混合可燃氣體。
??? ①單組分純可燃氣體
??? a.按完全燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)根據(jù)可燃氣體燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)和熱平衡，考慮空氣中的氧含量，推算出可燃氣體的爆炸極
限^[1、4]。
??? 爆炸下限：
???????? ?(6)
??? 爆炸上限：??? (7)

式中 L₁——可燃氣體爆炸下限，％
???? N——可燃氣體完全燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)，對烴類N≥4
??? 上述2式一般只適用于烷烴碳氫化合物爆炸極限的估算，不適用于H₂、CO氣體的計算。常用燃氣爆炸極限按燃燒反應(yīng)所需氧原子數(shù)的計算結(jié)果見表5。從結(jié)果可以看出，對烷烴氣體爆炸下限計算較為準確，在實際工程中可采用；對其他氣體計算結(jié)果誤差較大，不可采用。

??? b.按化學(xué)計量比體積分數(shù)
??? 化學(xué)計量比體積分數(shù)就是可燃氣體完全燃燒，按化學(xué)反應(yīng)方程式計算出的可燃氣體-空氣混合物中可燃氣體的體積分數(shù)?？扇細怏w的化學(xué)計量比體積分數(shù)與其熱值有關(guān)，熱值高的可燃氣體其燃燒反應(yīng)所需的理論空氣量大，由于可燃氣體熱值與燃燒反應(yīng)所需的理論空氣量的比值基本相同，因此可燃氣體的爆炸極限與化學(xué)計量比體積分數(shù)的比值應(yīng)該相同，根據(jù)這一理論通過實驗數(shù)據(jù)回歸得出了以下關(guān)系式^[1、4]。
??? 爆炸下限：L₁=O.55_st (8)
??? 爆炸上限：L_h=4.8L?? (9)

式中 L_st——燃氣的化學(xué)計量比體積分數(shù)，％
??? 式(8)、(9)只適用于鏈烷烴碳氫化合物爆炸極限的估算，不適用于H₂、CO、烯烴和炔烴等可燃氣體的計算。常用燃氣爆炸極限按化學(xué)計量比體積分數(shù)的計算結(jié)果見表6。從結(jié)果可以看出，對烷烴氣體爆炸極限計算較為準確，一般爆炸下限略大于實驗值，爆炸上限略小于實驗值，相對誤差大多小于10％。

??? ②多組分可燃混合氣體
??? 對于多組分可燃氣體的爆炸極限可用混合法則估算，當(dāng)已知每種氣體的體積分數(shù)和爆炸極限時，其體積分數(shù)與爆炸極限之比的和等于混合氣體總爆炸極限的倒數(shù)^{[1、24、7～13]}，即：

?

式中 L——可燃氣體的爆炸上(下)限，％
???? φ_i——各可燃氣體體積分數(shù)，％
???? L_i——各組分可燃氣體的爆炸上(下)限，％
???? n——可燃氣體的組分數(shù)
???? 根據(jù)可燃氣體組分的不同分以下3種情況計算^[1～3]：a.純可燃氣體直接用式(6)、(7)或式(8)、(9)計算。b.可燃混合氣體含有惰性氣體時，惰性氣體對可燃氣體爆炸極限有抑制作用，隨惰性氣體的含量增加，爆炸極限范圍變窄，當(dāng)惰性氣體含量超過一定值，變?yōu)椴豢扇細怏w。在石油化工和燃氣行業(yè)^[1～4]，目前都采用如下方法計算：將某一惰性氣體組分與某一可燃組分組合起來作為可燃氣體中的一種組分，其體積分數(shù)為二者之和，然后根據(jù)有關(guān)文獻上發(fā)表的C₂H₆、C₃H₈、C₃H₆、C₄H₁₀、C₆H₆等8種可燃氣體與CO₂、N₂及蒸汽3種惰性氣體的混合爆炸極限圖，查得調(diào)整后各組分的爆炸極限，再用式(10)計算。c.混合氣體中含有O₂時，可認為混入了空氣，先扣除含氧量以及按空氣氧氮比例求得的氮含量，重新調(diào)整可燃氣體的體積分數(shù)，再按上述步驟b計算其爆炸極限。
??? 對煤制氣、天然氣和液化石油氣等混合氣計算比較準確，而對H₂與C₂H₄、H₂與H₂S、CH₄與H₂S等混合氣體的計算誤差較大。當(dāng)不同氣體以等體積分數(shù)混合時，H₂、CO和CH₄混合氣體爆炸極限的實驗值與計算值見表7。
表7 H₂、CO和CH₄混合燃氣爆炸極限的計算結(jié)果
Tab．7 Calculated result of explosion limits of H₂，
CO and CH₄ mixture

燃氣	實驗值 (下限/上限)	計算值 (下限/上限)	相對偏差 (下限/上限)
H2/CO	6.05/71.80	6.20/72.20	-2.5/-0.56
CO/CH4	7.70/22.80	7.75/25.00	-0.65/-9.65
H2/CO/CH4	5.70/26.90	6.60/32.40	-15.78/20.44

??? 此外還可用下式估算含有惰性氣體的可燃氣體爆炸極限：

?