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技术文章 TECHNICAL
技术方案

气体的燃烧与爆炸

    气体的燃烧要同时具备三个条件,可燃气体、空气(或氧气)和点火源,才可以发生气体燃烧。气体在燃烧的过程中放出光和热,不同气体有不同的燃烧热值,见表1-1。

表1-1 常用气体的燃烧热值

 

名称

分子式

燃烧热值
(J/mol)

名称

分子式

燃烧热值
(J/mol)

氢

H2

2.43X105

丁烷

C4H10

2.66X106

乙炔

C2H2

1.27X106

异丁烷

C4H10

2.65X106

二氧化硫

SO2

1.04X106

戊烷

C5H12

3.25X106

一氧化碳

CO

2.84X106

己烷

C6H14

3.85X106

甲烷

CH4

8.05X105

苯

C6H6

3.15X106

乙烷

C2H6

1.41X106

甲苯

CH3C6H5

3.75X106

乙烯

C2H4

1.31X106

二甲苯

C8H10

4.36X106

丙烷

C3H8

1.93X106

丙烯

C3H6

1.93X106

 

 

     气体的燃烧速度随气体的性质不同而有差异。单一的气体燃烧(如氢气)只需受热氧化等过程,而混合气体(如天然气等)要经过受热、分解、氧化等过程才能开始燃烧,因此单一气体的燃烧速度要比混合气体快。
    气体在燃烧过程中,扩散燃烧速度的大小取决于气体的扩散速度,而混合气体燃烧速度要取决于气体的化学反应速度。混合气体燃烧速度要取决于气体的化学反应速度。混合燃烧速度应大于扩散燃烧速度,所以气体的燃烧性能,常以火焰传播速度的大小为尺度。
    气体火焰传播速度随着管道直径大小的不同,测试的速度也不同。一般随着管径的加大而增加,但当达到某一直径时,再加大直径时,速度也不再增加;同样火焰传播速度随着管径的减小而减小、并达到某个最小管径时火焰不再继续传播,阻火器就利用可燃气体的这一特性进行设计。火焰在管道中传播速度可见表1-2。

表1-2 某些可燃气体在管道中火焰传播速度

 

名称

最大火焰传播
(m/s)

空气中可燃气体含量 %

名称

最大火焰传播
(m/s)

空气中可燃气体含量 %

氢

4.83

38.5

丁烷

0.82

3.6

一氧化碳

1.25

45

乙烯

1.42

7.1

甲烷

0.67

9.8

高炉煤气

1.70

17

乙烷

0.85

6.5

水煤气

3.1

43

丙烷

0.82

4.6

 

 

 

 

 

 

1、管道直径25.4mm

    可燃气体与空气混合形成混合气体,当可燃气体的浓度达到爆炸下限和上限的爆炸范围之内(见表1-3),遇到一定能量的点火源(见表1-4),就会形成燃烧,因为产生了燃烧波,使生成的气体与空气被加热,由于气体受热膨胀,压力急剧上升而发生爆炸。
    可燃气体的浓度,在接近发热量最大的化学计量比时,混合气体爆炸的最大压力,约为初压的6~7倍,在这个浓度比下,混合气点火能的值最小。但是当可燃气体浓度低于下限高于上限时,就是最大点火也不会引起气体爆炸。

表1-3 几种可燃气体的爆炸极限

 


气体名称

爆    炸    极    限   /%   (体积)

上限

下限

氢

4

75.6

乙炔

1.5

82

甲烷

5

15

丙烷

2.1

9.5

正丁烷

1.5

8.5

天然气

4.5

13.5

煤气

5.3

32

硫化氢

4.3

45.5

氨

16

37

 

 

 

表1-4 几种可燃气体最小点燃能量

 

气体名称

浓度/%

最小点燃能量/μJ

氢

29.5

20

乙炔

7.7

20

乙烷

6.0

310

乙烯

6.5

96

丙烷

4.4

240

氨

21.8

0.68X106

硫化氢

12.2

77

乙醚

3.4

490

环氧乙烷

7.7

85

 

     混合气体中燃烧波的传播速度,在常压下约为1m/s左右。但发生在密闭容器内情况则不同,因为在密闭容器内被点燃的可燃气体火焰迅速向四周器壁传播,压力同时增高,这种压力称为爆炸压力。大多数可燃气体的最高爆炸压力与初压之比不会超过8:1.可燃气体爆炸压力见表1-5。

表1-5 几种可燃气体爆炸压力特性

 

气体名称

气体浓度/
%

最高压力/
105Pa

达到最高压力时间/
ms

压力上升最大速度/
(105Pa/s)

压力上升平均速度/
(105Pa/s)

氢

35

7.1

10

773.4

703.1

乙炔

13

10.5

17

843.7

618.7

乙烯

16

8.4

18

597.6

464.0

乙烷

7

6.9

47

175.8

147.7

丙烷

5

6.7

56

175.8

119.5

丁烷

5

6.8

57

116.7

119.5

己烷

8

6.5

60

119.8

105.5

环乙烷

3

7.3

52

154.7

140.6

 

 

    可燃气体在密闭容器内被点燃,气体的压力升高,密度增加,因此,燃烧波传播的速度逐渐增大,有时会产生爆轰波,产生很高的压力,对容器有严重的破坏性。为了防止可燃气体爆轰的发生,可以安装使用阻火器以组织火焰的继续传播,保证容器的安全。

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