Abstract：The factors affecting gas explosion limits，the calculation method and the calculation errors of gas explosion limits are analyzed.The problems for attention in reasonably selecting the estimation formula for explosion limits of combustible gases are pointed out，and the calculation formulas for explosion limits of single—component gas and multicomponent gas under different utilization conditions are given.
Key words：gas explosion limits； affecting factor； calculation

??? 在城市燃氣的生產(chǎn)、置換以及運行等過程中發(fā)生的泄漏，都可能產(chǎn)生爆炸極限范圍內(nèi)的混合氣體。準(zhǔn)確掌握和控制燃氣的爆炸極限，對消防報警和安全使用燃氣有重要意義。由于燃氣爆炸極限受多種因素的影響，很難用一個統(tǒng)一的計算公式對不同混合氣體的爆炸極限進行準(zhǔn)確計算。本文通過對燃氣爆炸極限影響因素的全面分析，給出了計算不同燃氣爆炸極限的推薦公式。
1 影響燃氣爆炸極限的因素
??? 城市燃氣如果泄漏到環(huán)境中與空氣形成混合物，當(dāng)燃氣在空氣中的濃度達到一定極限范圍內(nèi)時，有可能產(chǎn)生燃燒爆炸?？諝庵心苁箍扇細怏w發(fā)生爆炸所必須的最低可燃氣體濃度，稱為爆炸下限；空氣中能使可燃氣體發(fā)生爆炸所必須的最高可燃氣體濃度，稱為爆炸上限。燃氣爆炸極限不是一個同定值，除受氣體特性的影響外，還受各種外界因素的影響，如果掌握了內(nèi)在和外界條件對燃氣爆炸極限的影響，在一定條件下對測得或計算爆炸極限有參考價值。主要影響因素如下^[1-8]。
1.1 燃氣的種類及化學(xué)性質(zhì)
??? 可燃氣體的分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)能力影響其爆炸極限。對于碳氫化合物，具有C—C型單鍵相連的碳氫化合物，由于碳鍵牢固，分子不易受到破壞，其反應(yīng)能力較差，因而爆炸極限范圍較?。欢哂蠧≡C型三鍵相連的碳氫化合物，由于碳鍵脆弱，分子很容易被破壞，化學(xué)反應(yīng)能力較強，因而爆炸極限范圍較大；對于具有C=C型二鍵相連的碳氫化合物，其爆炸極限范圍介于單鍵與三鍵碳氫化合物之間。對同一烴類化合物，隨碳原子個數(shù)的增加，爆炸極限范圍變小。爆炸極限還與熱導(dǎo)率有關(guān)，熱導(dǎo)率越大導(dǎo)熱越快，爆炸極限范圍就越大。分子結(jié)構(gòu)與熱導(dǎo)率對爆炸極限的影響見表1^{[1、4、5]}。

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1.2 可燃氣體的純度
??? 可燃氣體的純度影響其爆炸極限，可燃氣體中惰性氣體含量增加，將縮小爆炸極限范圍。當(dāng)惰性氣體含量增加到某一值時，混合氣體不再發(fā)生爆炸。惰性氣體的種類不同，對爆炸極限的影響也不同。例如N₂、CO₂、蒸汽和CCl₄對CH₄爆炸極限的影響依次增大。惰性氣體(如N₂、CO₂、蒸汽)對爆炸極限的影響機理是稀釋燃氣濃度和隔離氧氣與燃氣的接觸(窒息作用)，并對燃燒過程有少量的冷卻降溫作用。當(dāng)可燃氣體含有鹵代烷時，不僅對可燃氣體燃燒或爆炸反應(yīng)有稀釋、隔離和冷卻作用，而且更重要的是對燃氣的燃燒或爆炸反應(yīng)有化學(xué)抑制作用，能顯著縮小爆炸極限范圍，提高爆炸下限和點火能。因此氣體滅火劑大部分都是鹵代烷。
??? 爆炸性混合物中惰性氣體含量增加，一般對其爆炸上限的影響比對爆炸下限的影響更為顯著。這是因為在爆炸性混合物中，隨著惰性氣體含量的增加，氧的含量相對減少，而在爆炸上限濃度下氧的含量本來已經(jīng)很小，故惰性氣體含量稍微增加一點，即產(chǎn)生很大影響，使爆炸上限劇烈下降^[1、2]。
??? 對于爆炸性氣體，水等雜質(zhì)對其反應(yīng)影響很大。干燥的氫氧混合物在1000℃下也不會產(chǎn)生爆炸。提高濕度，蒸汽對可燃混合物起稀釋和隔離氧氣(室息)作用，使爆炸極限范圍變小：少量的硫化氫會大大降低水煤氣及其混合物燃點，加速其爆炸。
1.3 燃氣與空氣混合的均勻程度
??? 當(dāng)燃氣與空氣充分混合均勻，某一點的燃氣濃度達到爆炸極限時，整個混合空間的燃氣濃度都達到爆炸極限，燃燒或爆炸反心是在整個混合氣體空間同時進行，其反應(yīng)不會中斷，因此爆炸極限范圍大；當(dāng)混合不均勻時，就會產(chǎn)生混合氣體內(nèi)某些點的燃氣濃度達到爆炸極限，而另外一些點的燃氣濃度達不到爆炸極限，燃燒或爆炸反應(yīng)就會中斷，因此爆炸極限范圍就變小^[1～4]。
1.4 點火源的性質(zhì)
??? 點火源的性質(zhì)對爆炸極限范圍的影響是：能量強度越高，加熱面積越大，作用時間越長，點火的位置越靠近混合氣體中心，則爆炸極限范圍越寬。不同點火源具有不同的點火溫度和點火能量。如明火能量比一般火花能最大，所對應(yīng)的爆炸極限范圍就大；而電火花雖然溫度高，如果不是連續(xù)的，點火能量就小，所對應(yīng)的爆炸極限范圍電小。點火能量對CH₄爆炸極限的影響見表2^[1、5]。從表2可以看出，隨點火能量的增加，爆炸范圍明顯增大。

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1.5 爆炸容器的幾何形狀和尺寸
??? 可燃氣體爆炸極限是通過容器測量的，測試容器的幾何形狀、尺寸及壁面材料的導(dǎo)熱性能影響燃氣爆炸極限的測試結(jié)果。容器大小對爆炸極限的影響可由器壁效應(yīng)解釋。燃燒是自由基進行一系列聯(lián)鎖反應(yīng)的結(jié)果，只有自由基的產(chǎn)生數(shù)量＞消失數(shù)量時，燃燒爆炸反應(yīng)才能進行。若容器表而積大，壁面材料熱導(dǎo)率大，向外散失的反應(yīng)熱量大，需要維持燃燒或爆炸反應(yīng)的能量大，同時自由基與器壁碰撞的概率減少，有利于自由基的產(chǎn)生，因此爆炸極限范圍就小；反之，若容器表面積小，壁面材料熱導(dǎo)率小，向外散失的反應(yīng)熱量小，需要維持燃燒或爆炸反應(yīng)的能量小，自由基與器壁碰撞的概率增加，有礙于自由基的產(chǎn)生，爆炸極限范圍就大。目前測試可燃氣體爆炸極限的方法很多，主要有密閉的球形容器、柱狀容器和開口玻璃管測試方法。不同的測試方法和測試條件所測得的同一種可燃氣體的爆炸極限也略有不同。應(yīng)采用國標(biāo)GB/T 12447—90規(guī)定的空氣中可燃氣體爆炸極限的測定方法來測定燃氣爆炸極限^[1、3]。
1.6 可燃氣體與空氣混合物的溫度、壓力
??? 提高可燃氣體混合物的溫度，可使燃燒或爆炸反應(yīng)加快，反應(yīng)溫度上升，從而使爆炸極限范圍變大。所以，溫度升高使可燃氣體混合物的爆炸危險性增加。初始溫度對天然氣爆炸極限的影響見表3^[1、4]。

??? 提高可燃氣體混合物的壓力，其分子間距縮小，碰撞概率增加，反應(yīng)速度提高，爆炸上限明顯提高，爆炸極限范圍增大。初始壓力對CH₄爆炸極限的影響見表4。