點(diǎn)火源的形式、能量和點(diǎn)火位置
可燃混合物的爆炸實(shí)質(zhì)是瞬間的燃燒,而引發(fā)燃爆需要有一定的能量,故而能量特性對爆炸極限范圍亦有影響。點(diǎn)火源的能量、熱表面的面積、火源與混合氣體的接觸時間等,對爆炸極限均有影響。一般來說,能量強(qiáng)度越高,加熱面積越大,作用時間越長,點(diǎn)火的位置越靠近混合氣體中心,則爆炸極限范圍越大。不同點(diǎn)火源具有不同的點(diǎn)火溫度和點(diǎn)火能量。如明火能量比一般火花能量大,所對應(yīng)的爆炸極限范圍就大;而電火花雖然高,如果不是連續(xù)的,點(diǎn)火能量就小,所對應(yīng)的爆炸極限范圍也小。
如甲烷在電壓100 V、電流強(qiáng)度1 A的電火花作用下,無論濃度如何都不會引起爆炸。但當(dāng)電流強(qiáng)度增加至2 A時,其爆炸極限為5.9%~13.6%;3A時為5.85%~14.8%。對于一定濃度的爆炸性混合物,都有一個引起該混合物爆炸的最低能量。濃度不同,引爆的最低能量也不同。對于給定的爆炸性物質(zhì),各種濃度下引爆的最低能量中的最小值,稱為最小引爆能量,或最小引燃能量。表1列出了部分氣體的最小引爆能量。
容器的幾何形狀和尺寸
充裝容器的材質(zhì)、尺寸等,對物質(zhì)爆炸極限均有影響。實(shí)驗證明,容器直徑越小,爆炸極限范圍越小。這是因為隨著管徑的減小,因壁面的冷卻效應(yīng)而產(chǎn)生的熱損失就逐步加大,參與燃燒的活化分子就少,導(dǎo)致燃燒溫度與火焰?zhèn)鞑ニ俣染拖鄳?yīng)降低,當(dāng)管徑(或火焰通道)小到一定程度時,火焰即不能通過。這一間距稱最大滅火間距,亦稱之為臨界直徑,例如,甲烷的臨界直徑為0.4~0.5mm,小于臨界直徑時就無爆炸危險。
容器幾何尺寸對爆炸極限的影響也可以從器壁效應(yīng)得到解釋。燃燒與爆炸是由自由基產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng)的結(jié)果。在燃燒過程中,只有當(dāng)新生自由基大于消失的自由基時,燃燒才能繼續(xù)。但隨著管徑的減小,自由基與管道壁的碰撞幾率相應(yīng)增大。當(dāng)尺寸減少到一定程度時,自由基(與器壁碰撞)銷毀大于自由基產(chǎn)生速度,燃燒反應(yīng)便不能繼續(xù)進(jìn)行。
容器材料也有很大的影響,例如氫和氟在玻璃器皿中混合,甚至放在液態(tài)空氣溫度下于黑暗中也會發(fā)生爆炸,而在銀制器皿中,一般溫度下才能發(fā)生反應(yīng)。
燃?xì)獾臐穸?/strong>
當(dāng)可燃?xì)怏w中有水存在時,燃?xì)獗芰档?,爆炸?qiáng)度減弱,爆炸極限范圍減小。在一定的氣體濃度下,隨著含水量的上升,爆炸下限濃度略有上升,而爆炸上限濃度顯著下降。當(dāng)含水量達(dá)到一定值時,上限濃度與下限濃度曲線匯于一點(diǎn),當(dāng)氣體混合物中含水量超過該點(diǎn)值時,無論燃?xì)鉂舛热绾我膊粫l(fā)生爆炸。
其原因在于,混合氣中水含量增大,水分子(或水滴)濃度升高,與自由基或自由原子發(fā)生三元碰撞的幾率也就增大。大量的水分子(或水滴)與自由基或自由原子碰撞而使其失去反應(yīng)活性,導(dǎo)致瓦斯爆炸反應(yīng)能力下降,甚至完全失去反應(yīng)能力。
除上述因素外,光對爆炸極限也有影響。眾所周知,在黑暗中氫與氯的反應(yīng)十分緩慢,但在強(qiáng)光照射下則發(fā)生連鎖反應(yīng)導(dǎo)致爆炸。又如甲烷與氯的混合氣體,在黑暗中長時間內(nèi)不發(fā)生反應(yīng),但在日光照射下,便會引起激烈的反應(yīng),如果兩種氣體的比例適當(dāng)則會發(fā)生爆炸。另外,表面活性物質(zhì)對某些介質(zhì)也有影響,如在球形器皿內(nèi)于530 ℃時,氫與氧完全不反應(yīng),但是向器皿中插入石英、玻璃、銅或鐵棒時,則發(fā)生爆炸。
以上就是對燃?xì)獗O限影響因素的分析。當(dāng)然,僅僅是主要因素的分析,此外,諸如表面活性介質(zhì)等對爆炸極限也有影響,相比以上所述各因素,影響較少,故不再贅述。通過以上分析,我們可以掌握或了解燃?xì)馍a(chǎn),儲存,輸送過程中的爆炸危險因素,弄清諸因素之間的聯(lián)系和變化規(guī)律,從而在工程設(shè)計和生產(chǎn)使用中采取相應(yīng)的防范措施,防止爆炸事故的發(fā)生。
在化工、石油、煤炭等部門的生產(chǎn)、儲存和運(yùn)輸中,可燃?xì)怏w的著火、爆炸是最嚴(yán)重的災(zāi)害性事故。最近幾年,我國城市天然氣及煤礦瓦斯爆炸重特大事故頻頻發(fā)生,給國家財產(chǎn)和人民生命造成了巨大損失,直接影響著我國經(jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)發(fā)展。重大事故的不斷發(fā)生,使人們認(rèn)識到在現(xiàn)代社會工礦企業(yè)生產(chǎn)中潛伏著巨大的危險性,因而危險評價越來越受到人們的重視。實(shí)踐表明,確定危險性氣體的爆炸極限,提前預(yù)防是防止該類事故的基本前提。因此對燃?xì)獗O限的研究得到國內(nèi)外學(xué)者的重視。