(1) 燃燒反應(yīng)方程式表示燃燒前后物質(zhì)變化的方程式，它表示了反應(yīng)物質(zhì)之間的比例關(guān)系。
液化石油氣中主要組分的燃燒反應(yīng)式如下。
C3H8+502→3CO2+4H2O+Q
C3H6+4.502→3CO2+3H20+Q
C4H10+6.502→4C02+5H20+Q
C4H8+602→4CO2+4H20+Q
以丙烷完全燃燒的反應(yīng)方程式為例，其含義是1標(biāo)準(zhǔn)立方米體積的C3H8與5標(biāo)準(zhǔn)立方米體積的O2發(fā)生燃燒反應(yīng)能生成3標(biāo)準(zhǔn)立方米的CO2與4標(biāo)準(zhǔn)立方米的水蒸氣，同時(shí)釋放出10×104kJ/m3的熱量?？梢?，由燃燒方程式可以知道燃燒多少液化石油氣需要多少理論氧氣量，燃燒后產(chǎn)生什么樣的氣體，產(chǎn)生多少體積的煙氣。
(2) 燃燒的空氣需要量燃燒所需的氧氣通常是從空氣中獲取，1體積的氧氣相當(dāng)于4.76體積的空氣。則1體積丙烷完全燃燒所需的氧氣，從理論上需要的空氣量為5×4.76=23.8體積。
這種通過反應(yīng)方程式計(jì)算出的空氣需要量通常稱之為理論空氣量。
在液化石油氣的實(shí)際燃燒中，僅僅供給理論空氣量是不能達(dá)到完全燃燒的，其原因是：
① 空氣中除含有21%的氧氣外，還含有大量的氮?dú)猓鼤?huì)帶走熱量而使火焰溫度降低，影響熱效率；
② 燃燒時(shí)液化石油氣與空氣中的氧氣不能均勻混合，缺氧時(shí)會(huì)發(fā)生不完全燃燒，因此，在實(shí)際燃燒中需要多供一些空氣量，才能保證燃燒完全。
實(shí)際供給空氣量與理論需要量之比，稱為過?？諝庀禂?shù)，用符號(hào)α表示，即
過剩空氣系數(shù)的取值不能過大，過大易使空氣帶走燃燒產(chǎn)生的熱量；亦不能過小，過小則達(dá)不到完全燃燒，甚至?xí)a(chǎn)生有毒的CO。對(duì)一般燃具，過?？諝庀禂?shù)可取1.4～1.8。液化石油氣燃燒的理論空氣需要量和實(shí)際空氣需要量見表4-12。
表4-12 液化石油氣燃燒的理論空氣需要量和實(shí)際空氣需要量
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氣體 | 空氣需要量 |
理論需要量/m3 | 實(shí)際需要量/m3 |
丙烷 | 23.86 | 26.35 |
丙烯 | 21.84 | 24.02 |
正丁烯 | 31.03 | 34.13 |
異丁烯 | 28.58 | 31.44 |
城市煤氣 | 4.69 | 5.16 |
C、S、P等元素在燃燒過程中分別生成CO2、CO、H2O、SO2、P2O5等物質(zhì)。在氧化劑充足的條件下，液化石油氣完全燃燒，產(chǎn)生完全燃燒產(chǎn)物；在氧化劑不充足的條件下燃燒，會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒產(chǎn)物。完全燃燒產(chǎn)物不能再進(jìn)行燃燒，不完全燃燒產(chǎn)物遇氧化劑還會(huì)繼續(xù)深度燃燒。如液化石油氣完全燃燒時(shí)生成CO2；不完全燃燒時(shí)生成CO，CO遇空氣還可再燃燒，最終生成CO2。CO是一種無色氣體，比空氣輕，具有強(qiáng)烈的毒性，當(dāng)空氣中含有10%的C0時(shí)，1～2min內(nèi)可使人中毒死亡。CO2也是一種無色氣體，但比空氣重，不燃燒、不導(dǎo)電，有輕度毒性，濃度較高時(shí)，可使人窒息。因此，燃?xì)庠罹唛g應(yīng)有良好的通風(fēng)條件，以使燃燒產(chǎn)物能及時(shí)排出。
3. 閃點(diǎn)與閃燃，自燃與自燃點(diǎn)
(1) 閃點(diǎn)與閃燃?各種液體的表面都有一定量的蒸氣存在，蒸氣的濃度取決于該液體的溫度?？扇家后w表面的蒸氣與空氣混合，形成了混合可燃?xì)怏w，遇火源即發(fā)生燃燒。揮發(fā)性混合氣體遇火源能夠燃燒的最低溫度稱為閃點(diǎn)。在閃點(diǎn)時(shí)可燃液體的蒸發(fā)速度很慢，所產(chǎn)生的蒸氣量僅能維持極短時(shí)間的燃燒，而新蒸氣來不及補(bǔ)充，只是瞬間出現(xiàn)藍(lán)色火花，不能引起連續(xù)燃燒，這種現(xiàn)象就叫閃燃。
不同的可燃液體有不同的閃點(diǎn)，閃點(diǎn)越低，發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)程度就越大。液化石油氣主要組分的閃點(diǎn)都是非常低的，其數(shù)值見表4-13。液體在閃點(diǎn)溫度以上時(shí)，因液體蒸發(fā)速度快，混合氣體中可燃?xì)怏w的數(shù)量增加，能夠維持連續(xù)穩(wěn)定的燃燒。因此，閃燃是液體發(fā)生火險(xiǎn)的信號(hào)，是著火的前奏。閃點(diǎn)是評(píng)定可燃液體火災(zāi)危險(xiǎn)的主要指標(biāo)。
(2) 自燃與自燃點(diǎn)?自燃是物質(zhì)自發(fā)的著火燃燒，通常是由緩慢的氧化作用引起本身溫度升高或由外界溫度升高而引發(fā)的，即物質(zhì)在無外界火源的條件下，在一定溫度下自行發(fā)熱，散熱受到阻礙而積蓄，逐漸達(dá)到自燃狀態(tài)?？扇嘉镔|(zhì)發(fā)生自行燃燒的最低溫度稱為自燃點(diǎn)。液化石油氣各組分的自燃點(diǎn)見表4-14。
表4-13 液化石油氣主要組分的閃點(diǎn)
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主要組分 | 丙烷 | 丙烯 | 丁烷 | 丁烯 |
閃點(diǎn)/℃ | -104 | -108 | -82 | -80 |
表4-14 液化石油氣各組分的自燃點(diǎn)
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組分 | 自燃點(diǎn)/℃ | 組分 | 自燃點(diǎn)/℃ |
空氣中 | 氧氣中 | 空氣中 | 氧氣中 |
乙烷 | 472 | ? | 丁烷 | 408 | 283 |
丙烷 | 493 | 468 | 丁烯 | 443 | ? |
丙烯 | 458 | ? | 戊烷 | 290 | 258 |
4. 熱值
熱值是指單位質(zhì)量或單位體積的可燃物質(zhì)，在完全燃盡時(shí)生成最簡(jiǎn)單最穩(wěn)定的化合物時(shí)所釋放的熱量，單位為kJ/m3或kJ/kg。
熱值可分為高熱值和低熱值，高熱值包含燃燒反應(yīng)后所產(chǎn)生的水蒸氣冷凝成水時(shí)所放出的熱量，因此，高熱值要比低熱值大。液化石油氣各組分的高熱值和低熱值見表4-15。從表中可以看出，液化石油氣的熱值很高。
表4-15 液化石油氣各組分的熱值(O℃，0.1013MPa)
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組分 | 高熱值(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)/(kJ/m3) | 低熱值(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)/(kJ/m3) | 組分 | 高熱值(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)/(kJ/m3) | 低熱值(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)/(kJ/m3) |
乙烷 | 70351 | 64397 | 丁烯 | 133048 | 122853 |
丙烷 | 101266 | 93240 | 戊烷 | 169377 | 156733 |
丙烯 | 93667 | 87667 | 一氧化碳 | 12636 | 12636 |
丁烷 | 133886 | 123649 | ? | ? | ? |
六、液化石油氣特性及其對(duì)安全的要求
1. 液化石油氣的一般特性
液化石油氣通常處于飽和狀態(tài)，既有氣相，又有液相，因此，它具有氣體和液體的物理特性。液化石油氣的主要成分為烷烴和烯烴，因此，它又具有烷烴和烯烴的化學(xué)特性。液化石油氣的這些特性因其組分不同而異，與其他可燃介質(zhì)相比，液化石油氣的一般特性如下。
(1) 方便性?液化石油氣在常溫下為氣體，加壓或冷卻即可液化。如丙烷在20℃、0.81MPa壓力下即成為液體，這給儲(chǔ)存、灌裝、運(yùn)輸和使用帶來了方便。
(2) 易燃性?液化石油氣和空氣混合后，一旦遇到火種，甚至是石頭與金屬撞擊或摩擦靜電火花那樣微小的火種，都能迅速引起燃燒，釋放出能量。這是制造各種燃燒器具和利用液化石油氣的根據(jù)。
(3) 易爆性?液化石油氣的爆炸極限為1.5%～9.5%，其爆炸范圍寬且爆炸下限低，當(dāng)液化石油氣與空氣混合達(dá)到其爆炸范圍時(shí)，遇到火種即可發(fā)生爆炸。
(4) 揮發(fā)性?儲(chǔ)存在容器內(nèi)的液化石油氣如果以液體狀態(tài)泄露出來時(shí)，由于壓力降低，便可迅速汽化，其體積將會(huì)驟然膨脹約為250倍的氣態(tài)，與周圍環(huán)境空氣混合形成大量爆炸性氣體。此時(shí)，周圍若有火種就會(huì)形成燃燒和爆炸。
(5) 溶解性?液化石油氣能溶解水，而且隨溫度升高其溶解度增大。當(dāng)溫度降低時(shí)，原來溶解的水會(huì)部分析出，這部分水在溫度降低時(shí)，易形成冰塞，造成管道或閥門堵塞，甚至凍裂損壞。
液化石油氣能使石油產(chǎn)品溶化。用于液化石油氣的閥門填料應(yīng)采用聚四氟乙烯材料，不應(yīng)使用油浸石棉盤根作閥門填料和管道密封材料；輸送和裝卸軟管需采用耐油膠管。
(6) 微毒性?空氣中液化石油氣濃度低于1%時(shí)，對(duì)人體健康無害。但是，如果長期接觸濃度較高的液化石油氣，對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)是有影響的，尤其是當(dāng)空氣中含有超過10%的高碳烴類氣體時(shí)，會(huì)使人窒息。
??? (7) 腐蝕性?純凈的液化石油氣不會(huì)對(duì)碳鋼和低合金鋼產(chǎn)生腐蝕。所謂液化石油氣的腐蝕是由于其中的硫化物雜質(zhì)所致。如硫化氫在有水的條件下，會(huì)對(duì)鋼材產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕和化學(xué)腐蝕。因此，對(duì)盛裝液化石油氣的金屬設(shè)備，應(yīng)定期進(jìn)行缺陷檢驗(yàn)。
(8)熱值高?液化石油氣燃燒時(shí)，一般每立方米氣態(tài)液化石油氣的低熱值為10×104kJ/m3，相當(dāng)于每立方米焦?fàn)t煤氣熱值的5倍；液態(tài)石油氣的低發(fā)熱量為4.5×104kJ/m3，約為每公斤煙煤熱值的12倍。液化石油氣及其他燃?xì)獾牡蜔嶂狄姳?-16。
2. 液化石油氣特性對(duì)安全使用的要求
表4-16 液化石油氣及其他燃?xì)獾牡蜔嶂?/span>
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名稱 | 液化石油氣 | 天然氣 | 焦?fàn)t煤氣 | 空氣煤氣 | 無煙煤氣 | 二甲醚 | 輕烴燃?xì)?/font> |
熱值/(kJ/m3) | 108000 | 35600 | 15900 | 10500 | 5800 | 66800 | 31800 |
綜上所述，液化石油氣是一種極易燃燒爆炸的物質(zhì)，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18218《重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》將其列為重大危險(xiǎn)易燃物質(zhì)。人們?cè)诶靡夯蜌獾挠幸嫣匦缘耐瑫r(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)安全管理，防止其發(fā)生危害作用。液化石油氣的安全使用要求如下。
① 嚴(yán)防液化石油氣的外泄。凡盛裝液化石油氣的容器和管道，應(yīng)具有足夠的耐壓能力和可靠的密封性。與液化石油氣相關(guān)的設(shè)備及其建筑物、構(gòu)筑物要有滿足要求的防范保護(hù)設(shè)施和防火間距。
② 凡與液化石油氣相關(guān)的站區(qū)和環(huán)境要杜絕明火、電火花及靜電火花的產(chǎn)生，并應(yīng)具有良好的通風(fēng)條件，避免造成液化石油氣集聚、存積。
③ 儲(chǔ)罐、鋼瓶等容器儲(chǔ)裝液化石油氣時(shí)，要按規(guī)定的儲(chǔ)裝量充裝，嚴(yán)禁過量超裝。
