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可燃气体爆炸极限

在标准测试条件下,可燃气体或蒸汽与氧化性气体混合导致爆炸的浓度极限称为爆炸极限。通常,"爆炸极限 "是指可燃气体或蒸汽在空气中的浓度极限。可引起爆炸的可燃气体最低浓度称为爆炸下限 (LEL),最高浓度称为爆炸上限 (UEL)。

可燃气体爆炸
当可燃气体或液态蒸汽处于爆炸极限范围内并遇到热源(如明火或高温)时,火焰会在气体或粉尘空间内迅速蔓延。这种快速的化学反应会释放大量热量,产生受热膨胀的气体,从而产生具有巨大破坏潜力的高温和高压。

爆炸极限是描述易燃气体、蒸汽和可燃粉尘危险性的关键参数。通常,易燃气体和蒸汽的爆炸极限以混合物中气体或蒸汽的百分比表示。

例如,在 20°C 时,可燃气体的体积分数和质量浓度的换算公式为

y = (l/100) × (1000m/22.4) × (273/(273+20)) = l × (m/2.4)

在此公式中,L 是体积分数(%),Y 是质量浓度(g/m³),M 是可燃气体或蒸汽的相对分子质量,22.4 是标准条件(0°C,1 atm)下 1 摩尔气态物质所占的体积(升)。

例如,如果大气中的甲烷气体浓度为 10%,则换算成

Y = L × (M/2.4) = 10 × (16/2.4) = 66.67g/m³

可燃气体、蒸汽和粉尘爆炸极限的概念可以用热爆炸理论来解释。如果可燃气体、蒸汽或粉尘的浓度低于 LEL,由于空气过量、空气的冷却作用以及可燃物浓度不足,系统损失的热量大于获得的热量,反应不会继续进行。同样,如果浓度高于 UEL,则产生的热量小于损失的热量,从而导致反应无法进行。此外,过量的可燃气体或粉尘不仅会因缺氧而无法反应和产生热量,还会冷却混合物,阻止火焰蔓延。此外,对于某些物质,如环氧乙烷、硝化甘油和火药等可燃粉尘,UEL 可以达到 100%。这些物质在分解过程中会提供氧气,使反应继续进行。压力和温度的升高进一步促进了它们的分解和爆炸。

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