如何影响燃烧温度：固体热表面的尺寸、材料、形状和接触时间的作用

固体热表面点燃可燃性气体-空气混合物，实际上就是所谓的“危险温度”的点燃。危险温度是一种没有被有效地控制、能够点燃某种可燃性气体的温度。它和电气火花、电弧一样，是爆炸性气体混合物的一种点燃源。

根据燃烧与爆炸的热理论可知，可燃性气体-空气混合物被“危险温度”点燃，可以分为两种方式：一种是，可燃性气体-空气混合物被整个地加热到某个温度时发生了燃烧；另一种是，可燃性气体-空气混合物被具有某个温度的“点”点燃源所点燃，然后，燃烧在全部可燃性气体-空气混合物中继续蔓延下去。在测试时，发生可燃性气体燃烧时热表面的温度称为这种可燃性气体的自燃温度。

国际电工委员会（IEC）第60079-4号出版物《爆炸性气体环境用电气设备 第4部分：点燃温度的测量方法》（英文版）就是用加热炉整个地加热点燃可燃性气体的方法，来测量它的自燃温度的。通常，人们也称这个自燃温度为可燃性气体的“点燃温度”。

固体热表面点燃可燃性气体-空气混合物的温度，比它的“自燃温度（点燃温度）”要高得多。这是因为固体热表面附近可燃性气体浓度特别低。可燃性气体在热能的作用下同固体热表面上的物质发生了初始反应，消耗了一部分。另外，在初始阶段，固体热表面向可燃性气体传递了一部分热能，因而，它的温度也较低。因此，固体热表面必须具有更高的温度才能够点燃它接触到的可燃性气体。

1.较大热表面的点燃

固体热表面点燃可燃性气体混合物的温度大小，与很多因素有关。除可燃性气体的物理-化学性质外，例如，固体热表面的尺寸、材料、形状以及热表面同可燃性气体接触的时间（或接触的速度）等，都影响着这个点燃温度的大小，但是，没有发现其中的规律性。

有人将尺寸为108mm×12.7mm×1.02mm的镍条加热后对天然气（甲烷95.2%，乙烷3.3%，高碳氢化合物和氮1.5%）进行了点燃试验。试验发现，随着镍条宽度的减小，也就是散热面积的减小，点燃天然气的点燃温度增加了。同样尺寸、不同材料的其他金属条在不同的温度时点燃了同样浓度的天然气（图1.11）。

试验发现，固体热表面在接触可燃性气体时有强烈的催化作用。这种作用将导致点燃温度增加。固体热表面接触可燃性气体的时间增长，点燃温度也将升高。

试验还发现，在固体热表面相等的情况下，表面积与体积比最小的物体具有最小的点燃温度。

图1.11 固体热表面的材料与点燃温度(www.xing528.com)

1—白金 2—镍条（覆盖钯） 3—镍条（覆盖白金） 4—铜镍合金 5—钨 6—特种钢 7—钼 8—不锈钢 9—镍 10—钴钢 11—螺纹钢 12—铜 13—金

2.炽热金属丝的点燃

炽热金属丝点燃爆炸性气体混合物，实质上，常常是指白炽灯丝（钨丝）对可燃性气体的点燃。

人们进行大量的试验研究后发现，白炽灯丝点燃可燃性气体混合物时存在一个最易点燃浓度，如表1.10所示。

表1.10 白炽灯丝点燃几种可燃性气体的最易点燃浓度

白炽灯丝点燃可燃性气体混合物，本质上是一种“火花”点燃，不是“温度”点燃。大家知道，白炽灯丝是在真空状态下被加到很高温度（大约2000℃）而发光的。因为是真空，所以，灯丝没有被氧化、燃烧。一旦灯泡破碎，高温的灯丝立即被氧化，在空气中形成火花。这样的火花常常点燃了可燃性气体-空气混合物。

大功率的白炽灯丝，在灯泡破碎时可能没有完全被氧化、发光。此时，它的点燃仍然是热表面的点燃。

固体热表面，不管是较大的热表面还是炽热的金属丝，对可燃性气体-空气混合物来说，都是一种“危险温度”点燃源。而且，要点燃可燃性气体-空气混合物，这种点燃源就需要具有比可燃性气体的点燃温度（所谓的自然温度）更高的温度。