影响爆炸极限的主要因素-消防燃烧学视角

不仅不同的可燃气体和液体蒸气，因理化性质不同具有不同爆炸极限，而且就是同种可燃气体（蒸气），其爆炸极限也会因外界条件的变化而变化。

（一）初始温度

爆炸性混合物在遇到点火源之前的初始温度升高，使爆炸极限范围增大，即爆炸下限降低，上限增高，爆炸危险性增加。这是因为温度升高，会使反应物分子活性增大，因而反应速度加快，反应时间缩短，导致反应放热速率增加，散热减少，使爆炸容易发生。温度对爆炸极限的影响如图5-5所示。

图5-5 不同温度下，氢在空气中的爆炸极限（火焰向下传播）

又如，温度对丙酮爆炸极限的影响，见表5-34。

表5-34 不同温度时丙酮的爆炸极限

（二）初始压力

多数爆炸性混合物的初始压力增加时，爆炸极限范围变宽，爆炸危险性增加。压力对爆炸上限的影响较对爆炸下限的影响要大。因为初始压力高，分子间距缩短，碰撞概率增高，使爆炸反应容易进行。压力降低，爆炸范围缩小，降至一定值时，其下限与上限重合，此时的压力称为爆炸的临界压力。临界压力的存在，表明在密闭的设备内进行减压操作，可以避免爆炸危险。若压力低于临界压力，则不会发生爆炸。因此，爆炸危险性较大的工艺操作常采用负压以保安全。以一氧化碳为例，爆炸极限在101.325kPa时为15.5%～68%；在79.8kPa时为16%～65%；在53.2kPa时为-9.5%～57.5%；在39.9kPa时为22.5%～51.5%；在30.59kPa时上下限合为37.4%；在26.6kPa时就没有爆炸危险了。又如压力对甲烷-空气混合物爆炸极限的影响，如图5-6所示。

图5-6 不同压力下，甲烷-空气混合物的爆炸极限

（三）混合物中的含氧量

可燃混合物中氧含量增加，一般对爆炸下限影响不大，因为在下限浓度时氧气相对可燃气体是过量的。而在上限浓度时氧含量相对不足，所以增加氧含量会使上限显著增高。氨气的爆炸极限随着氧含量的变化情况如图5-7所示。

图5-7 NH₃-O₂-N₂混合气体爆炸极限

几种可燃气体在空气中和纯氧中的爆炸极限见表5-35。(www.xing528.com)

表5-35 几种可燃气体在空气中和纯氧中的爆炸极限 （%）

（四）惰性气体含量及杂质

若在混合物中加入惰性气体（氮气、二氧化碳等），将使其爆炸极限范围缩小，一般是对上限的影响比对下限的影响显著。当惰性气体含量逐渐增多达到一定浓度时，可使混合气体不爆炸。二氧化碳对汽油蒸气爆炸极限的影响见表5-36。

表5-36 二氧化碳对汽油蒸气爆炸极限的影响

（五）容器的直径和材质

充装混合物的容器直径越小，火焰在其中的蔓延速度越小，爆炸极限的范围就越小。当容器直径小到一定程度时（即临界直径），火焰会因不能通过而熄灭，气体混合物便可免除爆炸危险。汽油储罐和某些气体管道上安装阻火器，就是根据这个原理制作的，以阻止火焰和爆炸波的传播。阻火器的孔径或沟道的大小，视气体或蒸气的着火危险程度而定。例如，甲烷的临界直径为0.4～0.5mm；汽油、氢和乙炔的临界直径为0.1～0.2mm。

容器的材质，对爆炸极限也有影响。例如，氢和氟在玻璃容器中混合，即使在液态空气的温度下于黑暗中也会发生爆炸；而在银制的容器中，在常温下才能发生反应。

（六）最低引爆能量

各种爆炸性混合物都有一个最低引爆能量，也称为最小点火能量。爆炸性混合物的点火能量越小，其燃爆危险性就越大，低于该能量，混合物就不爆炸。

例如，甲烷若用100V电压、1A电流的电火花去点，无论在什么浓度下都不会爆炸；2A电流时，其爆炸极限为5.9%～13.6%；3A电流时，其爆炸极限为5.85%～14.8%。部分烷烃的最低引爆能量与爆炸极限和火源强度的关系见表5-37。

表5-37 部分烷烃的最低引爆能量与爆炸极限和火源强度的关系

掌握各种气体混合物爆炸所需要的最小点火能量，对于在有爆炸危险的场所选用安全的电气设备、火灾自动报警系统和各种电动仪表等，都具有很大的实际意义。