消防燃烧学：爆炸极限估算与应用

（一）爆炸极限的估算

各种可燃气体和液体蒸气的爆炸极限可用专门仪器测定出来，也可用经验公式计算出近似值。虽然计算值与实测值有一定误差，但仍不失其参考价值。现仅简介3种计算方法。

1.利用经验公式估算

某些单纯有机化合物（气体或蒸气）的爆炸极限可用下述经验公式估算

式中 A——-mol有机物可燃完全燃烧所需氧气的物质的量。

注：用上述公式计算爆炸浓度上限误差较大。

【例题5-2】求乙酸乙酯的爆炸浓度极限。

解：乙酸乙酯分子式为C₄H₈O₂，在空气中完全燃烧反应式为

C₄H₈O₂+5O₂+5×3.76N₂=4CO₂+4H₂O+5×3.76N₂+Q

所以A=5

分别代入式（5-5）和式（5-6）得

答：乙酸乙酯的爆炸浓度极限为2.28%～7.75%。（注：《灭火手册》中有关值为2.1%～11%）

2.通过化学计量浓度估算

可燃气体与空气中的氧气恰好完全反应时，可燃气体在空气中的含量（体积分数）称为化学计量浓度。对于可燃气体或蒸气来说，化学计量浓度是发生燃烧爆炸最危险的浓度。据实验证明，各种有机可燃物质在空气中燃烧的化学计量浓度与该物质爆炸极限浓度之间保持一个近似不变的常数关系。故可采用化学计量浓度估算爆炸极限。

采用此方法估算爆炸极限，首先必须计算出（或查知）可燃物质的化学计量浓度（x₀）。

（1）化学计量浓度可按下式计算

式中 A——-mol可燃有机物完全燃烧所需氧气的量；

x₀——有机可燃物在空气中燃烧时的化学计量浓度。

（2）爆炸极限估算

L_下≈0.55x₀ （5-8）

式中 L_下——爆炸下限浓度（%）；

L_上——爆炸上限浓度（%）；

x₀——化学计量浓度（%）。

【例题5-3】试估算丙烷（C₃H₈）的爆炸极限。

解：（1）根据燃烧反应式可知丙烷所需氧气的量A=5，代入式（5-7），则化学计量浓度为

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（2）已知丙烷的x₀=4.03%，将有关数值代入式（5-8）和式（5-9），则其爆炸浓度极限为：

L_下≈0.55x₀=0.55×4.03≈2.22（%）

答：丙烷的爆炸下限为2.22%，爆炸上限为9.64%。

3.混合气体爆炸浓度极限的计算

由多种可燃气体组成的混合物，其爆炸浓度极限可用下列公式计算近似值

式中 V₁、V₂、V₃…V_n——为气体混合物中各组分的体积分数（%）；

L₁、L₂、L₃…L_n——为混合物中各组分的爆炸浓度极限（%）（如果计算爆炸下限，则L₁、L₂、L₃…L_n代入各组分的爆炸下限浓度）。

【例题5-4】制水煤气的化学反应为H₂O_（g）+C（炽热）=CO+H₂，经干燥的水煤气所含CO和H₂均为50%，求经干燥的水煤气的爆炸浓度极限。

解：查表得CO爆炸极限为-2.5%～74.0%；H₂爆炸极限为4.0%～75.6%，将有关数值代入式（5-11），则得

答：该水煤气爆炸浓度极限为6.06%～74.79%。

用上述公式计算的结果，大多数与实验值一致，但对含氢-乙炔，氢-硫化氢、硫化氢-甲烷及含二硫化碳等混合气体，误差较大。

（二）爆炸极限在消防中的应用

物质的爆炸极限是正确评价生产、储存过程中火灾危险程度的主要参数，是建筑、电气和其他防火安全技术的重要依据。

1.评定可燃气体和可燃液体的爆炸危险性大小

可燃气体和可燃液体的爆炸下限越低，爆炸范围越广，爆炸危险性就越大。例如，乙炔的爆炸极限为2.5%～82%；氢气的爆炸极限为4%～76%；氨的爆炸极限为15%～28%。其爆炸危险性为：乙炔＞氢气＞氨气。

2.选择电气防爆类型

作为评定可燃气体分级和确定其火灾类别的标准，以选择电气防爆类型：

爆炸下限小于10%的可燃气体的火灾危险类别为甲类，应选用隔爆型电气设备。

爆炸下限大于或等于10%的可燃气体的火灾危险类别为乙类，可选用任一防爆型电气设备。

3.确定建筑物耐火等级、防火墙间占地面积及安全疏散距离（见表5-38和表5-39）。

表5-38 厂房的耐火等级、面积和安全疏散距离

表5-39 库房的耐火等级、层数和面积

4.确定安全生产操作规程

采用可燃气体或蒸气氧化法生产时，应使可燃气体或蒸气与氧化剂的配比处于爆炸极限以外（如氨氧化制硝酸），若处于或接近爆炸极限进行生产时，应充惰性气体稀释保护（如甲醇氧化制甲醛）。

在生产和使用可燃气体、易燃液体的场所，还应根据它们的爆炸危险性采取诸如密封设备、加强通风、定期检测、开停车前后吹洗置换设备系统、建立检修动火制度等防火安全措施。发生火灾时，应视气体、液体的爆炸危险性大小采取诸如冷却降温、减速降压、排空泄料、停车停泵、关闭阀门、断绝气源、使用相应灭火剂扑救等措施，阻止火势扩展，防止爆炸的发生。