预混燃烧又称动力燃烧或爆炸式燃烧。它是指可燃气体或蒸气预先同空气(或氧气)混合,遇火源产生带有冲击力的燃烧。
预混燃烧,一般发生在封闭体系中或在混气向周围扩散速度远小于燃烧速度的敞开体系。当大量可燃气体泄漏到空气中,或大量可燃液体泄漏到空气并迅速蒸发产生蒸气,即会在大范围空间与空气混合形成可燃性混合气,若与点火源接触就会立即发生爆炸。一般将这种爆炸称为蒸气云爆炸,简称“UVCE”。蒸气云着火后,多数先在地面形成球状火焰,进而由于浮力而上升,同时卷席周围空气,并形成“蘑菇状火焰”。一般会造成较为严重的后果。
可燃蒸气云的形成一般有下列3种情况:
(1)常温常压下的可燃液体。闪点低于常温的可燃液体,如汽油闪点远低于常温,泄漏后接受外界热量则会蒸发,持续产生的蒸气不断向周围扩散,形成蒸气云。
(2)常温常压下的可燃液化气体。沸点低于常温的可燃气体,只是因为加压而被液化,如液化丙烷、液化丁烷等。在高压下呈气、液两相平衡状态,当其泄漏到常压的大气中时,即急剧蒸发汽化,形成蒸气云。
(3)常压低温下的可燃液体或气体。沸点低于反应或储存温度的可燃物质,如反应罐中的苯、低温储罐的液化天然气等,当其泄漏到常温的大气中时,由于环境温度比其沸点高而迅速沸腾汽化,短时间内即可能形成可燃蒸气云。
据统计,工业上可燃物质泄漏或外溢而导致UVCE事故的原因主要包括:①管线连接处(法兰、焊缝、螺纹联接等)泄漏。②管线因破裂、腐蚀、损坏等泄漏。③储罐因超压、破裂、腐蚀、损坏等泄漏。④阀门泄漏、因误操作或反应失控等原因造成满罐外溢。
预混燃烧的特点是:反应混合气体不扩散,在可燃混气中引入火源即产生一个火焰中心,成为热量与化学活性粒子集中源。火焰中心把热量和活性粒子供给其周围的未燃气体薄层,反应区的火焰峰按同心球面迅速向外传播,运动火焰峰是厚度约为10-4~10-2cm的气相燃烧区,温度按混合气体组成的不同,一般介于700~2730℃之间。如果预混气体从管口喷出发生预混燃烧,若气体流速大于燃烧速度则在管口形成稳定的燃烧火焰,由于燃烧充分,速度快,燃烧区呈高温白炽状,如汽灯的燃烧即是如此。若气体流速小于燃烧速度,则会发生“回火”。制气系统检修前不进行置换就烧焊,燃气系统开车前不进行吹扫就点火,用气系统产生负压“回火”或者漏气未被发现而用火时,往往形成预混燃烧,有可能造成设备损坏和人员伤亡。
此外,有些气体还能发生分解爆炸,如乙炔、乙烯、氧化乙烯、四氟乙烯、丙烯、臭氧、一氧化氮、二氧化氮等。这些气体在一定压力下遇到火源会发生分解反应,同时可产生相当数量的分解热,这为爆炸提供了能量。分解产物由于升温,体积膨胀会发生爆炸。在发生爆炸前,系统所处初始压力越高,越易发生分解爆炸,所需的点火能量越小。当初始压力小到一定值时,系统便不发生分解爆炸,这个压力称为分解爆炸临界压力。一般地说,分解热在80kJ/mol以上的气体,在一定条件(温度和压力)下遇火源即会发生爆炸。分解热是引起气体爆炸的内因,一定的温度和压力则是外因。分解爆炸的条件是:(www.xing528.com)
(1)分解反应是放热反应。
(2)存在火源或热源。
(3)系统初始压力大于分解爆炸临界压力Po。
【思考与练习题】
1.根据气体燃烧过程的控制因素不同,气体的燃烧形式有哪几种?
2.简述扩散燃烧与预混燃烧的特点。
3.蒸气云是如何产生的?
4.哪些气体能够发生分解爆炸?气体发生分解爆炸的条件是什么?
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