含VOCs可燃性气体爆炸极限的计算

1、定义

可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度称为爆炸下限，有时亦称为着火下限。在低于爆炸下限时，既不爆炸，也不着火。这是由于可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延。

2、简介 

可燃性混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低其爆炸危险性越大。这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会就多；爆炸下限越低则可燃物稍有泄漏就会形成爆炸条件。点燃在空气中的气体，气体可能会引爆，或者会很快停止。是哪个情况，是由气体在空气中的浓度来决定的。当气体浓度太低，没有足够燃料来维持爆炸；当气体浓度太高，没有足够氧气燃烧。气体只有在两个浓度之间才可能引爆，这两个浓度称为爆炸下限（LEL）、爆炸上限（UEL），惯以百分比表示。它们是气体的爆炸极限（又称爆炸界限）。 

各种可燃气体和燃性液体蒸气的爆炸极限，可用专门仪器测定出来，或用经验公式估算。爆炸极限的估算值与实验值一般有些出入，其原因是在计算式中只考虑到混合物的组成，而无法考虑其他一系列因素的影响，但仍不失去参考价值。 　

3、计算

（1）根据化学理论体积分数近似计算

　　爆炸气体完全燃烧时，其化学理论体积分数可用来确定链烷烃类的爆炸下限，公式如下：

　　L下≈0.55C0

       式中

       0.55——常数；

　　C0——爆炸气体完全燃烧时化学理论体积分数。

       若空气中氧体积分数按20.9%计，C0可用下式确定

　　C0=20.9/（0.209+nO）

　　式中 nO——可燃气体完全燃烧时所需氧分子数。

       如甲烷燃烧时，其反应式为

　　CH4+2O2→CO2+2H2O

　　此时nO =2

　　则L下=0.55×20.9/（0.209+2）=5.2由此得甲烷爆炸下限计算值比实验值5%相差不超过10%。

　(2) 对于两种或多种可燃气体或可燃蒸气混合物爆炸极限的计算

　　目前，比较认可的计算方法有两种：

　　a、莱夏特尔定律

　　对于两种或多种可燃蒸气混合物，如果已知每种可燃气的爆炸极限，那么根据莱?夏特尔定律，可以算出与空气相混合的气体的爆炸极限。用Pn表示一种可燃气在混合物中的体积分数，则：

　　LEL=（P1+P2+P3）/（P1/LEL1+P2/LEL2+P3/LEL3） （V%）

　　混合可燃气爆炸上限： 

　　UEL=（P1+P2+P3）/（P1/UEL1+P2/UEL2+P3/UEL3） （V%）

　　此定律一直被证明是有效的。

　　b、 理查特里公式

　　理查特里认为，复杂组成的可燃气体或蒸气混合的爆炸极限，可根据各组分已知的爆炸极限按下式求之。该式适用于各组分间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气体混合物。

　　Lm=100/（V1/L1+V2/L2+……+Vn/Ln）

　　式中

       Lm——混合气体爆炸极限，%；

　　L1、L2、L3——混合气体中各组分的爆炸极限，%；

　　V1、V2、V3——各组分在混合气体中的体积分数，%。

　　例如：一天然气组成如下：甲烷80%（L下=5.0%）、乙烷15%（L下=3.22%）、丙烷4%（L下=2.37%）、丁烷1%（L下=1.86%）求爆炸下限。

　　Lm=100/（80/5+15/3.22+4/2.37+1/1.86）=4.369

　（3） 可燃粉尘

　　许多工业可燃粉尘的爆炸下限在20-60g/m3之间，爆炸上限在2-6kg/m3之间。

　　碳氢化合物一类粉尘如能完全气化燃尽，则爆炸下限可由布尔格斯-维勒关系式计算：

　　c×Q=k

　　式中

       c——爆炸下限浓度；

　　Q——该物质每靡尔的燃烧热或每克的燃烧热；

　　k——常数。