（防爆箱）

爆炸：很大破壞力的物理化學(xué)變化

爆炸，作為一種極為急劇的物理、化學(xué)變化過(guò)程，伴隨著物質(zhì)所含能量的快速轉(zhuǎn)變。在這一過(guò)程中，能量迅速轉(zhuǎn)化為物質(zhì)本身、變化產(chǎn)物或周圍介質(zhì)的壓縮能和運(yùn)動(dòng)能。其顯著特征是，大量能量在極為有限的時(shí)間內(nèi)突然釋放或急劇轉(zhuǎn)化，這些能量在有限的時(shí)間和空間里大量積聚，形成高溫高壓的非尋常狀態(tài)。這種狀態(tài)會(huì)對(duì)鄰近介質(zhì)產(chǎn)生急劇的壓力突躍，進(jìn)而引發(fā)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，最終顯示出強(qiáng)大的移動(dòng)或破壞效應(yīng)。

在石油、化工等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，從原料到成品，涉及眾多易燃易爆物質(zhì)。一旦發(fā)生爆炸事故，后果不堪設(shè)想。例如，2015 年天津港爆炸事故，造成了 165 人遇難、8 人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 68.66 億元。泵房垮塌、油罐爆炸著火、裝置報(bào)廢、人員傷亡等悲劇屢見(jiàn)不鮮。因此，控爆炸成為石油、化工等行業(yè)安全生產(chǎn)的核心任務(wù)。而要科學(xué)有效地控制氣體、粉塵爆炸，正確理解爆炸極限是關(guān)鍵的第一步。

（防爆空調(diào)）

爆炸極限，指的是可燃性氣體或蒸氣與助燃性氣體的均勻混合系在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下引起爆炸的濃度極限值。助燃性氣體通常包括空氣、氧氣或輔助性氣體。一般情況下，我們所說(shuō)的爆炸極限是指可燃?xì)怏w或蒸氣在空氣中的濃度極限。其中，能夠引起爆炸的可燃?xì)怏w的低含量被稱為爆炸下限（Low Explosion - Level，LEL），最高濃度則稱為爆炸上限（Upper Explosion - Level，UEL）。例如，甲烷的爆炸下限為 5.0%，爆炸上限為 15.0% ，這意味著當(dāng)甲烷在空氣中的濃度處于這個(gè)范圍時(shí)，一旦遇到合適的點(diǎn)火源，就有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。

（防爆除濕機(jī)）

1. 可燃?xì)怏w

• 混合系組分：不同的混合系組分，其爆炸極限存在顯著差異。例如，氫氣與氧氣混合的爆炸極限和甲烷與氧氣混合的爆炸極限就不同。

• 初始條件與外部因素：初始溫度、系統(tǒng)壓力、惰性介質(zhì)含量、混合系存在空間及器壁材質(zhì)以及點(diǎn)火能量的大小等，都會(huì)對(duì)爆炸極限產(chǎn)生影響。

• 溫度影響：化學(xué)反應(yīng)與溫度密切相關(guān)，爆炸極限數(shù)據(jù)也必然與混合物的初始溫度有關(guān)。初始溫度越高，反應(yīng)越容易傳播。一般規(guī)律是，混合系原始溫度升高，爆炸極限范圍增大，即下限降低，上限增高。例如，汽油在常溫下的爆炸極限范圍與在高溫環(huán)境下的爆炸極限范圍是不同的，高溫會(huì)使汽油的爆炸危險(xiǎn)性增加。

• 壓力影響：系統(tǒng)壓力增高，爆炸極限范圍擴(kuò)大，尤其體現(xiàn)在爆炸上限的提高。壓力升高，分子間距離更近，碰撞幾率增大，燃燒反應(yīng)更易進(jìn)行。當(dāng)壓力減小，爆炸極限范圍縮小，當(dāng)壓力降至臨界壓力時(shí)，系統(tǒng)不再爆炸。比如，在高壓容器中的可燃?xì)怏w，其爆炸危險(xiǎn)性比在常壓下更高。

• 惰性氣體含量影響：混合系中惰性氣體量增加，爆炸極限范圍縮小，當(dāng)惰性氣體濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，混合系就不會(huì)爆炸。不同種類的惰性氣體對(duì)爆炸極限的影響也不同，以汽油為例，其爆炸極限范圍按氮?dú)狻⑷紵龔U氣、二氧化碳、氟利昂 21、氟利昂 12、氟利昂 11 的順序依次縮小。

• 容器、管徑影響：容器、管子直徑越小，爆炸范圍越小。當(dāng)管徑小到一定程度時(shí)，單位體積火焰對(duì)應(yīng)的固體冷卻表面散發(fā)出的熱量大于產(chǎn)生的熱量，火焰會(huì)中斷熄滅，此時(shí)的最大管徑稱為臨界直徑。容器材料也有很大影響，如氫和氟在玻璃器皿中混合，即使在液態(tài)空氣溫度下、置于黑暗處仍可發(fā)生爆炸，而在銀器中，只有在一般溫度下才會(huì)發(fā)生爆炸反應(yīng)。

• 點(diǎn)火強(qiáng)度影響：點(diǎn)火能強(qiáng)度越高，燃燒自發(fā)傳播的濃度范圍越寬，爆炸上限向可燃?xì)夂枯^高的方向移動(dòng)。例如，甲烷在 100V 電壓、1A 電流火花作用下不爆炸，電流增加到 2A 時(shí)，爆炸極限為 5.9% - 13.6%，電流增加到 3A 時(shí)，爆炸極限為 5.85% - 14.8%。

• 干濕度影響：通常可燃?xì)馀c空氣混合物的相對(duì)濕度對(duì)爆炸寬度影響較小，但在極度干燥時(shí)，爆炸范圍寬度最大。

• 熱表面、接觸時(shí)間的影響：熱表面面積大、點(diǎn)火源與混合物接觸時(shí)間長(zhǎng)等都會(huì)使爆炸極限擴(kuò)大。

• 其他因素：混合系統(tǒng)接觸的封閉外殼的材質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)、光照、表面活性物質(zhì)等都可能影響爆炸極限范圍。此外，可燃性氣體的爆炸上限和氧與氮在空氣中的比例幾乎無(wú)關(guān)，但在生產(chǎn)實(shí)踐中，爆炸上限與空氣中的氧含量密切相關(guān)，這是由于可燃?xì)饣蚩扇颊魵膺^(guò)剩，即氧氣不足所致。

2. 可燃蒸氣

• 可燃蒸氣的爆炸極限由可燃液體產(chǎn)生的蒸氣濃度決定。對(duì)于可燃液體，爆炸下限對(duì)應(yīng)的閃點(diǎn)溫度又稱為爆炸下限溫度，爆炸上限濃度對(duì)應(yīng)的液體溫度又稱為爆炸上限溫度。

• 可燃蒸氣的爆炸上限和氧與氮在空氣中的比例幾乎無(wú)關(guān)，原因與可燃?xì)怏w相同。

• 爆炸上限與空氣中的氧含量有很大關(guān)系，同樣是由于氧氣不足致使可燃?xì)饣蚩扇颊魵膺^(guò)剩。

3. 可燃粉塵

• 爆炸機(jī)理：粉塵爆炸是因其粒子表面氧化而發(fā)生的。粒子表面接受熱能時(shí)，表面溫度上升，分子產(chǎn)生熱分解或干餾作用成為氣體排放在粒子周圍，該氣體同空氣混合成為爆炸性混合氣體，發(fā)火產(chǎn)生火焰，火焰產(chǎn)生的熱進(jìn)一步促進(jìn)粉末的分解，不斷成為氣相，放出可燃?xì)怏w與空氣混合而發(fā)火、傳播。

• 影響因素：

• 粒度：粉塵爆炸下限受粒度影響很大，粒度越高（粒徑越小），爆炸下限越低。例如，面粉廠中，面粉顆粒越細(xì)，爆炸危險(xiǎn)性越大。

• 水分：含塵空氣有水分存在時(shí)，爆炸下限提高，甚至失去爆炸性。欲使產(chǎn)品成為不爆炸的混合物，至少使其含 50% 的水。

• 氧的濃度：粉塵與氣體的混合物中，氧氣濃度增加將導(dǎo)致爆炸下限降低。

• 點(diǎn)燃源：粉塵爆炸下限受點(diǎn)燃源溫度、表面狀態(tài)的影響。溫度高、表面積大的點(diǎn)燃源，可使粉塵爆炸下限降低。

4. 對(duì)爆炸極限的正確認(rèn)識(shí)：爆炸特性值并非物理常數(shù)，它與測(cè)定時(shí)所采用的方法密切相關(guān)。因此，同一種氣體的爆炸極限數(shù)值在國(guó)內(nèi)、國(guó)外部門發(fā)布的數(shù)據(jù)可能有所不同。雖然這些數(shù)值差別通常不大，在進(jìn)行氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警時(shí)，一般取爆炸下限的 10% 進(jìn)行報(bào)警，差別更加微小，一般不影響正常使用。但作為管理者，必須清楚數(shù)值的來(lái)源，并根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)掌握使用。在特殊情況下，如熱表面面積大、點(diǎn)火源與混合物接觸時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)充分考慮爆炸極限的擴(kuò)大，否則可能引發(fā)事故，影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。

   
   

   
   

   

1. 根據(jù)化學(xué)理論體積分?jǐn)?shù)近似計(jì)算：爆炸氣體燃燒時(shí)，其化學(xué)理論體積分?jǐn)?shù)可用來(lái)確定鏈烷烴類的爆炸下限。公式為 L 下≈0.55c0，其中 0.55 為常數(shù)，c0 為爆炸氣體燃燒時(shí)化學(xué)理論體積分?jǐn)?shù)。若空氣中氧體積分?jǐn)?shù)按 20.9% 計(jì)，c0 可用 c0 = 20.9 /（0.209 + n0）確定，n0 為可燃?xì)怏w燃燒時(shí)所需氧分子數(shù)。以甲烷為例，其燃燒反應(yīng)式為 CH4 + 2O2→CO2 + 2H2O，n0 = 2 ，則 L 下 = 0.55×20.9 /（0.209 + 2）= 5.2，計(jì)算值比實(shí)驗(yàn)值 5% 相差不過(guò) 10%。

2. 對(duì)于兩種或多種可燃?xì)怏w或可燃蒸氣混合物爆炸極限的計(jì)算

• 萊?夏特爾定律：對(duì)于兩種或多種可燃蒸氣混合物，已知每種可燃?xì)獾谋O限，可根據(jù)萊?夏特爾定律計(jì)算與空氣相混合的氣體的爆炸極限。用 Pn 表示一種可燃?xì)庠诨旌衔镏械捏w積分?jǐn)?shù)，則 LEL =（P1 + P2 + P3）/（P1 / LEL1 + P2 / LEL2 + P3 / LEL3）（V%），混合可燃?xì)獗ㄉ舷蓿篣EL =（P1 + P2 + P3）/（P1 / UEL1 + P2 / UEL2 + P3 / UEL3）（V%），此定律一直被證明是有效的。

• 理?查特里公式：理?查特里認(rèn)為，復(fù)雜組成的可燃?xì)怏w或蒸氣混合的爆炸極限，可根據(jù)各組分已知的爆炸極限按下式求之。該式適用于各組分間不反應(yīng)、燃燒時(shí)無(wú)催化作用的可燃?xì)怏w混合物。公式為 Lm = 100 /（V1 / L1 + V2 / L2 + …… + Vn / Ln），其中 Lm 為混合氣體爆炸極限，%；L1、L2、L3 為混合氣體中各組分的爆炸極限，%；V1、V2、V3 為各組分在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)，%。例如，一天然氣組成如下：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%），則爆炸下限 Lm = 100 /（80 / 5 + 15 / 3.22 + 4 / 2.37 + 1 / 1.86）= 4.369。

3. 可燃粉塵：許多工業(yè)可燃粉塵的爆炸下限在 20 - 60g/m3 之間，爆炸上限在 2 - 6kg/m3 之間。碳?xì)浠衔镆活惙蹓m如能氣化燃盡，則爆炸下限可由布爾格斯 - 維勒關(guān)系式計(jì)算：c×Q = k，其中 c 為爆炸下限濃度，Q 為該物質(zhì)每摩爾的燃燒熱或每克的燃燒熱，k 為常數(shù)。

   
   

   

許多資料對(duì)過(guò)爆炸極限可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)描述為：過(guò)爆炸下限則可燃?xì)饣蛘魵饧炔槐ㄒ膊恢穑^(guò)爆炸上限也是如此。但從爆炸發(fā)生機(jī)理來(lái)看，這種將爆炸極限與燃燒極限混為一談的說(shuō)法并不嚴(yán)密。爆炸是氣體受熱、發(fā)生燃燒并在特殊情形下發(fā)生的，過(guò)爆炸極限雖不再發(fā)生爆炸，但在特定情況下仍可能發(fā)生燃燒。雖然爆炸極限與燃燒極限的差值一般很小，很多情況下可視為等值，但不能一概而論地將過(guò)爆炸極限的危險(xiǎn)狀況認(rèn)定為既不爆炸也不燃燒的 “安全狀況"。利用這一原理，可以在燃燒情況下進(jìn)行帶壓不置換動(dòng)火，從而省時(shí)省力，但必須嚴(yán)格控制條件，確保安全。

（防爆恒溫恒濕空調(diào)）

由于爆炸造成的后果極其嚴(yán)重，在化工生產(chǎn)作業(yè)中，爆炸壓力和火災(zāi)的蔓延會(huì)使生產(chǎn)設(shè)備遭受損失，建筑破壞，甚至導(dǎo)致人員死亡。因此，科學(xué)防爆至關(guān)重要。常見(jiàn)的爆炸控制措施包括：

1. 控制可燃物：通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中使用的易燃易爆物質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格管理，減少其泄漏和積聚的可能性。例如，采用密封設(shè)備、定期檢查維護(hù)管道和容器等，防止可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵泄漏到空氣中形成爆炸性混合物。

2. 控制助燃物：在一些特殊場(chǎng)合，可以通過(guò)降低氧氣濃度來(lái)控爆炸風(fēng)險(xiǎn)。例如，在某些儲(chǔ)存易燃易爆物品的倉(cāng)庫(kù)中，采用充入惰性氣體（如氮?dú)猓┑姆绞剑档脱鯕夂?，使環(huán)境不具備爆炸條件。

3. 控制點(diǎn)火源：點(diǎn)火源是引發(fā)爆炸的關(guān)鍵因素之一，因此要嚴(yán)格控制各種點(diǎn)火源。如在易燃易爆場(chǎng)所，禁止使用明火，采用防爆電氣設(shè)備，防止電氣火花的產(chǎn)生；對(duì)設(shè)備進(jìn)行良好的接地，防止靜電積聚產(chǎn)生靜電火花；避免機(jī)械摩擦和撞擊產(chǎn)生火花等。

4. 安裝防爆裝置：在可能發(fā)生爆炸的場(chǎng)所，安裝防爆裝置可以有效減輕爆炸造成的危害。例如，安裝安全閥、爆破片等泄壓裝置，當(dāng)壓力超過(guò)一定值時(shí)，自動(dòng)泄壓，防止容器爆炸；安裝可燃?xì)怏w報(bào)警儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中可燃?xì)怏w的濃度，一旦超過(guò)設(shè)定的報(bào)警值，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，采取相應(yīng)措施。

5. 制定應(yīng)急預(yù)案：企業(yè)應(yīng)制定完善的爆炸事故應(yīng)急預(yù)案，明確在發(fā)生爆炸事故時(shí)的應(yīng)急處理流程和責(zé)任分工。定期組織員工進(jìn)行應(yīng)急演練，提高員工應(yīng)對(duì)爆炸事故的能力，確保在事故發(fā)生時(shí)能夠迅速、有效地進(jìn)行救援，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

總之，了解爆炸極限和采取有效的爆炸控制措施是化工等行業(yè)安全生產(chǎn)的重要保障。只有深入理解爆炸的原理和規(guī)律，科學(xué)計(jì)算爆炸極限，正確認(rèn)識(shí)過(guò)爆炸極限的危險(xiǎn)性，并采取全面、有效的爆炸控制措施，才能大程度地降低爆炸事故的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，保障人員生命安全和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。