引言（1）
爆炸是物質(zhì)的一種非常急劇的物理、化學(xué)變化，在變化過(guò)程中，伴有物質(zhì)所含能量的快速轉(zhuǎn)變，即變?yōu)樵撐镔|(zhì)本身、變化產(chǎn)物或周圍介質(zhì)的壓縮能和運(yùn)動(dòng)能。其重要特征是大量能量在有限的時(shí)間里突然釋放或急劇轉(zhuǎn)化，這種能量能在有限的時(shí)間和有限的體積內(nèi)大量積聚造成高溫高壓等非尋常狀態(tài)，對(duì)鄰近介質(zhì)形成急劇的壓力突躍和隨后的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，顯示出不尋常的移動(dòng)或破壞效應(yīng)。在石油、化工等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，從原料到成品，使用、產(chǎn)生的易燃易爆物質(zhì)很多，一旦發(fā)生爆炸事故，常會(huì)帶來(lái)非常嚴(yán)重的后果，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害，譬如泵房垮塌、油罐爆炸著火、裝置報(bào)廢、人員傷亡。正因如此，控制爆炸是石油、化工等行業(yè)的重中之重。要科學(xué)有效地控制氣體、粉塵爆炸，就不能不對(duì)爆炸極限有一個(gè)正確的理解。

爆炸極限的定義（2）
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，稱為爆炸極限。助燃性氣體可以是空氣、氧氣或輔助性氣體。一般情況提及的爆炸極限是指可燃?xì)怏w或蒸氣在空氣中的濃度極限，能夠引起爆炸的可燃?xì)怏w的最低含量稱為爆炸下限Low Explosion - Level（LEL），最高濃度Upper Explosion - Level稱為爆炸上限（UEL）。

影響爆炸極限的因素（3）
1 可燃?xì)怏w

1.1 混合系的組分不同，爆炸極限也不同。

1.2 同一混合系，由于初始溫度、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)火能量的大小等都能使爆炸極限發(fā)生變化。

a.溫度影響

因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)與溫度有很大的關(guān)系，所以，爆炸極限數(shù)據(jù)必定與混合物規(guī)定的初始溫度有關(guān)。初始溫度越高，引起的反應(yīng)越容易傳播。一般規(guī)律是，混合系原始溫度升高，則爆炸極限范圍增大即下限降低，上限增高。但是，目前，還沒(méi)有大量的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因?yàn)橄到y(tǒng)溫度升高，分子內(nèi)能增加，使原來(lái)不燃的混合物成為可燃、可爆系統(tǒng)。

b.壓力影響

系統(tǒng)壓力增高，爆炸極限范圍也擴(kuò)大，明顯體現(xiàn)在爆炸上限的提高。這是由于壓力升高，使分子間的距離更為接近，碰撞幾率增高，使燃燒反應(yīng)更容易進(jìn)行，爆炸極限范圍擴(kuò)大，特別是爆炸上限明顯提高。壓力減小，則爆炸極限范圍縮小，當(dāng)壓力降至一定值時(shí)，其上限與下限重合，此時(shí)的壓力稱為為混合系的臨界壓力，低于臨界壓力，系統(tǒng)不爆炸。

c.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，惰性氣體濃度提高到某一數(shù)值時(shí)，混合系就不能爆炸。

惰性氣體種類不同，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)?、燃燒廢氣、二氧化碳、氟利昂21、氟利昂12、氟利昂11順序依次縮小。

d.容器、管徑影響

容器、管子直徑越小，則爆炸范圍越小，當(dāng)管徑小到一定程度時(shí)，單位體積火焰所對(duì)應(yīng)的固體冷卻表面散發(fā)出的熱量就會(huì)大于產(chǎn)生的熱量，火焰便會(huì)中斷熄滅?；鹧娌荒軅鞑サ淖畲蠊軓椒Q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，在一般溫度下才能發(fā)生爆炸反應(yīng)。

e.點(diǎn)火強(qiáng)度影響

點(diǎn)火能的強(qiáng)度高，燃燒自發(fā)傳播的濃度范圍也就越寬。尤其是爆炸上限向可燃?xì)夂枯^高的方向移動(dòng)。如甲烷在100V電壓、1A電流火花作用下，無(wú)論何種混合比例情況均不爆炸；若電流增加到2A，其爆炸極限為5.9%-13.6%；電流上繁榮昌盛到3A時(shí)，其爆炸極限為5.85%-14.8%。

f.干濕度影響

通?？扇?xì)馀c空氣混合物的相對(duì)濕度對(duì)于爆炸寬度影響雖小，但在極度干燥時(shí)，爆炸范圍寬度為最大。

g.熱表面、接觸時(shí)間的影響

熱表面的面積大，點(diǎn)火源與混合物的接觸時(shí)間長(zhǎng)等都會(huì)使爆炸極限擴(kuò)大。

h.除此之外，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)等都可能影響到爆炸極限范圍。

i.可燃?xì)怏w的爆炸上限和氧與氮在空氣中的比例幾乎無(wú)關(guān)。因?yàn)檠鹾偷谋葻嵯嘟?，燃燒熱傳遞到這兩種氣體都會(huì)導(dǎo)致相同的燃燒溫度，所以，混俁氣體一旦被點(diǎn)燃，過(guò)剩的氧是否被氮所取代，無(wú)關(guān)緊要。

j.在生產(chǎn)實(shí)踐中，爆炸上限與空氣中的氧含量有很大的關(guān)系。這是由于可燃?xì)饣蚩扇颊魵膺^(guò)剩，也就是氧氣不足所致

2 可燃蒸氣

a.可燃蒸氣的爆炸極限是由可燃液體產(chǎn)生的蒸氣濃度決定的。對(duì)于可燃液體而言，爆炸下限對(duì)應(yīng)的閃點(diǎn)溫度又可以稱為爆炸下限溫度，爆炸上限濃度對(duì)應(yīng)的液體溫度又可以稱為爆炸上限溫度。

b.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)。原因與上述2.1.2i一樣。

c.爆炸上限與空氣中的氧含量有很大的關(guān)系。原因也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

3.1 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。其爆炸過(guò)程如下：

粒子表面接受熱能時(shí)，表面溫度上升；粒子表面的分子產(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；這種火焰產(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。

3.2 粉塵爆炸極限受以下因素影響

（1）粒度 粉塵爆炸下限受粒度的影響很大，粒度越高（粒徑越?。┍ㄏ孪拊降?。

（2）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。

（3）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。

（4）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)

以上敘述表明，決不可把爆炸特性值看作是物理常數(shù)。而在實(shí)際工作中，卻有很多人把其當(dāng)作一個(gè)常數(shù)，這對(duì)處理實(shí)際工作中遇到的特殊情況有很大的危害。這些值與測(cè)定時(shí)所采用的方法有很大的關(guān)系。正因如此，同一種氣體，其爆炸極限數(shù)值在國(guó)內(nèi)、國(guó)外權(quán)威部門發(fā)布的數(shù)據(jù)也是有所不同。

但是，這些數(shù)值由于本身差別并不大，而在進(jìn)行氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警時(shí)，更是取其爆炸下限的10%進(jìn)行報(bào)警，因此，差別就更加微小，一般情況下不影響正常使用，但是，作為一個(gè)管理者而言，應(yīng)該知道這個(gè)數(shù)值的來(lái)源，并根據(jù)自己的實(shí)際情況予以科學(xué)掌握使用，特別是在特殊情況下，比如熱表面的面積大、點(diǎn)火源與混合物的接觸時(shí)間長(zhǎng)的情況下，就應(yīng)該充分考慮到爆炸極限的擴(kuò)大。如果一成不變，死搬教條，就易引發(fā)事故，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

爆炸極限的計(jì)算（4）
1 根據(jù)化學(xué)理論體積分?jǐn)?shù)近似計(jì)算

爆炸氣體完全燃燒時(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，公式如下：

L下≈0.55c0

式中 0.55——常數(shù)；

c0——爆炸氣體完全燃燒時(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可用下式確定

c0=20.9/（0.209+n0）

式中 n0——可燃?xì)怏w完全燃燒時(shí)所需氧分子數(shù)。

如甲烷燃燒時(shí)，其反應(yīng)式為

CH4+2O2→CO2+2H2O

此時(shí)n0=2

則L下=0.55×20.9/（0.209+2）=5.2由此得甲烷爆炸下限計(jì)算值比實(shí)驗(yàn)值5%相差不超過(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

目前，比較認(rèn)可的計(jì)算方法有兩種：

2.1 萊·夏特爾定律

對(duì)于兩種或多種可燃蒸氣混合物，如果已知每種可燃?xì)獾谋O限，那么根據(jù)萊·夏特爾定律，可以算出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?/P>

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

此定律一直被證明是有效的。

2.2 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。

Lm=100/（V1/L1+V2/L2+……+Vn/Ln）

式中Lm——混合氣體爆炸極限，%；

L1、L2、L3——混合氣體中各組分的爆炸極限，%；

V1、V2、V3——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%）求爆炸下限。

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如能完全氣化燃盡，則爆炸下限可由布爾格斯-維勒關(guān)系式計(jì)算：

c×Q=k

式中c——爆炸下限濃度；

Q——該物質(zhì)每靡爾的燃燒熱或每克的燃燒熱；

k——常數(shù)。

超過(guò)爆炸極限的危險(xiǎn)性（5）
超過(guò)爆炸極限可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)，許多資料都是這樣描述的：超過(guò)爆炸下限則可燃?xì)饣蛘魵饩图炔槐ㄒ膊恢?；超過(guò)爆炸上限也是如此。從發(fā)生機(jī)理上講，爆炸是在經(jīng)歷氣體受熱、發(fā)生燃燒并在特殊情形下發(fā)生爆炸。由此來(lái)看，上述將爆炸極限與燃燒極限混為一談是不嚴(yán)密的，因?yàn)?，這里面涉及一個(gè)燃燒極限問(wèn)題。超過(guò)爆炸極限不再發(fā)生爆炸顯然是正確的，但是，在具別情況下，不發(fā)生爆炸但仍可能發(fā)生燃燒。只是這個(gè)爆炸極限與燃燒極限的差值一般很小，在很多情況下可以視為等值，但不應(yīng)視為等值，從而一概把超過(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。

爆炸控制（6）
由于爆炸造成的后果大多非常嚴(yán)重，在化工生產(chǎn)作業(yè)中，爆炸壓力的作用和火災(zāi)的蔓延，不僅會(huì)使生產(chǎn)設(shè)備遭受損失，而且使建筑破壞，甚至致人死亡。因此，科學(xué)防爆是非常重要的一項(xiàng)工作。

防止爆炸的一般原則是：一是控制混合氣體的組分處在爆炸極限以外；二是使用惰性氣體取代空氣；三是使氧氣濃度處于其極限值以下。為此應(yīng)防止可燃?xì)庀蚩諝庵行孤?，或防止空氣進(jìn)入可燃?xì)怏w中；控制、監(jiān)