各种不同的可燃气体和可燃液体蒸气,由于它们的理化性质的不同,因而具有不同的爆炸极限。
一种可燃气体或可燃液体蒸气的爆炸极限,也并非固定不变,它们受温度、压力、氧含量、惰性介质、容器的直径等因素的影响。
温度的影响
混合气体的原始温度升高,则爆炸下限降低,上限增高,爆炸极限范围扩大,爆炸危险性增加。
混合物温度升高使其分子内能增加,使燃烧速度加快,而且由于分子内能的增加和燃烧速度的加快,使原来含有过量空气(低于爆炸下限)或可燃物(高于爆炸上限)而不能使火焰蔓延的混合物含量变为可以使火焰蔓延的含量,从而扩大了爆炸极限范围。
氧含量的影响
混合物中含氧量增加,爆炸极限范围扩大,尤其是爆炸上限提高得更多。可燃气体在空气和纯氧中的爆炸极限范围比较见表1-3。
【3标§】几种可燃气体在空气中和纯氧中的爆炸极限范围(%) 表1-3
惰性介质的影响
如果在爆炸混合物中掺入不燃烧的惰性气体(如氮、水蒸气、二氧化碳、氩、氦等),随着惰性气体所占体积分数的增加,爆炸极限范围则缩小,惰性气体的含量提高到某一数值,可使混合物不能爆炸。一般情况下,惰性气体对混合物爆炸上限的影响较之对下限的影响更加显著。因为惰性气体含量加大,表示氧的含量相对减小,而在上限中氧的含量本来已经很小,故惰性气体含量稍为增加一点即产生很大影响,而使爆炸上限显著下降。
原始压力的影响
混合物的原始压力对爆炸极限有很大影响,压力增大,爆炸极限范围也扩大,尤其是爆炸上限明显提高。
容器
充装容器的材质、尺寸等,对物质爆炸极限均有影响。实验证明,容器管子直径越小,爆炸极限范围越小。同一可燃物质,管径越小,其火焰蔓延速度就越小。当管径(或火焰通道)小到一定程度时,火焰即不能通过。这一间距称为最大灭火间距,也叫做临界直径。当管径小于最大灭火间距,火焰因不能通过而被熄灭。
容器大小对爆炸极限的影响也可以从器壁效应得到解释。燃烧是由自由基产生一系列连锁反应的结果,只有当新生自由基大于消失的自由基时,燃烧方可继续。但随着管道直径(尺寸)的减小,自由基与管道壁的碰撞几率相应增大。当尺寸减少到一定程度时,即因自由基(与器壁碰撞)销毁大于自由基产生,燃烧反应便不能继续进行。
关于材料的影响,例如氢和氟在玻璃器皿中混合,甚至放在液态空气温度下于黑暗中也能发生爆炸。而在银制器皿中,一般温度下才能发生反应。
能源
火花的能量、热表面的面积,火源与混合物的接触时间等,均对爆炸极限有影响。如甲烷对电压为100V、电流强度为1A的电火花,无论在何种比例下都不爆炸,如电流强度为2A时其爆炸极限为5.9%~13.6%;3A时为5.85%~14.8%。所以各种爆炸混合物都有一个最低引爆能量(一般在接近化学理论量时出现)。
除以上因素外,光对爆炸极限也有影响。众所周知,在黑暗中氢与氯的反应十分缓慢,但在强光照射下则发生连锁反应导致爆炸。又如甲烷与氯的混合物,在黑暗中长时间内不发生反应,但在日光照射下,便会引起激烈的反应,如果两种气体的比例适当就能发生爆炸。另外,表面活性物质对某些介质也有影响,如在球形器皿内于530℃时,氢与氧完全无反应,但是向器皿中插入石英、玻璃、铜或铁棒时,则发生爆炸。
影响气体爆炸极限的因素