防爆学原理学习.pptx

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1、闪燃与闪点闪燃：可燃液体或固体表面蒸气达到一定浓度，在形成可燃性混合气体的最低温度下所发生的瞬间火苗或闪光燃烧现象称为闪燃。此时所对应的液体或固体表面温度称为闪点。当可燃液体或固体温度闪点，燃烧、爆炸 当可燃液体或固体温度闪点，不能被点燃由于蒸气压太小不足与在空气中形成可燃性气体混合物。第1页/共34页自燃与自燃温度自燃：可燃物质在无外界明火作用下发生自 发着火燃烧的现象。外热自燃：可燃物质在外界热源作用下温度升高到自然温度所发生的着火燃烧现象。自热自燃：在无外界热源作用下，可燃物质因内部发生物化或生化过程而产生热积蓄使物质温度升高到自然温度时发生的着火燃烧现象。第2页/共34页自燃温度AIT

2、：在所有浓度范围内，可燃物质发生自燃的最低温度。（P ,AIT 化学当量配比浓度，AITmix）AIT：H2-630 ,CH4-722,CO-693 AIT测试方法 同心管测试法：避免器壁 散热吸收。（教材P22，Fig2-9）第3页/共34页第4页/共34页最小点火能量MIE在标准实验装置及测试 条件下，点燃可燃气 体混合物并使火焰自行传播所需的最小放电火花能量单次试验的最小点火能量。在所有浓度范围内所测量最小点火能量中的最小值可燃气体混合物的最小点燃能量。影响因素：可燃气体物化性质 测试条件 电极形状 间隙大小 电路参数第5页/共34页 MIE测试方法（教材P21，Fig2-8）可燃气体混

3、合物的最小点燃能量和灭火距离标准测试方法。ASTME582-88 （J）最小点火能量与淬火距离之间的关系：P0：混合气体起始压力，Pa dq：淬灭距离：m第6页/共34页第7页/共34页爆炸极限 爆炸上限UEL 爆炸下限LEL 爆炸区 非爆炸区 测定方法（教材P20，Fig2-7）空气中可燃气体爆炸极限测定方法GB/T124474-90第8页/共34页第9页/共34页最大试验安全间隙MESG 在标准实验装置及测试条件下，点燃气体内所有浓度范围的被试验气体/空气混合物，通过25 mm长法兰接合面均不能点燃壳外爆炸性气体混合物的外壳空腹与壳内两部分之间的最大试验安全间隙。确定防爆电气设备、防火设备

4、隔爆外壳级别的重要依据。避免传播现象第10页/共34页 可燃气体浓度：MESGmix 点火位置：紧靠内室器壁，MESG 传播通道长度 MESG 可燃气体初始压力 ，MESG爆炸性环境用防爆电气设备最大试验安全间隙测试方法GB3836.11-91教材P23第11页/共34页第12页/共34页爆炸指数爆炸指数Pm：在标准爆炸容器及测试方法下，测得可燃气体混合物每次试验的最大爆炸超压。爆炸指数(dp/dt)m：指所测爆超压-时间曲线升段上的最大斜率。反映爆炸强度的重要指标 压力上升速率 ，燃烧反应速率 ，产生的冲击波压力 。爆炸指数K：指(dp/dt)m与爆炸容器容积（V）立方根的乘积。在可燃气体混

5、合物所有浓度范围内：Pm的最大值Pmax（最大爆炸压力）(dp/dt)m的最大值(dp/dt)max（最大爆炸压力上升速率）K的最大值Kmax 第13页/共34页第14页/共34页可燃气体/空气混合物爆炸指数测量方法ISO06184-2教材P24，Fig2-11 静止状态 湍流静态第15页/共34页最高爆炸温度热平衡法计算。三点假设：爆炸物质的爆炸过程是定容过程 绝热过程 爆炸产物的热容，只是温度的函数以甲烷-空气混合气体为例。设混合气中含有氧气量恰好能使CH4完全燃烧，甲烷燃烧热Qv=882.6KJ/mol，室温20(t 0)，压力1atm。第16页/共34页空气中含有 ，虽然不参加化学反应

6、，但吸收燃烧反应放出的热量.空气中N2:O2=79:21爆炸前后气体总摩尔数都为10.52mol.又 的恒容热容 （KJ/kgmol，）第17页/共34页而燃烧产物的总热容甲烷燃烧产物总热容由热平衡式：tt0 可忽略 Qv=Cvt（简化计算，不影响结果）t=3155 T=3428K第18页/共34页即最高爆炸温度tm，Tm最大爆炸压力，Pm爆炸气体产物温度很高气体状态方程计算，Pm爆炸前爆炸后 又（定容过程）第19页/共34页 （1atm=101.33KPa）第20页/共34页2.2气体分解爆炸分解爆炸性气体：在加压分解过程中因释放大量热量而引发爆炸的气体。分解热大小 气体初始温度 （Q）压力

7、（初始压力）初始压力 Q MIE P超 分解爆炸临界压力：高压下易发生分解爆炸的气 体，当压力降到某一值时，火焰便不再自行传播，该压力称 为分解爆炸临界压力。第21页/共34页 爆燃气体分解爆炸火焰传播 爆轰 初始压力 温度 爆轰成长距离 管径 （DDT距离）管壁条件 点火源强度 第22页/共34页 以乙炔为例 C2H2=2C+H2+226 KJ/mol 分解爆炸临界压力：0.14MPa（强点火 源，0.1MPa）分解爆炸火焰温度：3373K（无热损失）Pmax=910 P0 P0 t max P0 DDT距离第23页/共34页3.气体的爆燃和爆轰按火焰传播速率不同，气体爆炸分为爆燃和爆轰两种

8、状态。可燃性气体燃烧爆炸过程：由一般意义上得燃烧发展到爆燃和爆轰，每一个阶段以不同速率伴随不同压力值为特征。如：CH4 燃烧速度 0.5m/s 爆燃速度 100 300m/s 爆轰速度 2000m/s第24页/共34页3.1爆燃l带化学反应的压缩波传播过程。l爆燃波阵面两侧状态参数是突跃变化。l爆燃波以亚音速传播。l波阵面结构：双波三区结构 前驱冲击波阵面 火焰阵面（爆燃波阵面）当火焰阵面从点火源向外扩展时，火焰阵面两侧状态参数将发生变化，并形成一个比火焰速度更快的压缩波，该压缩波阵面称为前驱冲击波阵面。第25页/共34页 初始状态 （0区）前驱冲击波阵面过后流场状态（1区）爆燃波阵面通过后的

9、流场状态（2区）第26页/共34页燃烧速度与火焰加速传播 可燃气体混合物 层流火焰传播层流燃烧 湍流爆炸 火焰与氧气接触面积 燃烧速率 机理分子扩散传热与传播热量和质量向未燃气体中扩散相当缓慢弱点火源受火焰阵面前湍流的影响层流火焰阵面前沿发生折叠第27页/共34页火焰传播过程中压力变化 燃烧速率 T P 火焰加速传播转为爆轰时，P （爆轰压力）火焰传播速度与激波传播速度耦合两者相等，火焰阵面紧贴激波阵面以超音速向未燃介质传播，由于能量守恒，压力急剧下降，直到爆轰压力第28页/共34页火焰遇障碍物加速传播，湍流度越大，火焰传播加速。喷射火焰点火源对压力的影响 火焰喷射速度越大，P越大。（线性递增

10、关系）爆炸TNT当量 气体爆炸威力效应：f 为可燃气体燃烧热，e为有效系数，Wf 为可燃气体总质量，QTNT为TNT爆热（4187 KJ/kg）第29页/共34页3.2 爆轰特性爆燃波加速传播的一种极端状态超音速传播波阵面前沿是未受扰动的未燃混合物爆燃爆轰转变条件 利用封闭或障碍物便火焰传播不断加速 火焰从封闭空间向敞开空间喷射第30页/共34页爆轰参数 静力学爆轰参数：表征爆轰发展限度 理论计算 动力学爆炸参数：表征爆轰建立难以程度 爆速，爆压，爆温，高物密度，平衡态组成 爆轰波胞格尺寸入口：甲烷/空气入口=33cm 爆轰波绕射临界管径 dc=13 实验测定 燃料种类临界起爆能量Ec 起爆条

11、件 爆源特性第31页/共34页 Ec：碳氢燃料/纯氧气混合物碳氢燃料/空气混合物 燃料不饱和度越高，Ec越低 爆炸模式易实现，只需要一个很弱的点火源。直接激发爆燃：零点几毫焦 几十毫焦 直接激发爆轰：10 100J 爆轰波是膨胀波，跨过波面，P,降低 爆炸波是压缩波，跨过波面，P,升高第32页/共34页气体中爆燃与爆轰间定性判别表比常见的比值注释爆燃爆轰Ub/C00.0001-0.035-10C0是燃气声速Ub/U04-60.4-0.7Ub/Uc表示波的马赫数Pb/P00.98-0.97613-55U是燃烧速度，P是压力Tb/T04-168-21T是绝对温度，是密度 b/00.06-0.251.4-2.6下标b表示燃烧状态，0表示初始状态第33页/共34页感谢您的观看！第34页/共34页