混合气体爆炸极限计算应用实例

何秀风

上海电气集团国控环球工程有限公司 太原 030024

在化工设计中，对可燃气体，首先需要判别其火灾危险性类别，只有对物料和装置准确定性后，才能合理开展后续设计工作。在《石油化工企业设计防火标准》中，对可燃气体的火灾危险性分类规定如下，见表1。

表1 可燃气体的火灾危险性分类[1]

根据物质的理化性质检索，只能知道纯物质的火灾危险性。而在化工生产过程中，多数情况下可燃气体以混合物状态存在，因此计算混合气体的爆炸极限显得非常重要。

1 爆炸极限计算方法

理论上确定混合气体爆炸极限的方法很多，涉及的理论也较为丰富，其中Lechteilier法则是计算混合气体爆炸极限的一种较切合工程实际的方法[2]，其基本公式为：

(1)

式中，L为可燃气体混合物的爆炸极限(上限/下限)；Vi为可燃气体混合物各组分的含量，%(V)；Li为可燃气体混合物各组分的爆炸极限(上限/下限)。

对于混合气体又可分为三种状况：① 第一类气体：不含氧气和惰性气体的可燃气体混合物；② 第二类气体：不含氧气，但含惰性气体的可燃气体混合物；③ 第三类气体：含氧气且含惰性气体的可燃气体混合物。

对于第一类气体，可直接利用公式(1)进行计算。

对于第二类气体，其计算步骤为：① 将惰性气体和可燃气体分配组合，视为一种可燃介质组分；② 计算出各组合气体的含量和比例，几种常用的惰性气和可燃气混合物的爆炸极限如图1～图2所示；③ 从图1～图2(惰性气体/可燃气爆炸极限图)中查出各组合气体的爆炸极限；④ 按公式(1)计算混合气爆炸极限。

图1 气体爆炸极限图(一)

图2 气体爆炸极限图(二)

对于第三类气体，其计算步骤为：① 将氧气和氮气按空气的比例抽出，重新计算各气体组分的百分含量；② 按第二类气体的计算步骤计算含惰性气无空气的混合气体爆炸极限;③ 按上述②计算结果及上述①计算中折合的空气含量，计算出可燃气体混合物的爆炸极限。

2 应用举例

上述三种类型的可燃性混合气体的爆炸极限计算方法由简入繁。本文以第三种类型的气体为例进行计算，从而说明该方法的具体应用。

本文以水煤气为例进行计算，其气体组成如表2所示。

表2 水煤气气体组成

(1)以空气中的氧氮比例去除混合气体中的O2和N2

上述混合气体中O2占0.3%，则需要去除的N2比例为3.76×0.3%=1.128%，去除的O2和N2占比为0.3%+1.128%=1.428%，剩余N2占比为3%-1.128%=1.872%，剩余气体组成如表3所示。

表3 去除O2和N2后混合气体含量

(2)将惰性气体和可燃气体进行组合

将上述气体中的CO2和CO组合

查图1，可得：其爆炸下限为L下=18%，L上=70.5%，将上述气体中的N2和CH4组合

查图1，可得：其爆炸下限为L下=10%，L上=21.5%，调整后的气体组分和爆炸下限如表4所示。

表4 调整后气体组分和爆炸极限表

(3)将抽出的空气进行回归计算

上述计算结果为去除占比1.428%的O2和N2后的混合气体的爆炸极限，将该值回归至原混合气体，则

3 结语

综上，采用Lechteilier法则计算水煤气的爆炸极限，其计算值与实测值L水煤气下=6.9%[4]，L水煤气上=69.5%[4]的误差如下：

该计算结果满足物质火灾危险性类别判别需要。