何秀風(fēng)

上海電氣集團(tuán)國(guó)控環(huán)球工程有限公司 太原 030024

在化工設(shè)計(jì)中，對(duì)可燃?xì)怏w，首先需要判別其火災(zāi)危險(xiǎn)性類別，只有對(duì)物料和裝置準(zhǔn)確定性后，才能合理開(kāi)展后續(xù)設(shè)計(jì)工作。在《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》中，對(duì)可燃?xì)怏w的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類規(guī)定如下，見(jiàn)表1。

表1 可燃?xì)怏w的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類[1]

根據(jù)物質(zhì)的理化性質(zhì)檢索，只能知道純物質(zhì)的火災(zāi)危險(xiǎn)性。而在化工生產(chǎn)過(guò)程中，多數(shù)情況下可燃?xì)怏w以混合物狀態(tài)存在，因此計(jì)算混合氣體的爆炸極限顯得非常重要。

1 爆炸極限計(jì)算方法

理論上確定混合氣體爆炸極限的方法很多，涉及的理論也較為豐富，其中Lechteilier法則是計(jì)算混合氣體爆炸極限的一種較切合工程實(shí)際的方法[2]，其基本公式為：

(1)

式中，L為可燃?xì)怏w混合物的爆炸極限(上限/下限)；Vi為可燃?xì)怏w混合物各組分的含量，%(V)；Li為可燃?xì)怏w混合物各組分的爆炸極限(上限/下限)。

對(duì)于混合氣體又可分為三種狀況：① 第一類氣體：不含氧氣和惰性氣體的可燃?xì)怏w混合物；② 第二類氣體：不含氧氣，但含惰性氣體的可燃?xì)怏w混合物；③ 第三類氣體：含氧氣且含惰性氣體的可燃?xì)怏w混合物。

對(duì)于第一類氣體，可直接利用公式(1)進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)于第二類氣體，其計(jì)算步驟為：① 將惰性氣體和可燃?xì)怏w分配組合，視為一種可燃介質(zhì)組分；② 計(jì)算出各組合氣體的含量和比例，幾種常用的惰性氣和可燃?xì)饣旌衔锏谋O限如圖1～圖2所示；③ 從圖1～圖2(惰性氣體/可燃?xì)獗O限圖)中查出各組合氣體的爆炸極限；④ 按公式(1)計(jì)算混合氣爆炸極限。

圖1 氣體爆炸極限圖(一)

圖2 氣體爆炸極限圖(二)

對(duì)于第三類氣體，其計(jì)算步驟為：① 將氧氣和氮?dú)獍纯諝獾谋壤槌觯匦掠?jì)算各氣體組分的百分含量；② 按第二類氣體的計(jì)算步驟計(jì)算含惰性氣無(wú)空氣的混合氣體爆炸極限;③ 按上述②計(jì)算結(jié)果及上述①計(jì)算中折合的空氣含量，計(jì)算出可燃?xì)怏w混合物的爆炸極限。

2 應(yīng)用舉例

上述三種類型的可燃性混合氣體的爆炸極限計(jì)算方法由簡(jiǎn)入繁。本文以第三種類型的氣體為例進(jìn)行計(jì)算，從而說(shuō)明該方法的具體應(yīng)用。

本文以水煤氣為例進(jìn)行計(jì)算，其氣體組成如表2所示。

表2 水煤氣氣體組成

(1)以空氣中的氧氮比例去除混合氣體中的O2和N2

上述混合氣體中O2占0.3%，則需要去除的N2比例為3.76×0.3%=1.128%，去除的O2和N2占比為0.3%+1.128%=1.428%，剩余N2占比為3%-1.128%=1.872%，剩余氣體組成如表3所示。

表3 去除O2和N2后混合氣體含量

(2)將惰性氣體和可燃?xì)怏w進(jìn)行組合

將上述氣體中的CO2和CO組合

查圖1，可得：其爆炸下限為L(zhǎng)下=18%，L上=70.5%，將上述氣體中的N2和CH4組合

查圖1，可得：其爆炸下限為L(zhǎng)下=10%，L上=21.5%，調(diào)整后的氣體組分和爆炸下限如表4所示。

表4 調(diào)整后氣體組分和爆炸極限表

(3)將抽出的空氣進(jìn)行回歸計(jì)算

上述計(jì)算結(jié)果為去除占比1.428%的O2和N2后的混合氣體的爆炸極限，將該值回歸至原混合氣體，則

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，采用Lechteilier法則計(jì)算水煤氣的爆炸極限，其計(jì)算值與實(shí)測(cè)值L水煤氣下=6.9%[4]，L水煤氣上=69.5%[4]的誤差如下：

該計(jì)算結(jié)果滿足物質(zhì)火災(zāi)危險(xiǎn)性類別判別需要。