惰化防爆指南 GB/T37241-2018
附录B (资料性附录)可燃气体和可燃粉尘的爆炸浓度范围
B.1 可燃气体爆炸浓度范围
空气中可燃气体爆炸极限采用GB/T12474进行测定。可以根据不同氧浓度下可燃气体爆炸极限绘制可燃气、空气和惰性气体的爆炸浓度分布图。完全惰化环境是指充入一定量惰性气体后,任何比例浓度的空气和可燃物都不能形成爆炸性气体环境。以丙烷为例绘制可燃气、空气和惰性气体的爆炸浓度分布图,见图B.1。丙燃与空气混合物的极限氧浓度体积分数为11.5%(体积分数,下同,图B.1中的E点),相应丙烷下限浓度体积分数为2.2%,加入氮气的浓度为:。惰化过程如下:丙烷与空气混合物的组成比例沿ABC下降,B为丙烷的爆炸下限(体积分数为2.2%),C为丙烷的爆炸上限(体积分数为9.5%),化学计量浓度Cst线与BC线交点丙烷浓度的体积分数为4.02%。用氮气惰化BCE三角形爆炸浓度区,加入体积分数为52.7%的氮气就可以防止混合物爆炸。
可燃气体、氧气和惰性气体的三角坐标系爆炸浓度分布区如图B.2所示,三种气体的浓度(以体积分数表示)绘制在三条轴上,顶点分布表示体积分数为100%的可燃气体、氧气和惰性气体。DABE为空气线,表示空气和可燃气体的所有可能比例,与氧气轴交点为体积分数100%的空气浓度点,与可燃区FBCAGF的交点即为可燃气体的爆炸上限A点和爆炸下限B点。C点代表着极限氧浓度点,低于该氧浓度的混合物是不可燃的。F点和G点分别为可燃气体在纯氧气中的爆炸上限和爆炸下限。
B.2 可燃粉尘爆炸浓度影响因素
惰性气体惰化可燃粉尘爆炸性环境时,通常认为可燃粉尘的浓度变化对被保护系统内氧浓度的改变无影响,其惰化状态也与该系统内点火源的能量和出现概率有关。例如,褐煤氧浓度对爆炸压力和爆炸压力上升速率的影响见图B.3和图B.4,不同类型惰性气体对最大爆炸压力的影响见图B.5。粉尘云爆炸下限浓度、最大爆炸压力和最大压力上升速率的测定方法采用GB/T16425和GB/T16426。
可燃粉尘的纯度、粒度、湿度等不同,其极限氧浓度也不一致,采用文献可燃粉尘极限氧浓度时应比对粉尘的基本状态参数和实际工况条件。
B.3 工艺参数影响
可燃粉尘的最小点火能随着温度的升高而降低,1000℃时收敛于0.1mJ,见图B.6。同时,随着温度的升高,极限氧浓度降低,见图B.7。对于碳氢化合物(卤化碳氢化合物除外),温度每升高100K,其极限氧浓度降低的体积分数为1%~2%,且少许杂质对极限氧浓度是有影响的。例如,环境温度升高的100℃时,二氯甲烷的极限氧浓度从体积分数为20.3%降低到体积分数为9.5%。可燃气体和蒸气也具有类似的情况,如二氯甲烷在0.1MPa大气压状态100℃以下是不燃的,加入体积分数为0.5%的甲醇蒸气,27℃时变为可燃物质。
压力对褐煤和丙烷的惰化浓度的影响见图B.8和图B.9。随着初始压力的升高,惰化褐煤所需的极限氧浓度随之降低,惰化丙烷气体所需的惰性气体用量随之增加。
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