预防化学爆炸的基本理论

　　一、爆炸及其种类

　　爆炸是物质在瞬间以机械功的形式释放出大量气体和能量的现象。

　　爆炸发生时压力猛烈增高并产生巨大声响。

　　爆炸分为物理性爆炸和化学性爆炸两类。

　　A 、物理性爆炸是由温度、体积和压力等因素引起，爆炸前后物质的性质及化学成分均不变。

　　B 、化学性爆炸是物质在短时间内完成化学变化，形成其他物质同时产生大量气体和能量的现象。化学反应的高速度、大量气体和大量热量是这类爆炸的三个基本要素。

　　二、化学性爆炸物质

　　1 、简单分解的爆炸物

　　这类物质在爆炸是分解为元素，并在分解过程中产生热量。

　　Ag 2C 2=2Ag+ 2C +Q （热量）

　　2 、复杂分解爆炸物，如含氮炸药。

　　3 、可燃性混合物

　　由可燃物质与助燃物质组成的爆炸物质。

　　实际上是火源作用下的一种瞬间燃烧反应。

　　三、爆炸极限

　　1 、概念

　　可燃气体、可燃蒸汽或可燃粉尘与空气构成的混合物，并不是在任何混合比例之下都有着火和爆炸的危险，而是必须在一定的浓度比例范围内混合才能发生燃爆。混合的比例不同，其爆炸的危险亦不同。

　　混合物中可燃气体浓度减小到最小（或增加到最大），恰好不能发生爆炸时的可燃气体体积浓度分别叫爆炸下限和爆炸上限。爆炸上限和爆炸下限统称为爆炸极限。

　　爆炸下限和爆炸上限之间的可燃气体浓度范围叫爆炸范围。

　　如天然气爆炸极限在常压下为 5 % ～ 15 % 。

　　在 1 MPa 时爆炸极限为 5.7 % ～ 17 % ；

　　5 MPa 时爆炸极限为 5. 7 % ～ 29. 5 % 。

　　极限氧浓度

　　当氧浓度降低到低于某一个值时，无论可燃气体的浓度为多大，混合气体也不会发生爆炸，这一浓度称为极限氧浓度。

　　极限氧浓度可以通过可燃气体的爆炸上限计算。如甲烷在 1 个大气压下的爆炸上限为 15% ，当甲烷含量达到 15% ，空气的含量占 85 % ，这时氧的含量为 17. 85% ，即甲烷与空气混合，当氧的含量低于 17. 85 % 时，便不会形成达到爆炸极限的混合气。

　　在实际应用中，对极限氧浓度取安全系数，得到最大允许氧含量。天然气的最大允许氧含量可取 2% 。

　　2 、爆炸极限的影响因素

　　（ 1 ）温度

　　混合物的原始温度越高，则爆炸下限降低，上限增高，爆炸极限范围扩大。

　　（ 2 ）氧含量

　　混合物中含氧量增加，爆炸极限范围扩大，尤其爆炸上限提高得更多。

　　（ 3 ）惰性介质

　　在爆炸混合物中掺入不燃烧得惰性气体，随着比例

　　增大，爆炸极限范围缩小，惰性气体的浓度提高到某一数值，可使混合物变成不能爆炸。

　　（ 4 ）压力

　　原始压力增大，爆炸极限范围扩大，尤其是上限显著提高。

　　原始压力减小，爆炸极限范围缩小。

　　在密闭的设备内进行减压操作，可以免除爆炸的危险。

　　（ 5 ）容器

　　容器直径越小，混合物的爆炸极限范围越小。

　　3 、爆炸极限的应用

　　（ 1 ）划分可燃物质的爆炸危险度

　　爆炸上限－爆炸下限

　　爆炸下限

　　（ 2 ）评定和划分可燃物质标准

　　（ 3 ）根据爆炸极限选择防爆电器

　　（ 4 ）确定建筑物耐火等级、层数

　　（ 5 ）确定防爆措施和操作规程

　　四、防爆技术基本理论

　　1 、爆炸反应的历程

　　热反应的爆炸和支链反应爆炸历程有分别。

　　热反应的爆炸：当燃烧在某一空间内进行时，如果散热不良会使反应温度不断提高，温度的提高又促使反应速度加快，如此循环进展而导致发生爆炸。

　　支链反应爆炸：爆炸性混合物与火源接触，就会有活性分子生成，构成连锁反应的活性中心，当链增长速度大于链销毁速度时，游离基的数目就会增加，反应速度也随之加快，如此循环发展，使反应速度加快到爆炸的等级。

　　爆炸是以一层层同心圆球面的形式向各方面蔓延的。

　　2 、可燃物质化学性爆炸的条件

　　（ 1 ）存在着可燃物质，包括可燃性气体、蒸汽或粉尘。

　　（ 2 ）可燃物质与空气混合并且达到爆炸极限，形成爆炸性混合物。

　　（ 3 ）爆炸性混合物在点火能作用下。

　　3 、燃烧和化学性爆炸的关系

　　本质是相同的，都是可燃物质的氧化反应。

　　区别在于氧化反应速度不同。

　　火灾和爆炸发展过程有显著的不同。二者可随条件而转化。

　　火灾有初期阶段、发展阶段和衰弱阶段。

　　扩散燃烧和动力燃烧

　　① 扩散燃烧

　　如果可燃气体和空气没有混合并点燃，燃烧在可燃气体和空气的界面（反应区），并形成稳定的火焰，称为扩散燃烧。

　　② 动力燃烧

　　如果可燃气体和空气充分混合并点燃，氧分子和可燃气体分子不需扩散就可以迅速结合，这种燃烧称为动力燃烧。由于化学反应速度非常快，反应区火焰会迅 速从引燃位置向周围传播，发生爆炸。

　　化学性爆炸过程瞬间完成。

　　4 、防爆技术的基本理论

　　防止产生化学性爆炸的三个基本条件的同时存在，是预防可燃物质化学性爆炸的基本理论。

　　5 、防爆技术措施

　　可燃混合物的爆炸虽然发生于顷刻之间，但它还是有个发展过程。

　　首先是可燃物与氧化剂的相互扩散，均匀混合而形成爆炸性混合物，并且由于混合物遇着火源，使爆炸开始；

　　其次是由于连锁反应过程的发展，爆炸范围的扩大和爆炸威力的升级；

　　最后是完成化学反应，爆炸力造成灾害性破坏。

　　防爆的基本原则是根据对爆炸过程特点的分析，采取相应的措施。阻止第一过程的出现，限制第二过程的发展，防护第三过程的危害。

　　其基本原则有以下几点：

　　（ 1 ）防止爆炸混合物的形成；

　　（ 2 ） 严格控制着火源；

　　（ 3 ） 爆炸开始就及时泄出压力；

　　（ 4 ） 切断爆炸传播途径；

　　（ 5 ）减弱爆炸压力和冲击波对人员、设备和建筑的损坏；

　　（ 6 ）检测报警。

　　油气田开发是一项复杂的系统工程，由地震勘探、钻井、试油、采油（气）、井下作业、油气集输与初步加工处理、储运和工程建设等环节组成。每一生产环节，因其使用物品、所采取工艺条件和所生产产品的不同，其火灾爆炸危险性亦有所区别。