工業(yè)多元混合氣中可燃氣體與稀土氣體的混合

工業(yè)多元混合氣中可燃氣體與稀土氣體的混合

1重大災害的原因今天，在石油和天然氣生產中，工業(yè)混合氣體爆炸是主要原因。防止工業(yè)系統(tǒng)多元混合氣爆炸的關鍵是深入研究并掌握工業(yè)多元混合氣的爆炸范圍,以便確定安全的工藝操作條件及采取有效的防護措施。2不同混合氣體的全比例分配算法作為判定工業(yè)多元混合氣體爆炸范圍(爆炸下限、爆炸上限)的重要因素是判斷準確、迅速,為此,普遍采用精度較高的電子計算機編程計算。可燃氣體與惰性氣體全比例分配原則為:將可燃氣體-空氣-惰氣混合物視為可燃氣加惰氣,再與空氣混合。首先將原始氣體組分按其中N2/O2=3.78的比例除去空氣,重新?lián)Q算好可燃氣體和惰氣的體積百分數(shù)組成,然后將可燃氣和惰氣重新分配。多元混合氣中可燃氣體與惰性氣體的混合按可燃氣體的爆炸性及惰性氣體的爆炸抑制效果采用全比例分配互相組合的原則進行,因此只要有惰性氣體對可燃性氣體的爆炸抑制效果的基礎數(shù)據(jù),就可以計算由這些氣體組成的一切混合氣體的爆炸極限。爆炸下限:可燃氣體在空氣或氧氣中爆炸的最低濃度為爆炸下限,用L表示。爆炸上限:可燃氣體在空氣或氧氣中爆炸的最高濃度為爆炸上限,用U表示?；旌蠚怏w組成:混合氣體是由n+1種單一氣體構成的。對第i號氣體作如下定義:i=1,2,3,……,m-1可燃氣體,,m,……,n惰性氣體,,n+1氧氣(1)式(1)意味著把混合氣體看成是由可燃氣體、惰性氣體和氧氣組成。Si、Φi存在以下關系:∑i=1m?1Si＞0∑i=1m-1Si＞0(2)∑i=1n+1Φi=1∑i=1n+1Φi=1(3)Φn+1＞Sn+1100≥0Φn+1＞Sn+1100≥0(4)Si>Sn+1(Φi/Φn+1)(5)式中Si—第i號氣體在混合氣體中占的體積百分數(shù)Φi—在外界氣體中第i號氣體占的體積百分數(shù)若混合氣中外界氣體的體積百分數(shù)為Samb,則Samb=Sn+1/Φn+1(6)混合氣中除外界氣體以外的氣體占有的體積百分數(shù)為Smix:Smix=100-Samb(7)因此無外界氣體的氣樣中第i號氣體的體積百分數(shù)Ai為Ai=100(Si-ΦiSamb)/Smix(8)設可燃氣體濃度為Aj,j=1,2,3,……,m-1;惰性氣體濃度為Ak,k=m,n。分配如下:A1,m+Am,1,A2,m+Am,2,A3,m+Am,3A1,n+An,1,A2,n+An,2,A3,n+An,3根據(jù)各單元可燃氣在混合氣中的體積百分數(shù)Aj、單元惰性氣體在混合氣中的體積百分數(shù)Ak及每種惰性氣體對單元可燃氣的最大爆炸抑制系數(shù)fk,j,可以算出混合氣體中與第k號惰性氣體混合的第j號可燃氣氣體體積百分數(shù)Aj,k及混合氣體中用來抑制第j號可燃氣體的第k號惰性氣體的體積百分數(shù)Ak,j。這就是一種可燃氣對不同惰性氣體以及一種惰性氣體對不同可燃氣體的全比例分配方案。與混合氣體中第k號惰性氣體組合的第j號可燃氣體的體積百分數(shù)用Aj,k表示:Aj?k=AjAk/fk?j∑i=mn(Ai/fi?j)Aj?k=AjAk/fk?j∑i=mn(Ai/fi?j)(9)與混合氣體中第j號可燃氣體組合的第k號惰性氣體的體積百分數(shù)用Ak,j表示:Ak?j=Akfk?jAj?k∑r=1m?1fk?rAr?kAk?j=Akfk?jAj?k∑r=1m-1fk?rAr?k(10)式中fk,j是j號可燃氣體與k號惰性氣體組合的爆炸抑制系數(shù)最大極限值,由圖1～2查出。對于每一種可燃氣體與惰性氣體配對混合都有一個最大的爆炸抑制系數(shù),即為惰性氣體與可燃氣體比的最大極限值。由式(9)、(10)計算結果可求得各種組合的惰性氣體與可燃氣體的爆炸抑制系數(shù)Fk,j:Fk,j=Ak,j/Aj,k(11)如果Fk,j<fk,j,則根據(jù)式(9)、(10)的計算結果和爆炸極限圖中不同可燃氣與不同惰氣混合時的爆炸下限Lj,k、爆炸上限Uj,k,依據(jù)Lechateler公式的思想,由下述式(12)、(13)計算出總的混合氣體的爆炸上、下限。Lmix=100∑j=1m?1∑k=mnAj?k+Ak?jLj?kLmix=100∑j=1m-1∑k=mnAj?k+Ak?jLj?k(12)Umix=100∑j=1m?1∑k=mnAj?k+Ak?jUj?kUmix=100∑j=1m-1∑k=mnAj?k+Ak?jUj?k(13)另外,由上述爆炸極限和氣體的組成可判定混合氣體的爆炸性。(1)當Lmix≤Smix≤Umix時,該工業(yè)混合氣體能爆炸。(2)當Smix<Lmix或Smix>Umix時,該混合氣處于缺氧或氧氣過量狀態(tài),不能爆炸。(3)當Fk,j>fk,j時,則惰性氣體過量,即混合氣中惰性氣體與可燃氣的混合比已超過窒息比,不能爆炸。根據(jù)上述公式即可編制計算程序進行爆炸上、下限計算。如果在可燃氣體與空氣混合物中摻入惰性氣體、氮氣、二氧化碳等,隨著惰性氣體與可燃氣體混合比的增加,混合氣體的爆炸范圍縮小,當混合比達到某一定值時,混合氣體的爆炸下限和爆炸上限重合,該狀態(tài)的混合氣中的可燃氣體的濃度稱為臨界濃度。臨界濃度時,惰性氣體與可燃氣體的混合比稱為爆炸抑制系數(shù)或窒息比。如果混合氣中惰性氣體與可燃氣體的混合比大于窒息比,則混合氣不會爆炸。3一些