氣體的燃燒要同時具備三個條件,可燃氣體、空氣(或氧氣)和點火源,才可以發生氣體燃燒。氣體在燃燒的過程中放出光和熱,不同氣體有不同的燃燒熱值,見表1-1。
表1-1 常用氣體的燃燒熱值
名稱 |
分子式 |
燃燒熱值 |
名稱 |
分子式 |
燃燒熱值 |
氫 |
H2 |
2.43X105 |
丁烷 |
C4H10 |
2.66X106 |
乙炔 |
C2H2 |
1.27X106 |
異丁烷 |
C4H10 |
2.65X106 |
二氧化硫 |
SO2 |
1.04X106 |
戊烷 |
C5H12 |
3.25X106 |
一氧化碳 |
CO |
2.84X106 |
己烷 |
C6H14 |
3.85X106 |
甲烷 |
CH4 |
8.05X105 |
苯 |
C6H6 |
3.15X106 |
乙烷 |
C2H6 |
1.41X106 |
甲苯 |
CH3C6H5 |
3.75X106 |
乙烯 |
C2H4 |
1.31X106 |
二甲苯 |
C8H10 |
4.36X106 |
丙烷 |
C3H8 |
1.93X106 |
丙烯 |
C3H6 |
1.93X106 |
氣體的燃燒速度隨氣體的性質不同而有差異。單一的氣體燃燒(如氫氣)只需受熱氧化等過程,而混合氣體(如天然氣等)要經過受熱、分解、氧化等過程才能開始燃燒,因此單一氣體的燃燒速度要比混合氣體快。
氣體在燃燒過程中,擴散燃燒速度的大小取決于氣體的擴散速度,而混合氣體燃燒速度要取決于氣體的化學反應速度。混合氣體燃燒速度要取決于氣體的化學反應速度。混合燃燒速度應大于擴散燃燒速度,所以氣體的燃燒性能,常以火焰傳播速度的大小為尺度。
氣體火焰傳播速度隨著管道直徑大小的不同,測試的速度也不同。一般隨著管徑的加大而增加,但當達到某一直徑時,再加大直徑時,速度也不再增加;同樣火焰傳播速度隨著管徑的減小而減小、并達到某個最小管徑時火焰不再繼續傳播,阻火器就利用可燃氣體的這一特性進行設計。火焰在管道中傳播速度可見表1-2。
表1-2 某些可燃氣體在管道中火焰傳播速度
名稱 |
最大火焰傳播 |
空氣中可燃氣體含量 % |
名稱 |
最大火焰傳播 |
空氣中可燃氣體含量 % |
氫 |
4.83 |
38.5 |
丁烷 |
0.82 |
3.6 |
一氧化碳 |
1.25 |
45 |
乙烯 |
1.42 |
7.1 |
甲烷 |
0.67 |
9.8 |
高爐煤氣 |
1.70 |
17 |
乙烷 |
0.85 |
6.5 |
水煤氣 |
3.1 |
43 |
丙烷 |
0.82 |
4.6 |
|
|
|
1、管道直徑25.4mm
可燃氣體與空氣混合形成混合氣體,當可燃氣體的濃度達到爆炸下限和上限的爆炸范圍之內(見表1-3),遇到一定能量的點火源(見表1-4),就會形成燃燒,因為產生了燃燒波,使生成的氣體與空氣被加熱,由于氣體受熱膨脹,壓力急劇上升而發生爆炸。
可燃氣體的濃度,在接近發熱量最大的化學計量比時,混合氣體爆炸的最大壓力,約為初壓的6~7倍,在這個濃度比下,混合氣點火能的值最小。但是當可燃氣體濃度低于下限高于上限時,就是最大點火也不會引起氣體爆炸。
表1-3 幾種可燃氣體的爆炸極限
氣體名稱 |
爆 炸 極 限 /% (體積) |
|
上限 |
下限 |
|
氫 |
4 |
75.6 |
乙炔 |
1.5 |
82 |
甲烷 |
5 |
15 |
丙烷 |
2.1 |
9.5 |
正丁烷 |
1.5 |
8.5 |
天然氣 |
4.5 |
13.5 |
煤氣 |
5.3 |
32 |
硫化氫 |
4.3 |
45.5 |
氨 |
16 |
37 |
表1-4 幾種可燃氣體最小點燃能量
氣體名稱 |
濃度/% |
最小點燃能量/μJ |
氫 |
29.5 |
20 |
乙炔 |
7.7 |
20 |
乙烷 |
6.0 |
310 |
乙烯 |
6.5 |
96 |
丙烷 |
4.4 |
240 |
氨 |
21.8 |
0.68X106 |
硫化氫 |
12.2 |
77 |
乙醚 |
3.4 |
490 |
環氧乙烷 |
7.7 |
85 |
混合氣體中燃燒波的傳播速度,在常壓下約為1m/s左右。但發生在密閉容器內情況則不同,因為在密閉容器內被點燃的可燃氣體火焰迅速向四周器壁傳播,壓力同時增高,這種壓力稱為爆炸壓力。大多數可燃氣體的最高爆炸壓力與初壓之比不會超過8:1.可燃氣體爆炸壓力見表1-5。
表1-5 幾種可燃氣體爆炸壓力特性
氣體名稱 |
氣體濃度/ |
最高壓力/ |
達到最高壓力時間/ |
壓力上升最大速度/ |
壓力上升平均速度/ |
氫 |
35 |
7.1 |
10 |
773.4 |
703.1 |
乙炔 |
13 |
10.5 |
17 |
843.7 |
618.7 |
乙烯 |
16 |
8.4 |
18 |
597.6 |
464.0 |
乙烷 |
7 |
6.9 |
47 |
175.8 |
147.7 |
丙烷 |
5 |
6.7 |
56 |
175.8 |
119.5 |
丁烷 |
5 |
6.8 |
57 |
116.7 |
119.5 |
己烷 |
8 |
6.5 |
60 |
119.8 |
105.5 |
環乙烷 |
3 |
7.3 |
52 |
154.7 |
140.6 |
可燃氣體在密閉容器內被點燃,氣體的壓力升高,密度增加,因此,燃燒波傳播的速度逐漸增大,有時會產生爆轟波,產生很高的壓力,對容器有嚴重的破壞性。為了防止可燃氣體爆轟的發生,可以安裝使用阻火器以組織火焰的繼續傳播,保證容器的安全。