工业多元混合气中可燃气体与稀土气体的混合

工业多元混合气中可燃气体与稀土气体的混合

1重大灾害的原因今天，在石油和天然气生产中，工业混合气体爆炸是主要原因。防止工业系统多元混合气爆炸的关键是深入研究并掌握工业多元混合气的爆炸范围,以便确定安全的工艺操作条件及采取有效的防护措施。2不同混合气体的全比例分配算法作为判定工业多元混合气体爆炸范围(爆炸下限、爆炸上限)的重要因素是判断准确、迅速,为此,普遍采用精度较高的电子计算机编程计算。可燃气体与惰性气体全比例分配原则为:将可燃气体-空气-惰气混合物视为可燃气加惰气,再与空气混合。首先将原始气体组分按其中N2/O2=3.78的比例除去空气,重新换算好可燃气体和惰气的体积百分数组成,然后将可燃气和惰气重新分配。多元混合气中可燃气体与惰性气体的混合按可燃气体的爆炸性及惰性气体的爆炸抑制效果采用全比例分配互相组合的原则进行,因此只要有惰性气体对可燃性气体的爆炸抑制效果的基础数据,就可以计算由这些气体组成的一切混合气体的爆炸极限。爆炸下限:可燃气体在空气或氧气中爆炸的最低浓度为爆炸下限,用L表示。爆炸上限:可燃气体在空气或氧气中爆炸的最高浓度为爆炸上限,用U表示。混合气体组成:混合气体是由n+1种单一气体构成的。对第i号气体作如下定义:i=1,2,3,……,m-1可燃气体,,m,……,n惰性气体,,n+1氧气(1)式(1)意味着把混合气体看成是由可燃气体、惰性气体和氧气组成。Si、Φi存在以下关系:∑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号气体在混合气体中占的体积百分数Φi—在外界气体中第i号气体占的体积百分数若混合气中外界气体的体积百分数为Samb,则Samb=Sn+1/Φn+1(6)混合气中除外界气体以外的气体占有的体积百分数为Smix:Smix=100-Samb(7)因此无外界气体的气样中第i号气体的体积百分数Ai为Ai=100(Si-ΦiSamb)/Smix(8)设可燃气体浓度为Aj,j=1,2,3,……,m-1;惰性气体浓度为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根据各单元可燃气在混合气中的体积百分数Aj、单元惰性气体在混合气中的体积百分数Ak及每种惰性气体对单元可燃气的最大爆炸抑制系数fk,j,可以算出混合气体中与第k号惰性气体混合的第j号可燃气气体体积百分数Aj,k及混合气体中用来抑制第j号可燃气体的第k号惰性气体的体积百分数Ak,j。这就是一种可燃气对不同惰性气体以及一种惰性气体对不同可燃气体的全比例分配方案。与混合气体中第k号惰性气体组合的第j号可燃气体的体积百分数用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)与混合气体中第j号可燃气体组合的第k号惰性气体的体积百分数用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号可燃气体与k号惰性气体组合的爆炸抑制系数最大极限值,由图1～2查出。对于每一种可燃气体与惰性气体配对混合都有一个最大的爆炸抑制系数,即为惰性气体与可燃气体比的最大极限值。由式(9)、(10)计算结果可求得各种组合的惰性气体与可燃气体的爆炸抑制系数Fk,j:Fk,j=Ak,j/Aj,k(11)如果Fk,j<fk,j,则根据式(9)、(10)的计算结果和爆炸极限图中不同可燃气与不同惰气混合时的爆炸下限Lj,k、爆炸上限Uj,k,依据Lechateler公式的思想,由下述式(12)、(13)计算出总的混合气体的爆炸上、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,由上述爆炸极限和气体的组成可判定混合气体的爆炸性。(1)当Lmix≤Smix≤Umix时,该工业混合气体能爆炸。(2)当Smix<Lmix或Smix>Umix时,该混合气处于缺氧或氧气过量状态,不能爆炸。(3)当Fk,j>fk,j时,则惰性气体过量,即混合气中惰性气体与可燃气的混合比已超过窒息比,不能爆炸。根据上述公式即可编制计算程序进行爆炸上、下限计算。如果在可燃气体与空气混合物中掺入惰性气体、氮气、二氧化碳等,随着惰性气体与可燃气体混合比的增加,混合气体的爆炸范围缩小,当混合比达到某一定值时,混合气体的爆炸下限和爆炸上限重合,该状态的混合气中的可燃气体的浓度称为临界浓度。临界浓度时,惰性气体与可燃气体的混合比称为爆炸抑制系数或窒息比。如果混合气中惰性气体与可燃气体的混合比大于窒息比,则混合气不会爆炸。3一些