燃烧与爆炸安全工程4.ppt

2006年12月 杨 迎,第四章 可燃气体的燃烧,第一节 预混气中火焰的传播理论,可燃气燃烧可燃气+助燃气混合方式有：预先混合（预混气体）：如 边扩散边混合：如,第一节 预混气中火焰的传播理论,一、物理模型与雨果尼特方程1、物理模型,压力P,温度T,密度,速度u,燃烧波,图4-1 火焰在预混气中的传播,气体如何运动？速度有多快？,（2）瑞利方程,（1）雨果尼特方程,第一节 预混气中火焰的传播理论,一、物理模型与雨果尼特方程2、描述预混气状态方程,（2）瑞利方程,（1）雨果尼特方程,第一节 预混气中火焰的传播理论,一、物理模型与雨果尼特方程2、描述预混气状态方程,（3）瑞利方程变形式,（4）声速,（5）整理式,第一节 预混气中火焰的传播理论,一、物理模型与雨果尼特方程2、描述预混气状态方程,马赫数M物理意义:,雨果尼特曲线瑞利直线,爆轰区,正常火焰传播区,爆轰：主要依靠冲击波（激波）的高压，使未燃气受到近似绝热压缩的作用而升温着火，从而使燃烧波在未燃区中传播的现象。,正常火焰传播：主要依靠导热作用将火焰中产生的热量传递给未燃气，使之升温并着火，从而使燃烧波在未燃气中传播的现象。,二、正常火焰传播与爆轰,雨果尼特曲线瑞利直线,爆轰区,正常火焰传播区,特点：（1）燃烧后气体的压力增大（2）燃烧后气体的密度增大（3）燃烧波以超音速传播,二、正常火焰传播与爆轰,雨果尼特曲线瑞利直线,爆轰区,正常火焰传播区,特点：（1）燃烧后气体的压力增大（2）燃烧后气体的密度增大（3）燃烧波以超音速传播,特点：（1）燃烧后气体的压力减小或接近不变（2）燃烧后气体的密度减小（3）燃烧波以亚音速传播,二、正常火焰传播与爆轰,第一节 预混气中火焰的传播理论,一、物理模型与雨果尼特方程二、正常火焰传播与爆轰 定义 特点,定义：使一层一层的新鲜混气依次着火，也就是薄薄的化学反应区开始由引燃的地方向未燃区之间形成了明显的分界线，我们称这层薄薄的化学反应发光区为火焰前沿。,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,一、传播机理（一）火焰前沿概念,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,一、传播机理（一）火焰前沿,已燃区,未燃区,十分之几毫米百分之几毫米,第一节 预混气中火焰的传播理论,一、物理模型与雨果尼特方程1、物理模型,压力,温度,密度,速度,燃烧波,图4-1 火焰在预混气中的传播,气体如何运动？速度有多快？,已燃区,未燃区,x,x,预热区,化学反应区,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,一、传播机理（一）火焰前沿概念（二）火焰前沿的特点,1、火焰前沿可分为：预热区和化学反应区；2、火焰前沿存在强烈的导热和物质扩散。,（三）火焰传播机理,1、热理论2、扩散理论,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,二、层流火焰传播速度-马兰特简化分析,已燃区,未燃区,x,预热区,化学反应区,1、简化模型2、反应区的温度分布3、热平衡方程,4、火焰传播速度,4、火焰传播速度,结论：对于二级反应，火焰的传播速度与压力无关。,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,三、物理化学参数对层流火焰传播速度的影响,（一）可燃气与空气比值的影响（二）可燃气分子结构的影响（三）初始压力的影响（四）混气初始温度的影响（五）火焰温度的影响（六）惰性气体的影响（七）混气性质的影响,最佳比值时，Sl最快。可燃气与空气比值化学当量比,（一）可燃气与空气比值的影响,2802402001601208040,12010080604020,氢气浓度对Sl的影响,CO浓度对Sl的影响,Sl(cm/s),（二）可燃气分子结构的影响,饱和与不饱和烃类的Sl随C原子数目变化关系,43210,1 2 3 4 5 6,炔烃烯烃烷烃,Sl max/(70cm/s),饱和烃：Sl与分子中C原子数无关，70cm/s；不饱和烃：Sl随C原子数增加下降，nC4后，Sl下降缓慢。nC8后，Sl不再下降。,（三）初始压力的影响,压力对Sl的影响,0.30.20.10-0.1-0.2-0.3,20 100 1000,n(Sl Pn),n2时，P增大，Sl增大；Sl100cm/s。,Sl(cm/s),（四）混气初始温度的影响,10 30 50 70 90,120010008006004002000,氢气-温度对Sl的影响,混气初温增大，Sl增大；,430 oC310 oC190 oC20 oC,Sl(cm/s),（五）火焰温度的影响,28020016012080400,12 16 20 24 28100,火焰温度对Sl的影响,120010008006004002000,Sl(cm/s),（六）惰性气体的影响,0 20 40 60 80 100,800600400200,Sl(cm/s),添加N2对Sl的影响,H2,CO,CH4,惰性气体加入量增大，Sl减小；,（七）混气性质的影响,混气性质主要参数：K，CP灭火剂：低的导热系数和高热容,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,三、物理化学参数对层流火焰传播速度的影响,（一）可燃气与空气比值的影响（二）可燃气分子结构的影响（三）初始压力的影响（四）混气初始温度的影响（五）火焰温度的影响（六）惰性气体的影响（七）混气性质的影响,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,一、传播机理 火焰前沿二、层流火焰传播速度-马兰特简化分析 Sl的推导三、物理化学参数对层流火焰传播速度的影响 七个影响因素四、层流火焰传播速度的确定,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,四、层流火焰传播速度的确定,1、理想火焰面：,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,四、层流火焰传播速度的测定,1、理想火焰面：,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,四、层流火焰传播速度的确定,1、理想火焰面：,图4-14火焰几何性质,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,四、层流火焰传播速度的确定,1、理想火焰面：,图4-14火焰几何性质,2、火焰传播速度：是火焰沿火焰面垂直方面的运动速度，用Sl 表示。,火焰传播速度,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,四、层流火焰传播速度的确定,1、理想火焰面：,图4-14火焰几何性质,2、火焰传播速度：是火焰沿火焰面垂直方面的运动速度，用Sl 表示。3、火焰余弦定理,Sl,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,四、层流火焰传播速度的测定,Sl,A,V,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,四、层流火焰传播速度的确定,A,V,Sl火焰传播速度，cm/s；A火焰表面积cm2；V混气容积流速，cm3/s；,4、理想火焰传播速度的测定,Sl,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,四、层流火焰传播速度的确定,第二节 层流预混气中正常火焰传播速度,四、层流火焰传播速度的确定,Sli,5、实际火焰传播速度的测定,r=0.9R处Sli 接近真实的平均火焰传播速度,爆炸：物质从一种状态迅速地转变为另一种状态（或者物质性质和成分发生根本变化）时，在瞬间放出大量的能量，同时产生声响的现象。化学性爆炸：物质因为发生迅速的化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸现象。物理性爆炸：物质因为状态或压力突变而引起的爆炸现象。核爆炸：物质因为原子核裂变或聚变而形成的爆炸现象。,第三节 可燃气体爆炸,一、可燃气爆炸时温度的计算二、可燃气爆炸时压力的计算三、可燃气爆炸时升压速度的计算四、可燃气爆炸时爆炸威力指数五、可燃气爆炸时爆炸总能量六、可燃气爆炸时爆炸参数测定,第三节 可燃气体爆炸,一、可燃气爆炸时温度的计算,（一）计算条件 1、爆炸过程等容、绝热；2、可燃气体符合化学计量比；3、爆炸燃烧完全；4、已知可燃气体的理化参数（二）计算公式,例题1：乙醚爆炸时的最高温度（1）燃烧反应方程式 C4H10O+6O2+22.6N2=4CO2+5H2O+22.6N2（2）乙醚的燃烧热2720855.2(kJ/kmol)，水的汽化热43973.84(kJ/kmol)（3）燃烧产物升温热量 Q显=2720855.2-4397.845=2500986(kJ)（4）燃烧产物中各组分升高1K所需热量 N2：22.6(20.08+0.00288t)=453.81+0.04249t H2O：5(16.74+0.00900t)=83.70+0.04500t CO2：4(37.66+0.00243t)=150.64+0.00972t 整理后得：(688.15+0.09721t)t,例题1：乙醚爆炸时的最高温度,（5）热量平衡(688.15+0.09721t)t=2500986（6）最高温度,一、可燃气爆炸时温度的计算二、可燃气爆炸时压力的计算三、可燃气爆炸时升压速度的计算四、可燃气爆炸时爆炸威力指数五、可燃气爆炸时爆炸总能量六、可燃气爆炸时爆炸参数测定,第三节 可燃气体爆炸,二、可燃气爆炸时压力的计算,（一）依据：理想气体状态方程（二）计算公式,例题2：乙醚爆炸时的最高压力,（1）燃烧反应方程式 C4H10O+6O2+22.6N2=4CO2+5H2O+22.6N2（2）计算 n1=29.6，n2=31.6，t1=0oC，t2=2645.6oC,11倍,书中表4-5,一、可燃气爆炸时温度的计算二、可燃气爆炸时压力的计算三、可燃气爆炸时升压速度的计算四、可燃气爆炸时爆炸威力指数五、可燃气爆炸时爆炸总能量六、可燃气爆炸时爆炸参数测定,第三节 可燃气体爆炸,三、可燃气爆炸时升压速度的计算,（一）平均升压速度 定义：爆炸最大压力与初始压力之差除以所需时间。,三、可燃气爆炸时升压速度的计算,（二）瞬时压力,例题3：某容器中装有甲烷和空气预混气，体积为9升，甲烷的体积浓度为9.5%，爆炸前初温T1=298K，初始压力P1=1atm，爆炸时温度T2=2300K，最大爆炸压力P2=8.0756105Pa，甲烷火焰传播速度为Sl=34.7cm/s，取热容比K=1.4，求甲烷爆炸时平均升压速度。,解：,（1）甲烷燃烧反应式为 CH4+2O2+7.5N2 CO2+2H2O+7.5N2（2）（3）（4）,例题3：某容器中装有甲烷和空气预混气，体积为9升，甲烷的体积浓度为9.5%，爆炸前初温T1=298K，初始压力P1=1atm，爆炸时温度T2=2300K，最大爆炸压力P2=8.0756105Pa，甲烷火焰传播速度为Sl=34.7cm/s，取热容比K=1.4，求甲烷爆炸时平均升压速度。,解：,其他可燃气的最大爆炸压力和升压速度见书117页 表4-7,一、可燃气爆炸时温度的计算二、可燃气爆炸时压力的计算三、可燃气爆炸时升压速度的计算四、可燃气爆炸时爆炸威力指数五、可燃气爆炸时爆炸总能量六、可燃气爆炸时爆炸参数测定,第三节 可燃气体爆炸,四、可燃气爆炸时爆炸威力指数,五、可燃气爆炸时爆炸总能量,爆炸威力指数=最大爆炸压力平均升压速度,爆炸威力指数=,E=QvV,一、可燃气爆炸时温度的计算二、可燃气爆炸时压力的计算三、可燃气爆炸时升压速度的计算四、可燃气爆炸时爆炸威力指数五、可燃气爆炸时爆炸总能量六、可燃气爆炸时爆炸参数测定,第三节 可燃气体爆炸,六、可燃气爆炸时爆炸参数测定,（一）实验设备（二）测试参数 1、爆炸压力（Pm）2、爆炸最大压力（Pmax）3、升压速度 4、最大升压速度 5、爆炸指数Km 6、最大爆炸指数Kmax 7、扰动指数tv（点燃延迟）8、扰动指数Tu,一、可燃气爆炸时温度的计算二、可燃气爆炸时压力的计算三、可燃气爆炸时升压速度的计算四、可燃气爆炸时爆炸威力指数五、可燃气爆炸时爆炸总能量六、可燃气爆炸时爆炸参数测定,第三节 可燃气体爆炸,第四节 可燃气体爆炸极限,一、可燃气体爆炸极限概念,爆炸极限定义：可燃气体、蒸气或粉尘与空气组成的混合物遇火源能发生爆炸的浓度。爆炸下限定义：爆炸上限定义：,的最低浓度的最高浓度,第四节 可燃气体爆炸极限,一、可燃气体爆炸极限概念二、爆炸极限的测定三、爆炸极限的计算四、爆炸极限的影响因素五、爆炸极限图六、爆炸极限的实用意义七、分解爆炸,第四节 可燃气体爆炸极限,二、爆炸极限的测定,（一）通过1mol可燃气在燃烧反应中所需氧原子N计算（二）通过可燃气在空气中完全燃烧时的化学计量浓度x0计算（三）通过燃烧热计算爆炸下限（四）多种可燃气组成的混合物爆炸极限的计算（五）含有惰性气体的可燃混气爆炸极限的计算,第四节 可燃气体爆炸极限,三、爆炸极限的计算,单一可燃气,多组分可燃气,（一）通过1mol可燃气在燃烧反应中所需氧原子N计算,第四节 可燃气体爆炸极限,三、爆炸极限的计算,计算步骤：1、写出化学反应方程式；2、找出1mol可燃气对应的N值（氧原子数）；3、代入公式计算。,（二）通过可燃气在空气中完全燃烧时的化学计量浓度x0计算,第四节 可燃气体爆炸极限,三、爆炸极限的计算,计算步骤：1、写出化学反应方程式；2、计算x0，n是化学计量比中的氧分子数；3、代入公式计算（x0代百分号前面的数值）。,计算步骤：1、已知一种可燃气的爆炸极限；2、根据等式求另一种。,（三）通过燃烧热计算爆炸下限,三、爆炸极限的计算,（一）通过1mol可燃气在燃烧反应中所需氧原子N计算（二）通过可燃气在空气中完全燃烧时的化学计量浓度x0计算（三）通过燃烧热计算爆炸下限（四）多种可燃气组成的混合物爆炸极限的计算（五）含有惰性气体的可燃混气爆炸极限的计算,第四节 可燃气体爆炸极限,三、爆炸极限的计算,单一可燃气,多组分可燃气,（四）多种可燃气组成的混合物爆炸极限的计算,莱-夏特尔公式,同理证x上,推导,（五）含有惰性气体的可燃混气爆炸极限的计算,莱-夏特尔公式,仍然用,惰气,惰气,惰气,爆炸极限不再是单一气体的爆炸极限，而是惰气与可燃气组合后对应的爆炸极限，查图4-21,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17,567891011121314151617181920,8072645648403224168,氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳混合气体在空气中的爆炸极限,惰性气体/可燃气体,混合气中氧气含量（%）,爆炸极限（%）,CO+CO2,CO+N2,H2+CO2,CH4+CO2,CH4+N2,H2+N2,比较,惰气,V1=可燃气的体积V1=可燃气的体积+空气体积N1=可燃气的爆炸极限V1=（可燃气的体积+惰气体积）V1=（可燃气的体积+惰气体积）+空气体积N1=（可燃气和惰气）的爆炸极限,例题4 煤气组成为：H2-12.4%，CO-27.3%，CO2-6.2%，O2-0%，CH4-0.7%，N2-53.4%；求煤气的爆炸极限。,解：,（1）分组（2）计算惰气与可燃气组成比（3）查图4-21得到爆炸极限,CO2+H2,N2+CO,CH4,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17,567891011121314151617181920,8072645648403224168,氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳混合气体在空气中的爆炸极限,惰性气体/可燃气体,混合气中氧气含量（%）,爆炸极限（%）,CO+CO2,CO+N2,H2+CO2,CH4+CO2,CH4+N2,H2+N2,例题4 煤气组成为：H2-12.4%，CO-27.3%，CO2-6.2%，O2-0%，CH4-0.7%，N2-53.4%；求煤气的爆炸极限。,解：,（3）查图4-21得到爆炸极限 H2+CO2组的爆炸极限范围：6%70%CO+N2组的爆炸极限范围：40%73%（4）带入莱-夏特尔公式计算,如果含有O2怎么办？,（一）通过1mol可燃气在燃烧反应中所需氧原子N计算（二）通过可燃气在空气中完全燃烧时的化学计量浓度x0计算（三）通过燃烧热计算爆炸下限（四）多种可燃气组成的混合物爆炸极限的计算（五）含有惰性气体的可燃混气爆炸极限的计算,第四节 可燃气体爆炸极限,三、爆炸极限的计算,单一可燃气,多组分可燃气,第四节 可燃气体爆炸极限,一、可燃气体爆炸极限概念二、爆炸极限的测定三、爆炸极限的计算四、爆炸极限的影响因素五、爆炸极限图六、爆炸极限的实用意义七、分解爆炸,（一）火源能量的影响（二）初始压力的影响（三）初温的影响（四）惰性气体的影响,第四节 可燃气体爆炸极限,四、爆炸极限的影响因素,43210.80.60.40.2,2 4 6 8 10 12 14 1618 CH4%,火源能量对CH4爆炸极限的影响,火源能量（mJ）,（一）火源能量的影响,四、爆炸极限的影响因素,火源能量越大爆炸极限越宽危险性越大,（二）初始压力的影响,四、爆炸极限的影响因素,初始压力越大爆炸极限越宽危险性越大,（三）初温的影响,四、爆炸极限的影响因素,0 2 4 6 8 10 121416 18 CH4%,400300200100,温度（oC）,温度（oC）,温度对CH4爆炸极限的影响,5 10 70 75 80 H2%,4003002001000,温度对H2爆炸极限的影响,初始温度越高爆炸极限越宽危险性越大,（四）惰性气体的影响,四、爆炸极限的影响因素,20 18 16 14 12 10,0 10 20 30 40 50,141210864,CH4（%）,CCl4，CO2，H2O，N2，He，Ar,惰性气体含量（%）,惰气含量越高爆炸极限越窄危险性越小,O2%,（一）火源能量的影响（二）初始压力的影响（三）初温的影响（四）惰性气体的影响,第四节 可燃气体爆炸极限,四、爆炸极限的影响因素,爆炸极限变宽,第四节 可燃气体爆炸极限,五、爆炸极限图,略 第六节详细讲,第四节 可燃气体爆炸极限,一、可燃气体爆炸极限概念二、爆炸极限的测定三、爆炸极限的计算四、爆炸极限的影响因素五、爆炸极限图六、爆炸极限的实用意义七、分解爆炸,六、爆炸极限的实用意义,（一）评定气体和液体蒸汽的火灾危险性（二）评定气体生产、贮存的火险类别（三）确定安全生产操作规程,密封操作,监测报警系统,通风换气,惰气保护,七、分解爆炸,（一）分解爆炸条件 1、一定是放热反应 2、存在火源或热源 3、系统初始压力大于分解爆炸临界压力 4、爆炸上限100%（二）能分解爆炸的几种气体 乙炔、氧化乙烯、乙烯、氮氧化物 火焰温度，爆炸压力,爆轰区,爆轰：主要依靠冲击波（激波）的高压，使未燃气受到近似绝热压缩的作用而升温着火，从而使燃烧波在未燃区中传播的现象。,二、正常火焰传播与爆轰,回顾,第五节 爆轰,激波：弱压缩波在传播过程中叠加形成的、使介质状态参数突跃变化的强压缩波。,一、爆轰的发生,横 波,纵 波,（一）激波的产生,一、爆轰的发生,密度,压力P,温度T,OO,BB,AA,x,P,（一）激波的产生,一、爆轰的发生,密度,压力P,温度T,OO,BB,AA,激波的产生过程 1、活塞由静止向右运动；2、活塞前气体被压缩，压力增高，产生扰动，向前传播；3、第一道波的传播速度 4、第二道波的传播速度 5、，一段时间后，压缩波叠加在一起，形成激波，激波前后的气体参数P、T发生的突跃。,（一）激波的产生,一、爆轰的发生,（二）爆轰的产生,一、爆轰的发生,OO,BB,AA,CC,UU,UU,1、形成“燃气活塞”；2、产生系列压缩波；3、形成激波；4、正常火焰传播与激波合二为一，产生爆轰。,（二）爆轰的产生,一、爆轰的发生,（一）初始正常火焰传播能形成压缩扰动；（二）管道足够长或容器空间足够大；爆轰前期距离：管道中的可燃混气从开始燃烧到发生爆轰之间的距离。,二、爆轰形成条件,（二）爆轰的产生,一、爆轰的发生,OO,BB,AA,CC,UU,爆轰前期距离,（一）初始正常火焰传播能形成压缩扰动；（二）管道足够长或容器空间足够大；爆轰前期距离：管道中的可燃混气从开始燃烧到发生爆轰之间的距离。（三）可燃气浓度处于爆轰极限浓度范围内；（四）管道直径大于爆轰临界直径。临界直径：管道中的可燃混气能形成爆轰的管道的最小直径。,二、爆轰形成条件,实验室图片,三、爆轰波波速和压力,（一）爆轰波波速,1、精确测量,三、爆轰波波速和压力,（一）爆轰波波速,2、计算,三、爆轰波波速和压力,（一）爆轰波波速,3、混气性质对爆轰波的影响,密度混合比,成反比,3000250015001000,3.6 20 40 60 80 92 100 C2H2%,乙炔-氧气爆轰波波速,爆轰波波速（m/s）,三、爆轰波波速和压力,（二）爆轰波压力,拐弯处压力成倍增加,四、爆轰波破坏特点,（一）爆轰波波速快，可能使常用的防爆泄压装置失效；（二）爆轰波波压大，碰到器壁时会产生反射增压现象；（三）爆轰波对生物具有杀伤作用；（四）爆轰波体现为动压冲击作用。,第六节 气体爆炸的预防,预防和控制可燃气体爆炸的基本原则：一、严格控制火源二、防止形成爆炸性混合气体,燃烧三要素,100 90 80 70 60 50 40 30 20 100,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100,O2%,N2%,CH4%,100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,爆炸区,甲烷-氧气-氮气爆炸界限图,100 90 80 70 60 50 40 30 20 100,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100,O2%,N2%,CH4%,100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,爆炸区,甲烷-氧气-氮气爆炸界限图,坐标表示方法,x,x,y,y,直角坐标系-坐标表示方法,100 90 80 70 60 50 40 30 20 100,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100,O2%,N2%,CH4%,100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,爆炸区,甲烷-氧气-氮气爆炸界限图,坐标表示方法,100 90 80 70 60 50 40 30 20 100,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100,O2%,N2%,CH4%,100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,爆炸区,甲烷-氧气-氮气爆炸界限图,表示法,100 90 80 70 60 50 40 30 20 100,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100,O2%,N2%,CH4%,100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,爆炸区,甲烷-氧气-氮气爆炸界限图,空气组分线爆炸极限,100 90 80 70 60 50 40 30 20 100,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100,临界含氧量：能使可燃气体爆炸的可燃混气中氧气的最低含量。,N2%,CH4%,100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,甲烷-氧气-氮气爆炸界限图,临界氧浓度线,爆炸区,100 90 80 70 60 50 40 30 20 100,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100,N2%,CH4%,100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0,甲烷-氧气-氮气爆炸界限图,临界氮浓度线,爆炸区,O2%,第六节 气体爆炸的预防,二、防止形成爆炸性混合气体,（一）惰气保护计算公式,P1,P2,P3,P,=P1+P2+P3,气体分压定律,第六节 气体爆炸的预防,二、防止形成爆炸性混合气体,（一）惰气保护计算公式,（二）惰气中含氧的计算公式,例题5 对乙烷用氮气保护，氧含量临界值为11，设备内原有空气容积为100m3，（1）求氮气需要量；（2）若在加入氮气中含有6的氧，则氮气的需要量为多少?,解：,（1）（2）,第六节 气体爆炸的预防,预防和控制可燃气体爆炸的基本原则：一、严格控制火源二、防止形成爆炸性混合气体三、切断爆炸传播途径（抑爆技术）四、防爆泄压（卸压技术）,燃烧三要素,第六节 气体爆炸的预防,三、切断爆炸传播途径（抑爆技术）,安全水封和阻火器,第六节 气体爆炸的预防,四、防爆泄压（卸压技术）,安全阀和爆破片,第六节 气体爆炸的预防,预防和控制可燃气体爆炸的基本原则：一、严格控制火源二、防止形成爆炸性混合气体三、切断爆炸传播途径（抑爆技术）四、防爆泄压（卸压技术）,典型火灾案例,陕西西安市煤气公司液化石油气储罐火灾,起火：1998年3月5日下午，11号罐根部发生液化石油气泄漏。扑救：16时51分，“119”接警后，调出11辆消防车、77名消防队员迅速赶赴现场。19时23分：罐区发生第二次大爆炸，火焰将整个罐区上空照得通红，“119”指挥中心又调6个公安消防队、6个企业队的12辆消防车、100余名战斗员赶赴现场。成立了火场总指挥部，先后调动44辆消防车，190名官兵赶赴增援。20时10分：现场发生了第三次大爆炸，只见一股蘑菇云冲天而起，整个西郊上空一片通亮。3月7日19时5分：罐区最后一个燃烧的100m3储罐熄灭。3月8日8时：“分离”、“残液排放点燃”、“吹扫”。3月9日11时30分：排险完毕。3月9日12时5分：撤离现场。,火灾损失：直接财产损失477.8万元，12死亡（官兵7人、职工5人），30人受伤（官兵11人、职工19人）。主要教训：（1）未制定抢险预案，缺乏对突发事故抢险的演练。（2）巡查制度和交接班制度不落实，对职工缺乏安全教育和培训。（3）未增设内置式紧急切断阀，致使管道泄漏时难以进行有效的止漏。（4）液化石油气易泄漏的地点（如储罐区烃泵房、压缩机房、液瓶等）未增设石油气浓度报警装置。,典型火灾案例,陕西西安市煤气公司液化石油气储罐火灾,吉林石化化工厂大爆炸2005年11月15日,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧,湍流燃烧 层流燃烧扩散燃烧 预混燃烧,层 流,湍 流,过渡状态,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧,湍流燃烧 层流燃烧扩散燃烧 预混燃烧,一、湍流燃烧 空气和可燃气的流动呈湍流状态的燃烧。,（一）层流和湍流,1、层流：流体质点在流动时，各层间互不相混，互不干扰，各自沿直线向前流动，称层流；2、湍流：流体质点在流动时，处于安全无规则的乱流状态，甚至出现旋涡，称湍流。3、判据雷诺数Re,一、边界层,第三节 热对流,3、边界层的厚度：,Rel 是 x=l 时的当地雷诺数,回顾,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧,一、湍流燃烧,（二）湍流燃烧特点,层流火焰与湍流火焰外形,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧,一、湍流燃烧,（二）湍流燃烧特点,比层流火焰短火焰增厚发光区模糊有明显噪声,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧,一、湍流燃烧,（三）湍流燃烧特点成因,1、湍流使火焰弯曲，增大了燃烧面积；2、湍流加剧了热和自由基的传递速度，使单位面积上的燃烧速度加快；3、湍流使已燃气、未燃气混合时间缩短。,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧,一、湍流燃烧,（四）湍流火焰传播速度（ST）的实验结果,Re 0 4 8 12 16 20103,54321,Re数对火焰速度的影响,大尺度脉动,小,ST/SL,二、扩散燃烧,（一）扩散燃烧外形,空气 燃料 空气,过量供气火焰,供气不足火焰,二、扩散燃烧,（二）火焰横向物质浓度分布,燃料氧气产物量氮气,r 0 r,21%,79%,0%,火焰锋面 中心线 火焰锋面,二、扩散燃烧,（二）扩散火焰横向温度分布,T 0 T,T0,Tf,Tf,T,T,火焰锋面 中心线 火焰锋面,三、火焰高度,（一）层流燃烧,容积流量一致时，喷嘴横截面积如何影响火焰高度？,V（m3/s）,三、火焰高度,（一）层流燃烧,可燃气流速一致时，喷嘴横截面积如何影响火焰高度？,u（m/s）,三、火焰高度,（一）层流燃烧,1mol可燃气完全燃烧需要氧气摩尔数不同，火焰高度如何变化？,A,B,1A+10O21B+1O2,三、火焰高度,（一）层流燃烧,环境供氧量变小，火焰高度如何变化？,氧气不足,氧气充足,