混合气体的爆炸极限及计算公式

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混合气体的爆炸极限及计算公式

燃烧技术是当下处理 VOCs 的主流技术，其中包含催化燃烧、热力燃烧、蓄热催化燃烧、蓄

热热力燃烧、浓缩催化燃烧等。燃烧技术的基理是 VOCs 在高温下发生氧化反应，氧化反应

的本质就是燃烧反应，是一种放热反应，VOCs 在燃烧过程的放热量与 VOCs 的种类和浓度

有关。

因而，从安全方面考虑，VOCs 燃烧的安全使用浓度显得尤为重要。了解 VOCs 燃烧过程的

温升和可燃气体爆炸下限，有利于提高 RTO、RCO 设备技术的安全性能。

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1、VOCs 的爆炸下限是什么？

可燃气体在空气中遇明火火种爆炸的最低浓度，称之为爆炸下限，亦称燃烧下限，英文名

称Lower Explosion Limited，即%LEL。空气中可燃气体度达到其爆炸下限，个所浓值时这场

可燃气环境爆炸危险度就达到了百分之百，即 100％LEL；如果可燃气体含量只达到其爆炸

下限的百分之十，那这个场所此时的可燃气环境爆炸危险度为 10％LEL。

下表是常见 VOCs 在标准状态下爆炸下限值。为了确保 VOCs 处理设备的安全运行，VOCs 废

气的浓度必须控制在对应有机物爆炸极限的 25%以下。

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为什么要控制在 25%LEL 以下呢？首先，可燃气体的爆炸下限度与可燃气体的初始温度有浓

关：以正己例，下是温度于正己爆炸下限度的影响（姚等，工安全与烷为图对烷浓洁业环

保，2012，38（2）：48），可当可燃气体初始温度提高，相爆炸下限度下降。见应浓

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当气体温度达到 600K（327°C），爆炸下限度达到室温的时浓 75%，所以提高温度会导致

爆炸下限浓度明显下降。而且实际工况中大多数是混合 VOCs，混合 VOCs 的爆炸下限浓度

具有不确定性。所以，实际操作中要控制在 LEL 浓度的 25%内。

2、VOCs 燃烧过程中的绝热温升

什么是绝热温升？绝热温升指放热反应物完全转化时所放出的热量可以使物料升高的温

度。其表达式为：

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式中分子为反应热（J/mol）与物料摩度尔浓 (mol/L)的乘积；分母为物料平均密度(kg/L)与

物料平均比热容(J/kg*K)的乘积。

VOCs 的燃烧过程是强放热反应，因放热使得气体温度的升高。下表是几种常见 VOCs 浓度

1000mg/m3 时完全燃烧的绝热温升。

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如果采用催化燃技理烧术处 VOCs，在设备和催化正常的情况下，催化反应前后气体温度的

变化（温升）则反映了 VOCs 的浓度变化。如 1000mg/m3 甲苯完全燃烧的绝热温升为

31.95°C ，如在实际使用过程中，温升达到 320°C ，那就说明甲苯浓度大约达到了

10000mg/m3，此时已经非常接近甲苯的 25%LEL 值，已经是非常不安全了，必须及时降低

甲苯浓度。

在活性炭浓缩-催化燃烧系统中，在活性炭脱附过程，可以通过 VOCs 催化剂床层的温升，

来检测 VOCs 浓度的变化，很多可燃气体浓度报警器就是利用这一原理。

3、VOCs 设备的防爆注意点

1、处理装置设计和采用的电器元件必须按照规范要求符合防爆等级

2、设备布置要满足安全距离的要求

3、与气体接触的自动控制阀必须使用气动阀

4、必须选用防爆风机

5、在所有处理系统中必须在适当位置安装符合国家标准的阻火器

6、在处理装置中的敏感部位（超温、超压等）要按照规范设置报警装置及应急处理措施

7、为确保运行安全，必要时可采用连锁设计

8、要考虑现场整体的安全、环境应急预案

4、VOCs 的爆炸下限基本概念及求解案例

有机气大多易燃易爆物，被理的废为质处 VOCs 混合气的爆炸性问题更是方案设计不可或缺

的部分。

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①首先，分享几个基本概念。闪点是指可燃气体挥发出的蒸气和空气的混合物与火源接触

能够闪燃的最低温度。闪点越低，引发火灾事故的危险性越大。如常见的 VOCs 类汽油、

苯、酒精等闪点在 28℃ ②以下，容易引火灾事故。爆炸极限也称爆炸度极限，是指可发浓

燃物质（可燃气体、蒸气和粉尘）与空气（或氧气）必须在一定的浓度范围内均匀混合，

形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围。

例如常见的 VOC：苯，其与空气混合的爆炸极限为 1.5%～9.5%，前后两个数字分别称为爆

炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限和着火上限。在低于爆炸下限时不爆炸也

不着火；在高于爆炸上限不会爆炸，但能燃。是由于前者的可燃物度不，量时烧这浓够过

空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延；而后者则是空气不足，导致火焰不能蔓延的缘故。

常见物质的爆炸极限如下，仅供参考：

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附：混合气体的爆炸极限计算（仅供参考）

公式为：Lm=1/（Y1/L1+Y2/L2+Y3/L3），式中：

Lm——混合 VOCs 爆炸极限（%）；

Y1、Y2、Y3——混合物中组成（%）；

L1、L2、L3——混合气体各组份相应的爆炸极限（%）。

例如：一天然气组成如下：甲烷 80%（L下=5.0%）、乙烷15%（L下=3.22%）、丙烷4%（L

下=2.37%）、丁烷1%（L下=1.86%）

求该天然气的爆炸下限。解：Lm=1/（80/5+15/3.22+4/2.37+1/1.86）= 4.369%

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摘要：

混合气体的爆炸极限及计算公式燃烧技术是当下处理VOCs的主流技术，其中包含催化燃烧、热力燃烧、蓄热催化燃烧、蓄热热力燃烧、浓缩催化燃烧等。燃烧技术的基理是VOCs在高温下发生氧化反应，氧化反应的本质就是燃烧反应，是一种放热反应，VOCs在燃烧过程的放热量与VOCs的种类和浓度有关。因而，从安全方面考虑，VOCs燃烧的安全使用浓度显得尤为重要。了解VOCs燃烧过程的温升和可燃气体爆炸下限，有利于提高RTO、RCO设备技术的安全性能。[MISSINGIMAGE]1、VOCs的爆炸下限是什么？可燃气体在空气中遇明火火种爆炸的最低浓度，称之为爆炸下限，亦称燃烧下限，英文名称LowerExplosion...

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