液化石油气的燃烧特性通用版.docx
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液化石油气的燃烧特性通用版
液化石油气的燃烧特性（通用版）
Safetymanagementisanimportantpartofproductionmanagement.Safetyandproductionareintheimplementationprocess
（安全管理）
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液化石油气的燃烧特性（通用版）
备注说明：
安全管理是生产管理的重要组成部分，安全与生产在实施过程，两者存在着密切的联系，存在着进行共同管理的基础。
液化石油气作为燃料，主要是通过燃烧以利用其热量，因此液化石油气燃烧的好坏直接影响到能源节约和安全。
一、液化石油气的燃烧
1．燃烧的条件
燃烧是一种同时伴有发光、发热的激烈的氧化反应。
发光、发热是物质燃烧的外观特征，发生剧烈氧化反应则是物质燃烧的本质。
燃烧必须具备下列3个条件。
（1）存在可燃物质凡能与空气中的氧起剧烈反应的物质，一般都称为可燃物质。
如丙烷、丙烯、木柴、汽油、煤油等。
（2）存在助燃物质凡能帮助和支持可燃物燃烧的物质都叫助燃物质。
常见的助燃物质有：
空气、氧气等。
（3）有能导致燃烧的点火源凡能引起可燃物质燃烧的能量都叫点火源。
点火源是物质发生燃烧的能量条件，没有点火源就不会发生燃烧。
可燃物、助燃物和点火源是构成燃烧的3个要素，缺少其中任何一个要素，燃烧便不能发生。
对于已经进行着的燃烧，若消除可燃物或助燃物中任何一个条件，燃烧便会终止。
大多数可燃物质的燃烧是在其挥发出蒸气气体状态下进行的，由于可燃物的状态不同，其燃烧特点也不同。
可燃气体只要达到其本身氧化条件所需的热量便能迅速燃烧，在极短的时间内全部烧光。
这是因为气体扩散能力强，分子之间距离大，容易与空气混合，造成了充分燃烧的条件。
液化石油气中的所有组分，在常温常压下均为气态，在空间传播迅速，所以非常容易燃烧，甚至能形成爆炸。
可燃液体的燃烧不是液体本身的燃烧，而是液体蒸发汽化与助燃物（空气中的氧）在火源作用下的燃烧，而燃烧又加速了液体汽化，使燃烧得以扩展。
由于液体燃烧在火源、升温、汽化等过程的准备阶段需消耗时间和热量，因此，液体燃烧要比同种气体物质完全燃烧过程所需的热量多、时间长。
由于液化石油气中碳三、碳四组分的沸点都很低，虽然泄露出来为液体，但其汽化却十分迅速，燃烧和爆炸的危险性同样很大。
如果可燃物是简单固体物质，如硫、磷等，受热时首先熔化，然后蒸发燃烧，没有分解过程。
若是复杂物质，燃烧后气态产物和液态产物的蒸气着火燃烧。
因此，固体燃烧相对于液体、气体较为困难，燃烧速度较为缓慢。
2．燃烧反应和燃烧产物
（1）燃烧反应方程式是表示燃烧前后物质变化的方程式，它表示了反应物质之间的比例关系。
烃类完全燃烧的反应式可由下式表示。
液化石油气中主要组分的燃烧反应式如下。
C3
H8
+5O2
→3CO2
+4H2
O+热量
C3
H6
+4．5O2
→3CO2
+3H2
O+热量
C4
H10
+6．5O2
→4CO2
+5H2
O+热量
C4
H8
+6O2
→4CO2
+4H2
O+热量
以丙烷完全燃烧的反应方程式为例，其含义是1标准立方米体积的C3
H8
与5标准立方米体积的O2
发生燃烧反应能生成3标准立方米的CO2
与4标准立方米的水蒸气，同时释放出10×104
KJ／m3
的热量。
可见，由燃烧方程式可以知道燃烧多少液化石油气需要多少理论氧气量，燃烧后产生什么样的气体，产生多少体积的烟气。
（2）燃烧的空气需要量燃烧所需的氧气通常是从空气中获取的。
空气中氧气的体积约为21％，即
空气：
氧气=100：
21=4．76：
1
可见，1体积的氧气相当于4．76体积的空气。
则丙烷燃烧完全1m3
的氧气，从理论上需要的空气量为
5×4．76=23．8（m3
）
这种通过反应方程式计算出的空气需要量通常称之为理论空气量。
在液化石油气的实际燃烧中，仅仅供给理论空气量是不能达到完全燃烧的，其原因是：
①空气中除含有21％的氧气外，还含有大量的氮气，它会带走热量而使火焰温度降低，影响热效率；②燃烧时液化石油气与空气中的氧气得不到充分接触。
因此，在实际燃烧中需要多供一些空气量，才能保证燃烧完全。
实际供给空气量与理论需要量之比，称为过剩空气系数，用符号α表示，即
α=实际空气需要量／理论空气需要量
过剩空气系数的取值不能过大，过大易使空气带走燃烧产生的热量；亦不能过小，过小则达不到完全燃烧，甚至会产生存毒的CO。
对一般燃具，过剩空气系数可取1．1～1．15。
液化石油气燃烧的理论空气需要量和实际空气需要量见表1-2-15。
表1-2-15液-化石油气燃烧的理论和实际空气需要量
气体
空气需要量
理论需要量/m3
实际需要量/m3
丙烷
23．86
26．35
丙烯
21．84
24．02
正丁烷
31．03
34．13
异丁烷
28．58
31．44
城市煤气
4．69
5．16
（3）燃烧产物及其危害可燃物质燃烧的产物是该物质燃烧时生成的气体、蒸气、液体和固体物质。
液化石油气中的C、H、S、P等元素在燃烧过程中分别生成CO2
、CO、H2
O、SO2
、P2
O5
、H2
S、H3
P等物质。
在助燃物充足的条件下，液化石油气完全燃烧，产生完全燃烧产物；在助燃物不充足的条件下燃烧，会产生不完全燃烧产物。
完全燃烧产物不能再进行燃烧，不完全燃烧产物遇助燃物还会继续深度燃烧。
如液化石油气完全燃烧时生成CO2
，CO2
不会再燃烧；不完全燃烧时生成CO，CO遇空气还可再燃烧，最终生成CP2
。
CO是一种无色气体，比空气轻，具有强烈的毒性，当空气中含有10％的CO时，1～2min内可使人中毒死亡。
CO2
也是一种无色气体，但比空气重，不燃烧、不导电，有轻度毒性，浓度较高时，可使人窒息。
因此，燃灶具间应有良好的通风条件，以使燃烧产物能及时排出。
3．闪点与闪燃，自燃与自燃点
（1）闪点与闪燃各种液体的表面都有一定量的蒸气存在，蒸气的浓度取决于该液体的温度。
可燃液体表面的蒸气与空气混合，形成了混合可燃气体，遇火源即发生燃烧。
挥发性混合气体遇火源能够燃烧的最低温度称为闪点。
在闪点时可燃液体的蒸发速度很慢，所产生的蒸气量仅能维持极短时间的燃烧，而新蒸气来不及补充，只是瞬间出现蓝色火花，不能引起连续燃烧，这种现象就叫闪燃。
不同的可燃液体有不同的闪点，闪点越低，发生火灾的危险程度就越大。
液化石油气的闪点都是非常低的。
其数值见表1-2-16。
液体在闪点温度以上时，因液体蒸发速度快，混合气体中可燃气体的数量增加，能够维持连续稳定的燃烧。
因此，闪燃是液体发生火险的信号，是着火的前奏。
闪点是评定可燃液体火灾危险的主要指标。
表1-2-16液化石油气主要组分的闪点
主要组分
丙烷
丙烯
丁烷
丁烯
闪点/℃
-104
-108
-82
-80
（2）自燃与自燃点自燃是物质自发的着火燃烧，通常是由缓慢的氧化作用引起本身温度升高或由外界温度升高而引发的，即物质在无外界火源的条件下，在一定温度下自行发热，散热受到阻碍而积蓄，逐渐达到自燃状态。
可燃物质发生自行燃烧的最低温度称为自燃点。
液化石油气各组分的自燃点见表1-2-17。
表1-2-17液化石油气各组分的自燃点
组分
自然点/℃
组成
自然点/℃
空气中
氧气中
空气中
氧气中
乙烷
472
丁烷
408
283
丙烷
493
468
丁烯
443
丙烯
458
戊烷
290
258
4．热值
热值又称发热量，是指单位质量或单位体积的可燃物质，在完全烧尽时生成最简单最稳定的化合物时所释放的热量，单位为kJ／m3
或kJ／kg。
热值可分为高热值和低热值，高热值包含燃烧反应后所产生的水蒸气冷凝成水时所放出的热量，若不计算这部分热量，则为低热值，因此，高热值要比低热值大。
液化石油气各组分的高热值和低热值见表1-2-18。
从表中可以看出，液化石油气的热值很高。
表1-2-18液化石油气各组分的热值（25℃，0．1013MPa）
组分
高热值
低热值
×104
kJ/kg
×104
kJ/m3
×104
kJ/kg
×104
kJ/m3
乙烷
5．19
6．97
4．75
6．38
丙烷
5．04
10．12
4．64
9．31
丙烯
9．36
8．76
丁烷
4．95
13．38
4．58
12．35
丁烯
12．57
11．76
戊烷
16．92
15．66
一氧化碳
1．33
1．3
二、液化石油气的爆炸及其爆炸极限
1．爆炸
物质自一种状态骤然转变成另一种状态，并在瞬间释放出大量的能量，同时产生巨大声响的现象称为爆炸。
爆炸可分为物理性爆炸和化学性爆炸两种。
（1）物理性爆炸这种爆炸是由物理变化引起的。
爆炸原因往往是由于容器内部介质的压力超过了容器所能承受的强度，致使容器破裂，内部介质在瞬间膨胀，并以高速度释放出内在能量。
物质在发生物理性爆炸前后的成分和性质均不改变。
储罐或钢瓶内的液化石油气，受到高温而引起爆炸；锅炉超压爆炸等都属于物理性爆炸。
（2）化学性爆炸这种爆炸是由于物质发生极迅速的化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸。
当储罐或钢瓶破裂时，内部的液化石油气迅即蒸发、膨胀，并与周围的空气相混合，形成可燃性混合气体，一旦遇到火源，便立即发生化学性爆炸。
其实质是高速度的燃烧，从而产生出大量的高温燃气向四周扩散，并引起附近的可燃物质燃烧。
化学性爆炸常常与火灾同时发生。
物质在发生化学性爆炸前后的成分和性质均发生了根本的变化。
2．爆炸极限
可燃性气体与空气组成的混合物，并不是在任何比例下都可以燃烧或爆炸的，而是具有一定的数量比例，且因条件的变化而改变。
由实验得知，当混合物中可燃气体含量接近于理论上完全燃烧所需要的量时，燃烧最快、最剧烈。
若含量减少或增加，火焰燃烧速度则降低，当浓度低于或高于某一限度值时，却不再燃烧和爆炸。
可燃气体与空气的混合物遇到火源能够发生爆炸燃烧的浓度范围称为爆炸浓度极限，爆炸燃烧的最低浓度称爆炸浓度下限，最高浓度称爆炸浓度上限。
爆炸极限一般可用可燃气体在混合物中的体积百分数来表示。
液化石油气各组分的爆炸极限见表1-2-19。
表1-2-19液化石油气各组分的爆炸极限／％（体积分数）
名称
爆炸下限
爆炸上限
在空气中完全燃烧时量论含量
丙烷
2．37
9．50
4．02
丙烯
2．00
11．10
4．44
丁烷
1．86
8．41
3．12
丁烯
1．70
9．00
3．37
液化石油气
1．5
9．5
汽油
1．7
7．2
可燃物质在空气中的浓度低于爆炸浓度下限时，由于可燃物质量不足，空气过剩，不发生爆炸燃烧。
当可燃物质在空气中浓度高于爆炸上限时，可燃物质过剩，空气不足，也不发生爆炸。
但是，若可燃物质的浓度高于爆炸上限，无论以什么方式或原因补充空气，则又进入爆炸范围，隐藏有爆炸燃烧的潜在危险。
（1）影响爆炸极限的因素爆炸极限不是一个固定值，它随着一些因素的变化而改变。
影响爆炸极限的主要因素有以下几点。
①原始温度。
爆炸性混合物的原始温度越高，则爆炸极限范围越宽，即爆炸下限降低而爆炸上限增高。
这是因为系统温度升高，其分子内能增加，使原来不燃的混合物成为可燃、可爆系统，所以温度升高使爆炸危险性增大。
②原始压力。
混合物的原始压力对爆炸极限有很大的影响，在压力增加的情况下，其爆炸极限的变化是很复杂的。
一般情况下压力增大，爆炸极限范围扩大；压力减小，则爆炸极限范围缩小。
这是因为系统压力增高，其分子间距更为接近，碰撞率增大，因此使燃烧的最初反应和反应进行更为容易。
③惰性介质。
若混合物中所含惰性气体的百分数增加，爆炸极限的范围缩小，安全性提高。
惰性气体的浓度提高到一定数量可使混合物不发生爆炸。
④充装容器的材质、尺寸等，对物质爆炸极限均有影响。
实验证明，容器或管道直径越小，爆炸极限范围就越小。
除上述因素外，火花的能量、热量交换表面的面积、火源和混合物的接触时间等，对爆炸极限均有影响。
（2）确定爆炸浓度极限的实用意义
①评定气体或液体蒸气的火灾危险性大小。
可燃气体或液体蒸气的爆炸下限越低，爆炸范围越大，则火灾危险性愈大。
例如，汽油的爆炸极限为1．7％～2．7％，液化石油气爆炸极限为1．5％～9．5％，氨气的爆炸极限为15％～27％，火灾危险性的顺序则为：
液化石油气＞汽油＞氨气。
②是划分可燃气体等级的依据。
爆炸浓度下限低于10％的可燃气体属于一级可燃气体，爆炸浓度下限高于10％的可燃气体属于二级可燃气体。
如液化石油气属一级可燃气体，氨气属二级可燃气体。
③是评定气体生产、储存，火灾危险性类别，选择电气设备的依据。
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