燃气的着火完整篇.docx
《燃气的着火完整篇.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃气的着火完整篇.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
燃气的着火完整篇
编号：
SY-AQ-06651
燃气的着火（完整篇）
Ignitionofgas
（安全管理）
单位：
_____________________
审批：
_____________________
日期：
_____________________
WORD文档/A4打印/可编辑
燃气的着火（完整篇）
导语：
进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。
在安全管理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关系更直接，显得更为突出。
众所周知，任何可燃混合气（燃气与空气或其它氧化剂的混合物）的燃烧，必须先着火，而后燃烧。
燃气分子与氧化剂分子均匀混合，从开始缓慢氧化反应，温度升高，到发生不稳定的、激烈的氧化反应而引起燃烧的现象，称为燃气的着火。
为使可燃混合气着火，实际中有两种方式：
着火或点火。
着火，或称为自然着火，是指由于系统中热量的积聚，使可燃混合物整个容积同时达到并超过某一温度，混合气便自动地，不再需要外界作用地着火，达到燃烧状态。
点火，也称为强制点火，指在较冷的可燃混合气中，用一个不大的点火热源，在某一区域点火，先引起局部着火燃烧，然后燃烧向其它区域传播，最终整个可燃混合气系统都达到着火燃烧。
不论“着火”或“点火”，都是燃烧反应自动加速，由低速的稳定的氧化反应，突然辖变为高速的不稳定的氧化反应的过程。
而燃烧反应自动加速的原因又各不相同。
所以，自燃着火过程又有两种类型：
支链着火和热力着火。
所谓支链着火，是由于燃烧链锁反应的分支，使活化中心浓度迅速增加，导致反应速度急剧加速；而热力着火，就是指由于系统内热量积聚，引起化学反应速度按阿累尼乌斯指数函数关系迅速猛增。
在实际燃烧过程中，不可能有单纯的支链着火或热力着火，往往是两种同时存在，并相互促进。
一般说来，在高温下，热力着火是引起着火的主要因素；而在低温时，支链着火则起主导作用。
自燃着火，不论热自燃或链锁自燃，在工业生产或日常生活中都经常会遇到，它们所起的作用有时是积极的，有时是消极的，如何充分利用或有效制止它们，唯有清楚地理解和掌握着火发生的条件及其影响的因素后，才能办到。
所以，研究与分析引起着火的理论与实践的着火理论，是近代燃烧理论与燃烧技术的重要内容。
一、支链着火
链锁自燃理论认为，使燃烧反应自行加速度不一定要依靠热量积累，可以通过链锁的分支，迅速增殂活化中心来达到。
由上节链锁反应的讨论可知，链锁反应的速度受到活化中心浓度的影响。
在链锁反应过程中，不但有导致活化中心形成并分支的反应，也有使活性中心销毁．链锁中断的反应。
所以，链反应速度是否能得到增长，以致自燃着火，还得取决于两者之间的关系，
在等温条件下，链反应的速度完全由活化中心的浓度变化来确定。
若Wo
为外界能量作用而形成原始活化中心的速度，即链形成的速度；
Wl
为链锁分枝活化中心增加的速度，它由链增长中最慢的中间基元反应来决定：
W2
为链锁中断，活化中心销毁的速度。
而Wl
、W2
都与活化中心本身浓度成正比。
则，等温条件下活化中心的瞬时浓度变化为：
式中Ca
——活化中心的瞬时浓度；
f,g——分别为活化中心增加和销毁的速反常数。
它们与链锁反应的条件，如活化能、温度、压力等因素有关。
令ψ=f-g为实际活化中心增长的速度常数，则得：
这里ψCa
=W为链锁分枝的实际速度。
将此式积分变换，并考虑在初始条件τ=0时，Ca
=0得：
令α为一个活化中心参加的单个链锁环节反应，所生成的最终产物数目。
如上述氢的燃烧反应中，一个原子氢参加反应，生成二个水分子，则α=2。
那么，整个分支链锁反应的实际速度，即生成物形成的速度，为：
以上两式可说明，即使在等温条件下，活化中心浓度和分支链锁反应速度两者随时间的变化关系，基本上都是按指数函数关系急剧地增长。
具体地说，可能有三种情况：
（1）当f>g，即ψ>0时，
表明，在链锁反应开始的很短时间τi后，反应速度与时间的关系便接近指数函数关系，使反应自动加速，而产生自然着火。
（2）当f=g，ψ=0时
表明，当温度增加到某一数值时，恰好使链的分支速度等于链中断速度。
此时，活化中心浓度和化学反应速度均以直线规律随时间逐步增长。
（3）当f0时，反应变为自动加速的不稳定状态，将引起支链着火。
图3-2-1等温条件下链反应的速度变化
图3—2—1还表明，对于支链反应，在着火前存在一个感应期τi，在此期间系统中的能量主要用于活化中心的积累，反应速度极其微小，甚至很难查觉出米。
经过感应期后，反应速度达到可测速度Wi
，接着自行加速，瞬时内达到极大值，而完成反应。
支链自燃着火感应期的确定，具有实用意义，尤其对于可燃混合气在燃烧室中有时间限定的情况。
感应期不是反应混合气的理化常数，它的数值与许多因素有关，如温度、混合气中的杂质、反应容器壁面的形状、材料等，特别是开始反应时的活化中心浓度，如果其值较大，则感应期就可缩短。
二、热力着火
热力自燃着火产生的原因，是由于系统内热量的积累，使温度增高，使反应速度按阿累尼乌斯指数函数关系猛增，而引起着火。
在实际燃烧过程中，因存在热量的散失，要使可燃物得以着火，必须使反应发热速度大于热量散失的速度。
而可燃混合气的反应速度和反应发热速度，决定于可燃气的物理化学性质和燃烧反应的条件，如温度、压力等；系统向周围环境散失热，则与传热方式、传热面积、环境温度等系统热力条件相关。
分析系统内燃气燃烧过程的热平衡。
在体积为V的容器内，热值为H的燃气与空气（或氧气）形成可燃混合气，反应物浓度为CA
、CB
，反应物温度为了，反应对A、B的反应级数为a、b，器壁表面积F，温度T0
，则单位时间内，燃气燃烧反应发生的热量：
在着火以前，由于T不高，反应速度很小，可以认为反应物浓度变化甚微，把各常数项乘积用A表示，可写成：
Q1
=Ae
-E/RT
（2—4）
表明，对于一定压力与温度的可燃混合气，Q1
仅取决于活化因子（e
-E/RT
），绘在T-Q图上，如图3—2—2，为一指数函数曲线L。
L曲线随可燃混合气的压力或浓度增加而向高发热区移动。
同时在单位时间内，燃气与空气的混合气，通过器壁向外散失的热量为：
Q2
=αF（T-T0
）
式中α——可燃混合物对容器壁的放热系数
由于着火以前，反应温度变化不大，可以近似认为α是常数。
令B=αF，上式可写成
Q2
=B（T-T0
）（2—5）
在图3—2—2上，Q2
与T为直线关系，散热线M与横坐标的交点为器壁温度T0
，近似于可燃混合物的初始温度。
随器壁温度提高，M线平移向高温区；随散热条件变化，M线的斜率改变，B表示燃气混合物与壁之间的换热强度。
下面讨论发热线和散热线的关系及对着火的影响。
图3-2-2可燃混合物的热力着火过程
在图3—2—2（a）中，散热线M随T0
提高而向右平移。
在T0
较低时（T01
、T02
），与L线有两个交点1和2。
它们均满足Q1
=Q2
，达到系统反应发热量与散热量的平衡状态，但点1和点2情况大不相同。
首先分析交点1的情况，如图3—2—2（b）假设由于某种原因温度下降，则由于Q2
>Q1
，使反应系统温度不断下降；反过来，假设温度从2点上升，则出现Q1
>Q2
，使反应温度不断上升。
可见，在2点，任何温度的微小波动，都会使反应系统离开平衡状态，因而，交点2实际上是不稳定的平衡状态；交点1的情况就不同。
假设温度偶然降低，则Q1
>Q2
，使温度上升；假设温度偶然升高，则出现Q1
，使系统温度又降回到原处。
显然，交点1是一个稳定的平衡状态。
由于这样的差别，2点称为“不稳态平衡点”，1点称为“稳态平衡点”。
一般，燃料在与空气接触的环境中长期贮存时，都处于稳定平衡点的状态。
由于混合物的温度很低，燃烧化学反应速度非常地慢，处于缓慢氧化状态。
燃料组分在一定时间内几乎不发生变化。
事实上，可燃混合物从较低的初始温度T0
开始，处于缓慢的氧化状态，不可能自行超越1点，因而也就无法达到2点，除非加以外热，当然这就不属于热力着火的范畴了。
当器壁温度升得较高时，M线继续向有平移并和L线的两交点1、2彼此将更加靠近。
当T0
=T03
时，散热线M和发热线L不再相交，而是相切，相切点i满足Q1
=Q2
，也是不稳态平衡点，但它是稳定状态的极限位置。
相应于该点的温度Ti则称为自燃温度或着火温度。
着火温度可定义为，可燃混合物系统燃烧化学反应能自动加速而达到自燃着火的最低温度。
着火温度与系统所处的热力状况密切相关，即使同一种燃气，在不同条件下，其着火温度也不相同。
着火温度数学表达式的推导如下：
由于着火点是发热曲线与散热曲线的相切点，它必然满足以下关系：
式（2—6）表明，可燃混合物从T0
加热，使其温度上升△T
=RT2
E就能着火。
事实上，对燃气燃烧反应，取E=22×104
J／mol，R=8.314J／（mol·K），若T0
=1000K，则△T≈83℃，故将临界状态下的器壁温度T0
称为着火温度Ti
，决不会引起重大误差。
如上所述，着火温度Ti并不是一个物理常数，它主要受系统热力条件影响，包括容器的形状、特性尺寸、散热条件，还包括可燃混合物的性质、温度、压力等。
要使一定组成的可燃混合物着火，可以采取提高器壁温度（初始温度），提高系统压力，减少散热等措施。
这里填写您的公司名字
FillInYourBusinessNameHere
升级会员 