天然气爆炸极限的测定方法 大庆油田设≯院助理工程Ｉ— 王宏宇 内容提要：随着油田的开发以及天然气的生产和综合利用．人们越来越迫切需 要对天然气的爆炸极限进行实际则定。天然气的爆炸极限不仅是工程设计的基础数 据，而且是天然气在储运过程中防火防爆和危险性分斐的重要参数，同时也是从事 研究天然气检测及报警Ｉ作所需要的一个安全技术值。本文介绍ｊ测定天然气爆炸 极限的方法，指出了空气中天然气通过点燃引起燃烧或爆炸的浓度下限值和上限值 及爆炸范围。产生爆炸的浓度范围越宽．下限值越低，则该天然气越危险。该数值 对存有天然气危险场所的通风、供热、检测、报警及动火作业都很重要．因此本方 法具有很大的实用价值。 关键词 天然气 爆炸 测定装置 删定方法 在 Ｏ年代．美国、苏联、西德、日本等国就进行了大量的可燃气爆炸极限的研究工作． 最初采用各种不同形状、大小的反应管进行试验，后来逐渐采用反应管长１５００ｍｍ左右、管径 约６０ｒａｍ的测定装置，国外发表的绝大部分可燃气体爆炸极限数据都是用上述装置测定的．但 目前还没有订出国际标准。 我国从６０年代以来 先后在煤炭、公安、机械等行业开展过可燃气体爆炸极限的研究工 作．但一直没有专门从事天然气爆炸极限测定及研究的部门，到目前为止我国也没有制定出 国家标准 公安部天津消防研究所较系统地进行过可燃气体爆炸极限测定的研究工作，并试制了测 定装置，且对甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等单一气体进行过测定，但对它们的混合气体则没有 号ｒ１加以研究和测定。目前我们使用的测定装置．就是天津消防研究所研制的可燃气体爆炸 极限测定装置。 １．仪器说明 （】）爆炸室 该室是用硬质玻璃材料做成的长为１２００ｍｍ、直径为６０ｍｍ的玻璃管．管顶装有平时封闭 的泄压塞，管底装有可髓时打开的泄压阀， 该室连接着无油泵，可对爆炸室内混合气体进 行搅拌，用无油泵作搅拌泵是为了使气样更清洁 反应管采用上述尺寸的原则是：①反应管必须有适当的长度才能观察到可燃气与空气混 合气点燃后火焰传播及燃烧情况；②管径必颁大于可燃气的“熄火直径”才能产生燃烧反应， 尽管不同可燃气的“熄火直径”不同，但选用的管径为６０ｒａｍ已大于各种可燃气的“熄火直 径 （２）控温室 本室可允许升温最高至５０℃进行测试．１：Ｊ两组＿＿，￣０００Ｗ远红外加热板加热升温，四个风 崩搅拌室内空气．用电接点温度计控制所需 腰 ８４ 油田地面工程（ＯＳＥ）第ｌ ０卷第ｌ期ｉ… ｜ （３）点火系统 交流２２０Ｖ电源通过点火按扭接到调压器输入端，调压器输出端接到电压互感器低压侧， 互感器高压端接点火放电电极。 ２．操作步骤及操作条件的选定 （１）检查装置的密闭性。装置抽真空至预定的真空度（残压不大于１ ０ｋＰａ），然后停真空 泵，经５ｍｉｎ压力计压力下降不大于７５０Ｐａ，认为装置的密闭性符合要求。 （２）按分压法进行混合气配制，即混合气中某一－气体所占的体积比等于该气体的分里比， 分压及总压用水银压力计测量，计算公式如下： 鲁×１Ｐ０ｃ】 ２ 式中：ｒ——混合气中可燃气的体积比， ； Ｐ ——可燃气的分压，Ｐａ； 混合气的总压，Ｐａ。 （３）为了使气样均匀分布在反应管中．配好气佯后要进行搅拌。通过试验得知，搅拌时 间为５～１ ０ｍｉｎ气样分布均匀，停止搅拌３ｓ后点火对试验无影响。 （ ）点火观察。困点火能量对天然气爆炸极限有影响，而本方法又采用高压放电点火，所 以电压的大小和持续时间的长短直接影响着点火能量的高低。通过试验得知，本方法中电压 的大小和持续时间的长短．即点火能量的高低对天然气的爆炸极限值并无影响，这说明试验 中的点火能量远大于天然气的“极限点燃能量”。因为当能量达到“极限点燃能量”时，再增 大火花能量，燃烧范围也不会变化．本方法中由于在３５００Ｖ以下电压 、能ｌ００ 放电．所以本 方法中选择点火电压在３５００Ｖ以上。但点火电压太高或持续时间过文，会使放电电极红热，从 而减小电极使用寿命。故一般选７０００Ｖ为点火电压，持续时间为０．５ｓ左右。 （５ 试验后用清洁空气清洗试验装置三次。 （６ｊ如果在同样条件下进行三次试验，点火后火焰均未传至管顶，则可改变进样量．进 行下一个浓度的试验。 （７）试验数据的计算。通过试验找到最接近的传燃与不传燃两点的浓度值，并按如下公 式计算： Ｌ一１（Ｃ ＋（、 ） 吉（岛＋ 爆炸上限（Ｌ、Ｅ．Ｌ）和下限 （ｕ．Ｅ、Ｌ）数据对比 衰１ 试单位 式中：Ｌ——爆炸下限值． （体积）； 爆炸上限值． （体积）； 传燃浓度值． （体积）； Ｌ不传燃浓度值， 【体积）； 名称 子式Ｉ纯度Ｊ Ｌ、Ｅ、Ｌｌ Ｕ Ｅ、Ｌ网烷Ｊ ＣＨ ５．３ ｌｌ ｌ｜０５』太庆油田设 Ｉ什院水化室 Ｃａ—— 传燃浓度值， （体积）； Ｃ ——ｕ不传燃浓度值， （体积）， ３．准确度及精密度考查 （】）准确度考查（用标样考查）．见表 （２）计算值与实测值对比．见表２。 甲烷ｌ ＣＨ１怛谱划５、７５ ｌ ｌ５．７５氏津消防研究所 甲烷ｌ ＣＨ｜ｌ不详ｌ ５ ３ ｆ】４．０ ｌ美国ＮＦＰＡ 注：美国ＮＦＰＡ和天津消防研究所测出的数据是用 同太庆油田设计院一样的装置测出的。 油田地面工程（ＯＳＥ）第１ ０卷第ｉ期（１９９】．２） Ｂ５ 表２中计算值是通过公式算出的，根据公式 式 已知浓度天然气的计算值 申 与实测值对比 表２ ｉ 十云十…… ｑ 天然气各组气体体积百分含ｉ＿＿Ｔ 作极限值肿算值映测值｝误差 Ｌ．Ｅ．Ｌ ｌ ５ １ ２ｌ ５ １ ５ｌ斗０．０３ ‰＝ Ｅ．Ｌ｝１ ３．８７ｊ１ ３．８ｆｉ一０．０２ Ｕｌ十 十 …… Ｃ …·， ——总的易燃物的体积百分数 （ ＋ ＋ ……＋０。＝１ ００ ） Ｌ …’· ·——每个易燃物的爆炸下限， （体积） 表３ Ｕｓ．．…·，以——每个易燃物的爆炸上限． （体积）。＿：＝Ｔ－ ＿Ｔ：：＿ 计算采用数据为美国ＮＦＰＡ数据，见表３。 （３）精密度考查 按照前面研究的分析步骤，我们又对该装置的精密度进行了考 查，见表 。 精密度考查试验 表４ 各站的实测结果 表５ 测定次数 爆炸掇碾 偏 差 样品名称 分析时阿 Ｌ．Ｅ．Ｌ 【年．月目】 第一攻 ５．２０ ０．００ —０．０ｌ 萨中处理厂挥玲外输气 第二趺 ５．２０ １ ４．０５ ０．００ —０．０６ 萨中处理厂僳玲原料气 １ ３．７５ 第三次 ５．２５ ＋Ｏ．０５ 萨中处理厂探玲外输气 １９８９．１ ０．１ ０ 第四攻 ５．２０ １ ４．１５ ＋０．０４ 萨中处理厂探玲原料气 １９５９．１ ０．Ｊ ３ 第五趺 ５．１５ ｌ４．１５ —０．０５ 喇二联 ｛卣 １９５９．１０．１６ 平均 ５ ２０ 总 ｛卣 １９８９．１０．１ ８ ４．０ １ ３．１ ５ 注 试验气样是丈庆酽中处理厂探冷补精气，取样 时间为１９５９年８月８日 由表４可以看出，相对偏差在±０． 以下。 ４．天然气爆炸极限的实测结果（见表５） 从表５中可以看出．该方法与美国ＮＦＰＡ测得值误差在士０．１以下，且精密度也在士０．１ 以下，已小于国外一些国家规定的１ Ｏ 误差范围 由此可以得出结论：本方法确定的试验步 骤是可行的，测得的数据是准确可靠的 用本方法测试单个试样，两次平行测定所需时间大约是１５～２５ｈ。 （收稿日期１９９００７２７） ＢＢ 油田地面工程（ＯＳＥ）第１ ０春第１期（１ ９９１．２