爆炸極限（英文名：Explosion Limit，EL），又稱爆炸濃度極限，是指可燃物（可燃?xì)怏w、蒸氣、粉塵或纖維）與空氣（氧氣或氧化劑）均勻混合形成爆炸性混合物，其濃度達(dá)到一定的范圍時(shí)，遇到明火或一定的引爆能量立即發(fā)生爆炸，這個(gè)濃度范圍稱為爆炸極限，一般用體積分?jǐn)?shù)表示?？扇嘉锱c空氣的混合物能使火焰蔓延時(shí)可燃物的最低濃度稱為該可燃物的爆炸下限（Lower Explosion Limit，LEL）；反之，能使火焰蔓延時(shí)可燃物的最高濃度稱為該可燃物的爆炸上限（Upper Explosion Limit，UEL）。可燃物與空氣的混合物的濃度在爆炸下限以下或爆炸上限以上，便不會(huì)爆炸。
爆炸極限是隨著多種不同外界條件的影響而變化的，其主要影響因素包括初始溫度、初始?jí)毫?、氧含量、惰性氣體含量、其他雜質(zhì)，以及容器等。爆炸性氣體混合物的初始溫度越高，則爆炸極限范圍越寬。壓力升高時(shí)，爆炸下限變化不大，但上限隨壓力增加較為顯著。壓力降低，則氣體分子間距加大，爆炸極限范圍會(huì)變小。氧含量增大，會(huì)使爆炸極限的范圍擴(kuò)大，尤其是爆炸上限會(huì)提高很多。爆炸性混合物中惰性氣體含量增加，其爆炸極限范圍縮小。此外，對(duì)于爆炸性氣體，水等雜質(zhì)對(duì)其反應(yīng)影響很大。
爆炸極限在工業(yè)、消防安全，以及內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域內(nèi)均有應(yīng)用。在日常生活和化工生產(chǎn)中，根據(jù)各種可燃物所具有的爆炸極限不同的特點(diǎn)，嚴(yán)防危險(xiǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)，可通過加入惰性氣體或其他不易燃?xì)怏w降低濃度，或在排放前采用滌氣器、吸附法清除可爆氣體，也可以判斷可燃物的爆炸危險(xiǎn)程度，盡可能用爆炸危險(xiǎn)性小的物質(zhì)代替危險(xiǎn)性大的物質(zhì)。爆炸極限也可以應(yīng)用于消防上，可以作為評(píng)定可燃?xì)怏w火災(zāi)危險(xiǎn)性大小、氣體生產(chǎn)和儲(chǔ)存場(chǎng)所火險(xiǎn)類別、選擇電氣防爆形式等方面的依據(jù)，也可根據(jù)爆炸極限確定安全操作規(guī)程，確定建筑物耐火等級(jí)、層數(shù)、面積等。爆炸極限也可應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)上，其目的是防止火花點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆轟，并促進(jìn)壓燃試發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火。
概述
可燃物與空氣的混合物，并不是在任何組成下都可以燃燒或爆炸，而且燃燒（或爆炸）的速率也隨著組分或組成而變。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可燃物在空氣中足以使火焰蔓延的濃度有一個(gè)從最低到最高的范圍，當(dāng)混合物中可燃物濃度接近化學(xué)反應(yīng)式的化學(xué)計(jì)量比時(shí)，燃燒最快、最劇烈；若濃度減少或增加，火焰蔓延速率則降低；當(dāng)濃度低于或高于某個(gè)極限值，火焰便不再蔓延。可燃物質(zhì)與空氣的混合物能使火焰蔓延的最低濃度，稱為該可燃物的爆炸下限；反之，能使火焰蔓延的最高濃度則稱為爆炸上限。上限與下限之間的濃度范圍稱為爆炸極限。顯然，如混合物的濃度在此范圍以外時(shí)，一般是不會(huì)發(fā)生著火或爆炸的?；旌象w系中可燃物濃度在爆炸下限以下時(shí)因含有過量空氣，空氣的冷卻作用使活化中心的消失數(shù)大于產(chǎn)出數(shù)，阻止了火焰的蔓延；濃度在爆炸極限以上時(shí)，因含有過量的可燃?xì)怏w，助燃?xì)怏w不足，火焰也不能蔓延，但此時(shí)若補(bǔ)充空氣，仍有火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，所以濃度在爆炸上限以上的混合氣體不能認(rèn)為是安全的。
爆炸極限一般用可燃?xì)怏w或蒸汽在混合氣體中的體積百分?jǐn)?shù)表示，而可燃粉塵爆炸極限通常用單位體積可燃?xì)怏w的質(zhì)量（kg/m3）表示。
計(jì)算
具有爆炸危險(xiǎn)性的氣體或蒸氣與空氣或氧氣混合物的爆炸極限，在應(yīng)用時(shí)一般可查閱文獻(xiàn)或直接測(cè)定以獲得數(shù)據(jù)，也可以通過其他數(shù)據(jù)及某些經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算來獲得。爆炸極限的估算值與實(shí)驗(yàn)值一般有些出入，其原因是在計(jì)算式中只考慮到混合物的組成，而無法考慮其他一系列因素的影響，但仍不失去參考價(jià)值。下面介紹幾種計(jì)算方法，其中，Lx為可燃性混合物爆炸下限，%；Ls為可燃性混合物爆炸上限，%。
爆炸上限與爆炸下限計(jì)算
由完全燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)計(jì)算
根據(jù)完全燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)計(jì)算有機(jī)物的爆炸下限和上限的體積分?jǐn)?shù)，其經(jīng)驗(yàn)公式如下：
式中，n為每摩爾可燃?xì)怏w完全燃燒所需的氧原子數(shù)。
爆炸上限與下限之差，再除以下限取值，則表示其危險(xiǎn)程度，H值越大，表示其危險(xiǎn)性越高：
根據(jù)閃點(diǎn)計(jì)算
易燃液體的爆炸下限與該液體的閃點(diǎn)是互相關(guān)聯(lián)的。因?yàn)榭扇家后w在閃點(diǎn)時(shí)的飽和蒸氣分壓正好對(duì)應(yīng)著火的最低體積分?jǐn)?shù)。利用這種關(guān)系可進(jìn)行可燃液體的閃點(diǎn)或爆炸下限的推算，即：
式中，Pz指混合物的總壓力，常壓時(shí)為1.013×105Pa；Psh指閃點(diǎn)時(shí)該液體的蒸氣分壓（Pa）。超過爆炸上限溫度（上部閃點(diǎn)之上），可燃液體所生成蒸氣的體積分?jǐn)?shù)在上限以上時(shí)是不會(huì)燃燒或爆炸的。爆炸上限溫度（上部閃點(diǎn)）也可以應(yīng)用上式計(jì)算。
按可燃?xì)怏w完全燃燒時(shí)的化學(xué)當(dāng)量含量計(jì)算
可燃?xì)猓ㄒ海w完全燃燒時(shí)的化學(xué)當(dāng)量含量可用來確定鏈烷烴類的爆炸下限，其計(jì)算公式為：
式中，C0指氣體在完全燃燒時(shí)與物質(zhì)的當(dāng)量濃度。
由爆炸下限估算爆炸上限
常壓下25℃的鏈烴類在空氣中的爆炸上下限的關(guān)系為：
如果在爆炸上限附近不伴有冷焰火，上式可簡(jiǎn)化為：
再將Lx=0.55C0代入上式，可得：
由分子中所含碳原子數(shù)估算爆炸極限
脂肪族烴類化合物的爆炸極限與化合物中所含碳原子數(shù)nc的近似關(guān)系為：
多種組成混合物的爆炸極限計(jì)算
由多種可燃?xì)怏w組成爆炸性混合氣體的爆炸極限，可根據(jù)各組分的爆炸極限進(jìn)行計(jì)算，其實(shí)驗(yàn)式如下：
式中，Lm為爆炸性混合氣體的爆炸極限，%；L1、L2、L3為組成混合氣體各組分的爆炸極限，%；V1、V2、V3為各組分在混合氣中的濃度，%，且V1+V2+V3+...=100%。
含有惰性氣體的多種可燃?xì)饣旌衔锏谋O限計(jì)算
如果爆炸性混合物中含有惰性氣體，如氮?dú)?/a>、二氧化碳等，計(jì)算爆炸極限時(shí)，可先求出混合物中由可燃?xì)怏w和惰性氣體分別組成的混合比，再從相應(yīng)的比例圖中查出它們的爆炸極限，然后將各組的爆炸極限分別代入上面多種組成混合物的爆炸極限計(jì)算的公式即可。
影響因素
初始溫度
爆炸性氣體混合物的初始溫度越高，則爆炸極限范圍越寬，即下限降低而上限增高。其原因在于系統(tǒng)溫度升高，其分子內(nèi)能增加，這時(shí)活性分子也就相應(yīng)增加，使原來不燃不爆的混合物變?yōu)榭扇伎杀?，因而溫度升高將增加爆炸的危險(xiǎn)性。
初始?jí)毫?/h3>
爆炸極限的變化與壓力有關(guān)。一般在增壓時(shí)，爆炸極限的范圍隨壓力升高而擴(kuò)大，爆炸下限變化不大，但上限隨壓力增加較為顯著。其原因在于系統(tǒng)壓力增加，物質(zhì)分子間距縮小，碰撞概率增加，使燃燒的初始反應(yīng)和反應(yīng)的進(jìn)行更為容易。壓力降低，則氣體分子間距加大，爆炸極限范圍會(huì)變小。當(dāng)壓力降至一定值時(shí)，其上限與下限重合，此時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力稱為混合系的臨界壓力；若壓力再下降，系統(tǒng)便成為不燃不爆。因此，在密閉容器內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓操作，對(duì)安全生產(chǎn)是有利的。
介質(zhì)
爆炸性混合物中惰性氣體含量增加，其爆炸極限范圍縮小。在一般情況下，爆炸性混合物中惰性氣體含量增加，對(duì)其爆炸上限影響比對(duì)爆炸下限的影響更為顯著。這是因?yàn)樵诒ㄐ曰旌衔镏?，隨著惰性氣體含量的增加，氧的含量相對(duì)減少，而在爆炸上限下氧的含量本來已經(jīng)很小，故惰性氣體含量略微增加，就會(huì)產(chǎn)生較大影響，使爆炸上限劇烈下降。當(dāng)惰性氣體含量增加到某一值時(shí)，混合物將不再發(fā)生爆炸。
惰性氣體的類型對(duì)爆炸極限的影響不同，如、氦、氮?dú)?/a>、蒸汽、二氧化碳、四氯化碳對(duì)其爆炸極限的影響依次增大。混合物的氧含量增大，會(huì)使爆炸極限的范圍擴(kuò)大，尤其是爆炸上限會(huì)提高很多。水等雜質(zhì)對(duì)其反應(yīng)影響很大。比如，如果無水、干燥的氯沒有氧化功能，干燥的空氣不能氧化鈉或磷，干燥的氫氧混合物在1000°C下也不會(huì)發(fā)生爆炸；恒量的水會(huì)急劇加速臭氧、氫氧化物等物質(zhì)的分解；少量的硫化氫會(huì)大大降低水煤氣及其混合物的燃點(diǎn)，加速其爆炸。
容器
容器的大小、材質(zhì)等特性對(duì)混合物的爆炸均有或大或小的影響。實(shí)驗(yàn)證明，容器的直徑越小，混合物的爆炸極限范圍越小。對(duì)于同一可燃物質(zhì)來說，容器直徑越小，其火焰蔓延度就越小，當(dāng)直徑小到一定程度時(shí)，單位體積火焰所對(duì)應(yīng)的固體冷卻表面散出的熱量就會(huì)大于產(chǎn)生的熱量，火焰便不能通過，這一最大管徑被稱為該混合系的臨界直徑。當(dāng)直徑小于該值時(shí)，火焰便不能通過而熄滅。
容器對(duì)爆炸極限的影響也可以從器壁效應(yīng)的角度進(jìn)行解釋。燃燒是自由基產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng)的結(jié)果，只有當(dāng)反應(yīng)中自由基的新生數(shù)量大于其消滅的數(shù)量時(shí)，燃燒反應(yīng)才能繼續(xù)進(jìn)行，但是隨著容器的直徑變小，自由基與器壁的碰撞的概率增大，容器的直徑小到一定程度時(shí)，其自由基的消滅速度大于其新生速度，這時(shí)燃燒就不能繼續(xù)進(jìn)行。
點(diǎn)火能及點(diǎn)火源特性
點(diǎn)火能的強(qiáng)度高、熱表面的面積大、點(diǎn)火源與混合物的接觸時(shí)間不等都會(huì)使爆炸極限擴(kuò)大。
應(yīng)用
工業(yè)安全
可燃性混合物的爆炸極限范圍越寬，其爆炸危險(xiǎn)性越大。爆炸上限越高，如有少量空氣滲入容器，就會(huì)與容器內(nèi)的可燃物混合形成爆炸條件；爆炸下限越低，少量可燃物（如可燃?xì)怏w稍有泄漏）就可以形成爆炸條件。所以，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，應(yīng)該根據(jù)各種可燃物所具有的爆炸極限不同的特點(diǎn)，嚴(yán)防“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象出現(xiàn)，嚴(yán)格限制外部空氣滲入容器與管道內(nèi)。此外，當(dāng)可燃性混合物的濃度高于爆炸上限時(shí)，雖然不會(huì)著火和爆炸，但當(dāng)它從管道或容器中泄露出來與空氣接觸時(shí)，仍有發(fā)生著火的危險(xiǎn)。
認(rèn)識(shí)到爆炸極限的規(guī)律之后，可以判斷可燃物質(zhì)的爆炸危險(xiǎn)程度，從而盡可能用爆炸危險(xiǎn)性小的物質(zhì)代替危險(xiǎn)性大的物質(zhì)。例如乙炔的爆炸極限為2.2%-81%，而液化石油氣組分的爆炸極限分別為丙烷2.17%-9.5%，正丁烷1.15%-8.4%，丁烯1.7%-9.6%等，液化石油氣的爆炸極限的范圍比乙炔小得多，說明液化石油氣的爆炸危險(xiǎn)性比乙炔小，因而在氣割時(shí)推廣用液化石油代替乙炔。
消防安全
爆炸極限也可以應(yīng)用于消防上。爆炸極限是評(píng)定可燃?xì)怏w火災(zāi)危險(xiǎn)性大小的依據(jù)，爆炸范圍越大，下限越低，火災(zāi)危險(xiǎn)性就越大；爆炸極限是評(píng)定氣體生產(chǎn)、儲(chǔ)存場(chǎng)所火險(xiǎn)類別的依據(jù)，也是選擇電氣防爆形式的依據(jù)，比如生產(chǎn)、儲(chǔ)存爆炸下限小于10%的可燃?xì)怏w場(chǎng)所為甲類火險(xiǎn)，應(yīng)選用隔爆型防爆電氣設(shè)備，生產(chǎn)、儲(chǔ)存爆炸下限大于10%的可燃?xì)怏w場(chǎng)所為乙類火險(xiǎn)，可選用任一防爆型電氣設(shè)備；根據(jù)爆炸極限確定安全操作規(guī)程，例如采用可燃?xì)怏w或蒸氣氧化法生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)充惰性氣體稀釋和保護(hù)；爆炸極限可作為評(píng)定和劃分可燃物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，可燃?xì)怏w按爆炸下限小于10%和大于等于10%分為一、二兩級(jí)；根據(jù)爆炸極限可以確定建筑物耐火等級(jí)、層數(shù)、面積、防火墻占地面積、安全疏散距離和滅火設(shè)施，例如生產(chǎn)爆炸下限小于10%的物質(zhì)，廠房建筑最高層次限一層，并且必須是一、二級(jí)耐火等級(jí)。
內(nèi)燃機(jī)
爆炸極限也應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)上，其目的是防止火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆轟，并促進(jìn)壓燃試發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火。獲得最好的可燃燒燃油與空氣的混合物在內(nèi)燃機(jī)中是非常重要的，其范圍就由爆炸上下限界定。此外，因壓縮天然氣爆炸極限窄，比汽油本身是更加安全的燃料。
常見物質(zhì)的爆炸極限表
相關(guān)概念
爆炸是由于物質(zhì)急劇氧化或分解反應(yīng)產(chǎn)生溫度、壓力增加或兩者同時(shí)增加的現(xiàn)象。從廣義上說，爆炸是物質(zhì)從一種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，并在瞬間放出大量能量，同時(shí)發(fā)生聲響的現(xiàn)象。而爆炸極限是評(píng)定可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵爆炸危險(xiǎn)性大小的主要依據(jù)。爆炸上、下限值之間的范圍越大，爆炸下限越低、爆炸上限越高，爆炸危險(xiǎn)性就越大。混合物的濃度低于下限或高于上限時(shí)，既不能發(fā)生爆炸也不能發(fā)生燃燒。
爆燃是易燃混合物燃燒以后，以亞音速進(jìn)行的放熱化學(xué)反應(yīng)，爆轟以超聲速爆轟波進(jìn)行。爆燃可通過溫和的能量釋放來引發(fā)，例如火花，而爆轟是由沖擊波引起的局部爆炸引發(fā)的。通常需要快速釋放大量能量來引發(fā)爆轟。通常會(huì)發(fā)生從爆燃到爆轟的轉(zhuǎn)變，而從爆轟并不能轉(zhuǎn)變?yōu)楸肌?/p>
參考資料 >