燃气安全技术知识深度解析

燃气安全及技术基础知识深度解析成都专题培训1爆炸极限及爆炸范围的人为控制可燃气体（蒸气）与空气的混合物，并不是在任何浓度下，遇到火源都能爆炸，而必须是在一定的浓度范围内遇火源才能发生爆炸。这个遇火源能发生爆炸的可燃气浓度范围，称为可燃气的爆炸极限（包括爆炸下限和爆炸上限）。不同可燃气（蒸气）的爆炸极限是不同的。甲烷的爆炸极限是5.0％～15％（体积浓度），意味着甲烷在空气中体积浓度在5.0％～15％之间时，遇火源会爆炸，而当甲烷浓度小于5.0％或大于15％时，即使遇到火源，也不会爆炸。1爆炸极限及爆炸范围的人为控制1）爆炸极限在防火防爆工作中有重大的实际意义：（1）它可以用来评定可燃气体爆炸危险性的大小，作为可燃气体分级和确定其火灾危险性类别的依据。我国目前把爆炸下限小于是10％的可燃气体划为一级可燃气体，其火灾危险性列为甲类。（2）它可以作为设计的依据，例如确定建筑物的耐火等级，设计厂房通风系统等，都需要知道该场所存在的可燃气体的爆炸极限数值。（3）它可以作为制定安全生产操作规程的依据。为避免发生火灾和爆炸事故，应严格将可燃气体的浓度控制在爆炸下限以下。在制定安全生产操作规程时，应根据可燃气的燃爆危险性和其它理化性质，采取相应的防范措施，如通风、置换、惰性气体稀释、检测报警等。（4）可燃粉尘爆炸极限的概念与可燃气爆炸极限是一致的。1爆炸极限及爆炸范围的人为控制2）爆炸威力与爆炸上下限之关系可燃性混合物处于爆炸下限和爆炸上限时，爆炸所产生的压力不大，温度不高，爆炸威力也小。当可燃物的浓度大致相当于反应当量浓度时，具有最大的爆炸威力。反应当量浓度可根据燃烧反应式计算出来。可燃性混合物的爆炸极限范围越宽，其爆炸危险性越大，这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会越多。爆炸下限越低，少量可燃物（如可燃气体稍有泄漏）就会形成爆炸条件；爆炸上限越高，则有少量空气渗入容器，就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件。1爆炸极限及爆炸范围的人为控制燃气危险系数危险系数=（爆炸上限－爆炸下限）÷爆炸下限天然气危险系数=（15%－5%）÷5%=2液化石油气危险系数=（9.5%－1.5%）÷1.5%=5.3氢气危险系数=（75.9%－4%）÷4%=18乙炔气危险系数=（72.3%－2.3%）÷2.3%=30.4液化石油气危险性远大于天然气。1爆炸极限及爆炸范围的人为控制3）爆炸极限变化因素爆炸极限通常是在常温常压等标准条件下测定出来的数据，它不是固定的物理常数，它随温度、压力、含氧量、惰性气体含量、火源强度等因素的变化而变化。（1）初始温度混合气着火前的初温升高，会使分子的反应活性增加，导致爆炸范围扩大，即爆炸下限降低，上限提高，从而增加了混合物的爆炸危险性。1爆炸极限及爆炸范围的人为控制（2）初始压力增加混合气体的初始压力，通常会使上限显著提高，爆炸范围扩大。处在高压下的气体分子比较密集，浓度较大，这样分子间传热和发生化学反应比较容易，反应速度加快，而散热损失却显著减少。混合气在减压的情况下，爆炸范围会随之减小。压力降到某一数值，上限与下限重合，这一压力称为临界压力。低于临界压力，混合气则无燃烧爆炸的危险。1爆炸极限及爆炸范围的人为控制（3）含氧量混合气中增加氧含量对下限影响不大，下限浓度时氧是过量的。由于可燃气在上限浓度时含氧量不足，所以增加氧含量使上限显著增高，爆炸范围扩大，增加了发生火灾爆炸的危险性。若减少氧含量，使上限显著降低。例如甲烷在空气中的爆炸范围为5.0％～15％，而在纯氧中的爆炸范围则放大到5.0％～61％。甲烷的极限氧含量为12.7％，若低于极限氧含量，可燃气就不能燃烧爆炸了。1爆炸极限及爆炸范围的人为控制（4）惰性气体含量爆炸性混合气体中加入惰性气体，如氮、氧、水蒸气、二氧化碳、四氯化碳等，可以使可燃气分子和氧分子隔离，在它们之间形成一层不燃烧的屏障。这层屏障可以吸收能量，使游离基消失，链锁反应中断，阻止火焰蔓延到其他可燃气分子上去，抑制燃烧进行，起到防火和灭火的作用。混合气体中增加惰性气体含量，会使爆炸上限显著降低，爆炸范围缩小。惰性气体增到一定浓度时，可使爆炸范围为零，混合物不再燃烧。1爆炸极限及爆炸范围的人为控制（5）点火源与最小点火能量点火源的强度高，热表面的面积大，火源与混合物的接触时间长，会使爆炸范围扩大，增加燃烧、爆炸的危险性。最小点火能量是指能引起一定浓度可燃物燃烧或爆炸所需要的最小能量。混合气体的浓度对点火能量有较大的影响，通常可燃气浓度稍高于化学计量浓度时，所需的点火能量为最小。若点火源的能量小于最小能量，可燃物就不能着火。所以最小点火能量也是一个衡量可燃气、蒸气、粉尘燃烧爆炸危险性的重要参数。对于释放能量很小的撞击摩擦火花、静电火花，其能量是否大于最小点火能量，是判定其能否作为火源引发火灾爆炸事故的重要条件1爆炸极限及爆炸范围的人为控制（6）消焰距离（阻火器原理）实验证明，通道尺寸越小，通道内混合气体的爆炸浓度范围越小，燃烧时火焰蔓延速度越慢。这是因为燃烧在一通道中进行时，通道的表面要散失热量，通道越窄，比表面积越大，中断链锁反应的机会就越多，相应的热损失也越大。当通道窄到一定程度时，通道内燃烧反应的放热速率就会小于通道表面的散热速率，这时燃烧过程就会在通道内停止进行，火焰也就停止蔓延，因此把火焰蔓延不下去的最大通道尺寸叫消焰距离。所以，消焰距离是可燃物火焰蔓延能力的一个度量参数，也是度量可燃物危险程度的一个重要参数。2金属管道的腐蚀机理及有效防腐措施1）金属腐蚀原理目前输送燃气主要采用铁质金属管道。金属铁处于热力学不稳定状态，一旦有可能，它将恢复到原来在地壳中所处的相对稳定状态，生成铁的氧化物、硫化物等，或转变为可溶性离子。这就是铁的腐蚀，这一过程可以看作冶金过程的逆过程。金属与环境间的物理化学的相互作用，造成金属性能的改变，导致金属、环境或由其构成的一部分技术体系功能的损失。称之为金属的有效功能损失或丧失2金属管道的腐蚀机理及有效防腐措施（1）电化学腐蚀对长期的大量的腐蚀情况调查的资料分析，城市燃气埋地金属管道的外壁腐蚀均以电化学腐蚀为主。电化学腐蚀是指金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物；介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程电化学腐蚀原理牺牲阳极阴极保护原理负极Fe-2e-=Fe2+正极2H++2e-=H2↑2金属管道的腐蚀机理及有效防腐措施FeAlne-e-e-e-e-2金属管道的腐蚀机理及有效防腐措施（2）杂散电流对钢管的腐蚀随着众多的大中城市的轨道交通投入运营，杂散电流对钢管的腐蚀必须引起燃气供应部门高度重视。杂散电流经过钢轨的道床流入大地，然后从大地流回钢轨回流点。埋地金属管线杂散电流是从变电所附近的部位流出，金属体有电流流出的部位发生电解，使金属体遭受电化学腐蚀。但埋地金属管线埋设在地下，其腐蚀情况不易察觉，所以杂散电流腐蚀对埋地金属管线的腐蚀危害是很大的。北京、天津地铁都有水管被侵蚀穿孔的情况。许多城市开始兴建轨道交通，减少杂散电流腐蚀危害是非常重要而且非常必要。2金属管道的腐蚀机理及有效防腐措施地铁供电为750或1500伏特直流电，一般采用复线架空式（上海、广州、南京等）、单线式（高铁、动车）、第三铁轨式（北京、武汉）。（3）细菌作用引起的腐蚀在自然界中，有些类型的细菌如硫氧化杆菌、硫酸还原细菌、硝酸还原细菌、铁细菌、氢细菌、锰细菌等也可以引起金属的腐蚀。细菌对金属的腐蚀，叫做细菌腐蚀。通过它们的代谢活动引起金属的损坏，造成的经济损失在有些地区甚至比火灾还要严重。2金属管道的腐蚀机理及有效防腐措施（4）应力腐蚀是指在拉应力作用下，金属在腐蚀介质中引起的破坏。应力腐蚀一般认为有阳极溶解和氢致开裂两种。常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏，破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极，阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展2金属管道的腐蚀机理及有效防腐措施2）有效防腐措施（1）金属表面绝缘防腐目前3PE为最高级表面绝缘防腐措施。（2）阴极保护a、牺牲阳极阴极保护城镇燃气金属管网采用b、外加电流阴极保护法长输管线及集中厂区采用3危险源的辨识及爆炸当量计算1）燃气输配系统中的重大危险源辨识（1）危险源定义广义危险源定义：是指危险的根源，包括危险载体和事故隐患。狭义的危险源定义：是指可能导致死亡、伤害、职业病、财产损失、工作环境破坏或这些情况组合的根源或状态。危险源是事故发生的根本原因。若从能量释放的角度分析，危险源可理解为系统存在的可能发生意外能量释放的危险物质。危险源由三个要素构成：潜在危险性、存在条件和触发因素。重大危险源的辨识依据是物质的危险特性及其数量，过量的能量和危险物质存在的装置、设备、设施和场所。3危险源的辨识及爆炸当量计算（2）燃气输配系统中的事故隐患隐患就是危险源失控或是危险有害因素失控状态。事故隐患是指作业场所、设备及设施的不安全状态，人的不安全行为和管理上的缺陷，是引发安全事故的直接原因。也是指生产经营单位违反安全生产法律、法规、规章、标准、规程和安全生产制度的规定，或者因其他因素在生产经营活动中存在可能导致事故发生的危险状态。重大事故隐患是指可能导致重大人身伤亡或者重大经济损失的隐患，对于预防特大安全事故有重要的意义。3危险源的辨识及爆炸当量计算（3）海因里希法则对隐患不采取控制措施或控制措施失效，隐患就会爆发，使得能量和危险物质释放，若与人或财产接触就出现“事故”，造成损失的事件就转变为事故。海因里希法则：300∶29∶1法则（机械行业规则）。当一个企业有300个隐患或违章，必然要发生29起轻伤或故障，在这29起轻伤事故或故障当中，有一起重伤、死亡或重大事故。3危险源的辨识及爆炸当量计算2）爆炸当量计算危险化学品重大危险临界量：天然气50吨、液化石油气50吨、乙炔1吨、氢气5吨、三硝基甲苯5吨。（1）以1000Nm3天然气泄漏在大气中扩散的燃气云团为例：燃气云团爆炸TNT当量计算：WTNT=aVfQf/QTNT=634.8kg死亡区范围计算：R=13.6（WTNT/1000）0.37=11.5m（2）LNG储罐最大单体几何容积为1万立方米，充装量一般最大为9000立方米（液态），受到攻击时破裂，在极短时间内泄漏并气化。燃气云团TNT当量计算：WTNT=aVfQf/QTNT=1428.25吨TNT；死亡半径按下式计算：R=13.6（WTNT/1000）0.37=200m；3危险源的辨识及爆炸当量计算（3）高压储罐单体几何容积为5000立方米，天然气压力为1.2MPa，破裂时在极短时间内泄漏量为6万标态立方米。燃气云团TNT当量计算：WTNT=aVfQf/QTNT=15.87吨TNT；死亡半径按下式计算：R=13.6（WTNT/1000）0.37=37.8m；（4）一只15千克的液化石油气钢瓶破裂，在极短时间内泄漏并气化。燃气云团TNT当量计算：WTNT=aVfQf/QTNT=5.016千克TNT；死亡半径按下式计算：R=13.6（WTNT/1000）0.37=1.9m；4静电、雷电的产生与防范1）静电（1）什么是静电静电所谓静电，就是一种处于静止状态的电荷或者说不流动的电荷。静电并不是永远静止的电，是宏观上暂时停留在某处的电。当带静电物体接触零电位物体（接地物体）或与其有电位差的物体时都会发生电荷转移，就是我们日常见到火花放电现象。人在地毯或沙发上立起时，人体电压也可高1万多伏，而橡胶和塑料薄膜行业的静电更是可高达10多万伏。4静电、雷电的产生与防范（2）静电产生的原因在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再