防爆电器应用环境下的可燃性气体-防爆电器相关知识
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防爆技术

防爆电器应用环境下的可燃性气体

发布时间:2018-5-11
  大家知道,无论在工业部门,侧如,石油、化工、制药和煤矿开采等生产场所中,还是在日常生活中,都存在大量的可燃性气体、易燃性液体和蒸气。迄今为止,在现代工业生产中,已绍出现了2000多种可燃性气体和易燃性液体及蒸气。
  1.可燃性气体
  在煤矿井下,煤层和围岩经常释放出天然气体;煤矿井下生产过程也会积累有害气体。例如,空气中的氧气同煤、岩石、木支架之间发生化学反应所产生的气体,有机物燃烧(例如,打眼放炮时和井下发生火灾时)所产生的气体等。
  煤矿井下产生的所有这些有害气体,统称为矿井瓦斯。
  矿井瓦斯的主要成分是甲烷(CH.)及其衍生物、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(co)、氮气(N:)及其氧化物。在这些气体中,最具有燃烧危险性的是甲烷(有时候浓度可能高达]98%)及其衍生物[乙烷、丙烷和丁烷。此外,矿井瓦斯中还有气能含有数量不多的氢气(H:)以及其他可燃性气体形成的可燃性气体混合物。
  在石油开采中,常常释放出与原油共生、在开采时与原油同时被开采出的油田气;此外,还有专门从纯油气田开采出的气佃气。这些统称为“天然气”。事实上,天然气,从广义来讲,这是指自然界中天然生成、存在的一切气体;从狭义来讲,就是指天然蕴藏在地层中的烃类和非熘类气体的混合型气体。
  天然气的成分和浓度,由于产地的不同,是不同的。它的主要成分是烷烃类,其中甲烷是主要成分,其次是乙烷、丙烷、丁烷,还有少量的硫化氢(H:s)、二氧化碳、氮及其他微量的中自性气体。例如,我国东部和西部的天然气,它们的成分相同,但是含量却不同,如表1.2所示。
  表1某些天然气的主要成分

气体名称

甲烷

乙烷

丙烷

正丁烷

异丁烷

戊烷

硫化氢

二氯化碳

浓度()

西部气体

96.23

1.77

0.30

0.3

0.00

0.13

0.02

0.47

0.97

东部气体

87.23

4.61

2.21

0.3

0.61

1.95

0

0.62

1.87

  天然气是一种典型的混合型可燃性气体。
  在石油化学工业中,系统和装鬣常常处理着大量的各种各样的可燃性气体和易燃性液体。在正常运行条件下,由于工艺操作的需要,有时候,这些可燃性物质会从工艺管道和设备装置中柙放出来。当系统和装置发生故障时,不管是人为的操作故障还是系统和装置固有隐患造成的固确故障,可燃性物质的大量释放和泄漏是毫无疑问的。
  不管系统和防爆电器设备装置处于什么运行状态,释放出来的可燃性气体就会笼罩在系统和设备装置的周围;泄漏出来的易燃性液体就会积聚在设备和设备附近的地面上。易燃性液体,尤其是闪点低的易燃性液体,挥发出的可燃性蒸气同样弥散在系统和设备装置的周围。
  这些可燃性气体和(或)易燃性液体的蒸气,同空气混合后就可能形成爆炸性气体混合物。
  2.可燃性蒸气
  我们在讨论可燃性气体时常常提到易燃性液体的蒸气。对于易燃性液体,它具有燃烧的特征,而对于它的蒸气,它往往具有爆炸的性质。
  易燃性液体的蒸发,不仅与它的物理-化学性质有关,而且还与它的环境条件(例如,温度)有关。
  大家知道,闪点是评价易燃性液体危险性的一个重要指标,它表征了易燃性液体的物理.化学特性。所谓闪点,就是在某一标准条件下使易燃性液体挥发出一定量的蒸气同空气混合后形成爆炸性蒸气一空气混合物时液体所具有的蕞低温度。显然,闪点越氟,易燃性液体越容易挥发性蒸气,越具有危险性。
  几种易燃性液体的闪点如表2所示。
  环境爆炸对易燃性气体蒸发其表明显的影响。这是肯定的。尽管有一些易燃性液体的闪点,通常情况下,不容易蒸发,挥发出可燃性气体,但是,随着环境温度的升高.蒸发的作用整覆渐增强,挥发出的可燃性蒸气增多。
  表2某些易燃性液体的闪点4

易燃性液体

分予式

点/℃

易燃性液体

分子式

闪点/℃

壬烧

CH3(CH2)7C|12

30

苯酚(石基酸)

C6H50H

75

甲基甲烧

CHNOl

36

苯乙

C6H5CH=CH2

30

甲基乙烧

C2 HsN02

21

苯胺

C6H5N

75

CH30H

11

丙酮

(CH3)2CO

-20

乙蓐

CH3 COlt

12

CH3CH2COCH3

-9

甲薮

HCOa

42

乙醚

CH3CHO

-39

煤油

38

氯乙烯

CH2=CHCI

-78

承煤气

1.2

二乙醚

(CH3CH5)20

-45

11

丙烯腈

CH2CHCN

-5

甲苯

C6H5CH3

1

乙腈

CH3CN

2

  ①引自GB 20936.1—20Cr7《可燃性气体探测用电气设备第1部分:通用要求和试验方法>。
  从表2中可以看出,各种易燃性液体的闪点相差很大;有一些在常温下就可以蒸发成蒸气。闪点低的易燃性液体就具有更大的危险性。
  3.热分解气体
  除了工业生产过程中释放出来的可燃性气体和易燃性液体的蒸气外,在电气设备内使用的有机绝缘材料因放电火花或电弧作用分解出来的可燃性气体,同样具有极大的危险性。
  在工矿企业中,有时候,在防爆正压柜设备的外壳内发生一些与周围环境大气无关的可燃性气体爆炸现象。人们分析了这些爆炸,认为这是由于电气设备内使用的有机绝缘材料在设备故障状态下发生热分解从而析出了可燃性气体所造成的。
  在电气设备中,塑料材料和其他的聚合材料获得了广泛的应用,既可以作为设备非导电部件的结构材料,又可以作为设备导电部件的绝缘材料。在电气设备的长期运行过程中,空气的高湿度,矿井水的浸蚀,温度的变化以及导电性尘埃的渗入,渐渐地造成绝缘材料的绝缘性能下降,继而发生电气击穿。大功率的电气放电,例如,弧光短路引起的大功率放电,都是有机绝缘材料发生热分解的直接原因。
  在国际上,有关的实验室进行了大量试验。例如,人们测试了lg树脂热分解时产生的气体成分和数量,如表3所示。
  表3 1g树脂热分解时产生的气体成分和数量

气体成分

(%,体积比)

气体tem3

下限

上最

聚醣胺树脂

环氧树脂

苯乙烯-囊醚共囊钧

二氯化碳

52.0

8.3

19.0

一氯化碳

10.9

74.0

10.0

28.2

氯气

4.0

77.0

0.6

甲烷

4.4

100

56.3

30.2

19

乙炔

2.3

100

2.9


  从上述的分析可知,在防爆电气设备中有机绝缘材料热分解时产生的可燃性气体,是一种混合型可燃性气体,同样是十分危险的,无论是研究人员还是设计人员都应该给以足够的关注。