混合气爆炸极限的理论计算方法

油气储运1994年混合气爆炸极限的理论计算方法吴建峰’孔庆妨王保东(华东输油管理局)吴建峰,孔庆舫,王保东.混合气爆炸极限的理论计算方法.油气储运,1”4,13(5):10一12摘要现有的文献资料中记载,爆炸极限的理论计算方法有三种基本类型:①适用于一种可燃气爆炸极限的计算方法一经验公式法;②多种可燃气组成的混合气爆炸极限的计算方法一理查特里公式法;③可燃气与隋性气的混合气爆炸极限的计算方法。储油罐中气体,多是含有氧气、惰性气和多种可燃气的混合气。由于原油组分、馏分不尽相同,此类混合气的爆炸极限难以统一确定,即使有测定的爆炸极限,也只适用于某个油田、某种原油。为了掌握此类原油蒸气混合气的爆炸极限,结合石油储运的具体情况,根据爆炸极限 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示的是可燃气在空气中体积百分含量的思路,总结出一种理论计算方法:先将混合气中的空气部分抽出,再将余下的混合气看作单位1,按此时混合气所属基本类型的计算公式进行计算,所得爆炸极限就是含有氧气、惰性气和多种可燃气的混合气爆炸极限。主题词储油罐可燃气体爆炸极限计算方法可燃气体爆炸极限的确定,除了采用测定方法外,在实际工况中,很多不具备实际测定条件,而采用理论计算方法。现有文献资料记载〔`·’〕,爆炸极限理论计算方法有三种基本类型:①适用于一种可燃气体爆炸极限的计算—经验公式法;②多种可燃气体组成的混合气爆炸极限的计算—理查特里公式法;③可燃气体和惰性气体混合气爆炸极限的计算方法。本文介绍的是含有氧气、惰性气和多种可燃气体的混合气爆炸极限的理论计算方法。以华东输油管理局淮临输油管道,淮阳首,252000,ilJ东省聊城市;电话:(05411)223427一320站拱顶4号1万m“储油罐为例,在进油态下采集罐内气体样品分析,混合气各组分体积百分含量列于表1。表l混合气各组分体积百分含t%组分体积组分体积CZH`C3HaC一H一oC`H一210.550.602.口4C`HI刁C02NZ021.300.6661.1814。76从表1可以看出,这是一种含有氧气、惰性气(C02和NZ在燃烧过程中起抑制、阻燃作用,具有惰性气体属性)和多种可燃气体的混合气。实际上这是原油在储运过程中产生的原油蒸气与经过储罐呼吸作用的空气重新第31卷第5期吴建峰等:混合气爆炸极限的理论计算方法组成的混合气体。由于各油田原油的组分、馏分不尽相同,此类原油蒸气混合气体的爆炸极限难以统一确定,即使有测定的爆炸极限,也只能对某个油田、某种原油具有实际意义。为了掌握此类原油蒸气混合气的爆炸极限,结合管道石油储运的具体情况,总结、归纳出一种理论计算方法,供参考。含有氧气、隋性气和多种可燃气体的混合气爆炸极限的理论计算方法的思路是:爆炸极限一般表示的是可燃气在空气中的体积百分含量。因此,混合气体爆炸极限理论计算的第一步把混合气体中的空气部分抽出;第二步视其余下的混合气体所属已知的基本类型,按所属基本类型的计算公式进行计算。仍以表l所列混合气体为例,计算第一步,抽出混合气体中的空气部分。空气中主要成分的体积百分含量:N:是78纬,02是21%,合计99%。为计算方便,把N:和0:在空气中的总体积百分含量看作百分之百,NZ和。:体积比看作4:工,则表1所列混合气体应抽出的空气部分体积百分比心是:场,一14·76汤,~4X仇,一4X14·76=59.04心一心%+汤2一73·80·混合气体剩余N:的体积百分比汤2一61·18一59·04一2·14计算第二步:表1所列混合气体抽出空气部分后,余下两种惰性气体NZ和C02与多种可燃气体混合气的爆炸极限,可按已知基本类型③的计算方法进行理论计算。在计算之前,必须把表1抽出空气部分后剩余的混合气体重新视为单位1,然后按各剩余组分所占比例进行整理,整理结果列于表2。表2所列混合气的爆炸极限理论计算结果,就是所要求的含有氧气、惰性气和多种可燃气体混合气的爆炸极限。表2剩余气体各组分里新整理后的百分含量%组分体积组分体积CZH6CaH.C刁H1040.262.2917.06CSH一ZC`HI`C02NZ16.954.962.528.17根据基本类型③的理论计算方法,可燃气体与惰性气体混合气爆炸极限可以利用测试曲线查出,测试曲线见图1、图2。咨幕兰.眠东军名一丫寸农贬次彩耸卜哎崔啧豢01234朵6性漾丁石而门交1311151617厂ilT嫩气体图1氢、一氧化碳、甲烷和氮、二氧化碳混合气的爆炸极限闭计算方法“借用”了数学消元法的思路,将混合气体中两种惰性气体分别与另外两种可燃气体配对,视为两种“新”的可燃气,然后用多种可燃气体混合气爆炸极限的理论计算方法—理查特里(eLhcetiiler)公式,即可算出混合气的爆炸极限。如上所述,将表2中的两种惰性气体分别与两种可燃气体配对、“消元”:(1)NZ十CH。二者总体积百分比~8.17+40.26~48.43N,8.17赶百二-万丁~丽铭。·从图1查得其爆炸极限:L上~16%;L下一8环(2)C02+CZH。二者总体积百分比一2.52+2.29~4.81油气储运1499年2.52~玄万石幻1.的浓度(体积%),V,+VZ+V3+……+V。~100写:D一H仁一C16.9517一1434RJ净得Lm下~〔1。0/(毕+乙。1.06.54.961.248.十一于二64.81、、。,下一下二)J为O。040363?2只212叮116,1?8…一4一介丫心艺一2.62%几上一〔10。/(兴17.0616.958.57.8+~11.4.966.9l%48.434.81、、。,十二下一万)J为1沙一1欲礴长卜幽杭屏丫术仑熙11价片14巧1716招l92()户升/产芬犷砰长.医牟素蜡后网10121416惰性气休/可嫩气休图2乙烷、丙烷、丁烷和氢、二氧化碳混合气的爆炸极限(空气中)〔习从图2查得其爆炸极限:L上一19.1%;L下一6.6%混合气中其它可燃气体爆炸上、下限查表后,统一列于表3。表3混合气中其它可然气体爆炸极限%组分C3H。e`H:。CSH,:eoHI;N:十eH.eo:十C:H。L下2.11.51.41.286.6L上9.58.57.86.91619.1到此,“消元”已经完成,将表3中各组分的爆炸上、下限数值代入理查特里公式:到此为止,从淮阳首站4号罐采集的油气混合气体—含有氧气、惰性气和多种可燃气体混合气的爆炸极限理论计算完毕,爆炸下限瑞下为2.62%,爆炸上限L、为11.1%。通过理论计算,使我们对类似原油蒸气混合气体的爆炸极限有了一定的认识,另外,可燃气体(蒸气)的爆炸极限不是一个固定常数,它随着各种介质的温度、压力等因素影响而发生一定变化,同时在理论计算过程中也存在一定的偏差,所以,爆炸极限计算结果在实际应用时,要充分考虑各种客观条件和情况。100参考文献镜舜,防火防爆技术问答.北京:群众出版社,均84:3~31石油天然气总公司.石油安全工程.北京:石油工业出版社,1991陈莹.工业防火防爆.北京:中国劳动出版社,工993:56~78(收稿日期:1994一01一14)编辑:王沙11.川l令川I令川l令川l令111!令川l令川t令川l令1111.1111+川l令川l令川1.川l今1111令1111今1111令川l+川l令11Vn一几十+偏一几+价一2L式中Ll、LmL—混合气体的爆炸极限;……几—组成混合气体各单独组分的爆炸极限;·一v。—各单独组分在混合气体中·更正·本刊1994年第4期作者介绍中,宛海顺同志的技术职称为“工程师”,应改为“助理工程师”,特此更正。卜户Vl一lLVl、V第31卷第5期油气储运作者介绍虞坚中李长俊吴建峰陶勇寅任守生江开兰李维来张应和陈向新何涛冯金奎安家荣倪建乐冯洪臣刘爱国,幼珊刘成权忠舆高级工程师,19刁月年生,1967年毕业于北京石油学院机械系,现任新疆石油管理局输油公司经理,讲师,1963年生,1987年毕业于西南石油学院,获储运工程硕士学位,现在西南石油学院储运教研室从事教学和科研工作。助理工程师,19J9年生,1987年毕业于南京大学历史系干部专修班,现在华东输油管理局山东第二输油管理处安全监察科从事安全监察、劳动保护、环境保护工作。讲师,1963年生,1983年毕业于河北大学,1989年获天津大学土木系硕士学位,现在中国石油天然气管道局职工学院从事教学和科研工作.讲师,1965年生,1986年毕业于中国人民解放军后勤工程学院油料储运专业,现在海军后勤学院任教。工程师,1962年生,1983年毕业于西南石油学院机械系储运专业,现从事油气田地面建设工程施工技术管理及标准化计量管理工作。工程师,19峨9年生,1982年毕业于哈尔滨船舶工程学院动力工程系,现在武汉工业大学光纤传感技术研究与开发中心工作。工程师,1953年生,1977年毕业于中国人民解放军后勤工程学院油料储运专业,现在中国人民解放军83d76部队从事油料管理工作。工程师,1956年生,1983年毕业于中国石油天然气管道职工学院线路工程专业,现任中国石油天然气管道勘察设计院线路室副主任工程师。助理工程师,1967年生,199。年毕业于华东石油大学炼制系应用化学专业,现在华东设计研究院防腐室从事腐蚀防护研究工作,中国腐蚀协会会员.工程师,1943年生,1967年毕业于长春地质学院水工系,现在海军38562部队工作。讲师;1963年生,1984年毕业于华东石油学院储运专业,1987年华东石油学院北京研究生部硕士研究生毕业,现任石油大学(华东)储运教研室副主任,从事管输工艺的教学和研究工作.副教授,1957年生,1982年毕业于华东石油学院油气储运专业,现任西南石油学院储运教研室副主任,从事石油储存工艺的教学和研究工作,工程师,1963年生,1981年毕业于中国石油天然气管道职工学院管道工程系,现任管道职工学院试验室主任,从事试验、教学工作。工程师,1957年生,1983年毕业于中国石油天然气管道职工学院,现任秦皇岛输油公司工程技术科副科长。高级工程师,1938年生,1963年毕业于北京石油学院油品储运专业,现在洛阳石化工程公司从事油品储运设计工作。助理工程师,1960年生,1987年毕业于电视大学石油炼制专业,现在济南炼油厂设计室工作。高级工程师,19`o年生,1963年毕业于清华大学,现任中国石油天然气管道科学研究院总工程师,从事管道科学研究工作。mixedanalysls15Introduced,a们nehtodhtatmakeshteanalysisofunsteadyflowus讥9boht创hemehtodof比araeteristieandimPlieitdifferenee.Duringanalysis,thesetwomethodsareusedaletrnatelybaseduponthelengthofPIPeline,eomPlexity,boundaryeonditions,andaecuraeyrequiremenst50astogetPropert加esetP,avoldthenonlinearequationgrousPandreducehteeomPuetrstorageandcaleulaitonitme.Also,basedonhtisnolXedmethod,asoftwarePaekage15develoPedforanalysisofunste胡yflowinoflPipelineorPIPenetwork,whieh15ProvedfeasiblebynumeriousexamPles·SubjeetHeadings:oflPIPeline,unsteadyflow,analysismethod,eomPuter·.DesignandCaleulation.WuJ认nfeng,KongQingfangandWang加odong.TheoertiealCaleulationMehtodsfortheExPlosioniLmitofaMixedGas,OCST,1994,13(5):10~12Inhteliterautresavailable,threebasiemehtodsarefoundforhtehteoretiealcaleulalionofexPlosionIimit:①expiricalfomulaforcalculatingtheexplosionlimitofaflammablesas;②fomufaforealeulatinsthee却liosonl加itofamixutreofmulti一flammablegases;③也emethodforealeulatinshteexplosion一imitofhetmixutreofflammablegasandinertgas.The助sinoilstoragetankisamiXtureofoxygen,inert助sandseveralotherflammablegasses.DuetothedifferenteomPositionsandfraeitonsoferude0115,it15diffieulttodeetrmineuniversallytheexPloisonlimitofthisgasmixture,andtheexPlosion飞ilnitdeterminedeanonlybesuiatbleforhtesPeeiife011insome011ficld.Atheoreticalealeulationmehtod15eoneludedinthisPaPerbasedontheaetual,aPPlieations:seParatingoffhteairfromthegasmixutre,eonsideringtheremainingm议tureasoneunitandealeulaitnghteexPlosionlimitofthemixtureofoxygen,intertgasandotherflammablegasesbasedoneorresPondingformula·SubjeetHeadings:011storageatnk,flammablegas,exPlosionlimit,ealeulaitonmethed·TaoYonsyin,LiuGuangle.AnAnal邓15onDisPlaeementandInternalForeeofthePIPelineinSeismieaFult.OCST,1994,13(5):13~16aFultshavesueheffeestonPIPelinesasdeformation,buekleandevenPIPelineabnormaloPeration·Whilethecaleulaitonoffaulter以治IngPieplinetakesanimPortantroleinPIPelineaseismieanalysis,thedeterminationofdistributionofdisPlaeementandinetrnalforeealonghtePipelineinafaultaestasthefoundationtofurhterstrengthandstiffnessealeulations.onthebasisofhtemodeisofhte5011stressduringidsPlacementaroundthePIPeline,thestressconsisstoflateral5011Pressureandax达15011analysisfrieiton,onPIPelinehsowsthatthestressof5011onPIPelinewhiehresultinhtelaetralanda对aldisPlaeementof睡peline.TakinghteeombinatinsofquintieBSPlinefundamenatlfuneitonsandeuibeBsPlinefundamenatlfunetionsashtetestfunctionsforlaetarlandax讯1di印laeemenstrespecitvely,theresidueeliminaiton叹uaitonforveetorsoftheundeterminedeoefifeient15given介omtherelationshiPbetweenloadand柳laeemendandPointmatehingmehtod.Withboundaryeondiitonsbeingintrodueed,htelinearequation,尔matrixofeoeffieientofwhihc15sParsematrix,eanbeobtained.UisngPointmacthingmethod,hteidsPlaeementfunetionseanbeobtainedbyeliilnnatingtheresiduesandthenhteeorresPondinginetrnalforCes一2一