VOCs治理安全防爆设计：VOCs的闪点及爆炸极限.docx

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1、VOCS治理安全防爆设计：VOCS的闪点及爆炸极限正文目录目录正文目录1图表目录11. 引言12. VoCS的爆炸下限是什么？13. VoCS燃烧过程中的绝热温升24. VoCS设备的防爆注意点35. VOCS的爆炸下限基本概念及求解案例36. 常见物质的爆炸极限37. 附：混合气体的爆炸极限计算(仅供参考)10图表目录表1可燃气体爆炸范围/%4表2可燃粉尘爆炸范围mg?7表3粉尘爆炸极限mg?91. 引言焚烧是当下处理VOCS的主流工艺，包含催化燃烧(C0)、热力燃烧(T0)、蓄热催化燃烧(RC0)、蓄热热力燃烧(RT0)、浓缩燃烧等。燃烧技术的基理是VOCS在高温下发生氧化分解，氧化反应的

2、本质就是燃烧反应，是一种放热反应，VOCs在燃烧过程的放热量与VOCs的种类和浓度有关。因而，从安全方面考虑，VOCS燃烧的安全使用浓度显得尤为重要。了解VoCS燃烧过程的温升和可燃气体爆炸下限，有利于提高RT0、RC。设备技术的安全性能。2. VOCS的爆炸下限是什么？可燃气体在空气中遇明火火种爆炸的最低浓度，称之为爆炸下限，亦称燃烧下限，英文名称1oWerEXPIOSion1imited,即1E1。空气中可燃气体浓度达到其爆炸下限值时，这个场所可燃气环境爆炸危险度就达到了百分之百，即100%1E1;如果可燃气体含量只达到其爆炸下限的百分之十，那这个场所此时的可燃气环境爆炸危险度为10%1E

3、1o下表是常见VOCs在标准状态下爆炸下限值。为了确保VOCs处理设备的安全运行，VOCs废气的浓度必须控制在对应有机物爆炸极限的25%以下。为什么要控制在25%1E1以下呢？首先，可燃气体的爆炸下限浓度与可燃气体的初始温度有关：以正己烷为例，下图是温度对于正己烷爆炸下限浓度的影响(姚洁等，工业安全与环保，2012,38(2)：48),可见当可燃气体初始温度提高，相应爆炸下限浓度下降。当气体温度达到600K(327C)时，爆炸下限浓度达到室温的75%,所以提高温度会导致爆炸下限浓度明显下降。而且实际工况中大多数是混合VOCs,混合VOCS的爆炸下限浓度具有不确定性。所以，实际操作中要控制在1E

4、1浓度的25%内。3. VOCS燃烧过程中的绝热温升什么是绝热温升？绝热温升指放热反应物完全转化时所放出的热量可以使物料升高的温度。其表达式为：式中分子为反应热(Jmo1)与物料摩尔浓度(mo11)的乘积；分母为物料平均密度(kg1)与物料平均比热容(Jkg*K)的乘积。VOCS的燃烧过程是强放热反应，因放热使得气体温度的升高。下表是几种常见VOCs浓度1000mgm3时完全燃烧的绝热温升。如果采用催化燃烧技术处理VOCs,在设备和催化正常的情况下，催化反应前后气体温度的变化(温升)则反映了VOCs的浓度变化。如1000mgm3甲苯完全燃烧的绝热温升为31.95C,如在实际使用过程中，温升达到

5、320。C,那就说明甲苯浓度大约达到了IOOOomg/m3,此时已经非常接近甲苯的25%1E1值，已经是非常不安全了，必须及时降低甲苯浓度。在活性炭浓缩催化燃烧系统中，在活性炭脱附过程，可以通过VOCS催化剂床层的温升，来检测VOCS浓度的变化，很多可燃气体浓度报警器就是利用这一原理。4. VOCS设备的防爆注意点1、处理装置设计和采用的电器元件必须按照规范要求符合防爆等级2、设备布置要满足安全距离的要求3、与气体接触的自动控制阀必须使用气动阀4、必须选用防爆风机5、在所有处理系统中必须在适当位置安装符合国家标准的阻火器6、在处理装置中的敏感部位（超温、超压等）要按照规范设置报警装置及应急处理

6、措施7、为确保运行安全，必要时可采用连锁设计8、要考虑现场整体的安全、环境应急预案5. VOCs的爆炸下限基本概念及求解案例有机废气大多为易燃易爆物质，被处理的VOCs混合气的爆炸性问题更是方案设计不可或缺的部分。首先，分享几个基本概念：闪点是指可燃气体挥发出的蒸气和空气的混合物与火源接触能够闪燃的最低温度。闪点越低，引发火灾事故的危险性越大。如常见的VOCS类汽油、苯、酒精等闪点在28以下，容易引发火灾事故。爆炸极限也称爆炸浓度极限，是指可燃物质（可燃气体、蒸气和粉尘）与空气（或氧气）必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围。例如常见的V0C：苯，其与空

7、气混合的爆炸极限为1.5%9.5%,前后两个数字分别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限和着火上限。在低于爆炸下限时不爆炸也不着火；在高于爆炸上限时不会爆炸，但能燃烧。这是由于前者的可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延；而后者则是空气不足，导致火焰不能蔓延的缘故。6 .常见物质的爆炸极限常见物质的爆炸极限如表1表3：表1可燃气体爆炸范围/%序号名称化学式爆炸下限爆炸上限1（正）癸烷C1OH220.85.42（正）辛烷CsHis14.6632-氯丙烷(CH3)2CHC12.611.143氯丙烯3.211.253-氯丙烯CH2CHCH2C13.311.16氨NH3153

8、0.27苯C6H61.288苯胺C6H5NH21.2119苯酚C6H5OH1.39.510苯甲酸C6HsCOOH1.411苯乙烷C6H5C2H517.812苯乙烯C6HsCHCH21.1813I此噬C5H5N1.71214丙胺C3H7NH2210.415丙醇2.513.516丙醇C3H7OH2.513.517丙基甲基酮C3H7COCH31.58.218丙醛C3H6O2.91719丙块1.79.520丙酮2.31321丙酮(CH3)2CO2.31322丙烷C3H82.29.523丙烯C3H62.410.324丙烯精CH2CHCN2.82825丙烯银2.82826丙烯醛C3H4O2.83127丙烯

9、酸甲酯Ch2CHCOOCH32.42528丙烯酸乙酯Ch2CHCOOC2H51.71329丁醇C4H9OH1.811.330丁二烯CH2CHCHCh2211.531丁基甲基酮C4H9OCH31.2832丁醛C3H7CHO1.412.533丁酸丁酯C3H7COOC4H91.2834丁烷C4H101.98.535丁烯C4H81.69.336对二恶烷C4H8O222237二丁醍(C4H9)2O0.98.538二甲胺(CH3)2NH2.814.439二甲苯17.640二甲苯C6H4(CH3)217.641二甲苯胺(CH3)2C6H3NH21.2742二甲醛32743二甲酸(CH3)2O32744二硫化

10、碳CS2160序号名称化学式爆炸下限爆炸上限45二氯（代）苯C6H4C122.29.246二氯丙烷3.414.547二氯丙烷C2H5CHC123.414.548二氯乙烷5.61649二氯乙烷CH3CHC125.61650二氯乙烯6.51551二氯乙烯CH2CCI26.51552二氧杂环己烷(CH2)4O21.922.553二乙基胺(C2H5)2NH1.710.154庚烷C7H161.16.755环丙烷C3H62.410.456环丁烷CH2CH2CH2CH21.810.357环己醇C6H11OH1.211.258环己酮C6H10O1.39.459环己烷C6H121.28.360环己烯(CH2)4

11、CHCH1.2561环氯丙烷1.922.562环氧丙烷(CH2)3O1.93763环氧乙烷38064环氧乙烷CH2CH2O2.610065己醇C6H13O1.266己烷C6%41.27.467甲（苯）酚C6H5OH1.11168甲胺CH3NH24.920.769甲苯1.2770甲苯C6HsCH31.2771甲醇5.54472甲醇CH3OH5.54473甲基环己烷CH3C6H111.156.774甲基亚碉C2H6O22.628.575甲基乙焕CH2CCH1.776甲硫醇CH3SH3.921.877甲醛(CH3)2O3.41878甲醛HCHO77379甲酸甲酯HCOOCH352380甲酸乙酯HCO

12、OC2H52.716.581甲烷51582甲烷CH451583甲氯乙醇CH3OC2H4OH2.51484mN2H44.710085硫化氢4.34586硫化氢H2S4.34587氯苯C6H5C11.31188氯丙烷C3H7C12.611.189氯代甲烷CH3CI8.117.490氯丁烷C4H9C11.810.1序号名称化学式爆炸下限爆炸上限91氯化节C6H5CH2C11.11492氯乙烷C2HsC13.815.493氯乙烯CH2CHC13.83194煤油0.7595蔡C1oH80.95.996蔡烷（十氨蔡）CIOH180.74.997轻油0.9698氢H247599壬醇C9H19OH0.66.1IOO壬烷C9H200.75.6101三甲胺(CH3)3N211.6102三氧杂环己烷(CH2O)3329103三乙胺(C2H5)3N1.28104双丙酮醇(Ch3COCH2)2CHOH1.86.9105四氢吠喃C4H8O212.4106四氢糠醇C4H7OCH2OH1.59.7107松节油0.862108戊醇C5H11OH