爆炸极限（着火极限）：可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体含量（体积分数）范围称为爆炸极限。爆炸下限Low Explosion - Level（LEL），指的是可燃性混合物能够发生爆炸的低浓度。由于可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延，因此在低于爆炸下限时不爆炸也不着火。爆炸上限Upper Explosion - Level（UEL），指的是可燃性混合物能够发生爆炸的高浓度。在高于爆炸上限时，空气不足，导致火焰不能蔓延，既不爆炸，也不着火。
一般单组分可燃气体的爆炸极限可以直接查到。在查不到的情况下，可以用下列方法去估算。(1)《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058-2014） 附录C；(2)《爆炸性环境 第11部分：气体和蒸气物质特性分类 试验方法和数据》（GB/T 3836.11-2022 ）附录B；(3)《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类标准》（HG/T 20660-2017）附录B(4)查询物质的MSDS，参考网站 http://www.somsds.com/查阅方法较多，仅列出以上几种，不同的查阅方法，结果会有些许的差别，引用时注明参考的资料即可。常规可燃气体的爆炸极限可用经验公式进行预估。在相应的适用条件内，利用爆炸极限公式得到的估算值与实验测量值差距不大，利用爆炸极限公式计算可燃气体爆炸极限值仍具有参考意义，其计算方法如下文所述。目前，单组分可燃气体可通过完全燃烧反应所需的氧原子数、化学计量浓度、碳原子数、北川徽三法等估算爆炸极限。爆炸下限计算公式：LEL=100/[4.76(n0-1)+1]爆炸上限计算公式：UEL=4×100/[4.76×n0+4]式中n0为可燃气体燃烧的化学反应方程式中，可燃性气体完全反应时消耗的氧原子数。计算例题1：甲烷，LEL=4.4%/5.0%，UEL=17.0%/15.0%，数据分别来自GB/T 3836.11-2022（前者）和GB 50058-2014（后者）。LEL=100/[4.76×(n0-1)+1]=6.54；UEL=4×100/[4.76×n0+4]=17.36对乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷进行类似计算，结果如下表1所示，具体反应方程式略去。
表1 直链烷烃爆炸极限计算结果示例
注：标准值A来自GB 50058-2014，标准值B来自GB/T 3836.11-2022从以上计算结果来看，UEL计算值与标准值之间存在比较大的差异。此方法适用于计算烷烃类可燃气体的爆炸下限：LEL=0.55C0如甲烷的燃烧反应为CH4+2O2=CO2+2H2O，空气中氧含量约为20.9vol%，则C0可用下式确定：
式中n0代表充分燃烧时所需理论的氧气分子数，这里n0=2，代入公式可得对乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷进行类似计算，结果如下表2所示：
表2 直链烷烃爆炸下限计算结果示例
从以上计算结果来看，LEL计算值与标准值比较接近。对于脂肪族的碳氢化合物，可根据其碳原子数估算其爆炸极限：式中nc代表脂肪族碳氢化合物化学表达式中的碳原子数。对甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷进行类似计算，结果如下表3所示：
表3 脂肪族烷烃爆炸极限计算结果示例
从以上计算结果来看，LEL、UEL计算值与标准值都比较接近。该方法是由日本安全工学博士北川徽三提出来的，他认为有机可燃气体分子中碳原子数α与可燃气体爆炸上限所需的氧原子数2n0存在线性关系。对于烷烃，其关系式为：当α=1或2时，2n0=0.5α+2；当α≥3时，2n0=0.5α+2.5对于其他有机可燃气体，可查表计算得到n0，从而有机可燃气体的爆炸上限可用公式：
对甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷进行类似计算，结果如下表4所示：
表4 烷烃爆炸上限计算结果示例
从以上计算结果来看，UEL计算值与标准值比较接近。
来源：磐石安全
中国化学品安全协会
编辑：佑安
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