第一章 气体检测常识气体检测在我司油轮船舶的运用中最常见的有可燃性气体、氧气、有毒有害气体（如一氧化碳、硫化氢等）的检测，下面主要介绍上述几种气体检测的原理，其中重点介绍可燃性气体检测的原理.这里在介绍可燃性气体的检测之前,先介绍一下燃烧与爆炸的原理.第一节 燃烧与爆炸本节介绍：燃烧概念及燃烧条件,可燃气的爆炸限, 可燃气爆炸三要素 ,爆炸限与温度,压力,的关系, 部分可燃性气体名称,理化特性 ,爆炸限一览表.燃烧的基本原理燃烧是指某些物质在较高温度时,与空气中的氧化合而发热和发光的剧烈氧化反应现象. 火灾,是指在时间或空间上失去控制并造成一定危害的燃烧现象.消防部门对火灾有火灾和火警之分, 其共同点都是失去了控制的燃烧.火灾和火警的主要区别在于经济损失的大小和有无人员伤亡以及受伤程度的轻重.燃烧及其必要条件燃烧是着火的同义词, 燃烧反应具有三个特征 :放热、发光、生成新物质 .这三个特征是区分燃烧和非燃烧现象的依据.燃烧反应的发生包含能量的极限要求和物质传播的连续性要求, 这是两个缺一不可的必要条件. 如果传播速度变快,就会伴有冲击性的压力效应,产生爆炸现象.由此可见,燃烧和爆炸其实质是相同的,主要差异在于传播情况的不同而已.燃烧需要有三个条件(1) 有可燃性物质存在,固体如木材、煤炭等,液体如柴油、乙醇, 气体如甲烷、氢气等;(2) 有助燃物质存在,最常见的就有空气(氧); (3) 有导致燃烧的能源,即点火源,如明火、静电、高温、光或射线等.任何燃烧现象的发生,都必须同时具备可燃物、助燃剂和着火源, 这三个条件叫燃烧三要素,缺一不可,对于正在燃烧的火焰,若消除其中任何一个条件 ,燃烧就会停止 .一、爆炸及其种类 爆炸是物质自一种状态迅速转变为另一种状态，并在瞬间释放出大量的能量同时产生巨大声响的现象。一般的爆炸(核爆炸除外)分为物理性爆炸和化学性爆炸两类。 A 、物理性爆炸是由温度、体积和压力等因素引起，爆炸前后物质的性质及化学成分均不变。B 、化学性爆炸是物质在短时间内完成化学变化，形成其他物质同时产生大量气体和能量的现象。化学反应的高速度、大量气体和大量热量是这类爆炸的三个基本要素。 二、化学性爆炸物质 1 、简单分解的爆炸物 这类物质在爆炸是分解为元素，并在分解过程中产生热量。 2 、复杂分解爆炸物，如含氮炸药。 3 、可燃性混合物由可燃物质与助燃物质组成的爆炸物质。实际上是火源作用下的一种瞬间燃烧反应。可燃气体混合物的爆炸是一种化学性爆炸。三、爆炸极限1 、概念 可燃气体、可燃液体蒸气或可燃粉尘与空气混合并达到一定浓度时，遇火源就会燃烧或爆炸。这个遇火源能够发生燃烧或爆炸的浓度范围，称为爆炸极限。通常用可燃气体在空气中的体积百分比（）表示.可燃气体、可燃蒸汽或可燃粉尘与空气构成的混合物，并不是在任何混合比例之下都有着火和爆炸的危险，而是必须在一定的浓度比例范围内混合才能发生燃爆。混合的比例不同，其燃烧速度,爆炸的危险亦不同。实验得知,当混合物中可燃性气体含量接近于化学计算量时, 即理论上在空气中完全燃烧时该物质的含量,燃烧速度最快,爆炸的危险最大.混合物中可燃气体浓度减小到最小（或增加到最大） ，恰好不能发生爆炸时的可燃气体体积浓度分别叫爆炸下限和爆炸上限。爆炸上限和爆炸下限统称为可燃气体的爆炸极限.举例: CH4 在空气中的爆炸极限为 5-15%vol,就是说当 CH4 和空气组成的混合气体中 CH4 的浓度(以体积百分比计)达到 5%时,遇着火源就可以发生爆炸, 5%vol 就称为 CH4 气体的爆炸下限.爆炸下限 LEL 是英文 Lower Explosive Limit 的缩写,当空气中的可燃气体或蒸汽的体积比低于 LEL,将不会形成爆炸气体环境.当 CH4 和空气组成的混合气体中 CH4 的体积百分比浓度高于 15%时,该混合气体不会发生爆炸, 这时15%vol 就称为 CH4 气体的爆炸上限 . 爆炸上限 UEL 是英文 Upper Explosive Limit 的缩写,当空气中的可燃气体或蒸汽的体积比超过 UEL,将不会形成爆炸气体环境 .爆炸气体环境:在正常的大气条件下由气体、蒸气形成的可燃气体混合物,在遇火源之后燃烧可彻底进行 (即发生爆炸), 这样的环境就是爆炸气体环境.虽然浓度超过爆炸极限的混合物并不是理论上的爆炸环境,但为安全考虑, 在某些情况下为分类目的,将其作为爆炸环境考虑是合适的.爆炸下限和爆炸上限之间的可燃气体浓度范围叫爆炸范围.CH 4 在常温常压下的爆炸范围是:5-15%vol.可燃气体混合物在不同的温度和不同的压力下其爆炸范围是不同的.以下是天然气在不同压力下的爆炸极限:在常压下为 5 % 15 % ；在 1 MPa 时爆炸极限为 5.7 % 17 % ；在 5 MPa 时爆炸极限为 5.7 % 29.5 % 。爆炸性混合物中极限氧浓度:当氧浓度降低到低于某一个值时，无论可燃气体的浓度为多大，混合气体也不会发生爆炸，这一浓度称为极限氧浓度。极限氧浓度可以通过可燃气体的爆炸上限计算。如甲烷在 1 个大气压下的爆炸上限为 15% ，当甲烷含量达到 15% ，空气的含量占 85 % ，这时氧的含量为 17.85% ，即甲烷与空气混合，当氧的含量低于 17.85 % 时，便不会形成达到爆炸极限的混合气。在实际应用中，对极限氧浓度取安全系数，得到最大允许氧含量。天然气的最大允许氧含量可取 2% 。2 、爆炸极限的影响因素 爆炸极限是在常温、大气压力等标准条件下测定出来的，这一范围随着温度、压力和氧含量的变化而有变化。（ 1 ）温度 混合物的原始温度越高，则爆炸下限降低，上限增高，爆炸极限范围扩大。 （ 2 ）氧含量 混合物中含氧量增加，爆炸极限范围扩大，尤其爆炸上限提高得更多。 （ 3 ）惰性介质 在爆炸混合物中掺入不燃烧的惰性气体，随着比例增大，爆炸极限范围缩小，惰性气体的浓度提高到某一数值，可使混合物变成不能爆炸。 （ 4 ）压力 原始压力增大，爆炸极限范围扩大，尤其是上限显著提高。 原始压力减小，爆炸极限范围缩小。在密闭的设备内进行减压操作，可以免除爆炸的危险。 （ 5 ）容器 容器直径越小，混合物的爆炸极限范围越小。3 、爆炸极限的应用 （ 1 ）划分可燃物质的爆炸危险度.爆炸极限范围越宽,下限越低 ,爆炸危险性也就越大.（ 2 ）评定和划分可燃物质标准 （ 3 ）根据爆炸极限选择防爆电器（ 4 ）确定建筑物耐火等级、层数（ 5 ）确定防爆措施和操作规程 四、防爆技术基本理论 1 、爆炸反应的历程热反应的爆炸和支链反应爆炸历程有分别。热反应的爆炸：当燃烧在某一空间内进行时，如果散热不良会使反应温度不断提高，温度的提高又促使反应速度加快，如此循环进展而导致发生爆炸。支链反应爆炸：爆炸性混合物与火源接触，就会有活性分子生成，构成连锁反应的活性中心，当链增长速度大于链销毁速度时，游离基的数目就会快速增加，反应速度也随之急剧加快，如此循环发展，瞬间使反应速度加快到爆炸的等级。爆炸是以一层层同心圆球面的形式向各方面蔓延的。2 、可燃物质化学性爆炸的条件( 爆炸性混合物爆炸的三要素)（ 1 ）存在着可燃物质，包括可燃性气体、蒸汽或粉尘。 （ 2 ）可燃物质与空气混合并且达到爆炸极限，形成爆炸性混合物。（ 3 ）爆炸性混合物在点火能作用下。3 、燃烧和化学性爆炸的关系 本质是相同的，都是可燃物质的氧化反应。区别在于氧化反应速度不同。 火灾和爆炸发展过程有显著的不同。二者可随条件而转化。火灾有初期阶段、发展阶段和衰弱阶段。 扩散燃烧和动力燃烧 扩散燃烧 如果可燃气体和空气没有混合并点燃，燃烧在可燃气体和空气的界面（反应区） ，并形成稳定的火焰，称为扩散燃烧。 动力燃烧 如果可燃气体和空气充分混合并点燃，氧分子和可燃气体分子不需扩散就可以迅速结合，这种燃烧称为动力燃烧。由于化学反应速度非常快，反应区火焰会迅速从引燃位置向周围传播，发生爆炸。 化学性爆炸过程是瞬间完成的。4 、防爆技术的基本理论防止产生化学性爆炸的三个基本条件的同时存在，是预防可燃物质化学性爆炸的基本理论。 5 、防爆技术措施可燃混合物的爆炸虽然发生于顷刻之间，但它还是有个发展过程。首先是可燃物与氧化剂的相互扩散，均匀混合而形成爆炸性混合物，并且由于混合物遇着火源，使爆炸开始； 其次是由于连锁反应过程的发展，爆炸范围的扩大和爆炸威力的升级； 最后是完成化学反应，爆炸力造成灾害性破坏。防爆的基本原则是根据对爆炸过程特点的分析，采取相应的措施。阻止第一过程的出现，限制第二过程的发展，防护第三过程的危害。 其基本原则有以下几点：（ 1 ） 防止爆炸混合物的形成； （ 2 ） 严格控制着火源；（ 3 ） 爆炸开始就及时泄出压力； （ 4 ） 切断爆炸传播途径；（ 5 ） 减弱爆炸压力和冲击波对人员、设备和建筑的损坏；（ 6 ） 检测报警。附录(表 1-1):部分气体的理化特性和爆炸限一览表（本表摘自日本 RIKEN 产品资料）气体名称, 理化特性,爆炸限一览表 (表 1-1)爆 炸 极 限 （ VOL%）气 体 名 称 分 子 式 引 燃 温 度 闪 点 爆炸下限 爆炸上限 气 体 比 重(空 气 =1）丙烯酸乙酯 ethyl acrylate CH2:CHCOO.C2H5 372 10 1.4 14 3.45丙烯酸甲酯 methyl adrylate CH2:CHCOO.CH3 415 -3 2.4 25 2.97丙烯晴 acrylonitrile CH2:CHCN,AN 480 -5 2.8 28 1.83乙炔 acetylene CH:CH 305 气体 1.5 100 0.90乙醛 acetaldehyde CH3CHO 140 -38 4.0 57 1.52乙晴 acetonitrile CH3CN 524 6 3.0 16 1.42丙酮 acetone CH3COCH3 535 -19 2.15 13 2.00氨 ammonia NH3 630 气体 15.0 28 0.59一氧化碳 carbone monoxide CO 605 气体 12.5 74 0.97乙醇 ethanol C2H5OH 425 12 3.3 19 1.59乙烷 ethanol C2H6 515 气体 3.0 15.5 1.04乙苯 ethylbenzene C6H5C2H5 431 15 1.0 6.7 3.66乙烯 ethylene CH2:CH2 425 气体 2.7 34 0.97环氧乙烷 ethylene oxide CH2CH2O 440 气体 3.0 100 1.522-乙氧基乙醇 2-eyhoxyethanol CH2OH,CH3,O,C2H5 235 43 1.7 15.6 3.10氯乙烷 ethyl chloride C2H5CL 510 -50 3.6 15.4 2.22二氯乙烯 vinyl chloride CH2CHCL2 415 气体 3.8 29.3 2.16氯甲烷 methyl chloride CH3CL 632 气体 8.1 17.4 1.78辛烷 octane C8H18 210 12 0.8 6.5 3.94邻二甲苯 O-xylene C6H4(CH3) 465 30 1.0 7.6 3.66乙酸 acetic acid CH3COOH 485 40 4.0 17 2.07醋酸乙酯 ethyl acetate CH3COO.C2H5 460 -4 2.1 11.5 3.04醋酸乙烯酯 vinyl acetate CH3COO.CH.CH12