西安涂装防护协会 方震
燃气作为燃料，具有使用方便，火力强，热效率高，对环境污染小，易实现生产自动化及提高产品质量等优点，但也有易燃易爆及有毒等特点。事实上，多年来因种种原因，如设计不当，施工不良，生产或使用过程违犯操作规程，发生泄漏未能及时正确处理等等而造成的爆炸，燃烧、中毒事件已经屡见不鲜，给国家和当事人造成了不必要的巨大损失，使我们每个科技工作者，特别是安全工作者深感痛心。因此在应用燃气时必须采用必要的安全技术措施。
1. 燃气的组成
表1 .各种燃气成分与热值
|
成分 |
焦炉气 |
油煤气 |
两段炉煤气 |
发生炉煤气 |
高炉煤气 |
天然气 |
|
CO |
8.5 |
1.2 |
27.0 |
27.4 |
27.0 |
2.2 |
|
H2 |
50.5 |
18.9 |
33.0 |
10.5 |
2.0 |
6.2 |
|
N2 |
2.1 |
6.9 |
14.5 |
55.9 |
60.0 |
3.2 |
|
CH~ |
30.8 |
37.6 |
11.5 |
|
|
85.9 |
|
CO2 |
2.8 |
3.0 |
8.0 |
6.2 |
11.0 |
1.6 |
|
02 |
0.3 |
1.8 |
0.4 |
|
|
0.4 |
|
Cmn |
5.0 |
30.6 |
5.8 |
|
|
0.5 |
|
热值Kcal/Nm3 |
5845 |
9639 |
4177 |
1150 |
880 |
8546 |
由于各种燃气的成份不同，其中毒、爆炸、失火的危险程序也有很大的差异；如天然气除H2S外几乎是无毒的所以对天然气主要的危险是失火或爆炸。而对人造煤气而言则三种危险都有，特别是CO含量大的煤气毒性更大；从安全及经济性（热值）来看，天然气作为城市燃气比人造燃气要好。
由于燃气是易燃易爆有毒的气体，不单单是对安全生产的保证，也是节约能源（减少不必要的热损失提高炉子效率），降低产品成本和延长设备使用寿命的重要措施，必须认真执行。
为了防止燃气对人身的危害以及造成不必要的经济损失在气源方面，应特别限制有毒成份的含量如CO、H2S，由于H2S有一种臭味应采取防臭措施。在应用方面，要特别注意防止（泄）漏，加强通风、选用先进合理的燃烧装置。
注1：H2S是一种无色气体在—60℃时凝聚，只要十万份（100000）空气中含有1份H2S就会因为它的臭蛋味而被发现。H2S具有剧毒当2000份空气中含有1份H2S时就足以引起严重中毒，中毒的第一步是丧失嗅觉，进一步是头痛、头晕、呕吐。当空气中含有0.1%的H2S时就会引起重病，当吸入相当大的H2S浓度时就会立即造成昏迷，甚至由于呼吸麻痹而引起死亡。
企业中空气许可的H2S浓度为0.01%mg/L。
注2：CO是极毒的，由于它是无色无嗅的气体，在水中的溶解度很小，普通的防毒面具中的活性炭对它的吸收也是十分微弱的，因此就更增加了CO的中毒可能性和危险性。为了对付CO要采用特殊的防毒面具，它是利用由MnO2 和CuO所组成的氧化剂混合物，利用这种特殊的氧化剂混合物将空气中的CO转变为CO2 。然而这种特殊的防毒面具在应用上十分不便，因为氧化过程会放热，则会影响人的呼吸。
CO的急性中毒最先表现为头痛头晕进而丧失知觉。下图1为空气中CO的含量与CO吸入时间对生量的相互关系。
图1 CO对人体的作用
表2 CO的中毒症状
|
在空气中CO的浓度% |
吸入时间和中毒症状（h） |
备注 |
|
0.02 |
2—3h在前头部有轻度的头痛 |
企业中CO的允许浓度为小于0.02mg/L |
|
0.04 |
1—2h前头痛，呕吐，2.5—3.5h后头痛 |
|
0.08 |
45min头痛，呕吐，眩晕2h丧失神志 |
|
0.16 |
20 min头痛，呕吐，眩晕2h死亡 |
|
0.32 |
5—10 min头痛，眩晕30 min死亡 |
|
0.64 |
1—2 min头痛，眩晕10—15 min死亡 |
|
1.28 |
1—3 min死亡 |
我国天然气、液化气、煤气因泄漏而造成的重大损失已有不少惨痛的事例，如七十年代四川天然气的大火，西安98年3月5日煤气罐闪爆事故等，均是由于泄漏而引起的。可以说泄漏是引起中毒爆炸、火灾的主要根源。
2. 为了防止泄漏燃气必须保证以下条件
2—1管材、阀门采用优等合格材料，并应在安装使用前进行技术检查。
2—2要严格施工、保证施工质量，特别是在焊接、连接件的密封处及绝缘等方面要保证质量。
2—3对燃气管道、管件及设备构件应按照安技规程进行强度及严密性试验，发现问题应及时处理。
2—4 在生产运行中应利用科学仪器，经常进行检查，特别是地下室内管道，管道连接处、阀门、集气管等要害部位有无泄漏现象，已经发现应迅速修理消除漏气隐患。
2—5 设计与安装燃气设备时应遵守安全规范，最好应安装瓦斯泄漏测定仪。铺设管道尽量安排在地上，这样有利于检查、维修（比地下敷设要安全一些），设计燃气管道时应与结构物有一定的距离。特别是不要靠近下水道及热力管沟（因为下水道、热力管沟很不严密易使燃气发生泄漏后扩散进去，而造成火灾或爆炸事故）。
2—6 带气操作时一定要严格遵守操作规程。
2—7 对运行及管理人员应进行专门的技术培训，培训合格后方能上岗。
2—8 对有关医务人员应进行燃气事故的急救培训。
3. 燃气与空气混合物的爆炸
当燃气与一定量空气混合达到爆炸极限范围内，并充满封闭容量中（如房间、燃烧室、管道中）就会形成爆炸的条件，此时若遇有火种，即可产生爆炸。
表3 运行中发生爆炸的原因
|
项目 |
违犯操作规程 |
燃气压力过高 |
燃气泄漏使 |
不完全燃烧 |
|
|
|
炉内负压过大 |
可燃物集聚 |
在炉膛及烟 |
|
|
|
燃烧器故障 |
在炉膛及烟道 |
道中爆炸 |
|
百分比 |
60% |
15—20% |
10—15% |
5—10% |
由上表可知发生爆炸，违犯操作规程事例很多，所以严格执行安全操作规程是避免爆炸事故发生的根本。
表4 各类常用燃气的组成与特性（略）
表5 一些常用气体的物理化学特性（略）
3—1 燃气管道内爆炸
在燃气供应不足时容易造成负压而吸入空气，形成易爆可燃混合物，为了避免燃气在管内爆炸，规定管内压力≮200pa(柏)[20Kgf/m2],同时要经常注意压力变化，在有可能生成易爆混合物时，一定要严禁一切火种的出现。
3—2 燃烧室及烟道内爆炸
由于燃烧器前阀门不严密或违犯操作规程，先打开燃烧器前燃气阀门，使燃气进入冷炉膛或烟道内，可能形成具有爆炸危险的燃气空气混合物，如遇火种，立即爆炸，这类爆炸经常发生，所以阀门的严密性应按规定进行检查，严格按章办事才会避免这类爆炸的发生。
3—3空气管道内爆炸
在鼓风式燃烧器进风管道中，当鼓风机停机时，空气压力迅速下降，这时燃气会倒流入空气管道中形成爆炸性可燃物，如遇火种（如鼓风机叶片在停转前产生火花等）也会引起爆炸。
如需鼓风机停机，应立即关闭燃气阀门，同时关闭空气阀门。（最好采用自控联锁装置）
3—4 厂房内爆炸
当燃气泄漏入密封或通风不良的厂房内，就有可能形成爆炸性混合物，如遇火种就会爆炸，所以厂房在设计时应有足够的通风设施，运行时应保证厂房内的良好通风，使其空气中不能形成爆炸性混合物。
根据以上所述防止形成爆炸性混合物是防止爆炸产生的根本所在。
4. 爆炸的预防
4-1 合理设计炉前管道，在设计时应设置当燃烧系统出现故障时有可靠的安全切断伐作保证；使它能迅速自动地切断燃气。为了避免误操作，故障排除后，阀门必须手动操作复位，燃烧系统方能重新起动。
4-2 保证施工安装质量
A. 一定要按照设计要求施工。在设计中应设置火灾爆炸监测仪器，便于把火灾及爆炸消除在发生之前。
B. 所选用材料、设备都必须合乎质量标准并应事先检查合格后方能安装。
C. 施工完工后应按程序进行严格的试验（强度、密封性等）验收合格后方可进行调试，调试达到设计要求后，方能投入正常运行。
4-3 合理运行及安全操作（略）
表6 燃气的爆炸极限
|
燃气 |
CO2 |
02 |
CmHn |
CO |
H2 |
CH4 |
N2 |
下限 |
上限 |
|
发生炉煤气 |
15.9 |
|
|
23.7 |
4.3 |
0.2 |
55.9 |
36.0 |
72.0 |
|
8.2 |
|
|
25.6 |
4.4 |
|
61.5 |
35.8 |
71.9 |
|
2.8 |
|
|
30.9 |
4.6 |
|
61.7 |
40.6 |
76.5 |
|
天然气 |
|
0.2 |
9.2 |
|
|
87.4 |
3.2 |
4.8 |
13.5 |
|
油瓦斯 |
|
|
|
|
|
|
|
3.4 |
7.8 |
|
集炉煤气 |
3.2 |
1.0 |
4.4 |
9.0 |
47.8 |
27.0 |
7.6 |
8.5 |
25.0 |
|
2.2 |
2.0 |
4.1 |
10.7 |
45.0 |
24.7 |
11.3 |
8.5 |
36.0 |
|
1.9 |
0.4 |
3.9 |
6.3 |
54.4 |
31.5 |
11.6 |
5.0 |
28.4 |
|
2.4 |
0.4 |
2.7 |
9.7 |
44.9 |
28.9 |
11.0 |
5.6 |
30.8 |
|
水煤气 |
6.2 |
0.3 |
|
39.2 |
49.0 |
2.3 |
3.0 |
6.9 |
89.5 |
|
4.2 |
0.4 |
|
40.4 |
43.0 |
|
12.0 |
13.5 |
68.5 |
|
|
0.6 |
|
51.0 |
46.0 |
|
2.4 |
10.4 |
63.0 |
|
增热水煤气 |
4.6 |
0.3 |
7.3 |
36.0 |
37.0 |
9.6 |
5.2 |
6.4 |
37.2 |
气体或蒸气与空气的混合物以及粉尘与空气的混合物，其浓度达到一定范围时，又遇到火源发生爆炸，这个浓度范围叫爆炸浓度极限，简称爆炸极限。
能发生爆炸的最低浓度叫爆炸下限
能发生爆炸的最高浓度叫爆炸上限
浓度在爆炸下限以下，浓度在爆炸上限以上，由于热量不足，氧气量不够不能发生燃烧和爆炸。
在爆炸下限和上限之间，可以发生爆炸，故称为爆炸范围。
影响爆炸极限的主要因素：
A. 环境温度增高，爆炸范围扩大
B. 含氧量增高，爆炸范围扩大，反之则缩小
C. 爆炸性混合气中有惰性气体存在，爆炸范围缩小，惰性气体增加到一定数量则不会发生爆炸
D. 压力增高时爆炸范围扩大，反之缩小。爆炸范围缩小到零时的压力称为起炸临界压力
由上可知爆炸上、下限之差增大时(范围宽时)爆炸的机会就多，爆炸危险度就高，这是由于爆炸下限低时，易燃气体稍有泄漏就会形成爆炸条件，爆炸上限浓度高，若少有空气或氧气也能形成爆炸条件，这就要求严禁空气进入易燃气体的容器。
例：
以上可以看出水煤气的爆炸危险性最大，按其组成来看其CO含量也高
引起中毒的可能性也大，在应用中应特别注意。
（天然气）
四川干气=（15—5）/5=2
大庆、北京 液化气=（9.7—1.7）/1.7=4.70588
发生炉气=（67.5—21.5）/21.5=2.1395
炼焦煤气=（35.8—4.5）/4.5=6.9555
最小点燃能量，是指爆炸性混合物，引发爆炸的最小电火花所具有的能量。通常用最小引爆电流（毫安）来表示
燃炸混合物的级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
最小引爆电流（mA） > 120 70—120 < 70 | 