氧氣是燃燒與爆炸的三要素之一，如果能控制可燃性氣體混合物中的氧含量，使其處于臨界氧濃度氧體積百分?jǐn)?shù)以外，就可以防止發(fā)生爆炸。許多工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)合都將可燃性氣體氧含量作為重要的安全技術(shù)指標(biāo)。而隨著目前煤礦瓦斯爆炸事故的頻繁發(fā)生，對(duì)煤礦瓦斯爆炸條件也有著廣泛而深入地研究。目前許多關(guān)于氣體燃燒與爆炸的文獻(xiàn)中對(duì)氣體中氧的含量有一些論述，但是對(duì)于可燃性氣體臨界氧濃度的研究不是很多，對(duì)于混合氣體氧濃度數(shù)據(jù)國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)到文獻(xiàn)報(bào)道。因此本文就煤礦瓦斯的主要成分甲烷及甲烷混氣進(jìn)行了氧濃度的實(shí)驗(yàn)研究，得出的數(shù)據(jù)和結(jié)論對(duì)礦井瓦斯災(zāi)害的肪治和治理提供了一些理論基礎(chǔ)。

　　1 實(shí)驗(yàn)裝置及原理

　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)

　　主要由4個(gè)部分組成：高壓爆炸反應(yīng)器、配氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)(實(shí)驗(yàn)裝置圖略)。設(shè)備情況見(jiàn)文獻(xiàn)。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)原理

　　理論分析可知在可燃性混合氣體中，當(dāng)加入惰性氣體，如二氧化碳、氮?dú)?，可燃性混合氣體中的氧濃度會(huì)相應(yīng)減小，同時(shí)會(huì)有效縮小可燃性混合氣體的爆炸極限范圍，使爆炸下限上升，而爆炸上限下降，爆炸范圍最終聚為一點(diǎn)，超過(guò)此點(diǎn)混合氣體即退出爆炸范圍，此點(diǎn)則為可燃性混合氣體的爆炸極限臨界點(diǎn)，此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氧濃度即為爆炸極限臨界氧濃度。如果加入的惰性氣體能使可燃性混合氣體中的氧濃度在臨界值以下，無(wú)論可燃性氣體與惰性氣體含量發(fā)生任何變化，均不會(huì)發(fā)生爆炸。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)條件

　　本實(shí)驗(yàn)選用純甲烷、甲烷與氫氣比例為10：1的混氣、甲烷與乙烯比例為10：1的混氣這三種氣體，通過(guò)充入不同比例的二氧化碳或氮?dú)鈱?duì)這三種氣體的爆炸極限及氧濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，得出這三種氣體的爆炸極限及氧濃度變化圖。實(shí)驗(yàn)使用配氣裝置，將實(shí)驗(yàn)所需氣體(采用分壓比的方法進(jìn)行配氣)經(jīng)過(guò)配氣系統(tǒng)充入爆炸室充分混合，進(jìn)行點(diǎn)火爆炸實(shí)驗(yàn)。

　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1 甲烷、甲烷＋氫氣、甲烷＋乙烯爆炸極限及氧濃度的對(duì)比分析

　　從圖1中看出隨著二氧化碳?xì)饬康脑黾?，氧氣體積分?jǐn)?shù)逐漸下降，甲烷混氣爆炸極限范圍逐漸縮小。其中，爆炸下限隨著二氧化碳充入量的增加而升高，爆炸下限變化比較緩慢；爆炸上限隨著二氧化碳充入量的增加而減少，爆炸上限變化較快。隨著充入二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的增加，氧氣體積分?jǐn)?shù)變化比較平緩，爆炸上限和爆炸下限對(duì)應(yīng)的氧濃度都是平滑的下降，而爆炸上限值的變化相對(duì)于上限氧濃度的變化較快，爆炸下限值的變化與下限氧濃度變化相比，差別不大。所以充入二氧化碳后，氧濃度對(duì)爆炸上限的影響比對(duì)爆炸下限的影響大。可見(jiàn)增加混氣中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)除了減小了混合氣體中的氧濃度外，同時(shí)還體現(xiàn)了二氧化碳的惰化作用，使爆炸極限發(fā)生變化。

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　　圖1 甲烷及甲烷混氣在空氣中充入二氧化碳爆炸極限及氧濃度圖