[科普中国]-爆燃

简介

爆燃是一种燃烧波，以小于音速的速度通过热传递传播。易燃混合物在废气回收处理系统中引燃会导致10倍初始压力的爆燃，传播速度一般可达10～300 m/s。1

产生条件爆燃的产生必须要有三个条件（即爆燃三要素），缺一不可。

一是有燃料和助燃空气的积存；

二是燃料和空气混合物达到了爆燃的浓度；

三是有足够的点火能源。

锅炉在启动、运行、停运中，如何避免燃料和助燃空气积存就是杜绝炉膛爆燃的关键所在。爆燃由于发生在瞬间，加上火焰传播速度非常快，达每秒数百米至数千米，火焰的球状向四方传播，在百分之几至十分之几秒内燃烬，这就等于燃料同时被点燃，烟气容积突然增大，这样造成的烟气阻力也非常大，因而来不及泄出而发生爆炸。1

发动机爆燃定义所谓的爆燃是由于气体的压力和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。这会使发动机过热，功率下降，机油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允许的，但强烈爆燃对发动机伤害很大。

原因发动机一旦发生爆燃其危害极大，它造成发动机气缸壁、活塞、活塞环、气门、连杆及连杆轴承等运动件发生变形损坏，具体产生的原因通常有以下几点：2

1）积碳聚集过多。

发动机燃烧室内积碳过多，其容积相对变小，致使压缩比相应变大，积碳的蓄热和不导热性使可燃混合气由于炽热提前燃烧，同时会降低混合气在压缩终了时产生的涡流强度，延长了燃烧时间，增大了自燃倾向，故而极易诱发爆燃的产生；

2）发动机过热。

当发动机长期处于大功率、超负荷工况或低档高速连续行驶，尤其是炎热的夏季外界气温高，机件散热不良，容易造成发动机过热。当过热故障较严重且得不到及时改善时，可燃混合气在进入燃烧室的同时会被预热，造成局部混合气温度过高，提前达到着火点，等不到燃油的正常点燃就自行燃烧，从而引发爆燃；

3）燃油使用不当。

汽油的牌号越低，其抗爆性能越差。存放过久或密封不良的汽油辛烷值会自然降低，其抗爆性能变坏。若被误用，容易使混合气燃烧不完全，先燃的混合气部分膨胀，压缩其余未燃的混合气，使其达到自燃温度，瞬间突然全部起火而导致高压爆炸性燃烧；

4）发动机曲柄室漏气。

二冲程发动机曲轴油封唇口处的自紧弹簧脱落或失效；油封橡胶老化变得僵硬，使弹簧自紧力不能起密封作用；发动机在修理过程中，油封被刮破或碰伤；化油器转接座（进气管或中间垫片）没有拧紧等等，以上这些部件造成的漏气都会使混合气变稀，从而破坏正常燃烧，容易引发早燃、爆燃。

5）点火角过于提前：

为了使活塞在压缩上止点结束后，一进入动力冲程能立即获得动力，通常都会在活塞达到上止点前提前点火 (因为从点火到完全燃烧需要一段时间)。而过于提早的点火会使得活塞还在压缩行程时，大部分油气已经燃烧，此时未燃烧的油气会承受极大的压力自燃，而造成爆燃。

爆燃保护要求火焰的传播限制在初期阶段（如在亚音速流动期间），可以采用防爆燃管道阻火器。防爆燃管道阻火器可在爆燃-爆轰转变前熄灭火焰。阻火器利用了名为最大试验安全间隙（MESG）的特性，根据试验标准进行的试验表明，该间隙为火焰不会传播的最大间隙。阻火器在设计制造上应具备小于最大试验安全间隙的单元，随着火焰前缘穿过各单元，火焰前缘与单元壁之间进行热量传递。通过边界层向单元壁的热传递会将燃烧气体冷却直至熄灭。有关爆燃和爆轰阻火器测试的现行指南，可参考标准ISO16852美国海岸警卫队（USCG）的标准只涵盖了爆轰阻火器的测试。1

当然泄爆口也是管道中的风险控制措施之一，用于将压力和火焰释放到大气中。泄爆口的布置间隔应小于预计的爆炸蔓延距离。需要根据释放的火焰和压力格外注意泄爆口的位置。泄爆口将减小压力影响，但不会阻止火焰继续穿过泄爆口。问题的关键在于确定火焰的安全释放位置。