摘要：以山西沁水煤田煤層氣利用工程為例，計(jì)算了常溫常壓下煤層氣的爆炸極限。通過(guò)對(duì)煤層氣(壓力為2.5MPa，溫度為200℃)中甲烷的爆炸上限的壓力、溫度修正計(jì)算，分析了采用壓力管道輸送煤層氣的安全性。

關(guān)鍵詞：煤層氣；爆炸極限；輸氣管道

　　煤層氣是在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，由于煤體卸壓，從煤體中釋放出的可燃性氣體。為保證生產(chǎn)安全，煤礦利用抽采系統(tǒng)將煤層氣抽放排出地面。煤層氣是一種混合氣體，組分為CH₄、N₂、O₂應(yīng)少量的H₂、CO₂。因抽采的技術(shù)方法及煤層中CH₄含量不同，抽采的煤層氣中各組分的含量也不同。隨著井下煤層氣利用規(guī)模的不斷加大，對(duì)于CH₄體積分?jǐn)?shù)大于50％的煤層氣采用壓力管道輸送至城市利用的工程越來(lái)越多。例如，撫順礦務(wù)局至沈陽(yáng)市的煤層氣輸氣管道及調(diào)兵山市至鐵嶺市的煤層氣輸氣管道都已建成并安全運(yùn)行，沁水煤田至?xí)x城市區(qū)的煤層氣輸氣管道也在籌建中。在采用壓力管道輸送煤層氣時(shí)，由于有大量的O₂存在以及煤層氣加壓的同時(shí)伴有溫度的升高，因此有可能存在煤層氣在爆炸極限范圍內(nèi)運(yùn)行的情況。為保證煤層氣輸氣管道的安全運(yùn)行，有必要對(duì)壓力管道中煤層氣的爆炸極限進(jìn)行深入的研究，這對(duì)于煤層氣輸送工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的意義。本文對(duì)山西沁水煤田輸送至?xí)x城市區(qū)的煤層氣氣在常溫常壓下的爆炸極限及壓力、溫度對(duì)煤層氣爆炸極限的影響進(jìn)行探討。

1 常溫常壓下的爆炸極限
　　山西沁水煤田輸送至?xí)x城市區(qū)的煤層氣各組分的體積分?jǐn)?shù)分別為：ψ(CH₄)=52．40％，ψ(N₂)=37.36%，ψ(O₂)-9.93%，ψ(H₂)=0.20%ψ(CO₂)=0.11％。根據(jù)文獻(xiàn)^[1、2]的計(jì)算方法，經(jīng)計(jì)算可得常溫常壓下煤層氣的爆炸上限為20.85％，爆炸下限為9．18％。
　　由上述計(jì)算結(jié)果可知，常溫常壓下山西沁水煤田的煤層氣遠(yuǎn)離爆炸極限。

2 壓力、溫度對(duì)爆炸極限的影響
2. 1 壓力對(duì)爆炸極限的影響
　　混合氣體壓力對(duì)爆炸極限的影響一般為：隨著壓力升高，爆炸極限范圍擴(kuò)大，原因?yàn)殡S著混合氣體壓力升高，分子間距減小，分子磁撞概率增大，導(dǎo)致燃燒反應(yīng)更易發(fā)生。須說(shuō)明的是各個(gè)文獻(xiàn)間的計(jì)算結(jié)果相差較大。CH₄爆炸極限隨煤層氣初始?jí)毫Φ淖兓?jiàn)表1^[5]。
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　　由表1可知，壓力對(duì)CH₄爆炸上限的影響顯若，對(duì)爆炸下限影響較小。通過(guò)CH₄在O₂中的爆炸試驗(yàn)得出，適用于壓力范圍為0．1～1．0MPa的CH₄在O₂中爆炸上限試驗(yàn)計(jì)算式為^[4]：
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　　式中L_u——溫度修正前CH4的爆炸上限，％
　　p——壓力，kPa
　　據(jù)有關(guān)資料，壓力為2．5MPa左右時(shí)，CH₄在空氣中爆炸上限的試驗(yàn)計(jì)算式為：