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摘 要

本文阐述了建立预测多元混合气体爆炸极限模型的意义以及对工业生产中预防多元混合气体爆炸的重要性，重点阐述了惰性气体对爆炸极限的影响，对多元混合气体爆炸极限范围进行预测，并将训练结果以及测试结果进行比较，验证模型的可靠性。

运用最新的爆炸极限预测方法，通过实验采集到大量的实验数据，将数据分成训练数据和测试数据，采用Le chatlier公式法、偏最小二乘法以及BP神经网络模型，利用MATLAB软件编写程序，对实验数据进行处理，从而建立模型。通过最终处理结果检验各模型是否合理，并比较各模型间处理效果的好坏程度和误差，最终选出一种对爆炸极限预测最为准确的方法。最后通过三元组分图，依据临界最小氧含量点，避开可燃气体的爆炸区域，并将这种方法在储罐置换安全路径的设计上加以应用。

关键词：爆炸极限 惰性气体 最小氧含量 储物置换

Abstract

This paper expounds the model predict multivariate mixed gas explosion limit and the significance of prevention in the industrial production of the importance of the mixed gas explosion, expounds the inert gas effect on explosion limit, multivariate mixed gas explosion limit range prediction calculation, and the training value compared with the test values, with test value to verify the exactness of the network.

The latest explosion limit prediction method is applied to experimental collected a large number of experimental data, the data is divided into training data and test data, using Le chatlier formula method, partial least squares method and BP neural network model, the MATLAB software to write, to deal with the experimental data, by building models. Through the final processing result check each model is reasonable, and compare the treatment effect is good or bad degree and the error between model, finally choose a kind of explosion limit to predict the most accurate method. Will the explosion limit under minimum oxygen content, in order to avoid the explosion limit of the range, and this method in the storage tank replacement and storage mixture on security applications.

Key words: explosion limit； Inert gas；The minimum oxygen content；storage substitution

目 录

摘要 2

Abstract 3

第一章 绪论 7

1.1 研究背景及意义 7

1.2 国内外研究现状 8

1.2.1 国外研究情况 8

1.2.2 国内研究情况 9

1.2.3 发展趋势 10

1.3 本文研究的主要思路及内容 10

第二章 爆炸极限的影响因素分析 12

2.1多元混合气体爆炸极限概念 12

2.1.1爆炸极限定义 12

2.2多元混合气体爆炸极限的影响因素 12

2.2.1初始温度 13

2.2.2初始压力 13

2.2.3含氧量 14

2.2.4容器 14

2.2.5惰性气体含量 15

第三章 多元混合气体爆炸极限预测模型的建立 16

3.1 Le chatlier公式法 16

3.1.1 Le chatlier公式 16

3.1.2 Le chatlier预测结果分析 17

3.1.3 Le chatlier公式的局限性 17

3.2 偏最小二乘法 18

3.2.1数据处理步骤 18

3.2.2 偏最小二乘法可燃气体体积浓度与爆炸上限的相关性分析 20

3.2.3 偏最小二乘法预测值与实测值比较 21

3.3 BP神经网络法 22

3.3.1神经网络训练过程 22

3.3.2 BP神经网络法预测值与实测值比较 23

3.4 Le chatelier、BP神经网络法与偏最小二乘法的比较 25

3.4.1得出的初步结论 26

第四章 爆炸极限在气柜/储罐上的置换研究 28

4.1 最小氧含量的概念 28

4.1.1 最小允许氧含量 28

4.1.2 最小允许氧含量的影响因素 28

4.2 最小氧浓度的理论分析及计算 28

4.2.1爆炸区域的划分 28

4.2.2最小氧浓度的估算 29

4.2.3临界氧浓度三元组分的作图方法 30

4.3气柜/储罐的置换方法 31

4.3.1 气柜/储罐直接置换法 32

4.3.2 气柜/储罐完全氮气置换法 33

4.3.3气柜/储罐部分氮气置换法 34

4.4置换过程的选择 35

4.4.1 储罐内的空气置换成燃气 35

4.4.2储罐内的燃气置换为空气 36

4.5 置换过程储罐内气体浓度的变化 37

4.5.1燃气置换空气 37

4.5.2空气置换燃气 38

结束语 39

参考文献 40

致谢 42

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

可燃性气体爆炸是工业生产和生活领域爆炸灾害的主要形式之一。自1857年英国发生城市煤气管道爆炸以来，许多学者就开始了对气体爆炸的研究工作^[1]。近年来，各种工业场所可燃性气体（液体蒸汽）火灾爆炸事故屡见不鲜，严重威胁着煤矿安全生产、天然气运输、石油化工等行业，给人民生命财产带来极大危害。为有效地预防和避免事故的发生，就必须深入研究其爆炸机理。研究结果表明，如果爆炸性气体浓度处于爆炸极限范围内，则易导致爆炸事故的发生。爆炸极限与其组成成分及各成分百分含量、压力、温度、受限空间等因素都有关系，而且其关系非常复杂。工业生产中很难确定可燃气体的安全浓度范围，但是如果对可燃性气体(液体蒸汽)的爆炸进行定性、定量分析，了解其形成条件，研究可燃性气体(液体蒸汽)爆炸的规律，精确地描述整个爆炸过程，采取有效的预防措施，最大程度减小由于爆炸引起的连锁反应所造成的人员和经济损失。因此爆炸极限作为评价可燃气体危险性的重要参数，是确保安全使用可燃气体的一个重要依据，爆炸极限的获取能够指导使用者在安全范围内有效使用可燃气体^[2]。

多元爆炸性混合气体爆炸参数主要有爆炸极限值、最大爆炸压力、最小点火能和燃爆危险度等。爆炸极限是评价可燃气体危险性的重要参数，是制定政策、危险性评估以及货物的储存、运输生产、销售、使用方法确定的依据之一，在监测监控技术中，它是一个具有重要实用价值的爆炸指参量。近年来，随着城市与工业规模的发展，含有H₂，CH₄和CO的可燃混合气得到越来越广泛的应用。为了安全使用工业过程中含有H₂，CH₄和CO的可燃混合气，掌握混合气的爆炸极限是非常有必要的。

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