Page 197 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 王振刚，等： 初始温度、压力对丙烯-空气混合物爆炸极限的耦合影响 第 9 期

0.1 MPa to 0.9 MPa, the carbon powder content in the explosion products surges from 3.82% to 25.88%. This significant
growth primarily stems from two factors: first, high-pressure conditions promote the Boudouard reaction toward carbon
formation; second, the increased total amount of reactants under high pressure leads to a multiplicative rise in product
quantities.Using CHEMKIN software, the combustion characteristics of propylene under lower explosion limit conditions were
investigated. In the fuel-lean region, propylene undergoes free radical chain reactions, ultimately generating CO , which
2
maintains the calculated adiabatic flame temperature (CAFT) above 1 400 K. As pressure increases, CAFT gradually decreases.
Meanwhile, with rising temperature, CAFT exhibits a pressure-dependent transition: at low pressures (＜0.5 MPa), CAFT
increases, whereas at high pressures, it decreases, with 0.5 MPa serving as the critical transition threshold. The coupling effects
of initial temperature and pressure on explosion limits are far more pronounced than those of individual factors, with a stronger
impact on the UEL than the LEL. The coupling effects caused a 108% increase in the UEL and an 18.05% decrease in the LEL.
For individual factors, initial temperature alone led to a 3.8% UEL increase and a 3.41% LEL decrease, while initial pressure
alone resulted in a 51.3% UEL increase and 2.44% LEL reduction.
Keywords: propylene; explosion limits; initial temperature; initial pressure

丙烯（propylene）作为重要的基础有机化工原料，在石油化工领域具有广泛的应用，主要用于生产聚
丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等高附加值化学品 [1-3] 。然而，丙烯在生产、储存和运输过程中存在较高的燃爆
风险，已发生多起严重事故 [4-5] 。特别值得关注的是，在丙烯氨氧化制丙烯腈、丙烯环氧化制环氧丙烷等
典型生产工艺中 [6-9] ，由于需要引入空气或双氧水等氧化剂，导致工艺尾气中不可避免地残留氧气，在高
温高压的工艺条件下，这种含氧环境极易引发燃爆事故。针对这一重大安全隐患，学者在可燃气体爆炸
极限（与空气混合后可以发生爆炸的可燃气体体积分数范围）测试及惰化技术方面开展了深入研究。罗
振敏等 [10-11] 使用可燃气体和液体蒸气爆炸极限测试装置，系统研究了不同配比 N /CO 混合气体对丙烯
2
2
爆炸极限、危险度、临界氧体积分数和惰化效果的影响，通过构建爆炸三角图定量揭示了 CO 相较于氮
2
气具有更优异的抑爆性能，并进一步结合反应动力学模拟和气体动理论分析，阐明了 CO 优越抑爆性能
2
的微观机理：一方面，CO 较高的比热容可更有效地吸收燃烧热量；另一方面，CO 分子与活性自由基
2
2
（如·OH）的碰撞猝灭效率显著高于 N 。高娜等 [12] 研究了甲烷在不同初始温度、压力下的爆炸极限，结果
2
表明初始压力/初始温度对爆炸下限的影响与初始温度/初始压力的相关性并不显著，初始温度和初始压
力对爆炸极限的耦合影响比单一因素对其的影响大，且相较而言，其对爆炸上限的影响更为显著。刘可
心等 [13] 测试了初始温度、初始压力、当量比对甲烷最大爆炸压力的双因素、多因素耦合影响规律，利用
1stOpt 构建了非线性回归预测模型，对比预测结果与实验结果，该模型在测试范围内具有较高的精度和
适应性。王康等 [14] 测试了氧含量对丙烯爆炸极限、爆炸压力的影响。王振刚等 [15] 针对丙烯环氧化工况
利用爆轰管测试得到了三种工况温度、压力下的爆炸三角图和极限氧含量。刘姝廷等 [16] 开发了基于核
函数的偏最小二乘算法（kernel partial least squares，KPLS）的丙烯爆炸极限预测模型，并验证了该算法的
有效性。针对爆炸产物，宋来臣 [17] 向低浓度甲烷中通入爆炸下限更低的可燃气体，多次爆炸实验后在爆
炸容器内壁收集到固体产物，采用红外和扫描电镜对产物分析后发现：固体生成物种含有大量的芳香烃
结构和−OH 官能团，芳香烃结构在炭黑形成过程中起重要作用。
为有效预防丙烯燃爆事故，获取其在不同温度、压力条件下的精确爆炸极限数据至关重要，闫侠等 [18]
和任常兴等 [19] 系统分析了现行主流测试标准，指出针对高温高压工况的燃爆参数测试标准体系仍存在
不足。当前国际通用的爆炸极限测试标准主要包括：ASTM E 618 [20] （5 L 球）、EN 1839 [21] （5 L 球或长径比
为 1∶1 的管）、ASTM E 2079 [22] （7.85 L 球）、ASTM E 918 [23] （1 L 管）、GB/T 12474—2008 [24] （内径
60 mm 的管）以及最新实施的 GB/T 42368—2023 [25] （5、12、20 L 球）。值得注意的是，ASTM E 2079 标准
明确指出，由于器壁效应的影响，采用该标准测试得到的极限氧含量（limiting oxygen concentration，LOC）
值要比内径 50 mm 的管状容器测得值小 1.5%。基于此，本研究采用大体积的 12 L 爆炸球，结合高精度
静态/动态压力传感器与稳定的点火装置，显著提升爆炸极限测试的精度与可靠性；在此基础上，系统测

095402-2