可燃性气体爆炸浓度测试，是评估可燃气体或蒸气在空气中形成爆炸性混合物能力的关键安全试验。其核心目标是确定爆炸极限（Explosive Limits），即气体能够发生燃烧或爆炸的最低浓度（LEL）和最高浓度（UEL）。
一、基本概念
1. 爆炸下限（LEL, Lower Explosive Limit）
指可燃气体在空气中能发生爆炸的最低体积浓度。
低于 LEL：混合物“过稀”，无法传播火焰。
2. 爆炸上限（UEL, Upper Explosive Limit）
指可燃气体在空气中能发生爆炸的最高体积浓度。
高于 UEL：混合物“过浓”，缺氧无法燃烧。
✅ 只有当气体浓度处于 LEL 与 UEL 之间时，遇点火源才可能发生爆炸。
| 气体 | LEL（% vol） | UEL（% vol） | 典型点火能量 |
|---|---|---|---|
| 甲烷（CH₄） | 5.0 | 15.0 | 0.28 mJ |
| 氢气（H₂） | 4.0 | 75.0 | 0.017 mJ（极敏感） |
| 丙烷（C₃H₈） | 2.1 | 9.5 | 0.26 mJ |
| 一氧化碳（CO） | 12.5 | 74.2 | 0.28 mJ |
| 汽油蒸气 | ~1.4 | ~7.6 | 极低 |
二、主要测试标准
国际/国家标准
| 标准编号 | 名称 | 适用范围 |
|---|---|---|
| GB/T 12474-2008 | 空气中可燃气体爆炸极限测定方法 | 中国国家标准，等效 ISO 10156 |
| ISO 10156:2010 | Gases and gas mixtures — Determination of fire potential and oxidizing ability | 国际通用 |
| ASTM E681 | Standard Test Method for Concentration Limits of Flammability of Chemicals | 美国材料协会标准，广泛用于科研与工业 |
| NFPA 69 | Explosion Prevention Systems | 包含爆炸极限应用指南 |
⚠️ 注意：不同标准在设备、点火能量、温度压力条件上略有差异，结果可能有微小偏差。
三、典型测试方法（以 ASTM E681 / GB/T 12474 为例）
1. 测试装置
5 升球形玻璃爆炸瓶（最常用）；
配备电极（火花点火）、真空系统、气体配比系统、高速压力传感器；
恒温水浴控制温度（通常 20–25°C，也可测高温下的极限）。
2. 测试步骤
抽真空：将爆炸瓶抽至高真空；
精确配气：按预设浓度注入可燃气体和空气（或氧气/氮气混合气）；
点火：施加标准能量火花（通常 ≥10 J，确保可靠点火）；
判定是否爆炸：
压力骤升 ≥7% 初始压力 → 判定为“可燃”；
无明显压力变化 → “不可燃”；
逐步逼近法：
从估计 LEL 附近开始，以 0.1~0.5% 步长调整浓度；
找到连续3次可燃的最低浓度 → LEL；
同理确定 UEL。
3. 影响因素
温度↑ → LEL↓，UEL↑ → 爆炸范围变宽；
压力↑ → 爆炸范围通常扩大；
惰性气体（如 N₂、CO₂）→ 抑制爆炸，缩小爆炸范围；
点火能量不足 → 测得 LEL 偏高（漏判危险）。
四、工程应用与安全意义
1. 防爆区域划分（如 GB 50058）
根据气体释放源和 LEL，划分为 Zone 0/1/2 或 Class I Div 1/2；
例如：甲烷 LEL=5%，则 10% LEL = 0.5% vol 是常见报警阈值。
2. 可燃气体检测仪校准
仪器量程通常设为 0~100% LEL；
报警值常设为 10% LEL（低报）和 20–25% LEL（高报）。
3. 工艺安全设计
反应釜、储罐需通过惰化（充 N₂）使氧浓度或可燃气浓度远离爆炸区间；
通风系统设计需确保泄漏气体浓度 <10% LEL。
五、注意事项
混合气体的爆炸极限不能简单线性叠加，需实测或用 Le Chatelier 公式估算：
其中 为组分 i 的体积分数。
粉尘也有爆炸极限，但测试方法不同（如 20 L 球形爆炸装置），不属于气体范畴。
实验室测试条件理想，实际工业环境（湍流、障碍物、高温表面）可能降低实际爆炸下限。
六、总结
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 测试目的 | 确定 LEL/UEL，评估爆炸风险 |
| 核心标准 | GB/T 12474、ASTM E681、ISO 10156 |
| 关键设备 | 5L 爆炸球、配气系统、点火装置 |
| 安全应用 | 防爆分区、气体报警、惰化设计 |
| 典型误区 | 认为“无味=安全”（如甲烷无色无味，需加臭）；忽略温度对 LEL 的影响 |