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防火防爆安全技术蔡孝明第一节火灾爆炸事故机理一、燃烧与火灾(一)燃烧和火灾的定义、条件1．燃烧的定义燃烧是可燃物与助燃物（氧或氧化剂）之间发生的一种发光发热的化学反应，是在单位时间内产生的热量大于消耗热量的反应，通常伴有发热、发光和（或）发烟的现象。首先燃烧是物质与氧化剂之间的放热反应，它通常同时释放出火焰或可见光。2．火灾定义《消防基本术语：第一部分》(GB5907—1986)将火灾定义为：在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。以下情况也列入火灾的统计范围；(1)民用爆炸物品引起的火灾。(2)易燃或可燃液体、可燃气体、蒸气、粉尘以及其他化学易燃易爆物品爆炸和爆炸引起的火灾(地下矿井部分发生的爆炸，不列入火灾统计范围)。(3)破坏性试验中引起非实验体燃烧的事故。(4)机电设备因内部故障导致外部明火燃烧需要组织扑灭的事故，火灾引起其他物件燃烧的事故。(5)车辆、船舶；飞机以及其他交通工具发生的燃烧事故、火灾由此引起的其他物件燃烧的事故(飞机因飞行事故而导致本身燃烧的除外)。3．燃烧和火灾发生的必要条件同时具备氧化剂、可燃物、点火源，即火的三要素。这三个要素中缺少任何一个，燃烧都不能发生或持续。获得三要素是燃烧的必要条件。在火灾防治中，阻断三要素的任何一个要素就可以扑灭火灾。●燃烧的条件1、可燃物可燃物就是可以燃烧的物质，绝大多数有机物和一小部分无机物都是可以燃烧的。2、助燃物助燃物是指与可燃物结合能导致燃烧的物质，在日常生产、生活中的燃烧，大都是可燃物与空气中的氧气进行化合反应的结果，因此，要是可燃物燃烧，必须要有足够的氧含量。3、点火源点火源是指使可燃物与助燃物发生燃烧的能量来源，如火焰、火星、电火花、高温物体、静电放电、化学反应放出的热量等。因此，只有在三个条件同时具备，而且数量达到一定比例的前提下互相结合、互相作用、燃烧才能发生。(二)燃烧和火灾过程和形式1．燃烧过程可燃物质的聚集状态不同，其受热后所发生的燃烧过程也不同。大多数可燃物质的燃烧并非是物质本身在燃烧，而是物质受热分解出的气体或液体蒸气在气相中的燃烧。可燃气体最容易燃烧，其燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解，并使其达到自燃点而燃烧；可燃液体首先蒸发成蒸气，其蒸气进行氧化分解后达到自燃点而燃烧。在固体燃烧中，如果是简单物质硫、磷等，受热后首先熔化，蒸发成蒸气进行燃烧，没有分解过程；2．燃烧形式根据可燃物质的聚集状态不同，燃烧可分为以下4种形式：（1）扩散燃烧。可燃气体(氢、甲烷、乙炔以及等)从管道、容器的裂缝流向空气时，可燃气体分子与空气分子互相扩散、混合，混合浓度达到爆炸极限范围内的可燃气体遇到火源即着火并能形成稳定火焰的燃烧，称为扩散燃烧。(2)混合燃烧。可燃气体和助燃气体在管道、容器和空间扩散混合，混合气体的浓度在爆炸范围内，遇到火源即发生燃烧，混合燃烧是在混合气体分布的空间快速进行的，称为混合燃烧。煤气、液化石油气泄漏后遇到明火发生的燃烧爆炸即是混合燃烧，失去控制的混合燃烧往往能造成重大的经济损失和人员伤亡。(3)蒸发燃烧。可燃液体在火源和热源的作用下，蒸发出的蒸气发生氧化分解而进行的燃烧，称为蒸发燃烧。(4)分解燃烧。可燃物质在燃烧过程中首先遇热分解出可燃性气体，分解出的可燃性气体再与氧进行的燃烧，称为分解燃烧。(三)火灾的分类《火灾分类》(GB／T4968—2008)按物质的燃烧特性将火灾分为6类：A类火灾：指固体物质火灾，这种物质通常具有有机物质，一般在燃烧时能产生灼热灰烬，如木材、棉、毛、嘛、纸张火灾等；B类火灾：指液体火灾和可熔化的固体物质火灾，如汽油、煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾等；C类火灾：指气体火灾，如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气火灾等；D类火灾：指金属火灾，如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金火灾等；E类火灾：指带电火灾，是物体带电燃烧的火灾，如发电机、电缆、家用电器等；F类火灾：指烹饪器具内烹饪物火灾，如动植物油脂等。(四)火灾基本概念及参数1．闪燃可燃物表面或可燃液体上方在很短时间内重复出现火焰一闪即灭的现象。闪燃往往是持续燃烧的先兆。2．阴燃没有火焰和可见光的燃烧。3．爆燃伴随爆炸的燃烧波，以亚音速传播。4，自燃是指可燃物在空气中没有外来火源的作用下，靠自热或外热而发生燃烧的现象。根据热源的不同，物质自燃分为自热自燃和受热自燃两种。5．闪点在规定条件下，材料或制品加热到释放出的气体瞬间着火并出现火焰的最低温度。闪点是衡量物质火灾危险性的重要参数。一般情况下闪点越低，火灾危险性越大。6．燃点在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度。7．自燃点在规定条件下，不用任何辅助引燃能源而达到引燃的最低温度。液体和固体可燃物受热分解并析出来的可燃气体挥发物越多，其自燃点越低。固体可燃物粉碎得越细，其自燃点越低。一般情况下，密度越大，闪点越高而自燃点越低。8．引燃能、最小点火能引燃能是指释放能够触发初始燃烧化学反应的能量，也叫最小点火能，影响其反应发生的因素包括温度、释放的能量、热量和加热时间。9．着火延滞期(诱导期)对着火延滞期时间一般有下列2种描述：着火延滞期时间指可燃性物质和助燃气体的混合物在高温下从开始暴露到起火的时间；混合气着火前自动加热的时间称为诱导期，在燃烧过程中又称为着火延滞期或着火落后期，单位用ms表示。（五）典型火灾的发展规律通过对大量的火灾事故的研究分析得出，典型火灾事故的发展分为初起期、发展期、最盛期、减弱期和熄灭期。1、初起期是火灾开始发生的阶段，这一阶段可燃物的热解过程至关重要，主要特征是冒烟、阴燃；2、发展期是火势由小到大发展的阶段。3、最盛期的火灾燃烧方式是通风控制火灾，火势的大小由建筑物的通风情况决定；4、熄灭期是火灾由最盛期开始消减直至熄灭的阶段，熄灭的原因可以是燃料不足、灭火系统的作用等。二、爆炸(一)爆炸及其分类广义地讲，爆炸是物质系统的一种极为迅速的物理的或化学的能量释放或转化过程，是系统蕴藏的或瞬间形成的大量能量在有限的体积和极短的时间内，骤然释放或转化的现象。在这种释放和转化的过程中，系统的能量将转化为机械功以及光和热的辐射等。一般说来，爆炸现象具有以下特征：·爆炸过程高速进行；·爆炸点附近压力急剧升高，多数爆炸伴有温度升高；·发出或大或小的响声；·周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏。爆炸最主要的特征是爆炸点及其周围压力急剧升高。爆炸可以由不同的原因引起，但不管是何种原因引起的爆炸，归根结底必须有一定的能量。（一）按照能量的来源，爆炸可分为三类：物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。①物理爆炸：是指由物理因素（如温度、体积、压力）变化而引起的爆炸现象。例如蒸汽锅炉、压缩气体、液化气体过压等引起的爆炸，都属于物理爆炸。物质的化学成分和化学性质在物理爆炸后均不发生变化。②化学爆炸：是指使物质在短时间内完成化学反应，同时产生大量气体和能量而引起的爆炸现象。物质的化学成分和化学性质在化学爆炸后均发生了质的变化。如乙炔铜、碘化氮、氯化氮等的爆炸。化学爆炸按爆炸时所发生的化学变化又可分为简单分解爆炸（如乙炔铜、三氯化氮等不稳定结构的化合物）、复杂分解爆炸（如各种炸药）和爆炸性混合物爆炸三种。化工企业发生爆炸，绝大部分是混合物爆炸。爆炸性混合物----可燃气体、蒸气、薄雾、粉尘或纤维状物质与空气混合后达到一定浓度，遇着火源能发生爆炸，这样的混合物称为爆炸性混合物。（二）按照爆炸反应相的不同，爆炸可分为以下3类。1．气相爆炸包括可燃性气体和助燃性气体混合物的爆炸；气体的分解爆炸；液体被喷成雾状物在剧烈燃烧时引起的爆炸，称喷雾爆炸；飞扬悬浮于空气中的可燃粉尘引起的爆炸等。2．液相爆炸包括聚合爆炸、蒸发爆炸以及由不同液体混合所引起的爆炸。例如硝酸和油脂，液氧和煤粉等混合时引起的爆炸；熔融的矿渣与水接触或钢水包与水接触时，由于过热发生快速蒸发引起的蒸汽爆炸等。液相爆炸举例见表4--2。3．固相爆炸包括爆炸性化合物及其他爆炸性物质的爆炸(如乙炔铜的爆炸)；导线因电流过载，由于过热，金属迅速气化而引起的爆炸等。爆炸过程表现为两个阶段：在第一阶段中，物质的(或系统的)潜在能以一定的方式转化为强烈的压缩能；第二阶段，压缩物质急剧膨胀，对外做功，从而引起周围介质的变化和破坏。不管由何种能源引起的爆炸，它们都同时具备两个特征，即能源具有极大的密度和极大的能量释放速度。（二）爆炸的破会作用1、冲击波：爆炸形成的高温、高压、高能量的密度的气体产物，以极高的速度向周围膨胀，产生波状气压向四周扩散冲击，其破坏程度与冲击波能量的大小有关。2、碎片冲击：爆炸的机械破坏效应会使容器、设备、装置以及建筑材料的碎片在相当大的范围内飞散而造成伤害。3、震荡作用：爆炸发生时，特别是较猛烈爆炸往往会引起短暂的地震波。4、次生事故：发生爆炸时，如果车间、库房（如制氢车间、油库或其他建筑物）会造成火灾或更大范围的二次爆炸。(三)可燃气体爆炸1、分解爆炸性气体爆炸某些气体如乙炔、乙烯、环氧乙烷等，即使在没有氧气的条件下，也能被点燃爆炸，其实质是一种分解爆炸。2、可燃性混合气体爆炸一般说来；可燃性混合气体与爆炸性混台气体难以严格区分。由于条件不同；有时发生燃烧；有时发生爆炸，在一定条件下两者也可能转化。燃烧与化学爆炸的区别在于燃烧反应(氧化反应)的速度不同3、爆炸反应历程许多可燃混合气的爆炸可以用热着火机理解释，燃烧和爆炸都是可燃物与氧化物之间的化学反应，当系统的温度升高到一定程度时，反应的速度将迅速加快，于是便引起了燃烧和爆炸。（四）物质爆炸浓度极限1、爆炸极限的基本理论爆炸极限是表征可燃气体、蒸汽和可燃粉尘危险性的主要示性数。当可燃性气体、蒸气或可燃粉尘与空气(或氧)在一定浓度范围内均匀混合，遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限，简称爆炸极限。2、爆炸极限的影响因素：（1）温度的影响（2）压力的影响（3）惰性介质的影响（4）爆炸容器对爆炸极限的影响（5）点火源的影响（五）粉尘爆炸1.粉尘爆炸的机理和特点当可燃性固体呈粉体状态，粒度足够细，飞扬悬浮于空气中，并达到一定浓度，在相对密闭的空间内，遇到足够的点火能量，就能发生粉尘爆炸。2．粉尘爆炸的条件及爆炸过程(1)粉尘爆炸的条件1)粉尘本身具有可燃性。2)粉尘悬浮在空气中并达到一定浓度。3)有足以引起粉尘爆炸的起始能量。(2)爆炸过程。与可燃气体(蒸气)与空气的混合物一样，可燃粉尘与空气混合物也遇点火源也可能发生爆炸；其也具有爆炸极限，包括上限及下限，但有实际应用意义的主要是下限。粉尘爆炸同样是一种链式连锁反应，当外界热量足够时，火焰传播速度将越来越快，最后引起爆炸；若热量不足，火焰则会熄灭。(六)燃烧、爆炸的转化爆炸的最主要特征是压力的急剧上升，并不一定着火(发光、放热)；而燃烧一定有发光放热现象，但与压力无特别关系。化学爆炸，其中绝大多数是氧化反应引起的爆炸，与燃烧现象本质上都属氧化反应，也同样有温度与压力的升高现象。但两者反应速度、放热速率不同，火焰传播速度也不同，前者比后者快得多。无论是固体或液体爆炸物，还是气体爆炸混合物，都可以在一定的条件下进行燃烧，但当条件变化时，它们又可转化为爆炸。(七）火灾及爆炸的分类、分级《建筑设计防火规范》（GB50016—2006）将火灾危险性分为5类；爆炸及火灾危险场所分为3类8级；爆炸性混合物分为3级6组。见表3-8、表3-9、表3-10、表3-11生产类别火灾危险性特征甲使用或产生下列物质的生产：1．闪点28℃的液体；2．爆炸下限10%的气体；3．常温下能自行分解或在空气中氧化即能导致迅速自燃或爆炸的物质；4．常温下受到水或空气中水蒸汽的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质；5．遇酸、受热、撞击、摩擦、催化以及遇到有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂；6．受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质；7．在密闭设备内操作温度等于或超过物质本身自燃点的生产乙使用或产生下列物质的生产：1．闪点≥28℃且60℃的液体；2．爆炸下限≥10%的气体；3．不属于甲类的氧化剂；4．不属于甲