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第2章化工生产的防火防爆•在化工生产中，由于高温、高压及易燃易爆物质等因素的存在，火灾爆炸事故屡屡发生，特别是随着生产规摸的扩大，火灾爆炸事故的危险性及造成的损失也越大。近几年的事故统计分析表明、火灾爆炸事故一直高居各类事故之首，造成的死亡人数占死亡总数的26%以上。因此，防火防爆工作在化工生产中显得尤为重要。作为一名化工工人，必须更多地了解物质燃烧、爆炸等基础知识，掌握防火防爆基本措施，才能充分保障化工生产的安全运行。2.1.燃烧•2.1.1.燃烧定义及燃烧条件•2.1.1.l.燃烧•燃烧是物质发生剧烈的氧化反应，同时发出光和热的现象。燃烧在生活中很常见，如煤气，木材的燃烧等，它具有三个基本特征：发光、放热并产生新的物质。照明用的电灯，虽然也有发光、放热现象，但没有发生化学反应．没有生成新的化合物，它是一种能量转变的过程，不能称之为燃烧。•近代已开始用链锁反应理论来解释燃烧的机理。在一定的燃烧条件下，反应物产生自由基，它们的反应活性非常强，在反应中成为活性中心，自由基与另一个分子撞击，反应产生另一种自由基，使反应循环延续，直至反应物全部消耗而终止。••2.1.1.2.燃烧的条件•要形成燃烧，必须同时具备以下三个条件(俗称燃烧三要素)。•可燃物：凡能与氧或氧化剂起剧烈反应的物质，皆称为可燃物。可燃物包括可燃气体(如氢气)、可燃液体(如汽油)和可燃固体(如木材)。•助燃物：凡能帮助和维持燃烧的物质，均称为助燃物。如空气、氯气、高锰酸钾等氧化剂。•着火源：凡能引起可燃物燃烧的能源，通称为着火源。着火源一般有以下几种：明火、电弧、火花、炽热物体、化学反应热等。•燃烧不仅必须有可燃物、助燃物和着火源同时存在而且每个条件要达到一定的量，相互作用才能发生。氢气在空气中浓度小于4%时。便不能点燃；木材在空气中燃烧时，当空气中氧含量低于14%时，木材就会熄灭；一根火柴，足以点燃一桶汽油，但难以点燃坚实的大木块。•燃烧的可能性亦随可燃物与助燃物状态的变化而改变，可燃物与助燃物接触得越充分，燃烧越容易，也越刚烈，如大块的铝、镁可看作是不燃的，但镁粉、铝粉却能自燃；烧红的铁丝在空气中不能燃烧，却能在氧气中燃烧。•2.1.2.燃烧过程、形式与类型•2.1.2.1.燃烧的过程固体液体气体熔化蒸发蒸发或分解氧化分解着火燃烧•2.1.2.2.燃烧的形式•由于可燃物存在状态的不同，燃烧的形式多样。燃烧可分为均一系燃烧和非均一系燃烧、混合燃烧和扩散燃烧、蒸发燃烧与分解燃烧。•均一系燃烧如煤气在空气中的燃烧，是指可燃物、助燃物在同一相中进行的燃烧。木材、石油等液体和固体的燃烧较为复杂，称为非均一系燃烧。•混合燃烧指可燃物与助燃物(如氢气与空气)预先混合情况下的燃烧。这种燃烧在混合气体中进行非常迅速，最后形成燃烧爆炸。扩散燃烧则是指可燃气体与周围空气(或其他助燃气体)相互扩散，相互混合，一边混合一边燃烧的形式，如一氧化碳气体由管内喷出，同周围空气接触的燃烧。•可燃液体或固体受热蒸发或分解后的燃烧称为蒸发燃烧，如乙醇的燃烧。分解燃烧则是可燃固体或不挥发液体受热分解产生可燃气体的燃烧形式，如木材的燃烧等。•2.1.2.3.燃烧的类型•闪燃：可燃液体表面挥发的蒸气与空气形成的混合物，遇明火引起的瞬间燃烧的现象，称为闪燃。液体能发生闪燃现象的最低温度，叫做闪点。常见可燃液体的闪点见表2—1。闪点用来评定可燃液体的火灾危险性。可燃液体闪点越低，越易着火．火灾危险性越大。•着火：可燃物在有足够的助燃物(通常指空气)的条件下，由着火源作用下引发的持续燃烧的现象，称为着火。能发生持续燃烧的最低温度，称为燃点(又称着火点)。可燃物的燃点越低，越易着火。因而燃点同样可用来判断物质的火灾危险性。常见可燃物的燃点见表2—2。•自燃：可燃物质即使不与明火接触也能自行着火燃烧的现象，称为自燃。可燃物无明火接近即能自行燃烧的最低温度称为自燃点。自燃现象可分二种：受热自燃和本身自燃。•受热自燃是被加热物被加热到一定温度后自行燃烧的现象。本身自燃则是物质在没有外来热源的作用下，由于物质本身的化学（如分解、化合）、物理(如辐射、吸附)和生化作用（如细菌、腐败作用）而产生热量积聚，使其达到自燃点后自行燃烧的现象。能发生本身自燃和受热自燃点较低的物质在保管时应格外注意，以防着火。常见可燃物的自燃点见表2—3。表2—1常见可燃液体的闪点液体名称闪点，℃液体名称闪点，℃乙醚-45.0原油-35.0丙酮-10.0精油18.0汽油-42.8苯-14.0己烷-21.7甲苯4.4乙醇11.1氯苯28.0桐油243.0乙酸40.0甲醇7.0甘油160.0表2—2某些可燃物质的燃点物质名称燃点，℃物质名称燃点，℃赤磷160聚乙烯400石蜡158～159聚苯乙烯400硝酸纤维180吡啶482硫磺255有机玻璃260醋酸纤维320樟脑70聚丙烯270松香216表2—3常见可燃物质的自燃点物质名称自燃点，℃物质名称自燃点，℃二硫化碳102一氧化碳605乙醚170焦煤气640煤油380～425氨630氢560甲烷537苯555甲醇455汽油280铝粉645乙醇422木粉430•2.1.3.燃烧速度与热值•2.1.3.1.燃烧速度•气体的燃烧过程较为简单，因而其燃烧速度较可燃液体及固体要快。气体的燃烧速度及燃烧性能常以火焰的传播速度来衡量。气体火焰的传播速度与管径有明显关系，一般说来，传播速度随着管子直径的增加而增加，当达到某一极限直径时，速度就不再增加。同样，传播速度随着管径的减小而减小，当管径小到某一值时，火焰就不能传播。阻火器就是根据这一原理制作的。•液体的燃烧速度取决于液体的蒸发速度，易挥发的液体燃烧速度较快。火焰在液体表面的蔓延速度决定于液体的初温、比热容、蒸发潜热及火焰的辐射能力，风速对火焰的蔓延速度也有很大影响。液体火焰的蔓延速度越快，火灾危险性越大。•固体的燃烧速度较气体、液体要小。固体的燃烧速度取决于比表面积，即燃烧的表面积与体积的比值越大，燃速越快，反之，燃速愈小，这就是粉末状易燃固体比块状物容易燃烧的原因。•2.1.3.2.热值•热值是单位质量或体积的可燃物质在完全烧尽时所放出的热量。可燃物质燃烧、爆炸时所能达到的最高温度、最高压力及爆炸力，都与物质的热值有关，热值越高的可燃物，燃烧爆炸造成的危害性越大。•2.2.爆炸•2.2.1.爆炸的定义及分类•2.2.1.l.爆炸•物质自一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间以机械功的形式放出大量能量，同时伴有巨大声响的现象称为爆炸。•爆炸同时也可视为气体或蒸气瞬间剧烈膨胀的现象。爆炸的本质是压力的急剧上升，爆炸的特征是具有破坏力，产生爆炸声和冲击波，爆炸因其产生的震荡作用、冲击波，碎片冲击及造成火灾而对周围的物体造成破坏。•爆炸根据传播速度，可分为轻爆、爆炸和爆轰。轻爆—传播速度每秒数十厘米至数米；爆炸—传播速度每秒10米至数百米；爆轰—传播速度103m/s～7×103m/s•2.2.1.2.爆炸分类•爆炸按性质可分物理爆炸、化学爆炸和核爆炸三大类。•物理爆炸：由于物理因素(温度．压力等)变化而引起的爆炸称为物理爆炸。物理爆炸前后，物质的性质和化学成分均不发生变化，如锅炉与钢瓶的超压爆炸。造成物理爆炸的原因，可以是高温、振动、设计错误、制造缺陷、材质不苻或操作失控等因素。•化学爆炸：由于物质发生激烈的化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸称为化学爆炸。化学爆炸前后物质的性质和化学成分均发生了根本改变，如氢气与空气混合气体引发的爆炸。化学性爆炸根据爆炸时所发生的化学变化可分为三类：简单分解爆炸、复分解爆炸、爆炸性混合物爆炸。•①简单分解爆炸能引起简单分解爆炸的爆炸物，在爆炸时没有燃烧现象，爆炸所需的热能是由爆炸物本身分解时产生的，如叠氮铅、雷汞等。这类物质由于只需轻微的振动即可引起分解，产生大量气体，在体积迅速膨胀的同时，释放出巨大能量，因而十分危险，破坏力极大。•②复分解爆炸爆炸时伴有燃烧现象，燃烧所需的氧由自身分解供给。这类爆炸物的危险性较简单分解爆炸低，一般需引爆物引爆，如TNT等。这类爆炸物破坏巨大，如硝化甘油的爆炸，•③爆炸性混合物爆炸可燃气体、蒸气、薄雾、粉尘或纤维状物质按一定比例与空气形成的混合物，遇着火源能发生爆炸，这样的混合物称为爆炸性混合物。由爆炸混合物引发的爆炸称之为爆炸性混合物爆炸，这类物质爆炸需要一定条件。•核爆炸由原子核裂变而引起的爆炸称之为核爆炸。•2.2.2.爆炸极限及爆炸危险度•2.2.2.1.爆炸极限•可燃性气体、蒸气或粉尘与空气组成的混合物，必须按一定比例混合。才能引起燃烧爆炸。当可燃物在混合物中浓度太低时，因过量空气的存在，空气的冷却作用阻止了火焰的蔓延；可燃物浓度太高时，空气量不足。燃烧由于助燃物的缺乏造成窒息。因而只有当可燃物在混合物中的浓度在一定范围内时，遇着火源才能发生爆炸，这个浓度范围叫做该物质的爆炸范围。•可燃性气体、蒸气或粉尘与空气组成的混合物，遇着火源即能发生爆炸的最低浓度，称为该物质的爆炸下限；同样，可燃气体、蒸气或粉尘与空气形成的混合物遇着火源即能发生爆炸的最高浓度，称为该物质的爆炸上限。•在化工生产中，经常会使用—些气体混合物，它们的配比虽然在爆炸范围以外，但如果操作时失误，使混合气体达到爆炸极限，就会引起爆炸事故。所以．在这类岗位上，工人操作时必须严惜按操怍规程操作，不能掉以轻心。如在尿素的合成过程中，为了防止设备腐蚀，在原料气中要加入一定量的氧气，但加氧量必须严格控制在0.5%；一旦超量，在氨冷器后，氧与原抖气中少量的氢就可形成爆炸性混和气，当遇激发能源时可引发爆炸。•气体混合物的爆炸极限一般是用可燃起体、蒸气在混合物中的体积百分数来表示的。某些气体和液体蒸气的爆炸极限见表2—5。表2—5常见气体或液体蒸气的爆炸极限物质名称爆炸极限，%危险度物质名称爆炸极限，%危险度下限上限下限上限氢4.075.617.9甲烷5.015.02.0氨15.028.00.9乙烷3.015.54.2一氧化碳12.574.04.9丙烷2.19.53.5二硫化碳1.060.059.0乙醚1.748.027.2乙炔1.582.053.7汽油1.47.64.4苯1.28.05.7城市煤气5.532.04.8甲苯1.27.04.8水煤气7.072.09.3表2—6粉尘的爆炸特征粉尘名称爆炸下限g/m3自燃温度，℃（云状）最小引燃能量mJ最大爆炸压力MPa铝（含油）37～50400150.407铁粉153～204439200.248镁44～59470400.434锌212～2845309000.087赤磷48～64360聚苯乙烯27～37475150.293烟煤41～57595600.307有机玻璃2048515•2.2.2.2.危险度•2.2.2.3.爆炸极限的影响因素•原始温度爆炸性混合物的原始温度越高，则爆炸极限范围越大。•原始压力混合物的原始压力对爆炸极限影响很大。压力对爆炸下限的影响没有规律性。•惰性介质及杂质混合物中惰性介质的增加，使爆炸极限的范围缩小。•容器充装可燃物容器的材质、尺寸等，对物质的爆炸极限均有影响。•着火源着火源的能量、热表面面积及火源与混合物接触的时间等对爆炸极限均有影响。•含氧量混合气中增加氧含量，一般情况下对下限影响不大，因为可燃物在下限时氧是过量的。由于可燃物在上限时含氧量不足，所以增加氧含量使上限显著增高，爆炸范围扩大。表2—7某些物质的最低引爆能量物质名称浓度，%最低引爆能量，mJ物质名称浓度，%最低引爆能量，mJ二硫化碳6.520.015甲醇12.240.215氢气29.20.019甲烷8.50.28乙炔7.730.02乙烷4.020.031丁二烯3.670.17丙酮4.871.15氧化丙烯4.970.190甲苯2.272.502.3.防火防爆的基本措施•通过基础知识可以了解到，控制和防止可燃物、助燃物、着火源三要素的同时存在，就能有效地阻止火灾及爆炸事故的发生。因此，防火防爆工作应从消除着火源，对可燃易爆物和助燃物的控制以及在生产过程中工艺参数的控制方面着手；同时针对生产过程中