第四章-防火防爆技术

第四章防火防爆技术化工生产中使用的原料，生产中的中间体和产品很多都是易燃、易爆的物质，而化工生产过程又多为高温、高压，若设计不合理、制造不合理、操作不当或者管理不善，容易发生火灾爆炸事故，造成人员伤亡和财产损失。本章学习目的本章学习物质燃烧和爆炸的基本知识，以及如何对易燃易爆物质进行安全的工业化生产。使自己在今后的生活和工作中减少和防止各种事故的发生，保护自己和他人人身安全及财产。第一节燃烧与爆炸的基础知识一、燃烧的基础知识1、燃烧是一种复杂的物理化学过程。燃烧过程具有发光、发热、生成新物质的三个特征。2、燃烧的条件：必须在可燃物质、助燃物质、点火源这三个基本条件同时具备时才能发生。所有物质分为可燃物质、难燃物质和不可燃物质。可燃物质：指在火源作用下能被点燃，并且当点火源移去后能继续燃烧直至燃尽的物质。难燃物质：指在火源作用下能被点燃，当点火源移去后不能维持继续燃烧物质。不可燃物质：指正常情况下不能被点燃的物质。所以，可燃物质是防火防爆的主要研究对象。助燃物质：凡是具有较强的氧化能力，能与可燃物质发生反应并引起燃烧的物质。如空气、氧气、氟等。点火源：凡能引起可燃物质燃烧的能源。常见的有明火、点火花、枳热物体等。是生产中可控因素。3、导致燃烧的三要素三要素是可燃物、助燃物、点火源。三者缺一不可。但三要素同时存在，是否能燃烧，还要看数值上的要求，当达不到一些基本数值要求，也不能燃烧，所以三要素是燃烧的必要条件。知识点：对于已经进行着燃烧，若消除三要素中的一个条件或者其数量有足够的减少，燃烧便会终止，这是灭火的基本原理。4、燃烧的过程可燃物质的燃烧都有一个过程，这个过程随可燃物质的状态不同其燃烧过程也不同。气体最易燃烧，只要达到其氧化分解所需的热量便能迅速燃烧。可燃液体燃烧并不是液相与空气直接燃烧，而是先蒸发为蒸汽，蒸汽再于空气混合而燃烧。可燃固体二类：1、简单物质，受热时熔化、蒸发与空气混合物燃烧。2、复杂物质，则先受热分解出可燃气体和蒸汽，然后与空气混合而燃烧，并留下若干固体残渣。所以，根据可燃物质燃烧状态不同，燃烧有气相和固相两种情况。气相燃烧是指在进行燃烧反应过程中，可燃物和助燃物均为气体，这种燃烧的特点是有火焰产生的，它是一种最基本的燃烧。固相燃烧是指在燃烧过程中，可燃物质为固态，这种燃烧亦称为表面燃烧，特征是燃烧时没有火焰产生，只呈现光和热。有些特殊物质燃烧既有气相燃烧，也有固相燃烧，如煤。5、燃烧的类型根据燃烧的起因不同，燃烧可分为闪燃、着火、自燃三类。（1）闪燃：可燃液体的蒸发（包括可升华固体的蒸气）与空气混合后，遇到明火而引起瞬间（延续时间少于5S）燃烧。闪点：液体能发生闪燃的最低温度，称为该液体的闪点。知识点：闪燃往往是着火的先兆，可燃液体的闪点越低，越易着火，火灾危险性越大。能蒸发出蒸气的固体，也会发生闪燃现象，如石蜡、萘等。（2）、着火与燃点着火：可燃物质在有足够助燃物（如充足的空气、氧气）的情况下，有点火源作用引起的持续燃烧现象。燃点（着火点）：使可燃物质发生持续燃烧的最低温度。知识点：燃点越低，越容易着火。（3）可燃液体的闪点与燃点的区别A、在燃点时燃烧不仅是蒸气，而且液体（即液体已达到燃烧温度，可提供保持稳定燃烧蒸气）。B、在闪点时移去火源后，闪燃就熄灭；而在燃点时则能继续燃烧。知识点：应用：控制可燃物质的温度在燃点以下是预防发生火灾的措施之一。用冷却法灭火，其原理就是将燃烧物质的温度降低到燃点以下，使燃烧停止。(4)自燃可燃物质受热升温而不需明火作用就能自行着火燃烧的现象.自然点:可燃物质发生自燃的最低温度。知识点：自燃点越低，则火灾危险性越大。二、爆炸的基本知识爆炸是物质在瞬间以机械功的形式释放出大量气体和能量的现象。爆炸的外在主要特征：压力急剧升高。本质特征：（1）爆炸性强（2）敏感度高1、爆炸的分类：（1）按照爆炸能量来源的不同分类：A、物理性爆炸：是由物理因素（如温度、体积、压力）变化而引起的爆炸现象。特征：爆炸前后物质化学成分不改变。如锅炉、煤气瓶。B、化学性爆炸：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。特征：爆炸前后，物质的性质和化学成分均发生了根本的变化。（2）按照爆炸的瞬时燃烧速度分类（1）轻爆：指物质爆炸时的燃烧速度为每秒零点几米到数米。特点：无多大破坏力，声响也不大。（2）爆炸：指物质爆炸时的燃烧速度为每秒十几米到数百米。特点：爆炸时爆炸点压力剧增，有较大的破坏力，有震耳的声响。（3）爆轰：指物质爆炸时的燃烧速度为每秒一千米到数千米以上的爆炸过程。特点：突然引起极高的压力，并产生超音速的冲击波，能引起该处的其他爆炸性气体混合物发生爆炸。2、化学性爆炸物质按爆炸时所进行的化学反应，化学性爆炸物质可分为以下几种。(1)、简单分解的爆炸物这类物质爆炸时分解为元素，并在分解过程中产生热量。如乙炔酮、碘化氮等。这类物质不稳定，在受到摩擦、撞击，甚至轻微震动可能发生爆炸。（2）复杂分解的爆炸物这类物质包括各种含氧炸药，其危险性较简单分解的爆炸物稍低，含氧炸药在发生爆炸时拌有燃烧反应，燃烧所需的氧由物质本身分解供给。如硝化棉、苦味酸等。（3）可燃物混合物指由可燃物质与助燃物质组成的爆炸物质。所有可燃气体、蒸汽和可燃粉尘与空气（氧气）组成的混合物均为这类。知识点：通常称可燃性混合物为有爆炸危险物质，只有在适当条件下，才会成为危险的物质。条件是：可燃物质的浓度、氧化剂的浓度以及点火能量等。3、爆炸极限（1）可燃气体、蒸汽或可燃粉尘与空气组成的混合物，并不是在任何浓度下都会燃烧或爆炸，而且必须在一定的范围内才能发生燃烧和爆炸。混合的比例不同，爆炸的危险程度也不同。所以，可燃混合物有一个发生燃烧和爆炸的范围，既有一个最低含量和最高含量。混合物中的可燃物只有在这两个含量之间，才会有燃爆危险。爆炸上限:空气中可燃性气体，蒸气或薄雾的浓度，高于该浓度就不能形成爆炸性气体环境。爆炸下限:空气中可燃性气体，蒸气或雾的浓度，低于该浓度就不能形成爆炸性气体环境.可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限和着火上限。在低于爆炸下限和高于爆炸上限浓度时，既不爆炸，也不着火。这是由于前者的可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延；而后者则是空气不足，导致火焰不能蔓延的缘故。当可燃物的浓度大致相当于反应当量浓度时，具有最大的爆炸威力(即根据完全燃烧反应方程式计算的浓度比例)。爆炸极限：H2是4%-75%CH4是5%-15%CO是12.5%-74%液化石油气1.7%-9.7%。爆炸极限的单位气体或蒸气的爆炸极限的单位，是以在混合物中所占体积的百分比(％)来表示的，如氢与空气混合物的爆炸极限为4％～75％。可燃粉尘的爆炸极限是以混合物中所占体积的质量比g／m3来表示的，例如铝粉的爆炸极限为40g／m3。知识点：可燃物质混合物的爆炸下限越低，爆炸极限范围越宽，其爆炸的危险性越大。注意：但在爆炸上限的混合物决不是安全的，因为，一旦补充进空气就具有了危险性。（2）影响爆炸的因素平时所查到的数据是在常温常压下的爆炸极限。爆炸极限会随着温度、压力及其他因素发生变化时，发生变化。知识点如下：A、温度：一般情况下，爆炸性混合物的原始温度越高，爆炸极限范围越大，所以，温度升高会使爆炸的危险性增大。B、压力：一般情况下，压力越高，爆炸极限范围越大，尤其爆炸上限显著提高。所以，减压操作，有利于减少爆炸的危险性。C、惰性介质：一般情况，加入可以缩小爆炸极限范围，当其浓度高到一定数值时可使混合物不发生爆炸。D、杂物：影响复杂，有时少量混入，会引起剧烈爆炸。如：H2S混入（少量）会降低水煤气在空气混合物中的燃点，更易爆炸。E、容器：大小有关。越小，混合物的爆炸极限范围则越低。临界直径或最大灭火间距：指容器直径或火焰通道小到一定数值时，火焰不能蔓延，可消除爆炸危险。这时容器直径为临界直径。F、氧含量：混合物中含氧量增加，爆炸极限范围扩大，尤其是爆炸上限显著提高。G、点火源：它的能量、热表面的面积，点火源与混合物的作用时间等均对爆炸极限有影响。各种爆炸性混合物都有一个最低引爆能量，即点火能量。它是混合物爆炸危险性的一项重要参数。知识点：爆炸性混合物的点火能量越小，其燃烧爆炸性越大。4、粉尘爆炸（1）粉尘爆炸是粉尘粒子表面和氧作用的结果。形成过程：当粉尘表面达到一定温度时，由于热分解或干馏作用，粉尘表面释放出可燃气体，这些气体与空气形成爆炸性混合物，而发生爆炸。实质：粉尘爆炸是气体爆炸。粉尘表面温度升高的原因是热辐射的作用。（2）影响因素知识点：A、物质化学反应：燃烧热越大的粉尘越易引起爆炸。氧化速度越大的粉尘越易引起爆炸。越易带静电的粉尘越易引起爆炸。粉尘所含的挥发度越大越易引起爆炸。B、粉尘颗粒大小：比表面积越大，化学活性越强，燃点越低，粉尘爆炸下限越小，爆炸危险性越大。爆炸粒径范围在：0.1—100um左右。C、粉尘的悬浮性：粉尘悬浮性越好，在空气中停留时间越长，爆炸危险性越大。悬浮性与颗粒大小、密度、形态等因素有关。D、空气中粉尘的浓度：表示mg/m3粉尘爆炸也有一定的浓度范围，即爆炸上下限，一般只表示下限。爆炸极限范围越宽，其爆炸的危险性越大。第二节火灾爆炸危险性分析一、产生和贮存的火灾爆炸危险性分类分为五类：甲、乙、丙、丁、戊。具体各类特征与建筑设计防火规范（GBJ16）中生产的火灾危险性的五类一样。知识点：上述分类是确定建筑物的耐火等级、布置工艺、选择电气设备类型以及采取防火防爆措施的重要依据。二、爆炸和火灾危险场所的区域划分类别1特征：有可燃气体或易燃液体蒸气爆炸危险场所。分级：0区特征：正常情况下，能形成爆炸性混合物的场所。1区特征：正常情况下，不能形成爆炸性混合物的场所，但在不正常情况下，能形成爆炸性混合物的场所。2区特征：不正常情况下，整个空间形成爆炸性混合物可能性较小的场所。类别2特征：有可燃粉尘或可燃纤维爆炸危险场所。分级：10区特征：正常情况下，能形成爆炸性混合物的场所。11区特征：正常情况下，仅在不正常情况下，才能形成爆炸性混合物的场所。类别3特征：有火灾危险性的场所。分级：21区特征：在生产过程中，生产、使用、贮存和输送闪点高于场所环境温度的可燃液体。22区特征：在数量上和配置上能引起火灾危险的场所。23区特征：在生产过程中，不可能形成爆炸性混合物的可燃粉尘和可燃纤维，在数量上和配置上能引起火灾危险的场所。有固体可燃物质在数量上和配置上能引起火灾危险的场所。II类危险场所的分级如下表：II类危险场所的等级场所特征0区在正常情况下，爆炸性气体混合物连续地短时频繁地出现或长时间存在的场所1区在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所2区在正常情况下，爆炸性气体混合物不能出现，仅在不正常情况下偶尔短时间出现的场所。粉尘危险场所分级如下表20区在正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现，其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部21区在正常运行过程中可能出现的粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区的场所。22区在异常情况下，可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在、或可燃性粉尘偶尔出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所注意：正常情况指正常的开车、停车、运转等管道正常泄漏。不正常情况指装置损坏、误操作、及装置上拆卸、检修、维护不当泄漏等。第三节点火源的控制化工生产中点火源主要包括：明火、高温表面、电气火花、静电火花、冲击与摩擦、化学反应热、光线及射线等。对点火源的控制是防止燃烧和爆炸的重要环节。一、明火：有加热用火、维修用火、烟囱飞火、机动车尾气火、烟头等。二、高温表面有加热装置、高温物料输送管线、机泵、照明灯具的外壳或表面等都有很高的温度。要注意通风、散热、并有隔离物阻止可燃物落在上面，