燃烧和爆炸与防火防爆安全技术

第四章燃烧和爆炸与防火防爆安全技术第一节燃烧要素和燃烧类别第二节燃烧过程和燃烧原理第三节燃烧的特征参数第四节爆炸及其类型第五节爆炸极限理论与计算第六节燃烧性物质的贮存和运输第七节爆炸性物质的贮存和销毁第八节燃烧和爆炸事故的调查与分析第九节火灾爆炸危险与防火防爆措施第十节有火灾爆炸危险物质的加工处理第十一节燃烧爆炸敏感性工艺参数的控制第十二节火灾和爆炸的局限化措施第十三节灭火剂与灭火设施第一节燃烧要素和燃烧类别一、燃烧概述•燃烧是可燃物质与助燃物质(氧或其他助燃物质)发生的一种发光发热的氧化反应。•燃烧的四个要点：可燃物质存在助燃物质存在发生氧化反应伴有发光发热4要点同时成立的才为燃烧。如，氢在氯中燃烧。金属和酸反应非燃烧。灯泡中的灯丝非燃烧。•所有物质分为可燃物质、难燃物质和不可燃物质三类。•可燃物质是指在火源作用下能被点燃，并且当点火源移开后能继续燃烧直至燃尽的物质；•难燃物质为在火源作用下能被点燃，当点火源移开后不能维持继续燃烧的物质；•不可燃物质是指在正常情况下不能被点燃的物质。•可燃物质是防火防爆的主要研究对象。•缺少三个要素中的任何一个，燃烧便不会发生。此外，燃烧反应在温度、压力、组成和点火能等方面都存在极限值。只有达到相应条件，才会引发燃烧。如果可燃物质和助燃物质在某个浓度值以下，或者火源不能提供足够的温度或热量，即使表面上看似乎具备了燃烧的三个要素，燃烧仍不会发生。•对已发生的燃烧，若消除了三个要素中的任何一个，燃烧便会中止，这就是灭火的原理。助燃物质火源可燃物质可燃物质(一切可氧化的物质)、助燃物质(氧化剂)和火源(能够提供一定的温度或热量)，是可燃物质燃烧的三个基本要素。二、燃烧要素燃料、氧和火源1燃料：防火的一个重要内容是考虑燃烧的物质，即燃料本身。•按物理状态可分为气态、液态和固态三类•处于蒸气或其他微小分散状态的燃料和氧之间极易引发燃烧。•排除潜在火险对于防火安全是重要的。2．氧和热•几乎所有的燃烧都需要氧。而且，反应气氛中氧的浓度越高，燃烧得就越迅速。工业上很难调节加工区氧的浓度，为此，加工物料需要在真空容器或充满惰性气体，如氩、氦和氮的容器内进行。如：点燃的蜡烛用玻璃罩罩起来，不使空气进入，短时间内，蜡烛就会熄灭，一般可燃物质在空气中的氧含量低于16％时，就不能发生燃烧。•热是燃烧伴生的一个重要结果。为了使工业装置免受燃烧的破坏、经常需要调节和控制释放出的热量。热量可以由不同的点火源提供，如高的环境温度、热表面、机械摩擦、火花或明火等等。如：从烟囱冒出来的碳火星，温度约有600℃，已超过了一般可燃物的燃点，如果这些火星落在易燃的柴草或刨花上，就能引起燃烧，这说明这种火星所具有的温度和热量能引起这些物质的燃烧；如果这些火星落在大块木料上，就会很快熄灭，不能引起燃烧，这就说明这种火星虽有相当高的温度，但缺乏足够的热量，因此不能引起大块木料的燃烧。3．火源(1)明火在易燃液体装置附近，严禁明火，如喷枪、火柴、电灯、焊枪、探照灯、手灯、手炉等，(2)电源是电力供应和发电装置，以及电加热和电照明设施(3)过热(4)热表面(5)自燃(6)火花(7)静电由于摩擦而在物质表面产生电荷即所谓静电(8)摩擦许多起火是由机械摩擦引发的•指能够使可燃物与助燃物(包括某些爆炸性物质)发生燃烧或爆炸的能量来源。•根据产生能量的方式的不同，点火源可分成八类：炽热源•案例：静电引起的爆炸某煤气公司在给给50立方米的液化石油气卧罐充装时，其中一只过充，忙乱时未关闭阀门就拔掉气管，静电引然着火，烧毁厂房设备等，并有人员伤亡。事故原因：操作不当高危场所未预防静电化工企业静电产生的形式：物料流动产生静电积聚，在塑料管中流速4.5m/s就会产生静电物料高速旋转产生静电，反应釜、离心机中易积聚静电身上的化纤、毛料衣物摩擦产生静电三、燃烧形式可燃物质和助燃物质存在的相态、混合程度和燃烧过程不尽相同，其燃烧形式是多种多样的。1．均相燃烧和非均相燃烧按照可燃物质和助燃物质相态的不同，分：•均相燃烧是指可燃物质和助燃物质间的燃烧反应在同一相中进行，如氢气在氧气中的燃烧，煤气在空气中的燃烧。•非均相燃烧是指可燃物质和助燃物质并非同相，如石油(液相)、木材(固相)在空气(气相)中的燃烧。与均相燃烧比较，非均相燃烧比较复杂，需要考虑可燃液体或固体的加热，以及由此产生的相变化。按照可燃气体的燃烧过程不同，分：•混合燃烧：可燃气体与助燃气体预先混合而后进行的燃烧。速度快、温度高，一般爆炸反应属于这种形式•扩散燃烧：可燃气体由容器或管道中喷出，与周围的空气(或氧气)互相接触扩散而产生的燃烧。（可燃性气体与周围空气一边混合一边燃烧）在扩散燃烧中，由于与可燃气体接触的氧气量偏低，通常会产生不完全燃烧的炭黑。2．混合燃烧和扩散燃烧(可燃性气体的燃烧)•蒸发燃烧:可燃液体蒸发出的可燃蒸气的燃烧。通常液体本身并不燃烧，只是由液体蒸发出的蒸气进行燃烧。而硫磺和萘这类可燃固体是先熔融、蒸发，而后进行燃烧，也可视为蒸发燃烧•分解燃烧：固体或不挥发性液体经热分解产生的可燃气体的燃烧。如木材和煤大都是由热分解产生的可燃气体进行燃烧。。•表面燃烧：当可燃固体燃烧至分解不出可燃气体时，便没有火焰，燃烧继续在所剩固体的表面进行的燃烧。金属燃烧即属表面燃烧，无气化过程，无需吸收蒸发热，燃烧温度较高。3.蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧（可燃液体和可燃固体的燃烧）火焰型燃烧四、燃烧类别、类型及其特征参数1．易燃物质燃烧类别依据可燃物质的性质，燃烧一般可划分为四个基本类别，而每一类别还包含着不同类型的燃烧(1)A类燃烧A类燃烧定义为如木材、纤维织品、纸张等普通可燃物质的燃烧。此类燃烧都生成灼烧余烬，如木炭。(2)B类燃烧B类燃烧定义为易燃石油制品或其他易燃液体、油脂等的燃烧。工艺上易燃气体不届于任何燃烧类别，但实际上应当作B类物质处理。(3)C类燃烧定义为供电设备的燃烧。(4)D类燃烧定义为可燃金属的燃烧。2．燃烧类型及其特征参数如果按照燃烧起因，燃烧可分为闪燃、点燃和自燃三种类型。闪点、着火点和自燃点外别是上述三种燃烧类型的特征参数。(1)闪燃和闪点•可燃液体表而的蒸气与空气形成的混合气体与火源接近时会发生瞬间燃烧，出现瞬间火苗或闪光的现象称为闪燃(延续时间小于5秒)。•闪燃的最低温度称为闪点（P16）。如60%的乙醇的闪点为22.5℃。•可燃液体的温度高于其闪点时，随时都有被火点燃的危险。•闪点这个概念主要适用于可燃液体，某些可燃固体，如樟脑和萘等，也能蒸发或升华为蒸气，因此也有闪点。闪点小于或等于45℃的液体为易燃液体，闪点大于45℃的液体为可燃液体种类级别闪点（℃）举例易燃液体ⅠT≤28汽油、甲醇、乙醚、苯、丙酮、二硫化碳、煤油、丙醇等Ⅱ28T≤45可燃液体Ⅲ45T≤120戊醇、柴油、重油等ⅣT120植物油、矿物油、甘油等可燃液体之所以会发生一闪即灭的闪燃现象，是因为它在闪点的温度下蒸发速度较慢，所蒸发出来的蒸气仅能维持短时间的燃烧，来不及提供足够的蒸气补充维护稳定的燃烧。液体根据闪点分类分级(2)点燃和着火点•可燃物质在空气充足的条件下，达到一定温度与火源接触即行着火，移去火源后仍能持续燃烧达5min以上，这种现象称为点燃。点燃的最低温度称为着火点。如木材的着火点为295℃。•可燃液体的着火点约高于其闪点5—20℃。但闪点在l00℃以下时，二者往往相同。•在没有闪点数据的情况下，也可以用着火点表征物质的火险。物质名称燃点（0c）物质名称燃点（0c）黄磷34-60布匹200松节油53麦草200樟脑70硫207灯油86豆油220赛璐珞100烟叶220橡胶120松木250纸张130胶布325漆布165涤纶纤维390蜡烛190棉花210可燃液体的闪点与燃点的区别：•在燃点时燃烧的不仅是蒸气，而是液体（即液体已达到燃烧的温度，可提供保持稳定燃烧的蒸气）。•在闪点时移去火源后闪燃即熄灭，而在燃点时则能继续燃烧(3)自燃和自燃点•在无外界火源的条件下，物质自行引发的燃烧称为自燃。•自燃的最低温度称为自燃点。如常压下汽油的自燃点为480℃。•物质自燃有受热自燃和自热燃烧两种类型。①受热自燃。可燃物质在外部热源作用下温度升高，达到其自燃点而自行燃烧称之为受热自燃。②自热燃烧。可燃物质在无外部热源的影响下，其内部发生物理、化学或生化变化而产生热量，并不断积累使物质温度上升，达到其自燃点而燃烧，称为自热燃烧。物质的燃点、自燃点和闪点的关系:•易燃液体的燃点比闪点约高5～20℃，而闪点愈低，二者的差距愈小。在开口的容器中作实验时，很难区别出它们的闪点与着火点。•可燃液体中闪点在100℃以上者，燃点与闪点的差数可达30℃或更高。•一般来说，液体燃料的密度越小，闪点越低，而自燃点越高；液体燃料的密度越大，闪点越高，而自燃点越低。物质闪点/0c自燃点/0c汽油28510-530煤油28-45380-425轻柴油45-120350-380重柴油120300-330蜡油120300-320渣油120230-240第三节燃烧的特征参数一、燃烧温度•可燃物质燃烧所产生的热量在火焰燃烧区域释放出来，火焰温度即为燃烧温度。•一般来说燃烧温度取决于可燃物质的燃烧速度和燃烧程度。总之，可燃物质的焓值越大，燃烧时温度就越高，燃烧蔓延的速度就越快。燃烧温度燃烧速度相互促进二、燃烧速率1、气体燃烧速率：•单位时间内燃烧表面的火焰沿垂直于表面的方向向未燃烧部分传播的距离，m/s。•管道中气体的燃烧速率与管径有关。当管径小于某个小的量值时，火焰在管中不传播；若管径大于这个小的量值．火焰传播速率随管径的增加而增加，但当管径增加到某个量值时，火焰传播速率便不再增加，此时即为最大燃烧速率。max2、液体燃烧速率液体燃烧速率取决于液体的蒸发。两种表示方法(1)质量速率：每平方米可燃液体表面，每小时烧掉的液体的质量，kg/m2.h。(2)直线速率：每小时烧掉可燃液层的高度，单位为m/h。火焰沿液面蔓延的速率决定于液体的初温、热容、蒸发潜热以及火焰的辐射能力。max3、固体燃烧速率•固体燃烧速率，一般要小于可燃液体和可燃气体。不同固体物质的燃烧速率有很大差异。•取决于燃烧比表面积,即燃烧表面积与体积的比值越大，燃烧速率越大，反之，则燃烧速率越小三、燃烧热•单位质量的物质在25℃的氧中燃烧释放出的热量。•可燃物质燃烧爆炸时所达到的最高温度、最高压力和爆炸力与物质的燃烧热有关。•从一般的物性数据手册中查阅。表某些可燃气体的热值第二节燃烧过程和燃烧原理一、燃烧过程可燃物质的燃烧一般是在气相进行的。由于可燃物质的状态不同，其燃烧过程也不相同。•气体最易燃烧，燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解，并使其达到着火点。气体在极短的时间内就能全部燃尽。•液体在火源作用下，先蒸发成蒸气，而后氧化分解进行燃烧。与气体燃烧相比，液体燃烧多消耗液体变为蒸气的蒸发热。•固体燃烧有两种情况：对于硫、磷等简单物质，受热时首先熔化，而后蒸发为蒸气进行燃烧，无分解过程；对于复合物质，受热时首先分解成其组成部分，生成气态和液态产物，而后气态产物和液态产物蒸气着火燃烧。•可见，任何可燃物质的燃烧都经历氧化分解、着火、燃烧等阶段。物质燃烧过程的温度变化如图示。•T初为可燃物质开始加热的温度。初始阶段，加热的大部分热量用于可燃物质的熔化或分解，温度上升比较缓慢。•T氧，可燃物质开始氧化。由于温度较低，氧化速度不快，氧化产生的热量尚不足以抵消向外界的散热。此时若停止加热，尚不会引起燃烧。•T自是理论上的自燃点，如继续加热，温度上升很快，到达T自，即使停止加热，温度仍自行升高，到达T自‘就着火燃烧起来。•T自‘是开始出现火焰的温度，为实际测得的自燃点。•T燃为物质的燃烧温度。•T自到T自‘何的时间间隔称为燃烧诱导期，在安全上有一定实际意义。初T氧T自T'自T燃TT燃烧诱导期二、燃烧的过氧化物理论•在燃烧反应中，氧首先在热能作用下被活化成过氧键－O－O－，可燃物质与过氧键加和成为过氧化物。过氧化物不稳定，在受热、撞击、摩擦等条件下，容易分解甚至燃烧或爆炸。•如氢和