安全工程-3-燃烧爆炸

1、Page 1 第一节 燃烧 燃烧：可燃物质与助燃物质发生的一种同时有发光、发热的氧可燃物质与助燃物质发生的一种同时有发光、发热的氧 化反应。化反应。 燃烧的特征 1）是一个剧烈的氧化还原反应）是一个剧烈的氧化还原反应 2）放出大量的热）放出大量的热 3）发出光）发出光 22 2 2 1 2 ;2 2 22 MgMgeOeO Mg OMgO 222 22HOH O 22 COCO 23 232FeClFeCl 22 2HClHCl 33 22 383()42CuHNOCu NOH ONO Page 2 1. 燃烧条件 必要条件：必要条件： 1）有可燃物质存在。）有可燃物质存在。如木材、乙醇、丙酮

2、、如木材、乙醇、丙酮、 甲烷、乙烯等甲烷、乙烯等 2）有助燃物质存在。）有助燃物质存在。常见的为空气和氧常见的为空气和氧 3）有导致燃烧的能源。）有导致燃烧的能源。即点火源，如撞击、即点火源，如撞击、 摩擦、明火、高温表面等。摩擦、明火、高温表面等。 充分条件：充分条件： 1）具备一定数量、浓度的可燃物、助燃物。）具备一定数量、浓度的可燃物、助燃物。 2）一定强度的引发能源。）一定强度的引发能源。 如：电焊渣，如：电焊渣，1200，可点燃易燃气体混合物，可点燃易燃气体混合物， 但不足以点燃木柴。但不足以点燃木柴。 氧浓度低于氧浓度低于14%，一般可燃物会熄灭，一般可燃物会熄灭 氢浓度低于氢浓度

3、低于4%，不会燃烧。，不会燃烧。 Page 3 2. 燃烧的三要素 n控制可燃物质燃烧的三要素。 1.可燃物可燃物 处于蒸汽或其他微小分散状态的燃料和氧极易发处于蒸汽或其他微小分散状态的燃料和氧极易发 生燃烧。生燃烧。 固体研磨成粉状或加热蒸发极易起火。固体研磨成粉状或加热蒸发极易起火。 液体根据闪点不同，表现不同。闪点越低，越易液体根据闪点不同，表现不同。闪点越低，越易 燃烧。燃烧。 n 通风及将易燃物料置于耐火建筑物中。通风及将易燃物料置于耐火建筑物中。 2.氧及热氧及热 氧浓度越高，燃烧越剧烈。氧浓度越高，燃烧越剧烈。 n 物料与空气隔绝，如氮气、氩气、氦气保护隔绝物料与空气隔绝，如氮气

4、、氩气、氦气保护隔绝 小火小火热传递热传递点燃更多的燃料点燃更多的燃料大火蔓延大火蔓延 Page 4 3.火源火源 明火明火 ：喷枪、火柴、电灯、焊枪、探照灯、手电筒、烟头等：喷枪、火柴、电灯、焊枪、探照灯、手电筒、烟头等 电源：电力供应和发电装置，以及电加热和电照明设施电源：电力供应和发电装置，以及电加热和电照明设施 使用防爆电机，防爆电控元件如断路器、开关、中继器、变压器等使用防爆电机，防爆电控元件如断路器、开关、中继器、变压器等 过热：过热指超出所需热量的温度点。应密切监视过热：过热指超出所需热量的温度点。应密切监视 热表面：易燃蒸汽与燃烧室、干燥器、烤炉、导线以及蒸汽管线接触，热表面：

5、易燃蒸汽与燃烧室、干燥器、烤炉、导线以及蒸汽管线接触， 引发易燃蒸汽着火。引发易燃蒸汽着火。 自燃：许多火灾是由物质自燃引起，并被附近的干燥器、烤箱、蒸汽管自燃：许多火灾是由物质自燃引起，并被附近的干燥器、烤箱、蒸汽管 等外部热量所加速。应避免废料、烂布条等的堆积，并注意管理和通风等外部热量所加速。应避免废料、烂布条等的堆积，并注意管理和通风 火花：机具及设备发生的火花，吸烟的热灰、锅炉及发动机的回火，都火花：机具及设备发生的火花，吸烟的热灰、锅炉及发动机的回火，都 是起火的潜在因素是起火的潜在因素 静电：由于摩擦而在物质表面产生静电。橡胶和造纸行业的许多火灾就静电：由于摩擦而在物质表面产生静

6、电。橡胶和造纸行业的许多火灾就 是以静电的方式引发的。湿度小是以静电的方式引发的。湿度小,人工加热时，静电起火更容易人工加热时，静电起火更容易 摩擦：机械摩擦如通风机叶片与保护罩的摩擦、润滑性差的轴承、研磨摩擦：机械摩擦如通风机叶片与保护罩的摩擦、润滑性差的轴承、研磨 或其他机械过程都能引发起火或其他机械过程都能引发起火 2. 燃烧的三要素 Page 5 如：丙酮在空气中的燃烧如：丙酮在空气中的燃烧 丙酮的闪点：丙酮的闪点：-11 防止丙酮燃烧防止丙酮燃烧4条件：条件： 1. 环境温度小于环境温度小于-11 2. 切断氧气供应切断氧气供应 3. 区域内清除任何形式的火源区域内清除任何形式的火源

7、 4. 区域内安装良好的通风设施区域内安装良好的通风设施 2. 燃烧的三要素 Page 6 3. 燃烧形式 1）均相燃烧和非均相燃烧 均相：均相： 可燃物质和助燃物质间的燃烧反可燃物质和助燃物质间的燃烧反 应在同一相中进行，如氢气在氧气中燃应在同一相中进行，如氢气在氧气中燃 烧，煤气在空气中燃烧。烧，煤气在空气中燃烧。 非均相：可燃物质和助燃物质并非同相，非均相：可燃物质和助燃物质并非同相， 如石油（液相），木材（固相）在空气如石油（液相），木材（固相）在空气 （气相）中的燃烧。与均相比较，非均（气相）中的燃烧。与均相比较，非均 相燃烧比较复杂，需要考虑可燃液体或相燃烧比较复杂，需要考虑可燃液

8、体或 固体的加热，以及由此产生的相变化。固体的加热，以及由此产生的相变化。 Page 7 3. 燃烧形式 2）混合燃烧和扩散燃烧 混合燃烧：可燃气体与助燃气体预先混合后混合燃烧：可燃气体与助燃气体预先混合后 进行的燃烧称为混合燃烧。混和燃烧速度进行的燃烧称为混合燃烧。混和燃烧速度 快，温度高，一般爆炸反应属于这种形式。快，温度高，一般爆炸反应属于这种形式。 扩散燃烧：扩散燃烧： 可燃气体由容器或管道中喷出，可燃气体由容器或管道中喷出， 与周围的空气（或氧气）相互接触扩散而与周围的空气（或氧气）相互接触扩散而 产生的燃烧称为扩散燃烧。由于与可燃气产生的燃烧称为扩散燃烧。由于与可燃气 体接触的氧气

9、量偏低，通常会产生不完全体接触的氧气量偏低，通常会产生不完全 燃烧的碳黑。燃烧的碳黑。 Page 8 3）蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧）蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧 蒸发燃烧：可燃液体蒸发出的可燃蒸汽的燃烧。蒸发燃烧：可燃液体蒸发出的可燃蒸汽的燃烧。 通常液体本身并不燃烧，只是由液体蒸发出的蒸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。如硫磺、萘这类可燃固体先熔融、气进行燃烧。如硫磺、萘这类可燃固体先熔融、 后蒸发，而后进行燃烧，可视为蒸发燃烧。后蒸发，而后进行燃烧，可视为蒸发燃烧。 分解燃烧：很多固体或不挥发性液体经热分解分解燃烧：很多固体或不挥发性液体经热分解 产生的可燃气体的

10、燃烧称为分解燃烧。如木材和产生的可燃气体的燃烧称为分解燃烧。如木材和 煤大都是热分解产生的可燃气体进行燃烧。煤大都是热分解产生的可燃气体进行燃烧。 3. 燃烧形式 Page 9 3）蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃）蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃 烧烧 表面燃烧：可燃固体和液体的蒸发燃烧和表面燃烧：可燃固体和液体的蒸发燃烧和 分解燃烧，均有火焰产生，属火焰型燃烧。分解燃烧，均有火焰产生，属火焰型燃烧。 当可燃固体燃烧至分解不出可燃气体时，当可燃固体燃烧至分解不出可燃气体时， 便没有火焰，燃烧继续在所生固体表面进便没有火焰，燃烧继续在所生固体表面进 行，称为表面燃烧，金属燃烧即属表面燃行，称为表面燃烧，金

11、属燃烧即属表面燃 烧，无气化过程，无需吸收蒸发热，燃烧烧，无气化过程，无需吸收蒸发热，燃烧 温度较高。温度较高。 3. 燃烧形式 Page 10 4. 燃烧类别、类型及特征燃烧类别、类型及特征 n根据国标，易燃物资燃烧划分为四个基本类别根据国标，易燃物资燃烧划分为四个基本类别 1.1.A A类燃烧类燃烧 木材、纤维织品、纸张等普通可燃物的燃烧。此类燃烧生成木材、纤维织品、纸张等普通可燃物的燃烧。此类燃烧生成 灼烧余烬，如木炭。灼烧余烬，如木炭。 2.2.B B类燃烧类燃烧 易燃石油制品或其他易燃液体、油脂等的燃烧。此类燃烧无易燃石油制品或其他易燃液体、油脂等的燃烧。此类燃烧无 灰烬。灰烬。 3

12、.3.C C类燃烧类燃烧 供电设备的燃烧。对该类燃烧，要注意灭火介质的电绝缘性。供电设备的燃烧。对该类燃烧，要注意灭火介质的电绝缘性。 4.4.D D类燃烧类燃烧 可燃金属的燃烧。如钠钾等低熔点金属的燃烧，融化后成为可燃金属的燃烧。如钠钾等低熔点金属的燃烧，融化后成为 低密度液体，使灭火干粉沉没，而液体金属仍暴露在空气中，低密度液体，使灭火干粉沉没，而液体金属仍暴露在空气中， 给灭火带来困难。金属与水的反应有时很剧烈，也会带来问给灭火带来困难。金属与水的反应有时很剧烈，也会带来问 题。高熔点金属会以：粉末型、薄片型、切削型、浇铸型、题。高熔点金属会以：粉末型、薄片型、切削型、浇铸型、 挤压型存

13、在。挤压型存在。 Page 11 n 燃烧类型及其特征燃烧类型及其特征 按燃烧起因，燃烧分为闪燃、点燃和自燃三种。闪点、按燃烧起因，燃烧分为闪燃、点燃和自燃三种。闪点、 着火点和自燃点分别是各燃烧类型的特征参数。着火点和自燃点分别是各燃烧类型的特征参数。 1. 闪燃（闪点）闪燃（闪点） 闪燃：可燃液体表面的蒸汽与空气形成的混合闪燃：可燃液体表面的蒸汽与空气形成的混合 物与火源接近时会产生瞬间燃烧，出现瞬间火物与火源接近时会产生瞬间燃烧，出现瞬间火 苗或闪光的现象。苗或闪光的现象。 2. 点燃（着火点）点燃（着火点） 点燃：可燃物质在空气充足的条件下，达到一点燃：可燃物质在空气充足的条件下，达到

14、一 定温度与火源接触即行着火，移去火源后仍能定温度与火源接触即行着火，移去火源后仍能 持续燃烧达持续燃烧达5分钟以上的现象。可燃液体的着分钟以上的现象。可燃液体的着 火点约高于其闪点火点约高于其闪点520，但闪点在，但闪点在100100以以 下时，二者往往相同。下时，二者往往相同。 4. 燃烧类别、类型及特征燃烧类别、类型及特征 Page 12 3.3.自燃和自燃点自燃和自燃点 在无外界火源的条件下，物质自行引发的燃烧。分受在无外界火源的条件下，物质自行引发的燃烧。分受 热自燃和自热自燃两种。热自燃和自热自燃两种。 n 受热自燃：可燃物质在外部热源的作用下温度升高，受热自燃：可燃物质在外部热源

15、的作用下温度升高， 达到其自燃点而自行燃烧。达到其自燃点而自行燃烧。 n 自热燃烧：可燃物质在无外部热源的影响下，其内自热燃烧：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。引起积累使物质温度上升，达到其自燃点而燃烧。引起 物质自热的原因：氧化热（如不饱和油脂）、分解物质自热的原因：氧化热（如不饱和油脂）、分解 热（塞璐路）、聚合热（液相氰化氢）、吸附热热（塞璐路）、聚合热（液相氰化氢）、吸附热 （活性碳）发酵热（植物）。（活性碳）发酵热（植物）。 n 影响自燃因素影响自燃因

16、素 热量生成速率、热量积累程度热量生成速率、热量积累程度 4. 燃烧类别、类型及特征燃烧类别、类型及特征 Page 13 可燃液体闪点与自燃点可燃液体闪点与自燃点 Page 14 4. 燃烧类别、类型及特征燃烧类别、类型及特征 3.3.自燃和自燃点自燃和自燃点 n 自燃点温度量值规律自燃点温度量值规律 压力高，燃点低。可燃气体与空气混合，其组成为化学计压力高，燃点低。可燃气体与空气混合，其组成为化学计 量比时，燃点最低，活性催化剂降低燃点，钝性催化剂量比时，燃点最低，活性催化剂降低燃点，钝性催化剂 提高燃点。提高燃点。 Page 15 4. 燃烧类别、类型及特征燃烧类别、类型及特征 3.3.自

17、燃和自燃点自燃和自燃点 n自燃点温度量值规律自燃点温度量值规律 有机物，同系物自燃点随分子量增加而下降；支链燃点低有机物，同系物自燃点随分子量增加而下降；支链燃点低 于其他异构物；饱和烃比相应不饱和烃燃点高，芳香烃于其他异构物；饱和烃比相应不饱和烃燃点高，芳香烃 燃点高于同碳脂肪烃燃点燃点高于同碳脂肪烃燃点 Page 16 n 可燃性固体粉碎的越细，粒度越小，自燃点越低。固可燃性固体粉碎的越细，粒度越小，自燃点越低。固 体受热分解，产生气体量越大，自燃点越低。体受热分解，产生气体量越大，自燃点越低。 Page 17 5、燃烧过程和燃烧原理、燃烧过程和燃烧原理 1）燃烧过程）燃烧过程 Page

18、18 燃烧过程温度变化 T初:可燃物开始加热时的温度，热量 用于熔化、蒸发或分解. T氧:可燃物开始氧化。温度较低，氧 化速度不快，氧化所产生的热量还较 少，若此时停止加热，仍不致引起燃 烧。如继续加热，则氧化反应速度加 快,温升加快 T自:氧化产生热量的速度与向环 境散发热量的速度相等；若温度升高， 平衡打破，即使不再加热，温度也能 自行上升,理论上自燃点 T自:出现火焰并燃烧,实测自燃点 T燃:燃烧温度 Q诱:着火延滞期,燃烧诱导期 Page 19 燃烧过程活化能理论燃烧过程活化能理论 标准状况下，1dm3 分子碰撞1028次/秒。 活化分子碰撞才能 引发化学反应。 Qv=E2- E1 明

19、火下，分子获得 能量称为活化分子。 Page 20 燃烧过程活化能理论燃烧过程活化能理论 燃烧反应中，氧首先在热能作用下活化而形成过氧健，燃烧反应中，氧首先在热能作用下活化而形成过氧健， 在受热、撞击、摩擦等条件下，容易分解甚至燃烧在受热、撞击、摩擦等条件下，容易分解甚至燃烧 爆炸。爆炸。 燃烧的过氧化物理论燃烧的过氧化物理论 2222 2222 2 HOH O H OHH O OO, ROOR, Page 21 连锁反应：活性分子自由基与分子反应产生新 的自由基，新自由基继续反应形成连锁反应。分 直链和支链两种。 直链：自由基与价饱和的分子反应时活化能很：自由基与价饱和的分子反应时活化能很

20、低，反应后仅仅生成一个新的自由基。低，反应后仅仅生成一个新的自由基。 氯和氢的反应，一个光子通过链的传递氯和氢的反应，一个光子通过链的传递,生成生成 上万个氯化氢分子。上万个氯化氢分子。 燃烧的连锁反应理论燃烧的连锁反应理论 Page 22 n支链反应：一个自由基生成一个以上的自由基支链反应：一个自由基生成一个以上的自由基 活性中心。反应分为活性中心。反应分为3个阶段：个阶段： 燃烧的连锁反应理论 Page 23 燃烧特征参数燃烧特征参数 n燃烧温度燃烧温度 可燃物质燃烧所产生的热量在火焰燃烧区释放出来，可燃物质燃烧所产生的热量在火焰燃烧区释放出来， 火焰温度既是燃烧温度。火焰温度既是燃烧温度

21、。 Page 24 燃烧特征参数燃烧特征参数 n 燃烧速率：燃烧表面的火焰沿垂直于表面的燃烧速率：燃烧表面的火焰沿垂直于表面的 方向向未燃烧的部分传递的速率。方向向未燃烧的部分传递的速率。 1. 气体燃烧速率气体燃烧速率 气体燃烧无需像固体、液体那样经融化、蒸发过程，气体燃烧无需像固体、液体那样经融化、蒸发过程， 因此燃烧速率很快。单质燃烧比化合物快。因此燃烧速率很快。单质燃烧比化合物快。 气体燃烧时，扩散燃烧速率取决于气体扩散速率，气体燃烧时，扩散燃烧速率取决于气体扩散速率， 而混合燃烧速率则取决于本身的化学反应速率。而混合燃烧速率则取决于本身的化学反应速率。 管道内燃烧速率与管径有关，管径

22、小于某值，火焰管道内燃烧速率与管径有关，管径小于某值，火焰 不能传播。大于某值，传播速度不再增加。即不能传播。大于某值，传播速度不再增加。即 最大燃烧速率最大燃烧速率 Page 25 2.液体燃烧速率液体燃烧速率 液体燃烧速率取决于液体的蒸发。液体燃烧速率取决于液体的蒸发。 质量速率质量速率 kg.m-2.h-: 每平方米可燃液体表面每小时烧掉的液体每平方米可燃液体表面每小时烧掉的液体 质量质量 直线速率直线速率 m. h-：每小时烧掉可燃液体的高度：每小时烧掉可燃液体的高度 3.固体燃烧速率固体燃烧速率 固体燃烧速率小于液体和气体。燃烧过程经过受热融化、蒸发固体燃烧速率小于液体和气体。燃烧过

23、程经过受热融化、蒸发 气化、分解氧化、起火燃烧，一般速率较慢。但其他固体气化、分解氧化、起火燃烧，一般速率较慢。但其他固体 可燃物，如硝基化合物、含硝化纤等，其燃烧是分解式的，可燃物，如硝基化合物、含硝化纤等，其燃烧是分解式的， 燃烧剧烈，速度快。燃烧剧烈，速度快。 Page 26 燃烧热燃烧热 n 可燃物质燃烧时所达到的最高温度、最高压力和爆炸力与物质的燃烧热相关。 n 高热值：单位质量的燃料完全燃烧，生成的水蒸气全部冷凝 成水时放出的热 量 n 低热值：生成的水蒸气不冷凝时放出的热量 Page 27 IKA C5000 标准型氧弹量热仪 Page 28 火灾案例：误操作火灾案例：误操作 n

24、 润滑脂与氯反应发生火灾润滑脂与氯反应发生火灾 While attempting to free up a 2-inch (5 cm) plug valve in chlorine service, which was becoming difficult to use, a chemical process operator located a lubricant gun that was marked for chlorine service. The operator checked the cartridge, and it was properly labeled as the sp

25、ecified chlorine-compatible grease, The operator connected the grease gun to the valve fitting and hand pumped in a small amount of grease. Before the operator could disconnect the grease gun, a mild explosion occurred. Evidence showed that someone had contaminated the gun with hydrocarbon grease. T

26、he rapid chlorination of the hydrocarbon grease created destructive pressures high enough to blow a 3/4-inch (2 cm) hole in the bottom of the plug cock body. Some chlorine escaped from the system via the damaged valve, but no one was injured. The chemical process operator did everything correctly. H

27、owever, someone else in the organization apparently did not understand the dangers when he previously violated good practice and used the grease gun for hydrocarbon grease service. Page 29 A major fire erupted in a nonflammable solvents manufacturing unit in a U.S. Gulf Coast chemical complex. A fur

28、nace tube in a natural-gas-fired heater ruptured due to overheating. At least 1,800 gallons (6,800 L) of a combustible heat-transfer fluid spilled and burned intensely. Within about 25 minutes, the intense hot fire damaged four levels of structure and associated process equipment. The plant on-site

29、emergency squad quickly and properly responded. However, the price tag for short-lived incident was over $1.5 million in direct property damage and over $4 million in business interruption (U.S., 1979). Fortunately, there were no injuries. Within 20 to 35 minutes after the heater was fired, a fire-w

30、ater sprinkler system tripped. A heater flame failure alarm occurred a short time later. Witnesses stated flames were over 50-ft. (15m) high in approximately five seconds after the tube ruptured. The fire damages were the greatest on the third and fourth levels of the process unit as 10- to 12-mph w

31、inds carried flames and destructive heat into the unit. 火灾案例：炉管烧穿火灾案例：炉管烧穿 Page 30 南京闹市煤气管断裂引爆炸 07年2月5日凌晨6：00左右，南京汉中路牌楼巷与汉中路交叉路口北侧，正在施 工的南京地铁二号线出现渗水塌陷，造成天然气管道断裂爆炸。事故导致附近 5000多户居民停水、停电、停气，附近的金鹏大厦被爆燃的火苗“袭击”，事故 没有造成人员伤亡。上午10点左右，记者在现场看到，路面被炸出一个深五六米、 宽十米左右的大坑 东方早报 070206 Page 31 3. 爆炸类型 2） 按产生的原因和性质分类：物理

32、爆炸、化学爆炸、原子爆炸 n 物理爆炸：物质的物理状态发生急剧变化而引起的爆炸。物理爆炸：物质的物理状态发生急剧变化而引起的爆炸。 n 特征：系统内物质化学组成与化学性质不变特征：系统内物质化学组成与化学性质不变 n 化学爆炸：物质发生急剧的化学反应，产生高温高压而引起的爆炸。化学爆炸：物质发生急剧的化学反应，产生高温高压而引起的爆炸。 n 特征：系统内物质化学组成与化学性质发生变化特征：系统内物质化学组成与化学性质发生变化 1. 简单分解爆炸：爆炸物在爆炸时分解为较小的分子或其组成元素，爆炸物组成中简单分解爆炸：爆炸物在爆炸时分解为较小的分子或其组成元素，爆炸物组成中 如果没有氧，则不会发生

33、燃烧现象。爆炸所需能量由爆炸物分解产生。如叠氮化如果没有氧，则不会发生燃烧现象。爆炸所需能量由爆炸物分解产生。如叠氮化 合物和乙炔类化合物。轻微震动即可引发爆炸合物和乙炔类化合物。轻微震动即可引发爆炸 2. 复杂分解爆炸：爆炸时有燃烧现象，燃烧所需氧由自身供给。如硝化甘油的爆炸。复杂分解爆炸：爆炸时有燃烧现象，燃烧所需氧由自身供给。如硝化甘油的爆炸。 n 爆炸物品大都有如下结构：爆炸物品大都有如下结构： 3. 爆炸性混合物爆炸：至少由爆炸性混合物爆炸：至少由2种化学上不相关的组成所构成的系统的爆炸。混合物种化学上不相关的组成所构成的系统的爆炸。混合物 之一为富含氧的物质；另一组分则相反。之一为

34、富含氧的物质；另一组分则相反。 混合物：气态、液态、固态或多相系统混合物：气态、液态、固态或多相系统 62 3PbNPbN 震动 3522222 ()32.51.50.25C H ONOCOH ONO 引爆 3 33 ; (); (); ()(); ; () NONNNONC ClONXCCNN 叠氮雷酸盐 氯酸盐 ；氮卤化物重氮 Page 32 3. 爆炸性混合物爆炸爆炸性混合物爆炸 n 气相爆炸：混合气体爆炸、粉尘爆炸、气体分气相爆炸：混合气体爆炸、粉尘爆炸、气体分 解爆炸、喷雾爆炸解爆炸、喷雾爆炸 n 爆炸爆炸;燃烧速率数百米燃烧速率数百米/s, n 爆轰爆轰:冲击波传播速率冲击波传播速

35、率2-3 km/s以上以上,超音速超音速, n 殉爆殉爆:由爆轰引发的冲击波诱发的爆炸由爆轰引发的冲击波诱发的爆炸 n 液相爆炸：聚合爆炸（乙烯、乙炔）、液体混液相爆炸：聚合爆炸（乙烯、乙炔）、液体混 合爆炸（硝基苯、硝酸）合爆炸（硝基苯、硝酸） n 固相爆炸：爆炸物爆炸、固体混合爆炸、电流固相爆炸：爆炸物爆炸、固体混合爆炸、电流 过载引起电缆爆炸过载引起电缆爆炸 3. 爆炸类型 Page 33 3. 爆炸类型 222 C H2CH226kj 3）按爆炸反应物质分类 n 纯组元可燃气体分解爆炸 纯组元气体由于分解反应产生大量的热而引起的爆炸纯组元气体由于分解反应产生大量的热而引起的爆炸 n爆炸

36、临界压力爆炸临界压力:火焰能传播的最低压力火焰能传播的最低压力 n高压乙炔高压乙炔: n 可燃气体混合物爆炸 可燃气体或可燃液体蒸汽与助燃气体，如空气按一定可燃气体或可燃液体蒸汽与助燃气体，如空气按一定 比例混合，在引火源的作用下引起的爆炸。比例混合，在引火源的作用下引起的爆炸。 n 可燃粉尘爆炸 可燃固体的微细粉尘，以一定浓度呈悬浮状态分散在可燃固体的微细粉尘，以一定浓度呈悬浮状态分散在 空气等助燃气体中，在引火源作用下引起的爆炸。空气等助燃气体中，在引火源作用下引起的爆炸。 Page 34 3. 爆炸类型 3）按爆炸反应物质分类 n可燃液体雾滴爆炸 可燃液体在空气中被喷成雾状剧烈燃烧时引可

37、燃液体在空气中被喷成雾状剧烈燃烧时引 起的爆炸起的爆炸 n可燃蒸汽云爆炸 可燃蒸汽云：设备泄漏蒸汽喷出后所形成的滞可燃蒸汽云：设备泄漏蒸汽喷出后所形成的滞 留状态。密度比空气小的气体浮于上方，反之留状态。密度比空气小的气体浮于上方，反之 则沉于地面，滞留于低洼处，气体随风飘流形则沉于地面，滞留于低洼处，气体随风飘流形 成连续气流，与空气混合达到其爆炸极限，在成连续气流，与空气混合达到其爆炸极限，在 引火源的作用下即可引起爆炸。引火源的作用下即可引起爆炸。 Page 35 4. 爆炸极限及其计算爆炸极限及其计算 n爆炸极限爆炸极限 n 爆炸下限：可燃气体或蒸汽与空气（氧气）组成的爆炸爆炸下限：可

38、燃气体或蒸汽与空气（氧气）组成的爆炸 性混合物在点火后可以使火焰蔓延的最低浓度。性混合物在点火后可以使火焰蔓延的最低浓度。 n 爆炸上限：可使火焰蔓延的可燃气体或蒸汽的最高浓度。爆炸上限：可使火焰蔓延的可燃气体或蒸汽的最高浓度。 n 单位：体积分数（单位：体积分数（%）；浓度）；浓度 （g/m-3; mg/l) n爆炸极限影响因素爆炸极限影响因素 原始温度原始温度 ( )(25) ( )(25) 1 0.75(25) 4.1868/) 1 0.75(25) 4.1868/) / : Tc cT c LLTH LLTH HKJ mol TC 下下 上上 ：燃烧时的纯热量， 温度， Page 36

39、 4.1 4.1 爆炸极限影响因素爆炸极限影响因素 原始压力原始压力 压力增加，爆炸极限范围扩压力增加，爆炸极限范围扩 大，且上限的增加明显。大，且上限的增加明显。 压力减小，气体分子间距拉压力减小，气体分子间距拉 大，爆炸范围减小。大，爆炸范围减小。 临界压力：爆炸上下限重合。临界压力：爆炸上下限重合。 临界压力以下为不燃不爆区。临界压力以下为不燃不爆区。 ( ) 20.6(lg1) :; 1 p LLp PMPaLMPa 上上 上 绝压，：时的上限 Page 37 惰性介质惰性介质 加入惰性介质，爆炸加入惰性介质，爆炸 极限范围缩小，惰极限范围缩小，惰 性介质的性介质的提高到提高到 某数值

40、，可使混合某数值，可使混合 物不燃不爆物不燃不爆 4. 1 爆炸极限影响因素爆炸极限影响因素 Page 38 4.1 爆炸极限影响因素爆炸极限影响因素 容器大小的影响容器大小的影响 容器直径越小，爆炸范围越窄。容器直径越小，爆炸范围越窄。 传热理论：直径减小，单位体积气体消耗在管壁上的能量越多，热损失传热理论：直径减小，单位体积气体消耗在管壁上的能量越多，热损失 增加降低火焰传播速度并影响爆炸极限。增加降低火焰传播速度并影响爆炸极限。 器壁效应：按连锁反应理论，燃烧持续的条件是新生的自由基数量要等器壁效应：按连锁反应理论，燃烧持续的条件是新生的自由基数量要等 于或大于消失的自由基数。随着管径地

41、减小，自由基与器壁碰撞的于或大于消失的自由基数。随着管径地减小，自由基与器壁碰撞的 几率增加，与反应分子间的碰撞几率减小。当器壁间距缩小到一定几率增加，与反应分子间的碰撞几率减小。当器壁间距缩小到一定 数值时，器壁效应就会使火焰无法燃烧。数值时，器壁效应就会使火焰无法燃烧。 点火能源点火能源 点火能量增加，爆炸范围变宽。点火能量增加，爆炸范围变宽。 点燃能量对甲烷点燃能量对甲烷/空气混合物爆炸极限的影响空气混合物爆炸极限的影响(容器容器7L),1 atm 点燃能量点燃能量/JL下 下/% L上 上/% 点燃能量点燃能量/JL下 下/% L上 上/% 14.913.81004.2515.1 10

42、4.614.210003.617.5 Page 39 n最小引爆能量：对于一定浓度的爆炸性混合最小引爆能量：对于一定浓度的爆炸性混合 物，能引起该混合物爆炸的最低能量。物，能引起该混合物爆炸的最低能量。 Page 40 4.1 爆炸极限影响因素爆炸极限影响因素 火焰的传播方向火焰的传播方向(点火位置点火位置) 下部点火，火焰由下向上传播，爆炸下限最小，上限最大下部点火，火焰由下向上传播，爆炸下限最小，上限最大 上部点火，火焰由上向下传播，爆炸下限最大，上限最小。上部点火，火焰由上向下传播，爆炸下限最大，上限最小。 水平点火，爆炸上下限介于二者之间水平点火，爆炸上下限介于二者之间 火焰传播方向对

43、爆炸极限的影响火焰传播方向对爆炸极限的影响 气体名称气体名称 LFL/%UFL/% 氢氢4.158.86.575.074.5- 甲烷甲烷5.355.595.414.913.514.0 乙烷乙烷3.123.263.1515.010.212.9 戊烷戊烷1.421.48-74.54.64- 乙烯乙烯3.023.383.2034.015.523.7 丙烯丙烯2.182.262.229.707.49.3 丁烯丁烯1.71.81.759.66.39.0 乙炔乙炔2.62.782.6880.571.078.5 一氧化碳一氧化碳12.815.313.675.070.5- 硫化氢硫化氢4.35.855.345

44、.521.333.5 Page 41 4.1 爆炸极限影响因素爆炸极限影响因素 含氧量含氧量 空气中空气中(O(O2 2) )为为 21%21%，当混合气，当混合气 中中(O(O2 2) )增加时，增加时， 爆炸下限基本爆炸下限基本 不受影响，而不受影响，而 爆炸上限显著爆炸上限显著 增加。增加。 可燃气体在空气及氧气中的爆炸极限可燃气体在空气及氧气中的爆炸极限 物质物质空气中空气中氧气中氧气中 UFL/%LFL/%UFL/%LFL/% 甲烷甲烷145.3615.1 乙烷乙烷12.53.0663.0 丙烷丙烷9.52.255- 正丁烷正丁烷8.51.8491.8 异丁烷异丁烷8.41.8481

45、.8 丁烯丁烯9.62.0-3.0 1-丁烯丁烯9.31.6581.8 2-丁烯丁烯9.71.7551.7 丙烯丙烯10.32.4532.1 氯乙烯氯乙烯224704 氢氢754944 一氧化一氧化 碳碳 7412.59415.5 Page 42 4.2 爆炸极限的计算爆炸极限的计算 闪点法闪点法 易燃液体闪点时的饱和蒸汽分压对应着火的最低体积分数。易燃液体闪点时的饱和蒸汽分压对应着火的最低体积分数。 5 100 % 1.013 10 : p L p pPa pPa 闪 下 总 总 闪 ：混合气总压力，常压下为 闪点时该液体的蒸汽分压， Page 43 4.2 爆炸极限的计算爆炸极限的计算 3

46、8222 534C HOCOH O 1 4.03% 5 1 0.21 o C 0.550.55 4.03%2.2% o LC 下 例一：计算丙烷在空气中的爆炸下限 解： 按可燃气体完全燃烧时的化学当量计算 适用于确定链烷烃类的爆炸下限 1 0.55 1 0.21 : oo o o LCC n C 下 o ； 气体完全燃烧时的物质的量浓度 n: 完全燃烧所需的氧分子数 6.5 4.8 3.5 o o LL LC LC 下上 上 上 Page 44 n 例例1：已知乙醇的爆炸上限为：已知乙醇的爆炸上限为19%，求其爆炸上限温度，求其爆炸上限温度 n 解：解：C=P分 分/P总总=0.19 n P分

47、 分=0.19 1.0131.013105=19247 Pa n 由算图或物化手册查出由算图或物化手册查出19247 Pa对应的温度为对应的温度为42 Page 45 4.2 爆炸极限的计算爆炸极限的计算 复杂组分可燃气体混合物爆炸极限复杂组分可燃气体混合物爆炸极限 1 1 100% : : : mn i i i m i i LeChatelier L y L L L y 方程 混合物爆炸上限或下限 混合气中某一组分的爆炸上限或下限 某一可燃组分的摩尔分数或体积百分数 n: 可燃组分数 适用条件：各组分气体的活化能、摩尔燃烧热、活化概率比例常 数k 等近似相等,燃烧时不相互反应、无催化反应的混

48、合气 Page 46 4.2 爆炸极限的计算爆炸极限的计算 例例3：已知某混合气体的组成及：已知某混合气体的组成及 爆炸极限数据如下，问此混爆炸极限数据如下，问此混 合物有无爆炸危险。合物有无爆炸危险。 物质物质 /%/% LFL /% UFL /% 己烷己烷0.81.17.5 甲烷甲烷2.05.016 乙烯乙烯0.52.736 空气空气 97.6 0.8 24% 3.3 2.00.5 61%15% 3.33.3 己烷 甲烷乙烯 解： 先算出混合气体中可燃气体的 0.8 = 0.8+2.0+0.5 ； 1 1100 100%2.53% 246115 1.15.02.7 mn i i i L y

49、 L 下 下 1 1100 100%13.6% 246115 7.51536 mn i i i L y L 上 上 结论：因上述混合气共 含有3.3%的可燃组分， 它处于上下限之间，故 具有爆炸危险 Page 47 4.3 粉尘爆炸粉尘爆炸 n 粉尘爆炸：悬浮在空气中的可燃性固体颗粒，当其以粉尘爆炸：悬浮在空气中的可燃性固体颗粒，当其以 粉尘形式与空气以适当比例混合时，被热、火花、火粉尘形式与空气以适当比例混合时，被热、火花、火 焰点燃，得到能量后引起的爆炸现象。焰点燃，得到能量后引起的爆炸现象。 n 引起粉尘爆炸的必要条件引起粉尘爆炸的必要条件 1. 燃料：各种可燃性固体微粒且在空气中要达到

50、一定的浓度燃料：各种可燃性固体微粒且在空气中要达到一定的浓度 2. 空气：氧与固体燃料微粒发生氧化反应生成热，继而引起空气：氧与固体燃料微粒发生氧化反应生成热，继而引起 燃烧和爆炸燃烧和爆炸 3. 混合：燃料与空气充分混合，燃烧释放的能量形成爆炸。混合：燃料与空气充分混合，燃烧释放的能量形成爆炸。 燃烧在燃料的表面进行。燃烧在燃料的表面进行。 4. 点火源：要使悬浮在空气中的粉尘爆炸，需要具有一定能点火源：要使悬浮在空气中的粉尘爆炸，需要具有一定能 量的点火源。量的点火源。 5. 密闭性，爆炸产生的环境往往是在有一定密闭性的容器内密闭性，爆炸产生的环境往往是在有一定密闭性的容器内 或某种空间，

51、如在一个敞开的空间，则只能是形成燃烧。或某种空间，如在一个敞开的空间，则只能是形成燃烧。 Page 48 n 粉尘爆炸机理粉尘爆炸机理 1. 热能加在粒子表面，温度逐渐上升热能加在粒子表面，温度逐渐上升 2. 粒子表面的分子发生热分解或干馏，在粒子周围粒子表面的分子发生热分解或干馏，在粒子周围 产生气体产生气体 3. 产生的可燃气体与空气混合形成爆炸性混合气体，产生的可燃气体与空气混合形成爆炸性混合气体， 发生燃烧发生燃烧 4. 燃烧产生的热进一步促进粉尘的分解，燃烧连续燃烧产生的热进一步促进粉尘的分解，燃烧连续 传播，适当条件下发生爆炸传播，适当条件下发生爆炸 n 金属粉尘爆炸金属粉尘爆炸

52、金属燃烧放出大量的燃烧热加热了周围环境的气体发金属燃烧放出大量的燃烧热加热了周围环境的气体发 生爆炸生爆炸 4.3 粉尘爆炸粉尘爆炸 Page 49 n粉尘爆炸的特征： 1. 多数为不完全燃烧，产生一氧化碳等有毒物质相多数为不完全燃烧，产生一氧化碳等有毒物质相 当多。当多。 2. 堆积的可燃粉尘被爆炸波扰动形成粉尘雾造成二堆积的可燃粉尘被爆炸波扰动形成粉尘雾造成二 次、三次甚至更多的连续爆炸。次、三次甚至更多的连续爆炸。 3. 粉尘爆炸的燃烧速度、爆炸压力比混合气体爆炸粉尘爆炸的燃烧速度、爆炸压力比混合气体爆炸 小。小。 n引起粉尘爆炸的常见行业：引起粉尘爆炸的常见行业： 金属粉尘、镁粉、铝粉

53、、煤粉、粮食、合成材料、饲金属粉尘、镁粉、铝粉、煤粉、粮食、合成材料、饲 料、农副产品（棉花、烟草）、林产品（木粉、纸粉）料、农副产品（棉花、烟草）、林产品（木粉、纸粉） 等等 4.3 粉尘爆炸粉尘爆炸 Page 50 n粉尘爆炸影响因素粉尘爆炸影响因素 1.化学性质和组分化学性质和组分 粉尘可燃。含有过氧基或硝基的有机物粉尘，爆炸危险性粉尘可燃。含有过氧基或硝基的有机物粉尘，爆炸危险性 增大。当含有挥发分时，极易爆炸。如煤，挥发分在增大。当含有挥发分时，极易爆炸。如煤，挥发分在11% 以上时，极易爆炸以上时，极易爆炸 2.粒度大小及分布情况粒度大小及分布情况 粒径越小，比表面积越大，越易爆炸

54、。直径粒径越小，比表面积越大，越易爆炸。直径400um,不爆。不爆。 粗细粉尘混合，也会发生爆炸。粗细粉尘混合，也会发生爆炸。 3.与可燃气体共存与可燃气体共存 当含有可燃气体时，爆炸下限会下降，增大爆炸的危险当含有可燃气体时，爆炸下限会下降，增大爆炸的危险 4.最小点燃能量最小点燃能量 连续连续20次点火试验，刚好不能点燃时的能量次点火试验，刚好不能点燃时的能量 5.爆炸极限爆炸极限 温度、压力升高，爆炸极限变宽温度、压力升高，爆炸极限变宽 6.水分含量水分含量 水分含量增加，最小点火能增加。对爆炸极限影响不大水分含量增加，最小点火能增加。对爆炸极限影响不大 4.3 粉尘爆炸粉尘爆炸 Pag

55、e 51 思考题思考题 1. 何谓燃烧？何谓燃烧？ 有哪些特点？有哪些特点？ 2. 燃烧的三要素是什么？燃烧的三要素是什么？ 3. 引起自热自燃的热源都有哪些？举例说明引起自热自燃的热源都有哪些？举例说明 4. 物理爆炸和化学爆炸的特征是什么？物理爆炸和化学爆炸的特征是什么？ 5. 什么叫爆炸极限？影响爆炸极限的因素有哪什么叫爆炸极限？影响爆炸极限的因素有哪 些？些？ 6. 应具备哪些条件粉尘才会爆炸？应具备哪些条件粉尘才会爆炸？ Page 52 锅炉爆炸锅炉爆炸 2003年12月3日3：40，上海一浴室锅 炉爆炸，死7人，伤7人。爆炸原因是 擅自将常压锅炉改装为承压锅炉 。常 压内胆改装为承

56、压锅炉，事主被判8年。 Page 53 南阳柴油机厂浴室爆炸南阳柴油机厂浴室爆炸 n 河南省南阳柴油机厂浴室的加热水箱河南省南阳柴油机厂浴室的加热水箱(热交换器热交换器)南北南北 方向放置在男女浴室之间的房间内。方向放置在男女浴室之间的房间内。1979年年3月月28日日 下午下午5点多，浴室加热水箱发生爆炸。水箱爆炸后点多，浴室加热水箱发生爆炸。水箱爆炸后 北北 侧封头被打出，水箱内的大量汽水喷出迅速汽化膨胀，侧封头被打出，水箱内的大量汽水喷出迅速汽化膨胀， 形成强大的冲击波，将水箱间的两侧立墙及北墙全部形成强大的冲击波，将水箱间的两侧立墙及北墙全部 推倒；筒体在反作用力下向南飞出，穿过两堵墙

57、，又推倒；筒体在反作用力下向南飞出，穿过两堵墙，又 将将 锅炉房锅炉房(加热水箱的加热蒸汽来自此锅炉房加热水箱的加热蒸汽来自此锅炉房)后墙撞后墙撞 了一个了一个3.5m3.5m的大洞，落在距原位的大洞，落在距原位17m远处。由远处。由 于水箱间的两侧立墙及北墙被全部推倒，男女浴于水箱间的两侧立墙及北墙被全部推倒，男女浴 室的室的 大梁折断，大梁折断，134m2浴室屋顶塌下，将正在洗浴全部人浴室屋顶塌下，将正在洗浴全部人 员砸在里面，造成员砸在里面，造成44人死亡，重伤人死亡，重伤13人；轻伤人；轻伤24人。人。 Page 54 东方化工厂爆炸东方化工厂爆炸 1997年北京东方化工厂液化石油气储

58、 罐因操作失误引发爆炸，死亡9人，伤 39人。经济损失1.17亿元 1997年6月27日由于操作工错开阀门，使铁路罐车泵出的 轻柴油进入石脑油A罐。处于满载的石脑油A罐被卸入大量 轻柴油，发生“冒顶”，溢出的石脑油的油气在大气中迅 速扩散，使某些区域的浓度达到爆炸极限，部分区域油气 浓度超过爆炸上限(60)。 21：05，在罐区当班的职工闻到异味。 21：10，操作室仪表盘有可燃气体报警信号显示。泄漏物 料形成的可燃气体迅速扩散。 21：15，油品罐区工段操作员张和调度员郑去检查泄 漏源。 21：26，可燃物遇火源发生燃烧爆炸，其中泵房爆炸破坏 最大。 石脑油A罐区易燃液体发生燃烧。爆炸对周围

59、环境产生冲 击和震动破坏，造成新的可燃物泄漏并被引燃，火势迅速 蔓延。乙烯B罐因被烧烤出现塑性变形开裂。 21：42，罐中液相乙烯突沸爆炸。此次爆炸的破坏强度 更大，被爆炸驱动的可燃物在空中形成火球和“火雨”向 四周抛撤；乙烯B罐炸成7块，向四处飞散，打坏管网引起 新的火源，与乙稀B罐相邻的A罐被爆炸冲击波向西推倒， 罐底部管线断开，大量液态乙烯从管口喷出后遇火燃烧。 爆炸冲击波还对其他管网、建筑物、铁道上油罐车等产生 破坏作用。 6月30日4：55：全部熄灭 。 北京遥测地震台网记录出两次地震 Page 55 吉林市煤气公司爆炸吉林市煤气公司爆炸 1979年12月18日14时吉林市煤气公 司液化气储罐泄漏爆炸，死亡32人， 伤54人 19791979年年1212月月1818日日1414时，时，400m3400m3的的2#2#球罐突然发生球罐突然发生 破裂，裂口长达破裂，裂口长达 13m13m多，大量的液化石油气迅速喷多，大量的