第一章燃烧与爆炸基本原理

1、防火防爆技术防火防爆技术 第一章第一章 燃烧与爆炸燃烧与爆炸 基本原理基本原理 防火防爆技术防火防爆技术 防火防爆技术防火防爆技术 爆炸的基本原理2 燃烧基本原理1 第一章 燃烧与爆炸基本原理 防火防爆技术防火防爆技术 1.了解燃烧爆炸学说； 2.熟悉各种燃烧类型； 3.熟悉影响燃烧爆炸极限的因素； 4.熟悉爆炸极限的计算方法； 5.掌握燃烧爆炸的原理和条件。 理论要求理论要求 学习目标 防火防爆技术防火防爆技术 1. 能够利用燃烧原理概括防火灭 火方法； 2. 能操作燃烧爆炸实验 学习目标 技能要求技能要求 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 一、燃烧理论一、燃烧理论 1.1.燃

2、烧的本质燃烧的本质 用火，是人类认识燃烧的真正起点。按考古学的发现，人 类最早使用火的时代可以追溯到距今140150万年以前。 在古希腊的神话中，火是神的贡献，是普罗米修斯为了拯 救人类的灭亡，从天上偷来的。在我国，燧人氏钻木取火 的故事更为感人，也更为贴合实际。但这些离火的本质相 距甚远。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 2.2.燃烧的要素和条件燃烧的要素和条件 燃烧必须具备以下要素： 第一，要有可燃物（还原剂）； 第二，要有助燃物（氧化剂）； 第三，要有点火源。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 （1 1）可燃物（还原剂）可燃物（还原剂） 一般说来，不论是固体

3、、液体还是气体，凡是能在空气、 氧气或其他氧化剂中发生燃烧反应的物质都称为可燃物， 否则称不燃物。 （2 2）助燃物（氧化剂）助燃物（氧化剂） 与可燃物相结合能导致燃烧的物质称助燃物，它是引起燃 烧反应必不可少的条件。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 （3 3）点火源）点火源 是指能够引起可燃物与助燃物发生燃烧反应的能量来源， 有时也称着火源。 图图1-1 1-1 燃烧三角形燃烧三角形 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 燃烧的充分条件如下： 具备一定数量的可燃物； 有足够数量的氧化剂； 点火源要具有一定的能量； 三要素必须相互作用。 图图1-2 1-2 燃烧四面体

4、燃烧四面体 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 3.3.燃烧极限燃烧极限 可燃物与适量的助燃物作用并达到一定的数量比例，才能 够产生燃烧，此比例范围对可燃物来讲，就是其燃烧极限 （着火极限Limits of Flammability）。燃烧极限是成份 或压力的极限，超过这一极限，可燃物和助燃物的混合物 就不能燃烧。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 4.4.引燃能、最小点火能引燃能、最小点火能 根据燃烧的条件，可燃物、助燃物、点火源三者不仅要同 时存在，而且可燃物、助燃物要具备一定的数量或浓度， 点火源要具有一定大小的能量和一定高低的温度，可燃物 才会被引燃，火灾才会

5、发生。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 最小点火能的测定可用电火花法，测定装置是一个放电回 路，通过改变电源电压和可变电容值来调节电极放出的能 量的大小，找出使可燃物质引燃的最小能量，即临界值。 最小点火能可由下式计算： （1-1） 2 min 1 2 ECU 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-1 1-1 部分可燃物的最小点火能部分可燃物的最小点火能 可燃物名称 最小点火能/mJ 可燃物名称 最小点火能/mJ 空气中氧气中粉尘云粉尘层 二硫化碳0.015铝粉151.6 氢0.0190.0013镁粉800.24 乙炔0.0190.0003醋酸纤维素粉15 乙

6、烯0.090.001沥青粉806.0 环氧乙烷0.105聚乙烯粉10 甲醇0.215聚苯乙烯粉40 甲烷0.28酚醛塑料粉1040 丙烯0.2820.031尿素树脂粉80 乙烷0.25乙烯基树脂粉10 丙烷0.26苯二甲酸酐粉15 苯0.55硫黄粉151.6 氨0.77烟煤粉40 丙酮0.15木粉30 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-2 1-2 常见点火源的温度常见点火源的温度 点火源名称火源温度/点火源名称火源温度/ 火柴焰 烟头（中心） 烟头（表面） 机械火星 电火花 煤炉炽热体 烟囱飞火 石灰遇水发热 500650 700800 250 1200 700 800

7、600 600700 气体灯焰 酒精灯焰 煤油灯焰 植物油灯焰 蜡烛焰 打火机焰 焊割火花 汽车排气管火 星 16002100 1180 700900 500700 640940 1000 20003000 600800 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 5.5.燃烧温度燃烧温度 放热是燃烧反应的主要特征。可燃物质燃烧时所放出的热 量，一部分被火焰辐射时散失，而大部分则消耗在加热燃 烧产物上，使产物温度升高。燃烧温度就是指燃烧产物被 加热的温度。燃烧体系放热量越大，燃烧产物温度越高。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-3 1-3 部分可燃物质在空气中的燃烧温

8、度部分可燃物质在空气中的燃烧温度 物质名称燃烧温度/物质名称燃烧温度/ 甲烷 乙烷 乙炔 甲醇 乙醇 丙酮 乙醚 原油 汽油 煤油 重油 木材 石蜡 甲苯 1800 1895 2127 1100 1180 1000 2861 1100 1200 7001030 1000 10001177 1427 2071 一氧化碳 二硫化碳 丙烯腈 氢气 煤气 硫化氢 天然气 石油气 氨 苯 钠 镁 硫 磷 1680 2195 2188 2130 16001850 2110 2020 2120 700 2032 1400 3000 1820 900 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 6.6.燃

9、烧速度燃烧速度 （1 1）气体燃烧速度）气体燃烧速度 由于气体的燃烧不需要像固体、液体那样经过熔化、蒸发 等过程，所以燃烧速度很快。气体的燃烧速度随物质的组 成不同而异。简单气体燃烧（如氢气）只需受热、氧化等 过程，而复杂的气体（如天然气、乙炔）等则要经过受热、 分解、氧化过程才能开始燃烧。因此，简单气体的燃烧速 度比复杂气体的燃烧速度快。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-4 1-4 一些可燃气体在直径一些可燃气体在直径25.4mm25.4mm管道中火焰传播速度管道中火焰传播速度 气体名称 最大火焰传播速度 /（m/s） 可燃气体在空气中 的含量/% 氢4.8338.5

10、 一氧化碳1.2545 甲烷0.679.8 乙烷0.856.5 丙烷0.824.6 丁烷0.823.6 乙烯1.427.1 炼焦煤气1.7017 炼焦发生煤气0.7348.5 水煤气3.143 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-5 1-5 甲烷和空气混合物在不同管径时的传播速度（甲烷和空气混合物在不同管径时的传播速度（cm/scm/s） 管径 /cm 甲烷体积分数 /% 2.51020406080 6 23. 5 43. 5 6395118137 85080100154183203 1065110136188215236 12357480123163185 1322456

11、2104130138 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 如果在大管径中燃烧的混合物在小管径中熄灭，这种现象 是由于在管子直径减小时增加了热损失所致。按热损失观 点来分析，那么加热区域与反应区域的比例是： 2 224rh r hrd 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 （2 2）液体燃烧速度）液体燃烧速度 液体的燃烧速度可用质量速度或直线速度两种方法表示。 液体燃烧的质量速度是指每平方米面积上，1h烧掉液体的 质量；直线速度是指1h内烧掉的液体层的高度（cm）。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-6 1-6 几种易燃液体的燃烧速度几种易燃液体的燃烧

12、速度 液 体 名 称 燃 烧 速 度 直线速度/（cm/h） 质量速度 /kg/( m2h) 苯 乙醚 甲苯 航空汽油 车用汽油 二硫化碳 丙酮 甲醇 煤油 18.9 17.5 16.08 12.6 10.5 10.47 8.4 7.2 6.6 165.37 125.84 138.29 91.93 80.85 132.97 66.36 57.6 55.11 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 （3 3）固体燃烧速度）固体燃烧速度 可燃固体物质的燃烧速度，一般要小于可燃气体和可燃液 体。不同的可燃固体物质其燃烧速度有很大差异。如萘及 其衍生物、三硫化磷、松香等，在常温下是固体，燃烧过

13、 程是受热熔化、蒸发、气化、分解、氧化、起火燃烧，一 般速度较慢。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-7 1-7 部分固体可燃物质的燃烧速度部分固体可燃物质的燃烧速度 物 质 名 称 燃烧的平均速度 /kg/( m2h) 天然橡胶 人造橡胶 布质电胶木 酚醛塑料 聚苯乙烯树脂 木材（含水分14%） 棉花（含水分6%8%） 人造短纤维（含水分6%） 纸张 有机玻璃 30 24 32 10 30 50 8.5 21.6 24 41.5 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 二、燃烧类型二、燃烧类型 1.1.闪燃闪燃 闪燃是液体可燃物的特征之一。 表表1-7 1-7

14、部分固体可燃物质的燃烧速度部分固体可燃物质的燃烧速度 种 类 级 别 闪点/举 例 易燃液 体 8 汽油、甲醇、乙醇、 乙醚、苯、甲苯等 2845煤油、丁醇等 可燃液 体 45120 戊醇、柴油、重油 等 120 植物油、矿物油、 甘油等 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-9 1-9 几种液体的闪点几种液体的闪点 物质闪点/物质闪点/物质闪点/ 汽油-5810二氯乙烷8松节油30 二硫化碳-45甲醇9.5丁醇35 乙醚-45.5乙醇11戊醇46 丙酮-17醋酸丁酯13乙二醇112 苯-15醋酸戊酯25甘油176.5 甲苯1煤油2845桐油239 醋酸乙酯1二乙胺28冰醋酸

15、40 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-10 1-10 几种可燃物质的燃点几种可燃物质的燃点 物质燃点/物质燃点/物质燃点/ 磷34棉花150豆 油220 松节油53麻绒150烟 叶222 樟 脑70漆布165粘胶纤维235 灯 油86蜡烛190松 木250 赛璐珞100布匹200无 烟 煤280500 橡 胶130麦草200涤纶纤维390 纸130硫207 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 图1-3说明了物质燃点的物理意义。可燃物质在温度T0下 开始氧化反应，放出热量，物质进一步受热，氧化反应加 剧，这时吸收的热量消耗于物质的升温、熔化、分解或蒸 发及向周

16、围的散热上。 图图1-3 1-3 物质自受热至着火过程中温度的变化物质自受热至着火过程中温度的变化 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 3.3.自燃自燃 可燃物质虽没有受到外界点火源的直接作用，但当受热达 到一定温度，或由于物质内部的物理（辐射、吸附等）、 化学（分解、化合等）或生物（细菌、腐败作用等）反应 过程所提供的热量聚积起来使其达到一定的温度，从而发 生自行燃烧的现象叫自燃。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-11 1-11 几种可燃物质的自燃点几种可燃物质的自燃点 物质自燃点/物质自燃点/物质自燃点/ 黄磷3435二硫化碳102棉籽油370 三硫化四

17、 磷 100乙醚170桐油410 赛璐珞150180煤油240290芝麻油410 赤磷200250汽油280花生油445 松香240石油沥青270300菜籽油446 锌粉360柴油350380豆油460 丙酮570重油380420亚麻仁油343 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 （1 1）受热自燃）受热自燃 可燃物质在外部热源作用下，使温度升高，当达到其自燃 点时，即着火燃烧，这种现象称为受热自燃。 （2 2）自热自燃）自热自燃 某些物质在没有外来热源影响下，由于物质内部所发生的 化学、物理或生化过程而产生热量，这些热量在适当条件 下会逐渐积聚，使物质温度上升，达到自燃点而燃烧。

18、 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 自热燃烧的物质可分为： a. 自燃点低的物质 b. 遇空气、氧气发热自燃的物质 c. 自然分解发热的物质 d. 易产生聚合热或发酵热的物质 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 （3 3）影响自燃点的因素）影响自燃点的因素 压力对自燃点有很大的影响， 压力越高，则自燃点越低。 表表1-12 1-12 硫铁矿矿粉的自燃点硫铁矿矿粉的自燃点 分 级筛子网眼/mm自燃点/ 10.200.15406 20.151.10401 30.101.186400 40.086340 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-13 1-13

19、 部分气体和液体的自燃点部分气体和液体的自燃点 物 质 自燃点/ 物 质 自燃点/ 空气中氧气中空气中氧气中 氢气572560乙烯490485 一氧化碳609588乙炔305296 二硫化碳120107苯580566 硫化氢292220环丙烷498454 甲烷632556甲醇470461 丙烷493468乙醛275159 丁烷408283乙醚193182 戊烷290258丙酮561485 乙酸550490二甲醚350352 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-14 1-14 部分液体燃料的自燃点和闪点比较部分液体燃料的自燃点和闪点比较/ 物 质闪点/自燃点/物 质闪点/自燃

20、点/ 汽油28510530重柴油120300330 煤油2845380420蜡油120300320 轻柴油45120350380渣油120230240 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 5.5.爆燃爆燃 爆燃（或叫燃爆）是火炸药或燃爆性气体混合物的快 速燃烧，是混合气体在燃烧时的一个特例。 一般燃料的燃烧需要外界供给助燃的氧，没有氧，燃 烧反应就不能进行，例如煤炭在空气中的燃烧。某些含氧 的化合物（如硝甲基苯等）或混合物，在缺氧的情况下虽 然也能燃烧，但由于其含氧量不高，隔绝空气后燃烧就不 完全或熄灭。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 三、燃烧特征三、燃烧特征 1

21、.1.着火延滞期（诱导期）着火延滞期（诱导期） 如前所述，对着火延滞时间一般有下列描述： 着火延滞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间隔。 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。 （1-2） 0 1 0 B nn W 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 当混合气的温度继续加热上升时，不需供给能源就会自动 着火，此时，着火温度和着火滞后时间之间存在着下述关 系（Semenov提出）： （1-3） 0.22 log E B T 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 2.2.燃烧热燃烧热

22、 （1 1）燃烧热的表示方法）燃烧热的表示方法 燃烧热燃烧热（ ）：1mol有机化合物在25，101.325kPa 下完全燃烧时所放出的热量称为该化合物的燃烧热。 热值：热值： 某些单质、化合物它们燃烧放出的热量，既可以用燃烧热 表示，又可以用热值表示，并具有以下换算关系： （kJ/mol） （1-4） （kJ/mol） （1-5） （kJ/kg） （1-6） c H o 1000 G cm M HQ o 22.4 1000 cv HQ o 22.4 mv G QQ M 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 高热值（高热值（QHQH）：可燃物中的水和氢燃烧生成的水以液态存 在时的热值

23、称为高热值。 低热值（低热值（QLQL）：可燃物中的水和氢燃烧生成的水以气态存 在时的热值称为低热值。 热值可以用门捷列夫公式进行计算： （kJ/kg） （1-7） （kJ/kg） （1-8） （kJ/kg） （1-9） 4.2 8130026 H QCHOS 4.2 81246266 L QCHOSW 25.2(9) LH QQHW 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 【例例1-11-1】求5kg木材燃烧的高、低热值。已知木材的组成 为：C含量43%，H含量7%，O含量41%，N含量2%，W含量7%。 解 由（1-7）和（1-8）式可得： 5kg木材的高热值为18971.45=9

24、4857（kJ）；低热值为 17207.45=86073（kJ）。 4.281 43300 726 4118971.4/ H QkJ kg 4.281 43246 726 41 6 717207.4/ L QkJ kg 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 （2 2）燃烧热的测量）燃烧热的测量 表表1-15 1-15 某些物质燃烧热值（低热值）某些物质燃烧热值（低热值） 物 质 燃烧热值 物 质 燃烧热值/ （kJ/kg）kJ/kgkJ/m3 氢11948010753淀粉17490 乙炔4811255856苯40260 甲烷5008235823甲苯40570 乙烯4663158321

25、无烟煤31380 乙烷4728058160褐煤18830 丙烯4577381170焦碳31380 丙烷4623383470炼焦煤气32640 丁烯45271107530照明用煤气20920 丁烷45606108370酒精29290 戊烷45396133890汽油43510 硫化氢1560624016煤油42890 木材16740柴油42050 天然纤维17360重油41590 石蜡46610棉花17584 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-16 1-16 某些物质完全燃烧时消耗某些物质完全燃烧时消耗1m31m3氧气所产生的热量氧气所产生的热量 物 质 热量/ （MJ） 物

26、 质 热量/ （MJ） 物 质 热量/ （MJ） 纤维素17.79褐煤17.17聚苯乙烯16.98 棉花17.82煤、沥青17.68有机玻璃16.99 报纸17.54聚乙烯16.56聚丙烯腈17.81 瓦楞纸板 箱 17.93聚丙烯16.57甲烷16.42 硬木16.07聚异丁烯16.72苯17.10 木材16.38聚丁二烯17.00平均值17.09 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 （3 3）燃烧热的传递）燃烧热的传递 热传导。 热对流。 热辐射。 表表1-17 1-17 几种固体物质的导热系数几种固体物质的导热系数103W/(cm)103W/(cm) 物 质导热系数物 质导热

27、系数物 质导热系数 木材1.254.18毛毡0.63黄铜1086.80 纸板1.25石棉1.252.5碳钢 528.00501. 60 胶合板0.421.25 石棉酚醛塑 料 1.05水泥2.93 瓷10.45混凝土 8.3612. 54 石英 66.88125. 40 普通玻璃5.857.52大理石29.68 泡沫玻璃0.421.25花岗岩33.44 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 3.3.火焰传播火焰传播 （1）气体 （2）液体、固体火焰 （3）火焰传播 火焰传播的热理论。 火焰传播的扩散理论。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 3.3.火焰传播火焰传播 （1

28、）气体 （2）液体、固体火焰 （3）火焰传播 火焰传播的热理论。 火焰传播的扩散理论。 防火防爆技术防火防爆技术 第一节 燃烧基本原理 表表1-18 1-18 某些可燃物燃烧时烟气的特征某些可燃物燃烧时烟气的特征 物质名称 烟 气 特 征 颜色嗅味 木材灰黑色树脂臭稍有酸味 石油产品黑色石油臭稍有酸味 磷白色大蒜臭 镁白色金属味 硝 基 化 合 物 棕黄色刺激臭酸味 硫黄硫臭酸味 橡胶棕黑色硫臭酸味 棉和麻黑褐色烧纸臭稍有酸味 聚 氯 乙 烯 纤维 黑色盐酸臭酸味 有机玻璃芳香稍有酸味 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 一、爆炸及其种类一、爆炸及其种类 1.1.爆炸现象爆炸现象

29、 在自然界中存在着各种爆炸。我们把物质发生一种极为迅 速的物理或化学变化，并在瞬间放出大量能量，同时产生 巨大声响的现象称为爆炸。它通常借助于气体的膨胀来实 现。例如乙炔罐里的乙炔与氧气混合发生爆炸时，大约在 1秒内完成下列化学反应： 2C2H2+5O2=4CO2+2H2O+Q2C2H2+5O2=4CO2+2H2O+Q 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 一般说来，爆炸现象具有以下特征： 爆炸过程进行得很快； 爆炸点附近压力急剧升高； 发出或大或小的响声； 周围介质发生震动或邻近物质遭到破坏。 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 2.2.爆炸分类与爆炸原理爆炸分类与

30、爆炸原理 （1 1）物理爆炸）物理爆炸 受压容器爆炸。 水蒸气爆炸。 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 （2 2）化学爆炸）化学爆炸 化学爆炸按爆炸时所发生的化学变化可分为以下几种。 a.气体单分解爆炸。 例如乙炔在高压下能发生单分解爆炸，反应式如下： C2H2 2C + H2 + 266.08 kJ/molC2H2 2C + H2 + 266.08 kJ/mol 表表1-19 1-19 乙炔在直径为乙炔在直径为2.5cm2.5cm的管内爆炸初压及诱导距离的管内爆炸初压及诱导距离 初压（绝压） /MPa 0.340.370.491.96 距离/m9.16.73.70.91.0

31、防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 b.气体混合物爆炸。 c.炸药爆炸。 表表1-20 1-20 常见几种炸药的爆炸参数常见几种炸药的爆炸参数 序号名称 爆热 /(kJ/kg) 爆温 / 爆容 /(L/kg) 爆压 /GPa 爆速 /(m/s) 1梯恩梯TNT4435258773019.087000 2黑索今RDX5816370090832.638200 3太安PENT6067381679030.058281 4奥克托HMX5983303878233.49110 5 硝化甘油 NG 6210400071526.797500 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 按照爆

32、炸的瞬时燃烧速度的不同，爆炸可分为以下三类： a.爆燃。 b.爆炸。 c.爆轰。 为防止殉爆的发生，应保持使空气冲击波失去引起殉爆能 力的距离，其安全间距按下式计算： （1-10） 表表1-20 1-20 常见几种炸药的爆炸参数常见几种炸药的爆炸参数 混合气体 混合百分 比/% 爆轰速度 /(m/s) 混合气 体 混合百分比 /% 爆轰速度 /(m/s) 乙醇空气 乙烯空气 一氧化碳 氧 二硫化碳 氧 6.2 9.1 66.7 25.0 1690 1734 1264 1800 甲烷 氧 苯氧 乙炔 氧 氢氧 33.3 11.8 40.0 66.7 2146 2206 2716 2821 Skg

33、 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 （3 3）粉尘爆炸）粉尘爆炸 粉尘爆炸的条件。 粉尘爆炸的过程 粉尘爆炸的特性。 影响粉尘爆炸的因素。 图图1-4 1-4 粉尘爆炸过程粉尘爆炸过程 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 二、爆炸极限及其理论二、爆炸极限及其理论 1.1.爆炸极限爆炸极限 表表1-22 1-22 烃类和液体可燃物在空气中的爆炸极限烃类和液体可燃物在空气中的爆炸极限 可燃物名称分子式 /%/（mg/L） 下 限上 限下 限上 限 氢 一氧化碳 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 环己烷 苯 庚烷 甲苯 辛烷 二甲苯 乙醚 丙酮 酒精 甲醇

34、 H2 CO CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C6H12 C6H6 C7H16 C7H8 C8H18 C8H10 (C2H5)2O (CH3)2CO C2H5OH CH3OH 4.0 12.5 5.3 3.0 3.1 2.5 2.2 1.9 1.5 1.2 1.3 1.4 1.2 1.4 1.0 1.0 1.9 3.0 4.3 7.3 75 74 14 12.5 36 81 9.5 8.5 7.8 7.5 8.0 7.1 6.7 6.7 6.0 48 11 19 36 3.3 146 35 38 32 27 40 46 45 43 44 46

35、 50 54 48 44 59 72 82 97 63 860 93 156 370 880 174 206 234 270 270 230 280 260 265 1480 270 360 480 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 表表1-23 1-23 常见一些粉尘的爆炸下限常见一些粉尘的爆炸下限 粉尘 爆炸下限 /（g/m3） 粉尘 爆炸下限 /（g/m3） 粉尘 爆炸下限 /（g/m3） 钛 锰 锌粉 铝粉 铁粉 镁粉 硅 45 210 500 35 120 20 160 酚醛树脂 环氧树脂 聚乙烯醇 聚苯乙烯 聚乙烯 聚丙烯腈 聚酰胺 25 20 35 20 25 2

36、5 30 玉米淀粉 棉纤维 小麦 烟煤 硫粉 木粉 糖粉 45 100 60 35 35 40 19 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 2.2.爆炸极限的影响因素爆炸极限的影响因素 （1）温度的影响 （2）压力的影响 表表1-24 1-24 加压对甲烷爆炸极限的影响加压对甲烷爆炸极限的影响 压力/MPa爆炸下限/%爆炸上限/%极限范围 0.15.614.38.7 1.05.917.211.3 5.05.429.424.0 12.55.745.740.0 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 表表1-25 1-25 减压对一氧化碳爆炸极限的影响减压对一氧化碳爆炸极限的

37、影响 压力/MPa爆炸下限/%爆炸上限/%极限范围 0.115.568.352.5 0.07916.065.049.0 0.05319.557.738.2 0.03922.551.529.0 0.0337.437.40 0.026不爆不爆 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 （3）氧含量 表表1-26 1-26 气态可燃物在空气中和氧气中的爆炸浓度极限气态可燃物在空气中和氧气中的爆炸浓度极限 物质 名称 在空气中在纯氧中 物质 名称 在空气中在纯氧中 爆炸 下限 /% 范围 爆炸 下限 /% 范围 爆炸 下限 /% 范 围 爆 炸 下 限 /% 范围 甲烷 5 15 10.0 5

38、. 4 60 54.6氨 15 30.2 15. 2 13. 5 79 65.5 乙烷 3 12.5 9.5 3 66 63.0 一氧 化碳 12. 574 61. 5 15. 5 94 78.5 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 续上表续上表 丙烷 2. 1 9.5 7.4 2. 3 55 52.7丙烯 2 11.1 9.1 2. 1 53 50.9 丁烷 1. 5 8.5 7.0 1. 8 49 47.2 环丙 烷 2.4 10.4 8.0 2. 5 63 60.5 乙烯 2. 7 34 31.3 3 80 77.0乙醚 1.9 5 36.5 34. 65 2. 1 82

39、79.9 炔 2. 4 82 79.6 2. 8 93 90.2 1 丁烯 1.6 10 8.4 1. 8 58 56.2 氢 4 75.6 71.0 4. 7 94 89 氯乙 烯 3.8 31 27. 2 4. 0 70 66 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 （4）惰性组分 图图1-5 1-5 各种惰性气体含量对甲烷爆炸极限的影响各种惰性气体含量对甲烷爆炸极限的影响 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 （5）爆炸容器对爆炸极限的影响 （6）点火源的影响 表表1-27 1-27 部分气体和最低引爆能量部分气体和最低引爆能量 可燃气体名称含量/%（体积分数）最低

40、引爆能量/mJ 氢气（在空气中）29. 20.019 氢气（在氧气中）29.20.0013 甲醇12.240.215 甲烷8.50.28 乙炔（在空气中）7.730.02 乙炔（在氧气中）7.730.003 乙烯（在空气中）6.520.016 乙烯（在氧气中）6.520.001 乙烷（在空气中）4.020.031 乙烷（在氧气中）4.020.031 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 续上表续上表 可燃气体名称含量/%（体积分数）最低引爆能量/mJ 环氧乙烷7.720.105 乙醛7.720.376 丙烯4.440.282 丁二烯3.670.17 苯2.710.55 氨21.80

41、.77 丙酮4.871.15 甲苯2.272.50 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 图图1-6 1-6 点火能量对甲烷爆炸极限影响点火能量对甲烷爆炸极限影响 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 3.3.爆炸极限的计算爆炸极限的计算 （1 1）爆炸完全反应浓度计算）爆炸完全反应浓度计算 【例例1-21-2】求乙烯在氧气中完全反应的浓度。 解 写出乙烯在氧气中完全反应的方程式： C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O + QC2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O + Q 根据反应式得知，参加反应物质的总体积为1+3=4，则乙 烯的体积在总体积中占

42、： 乙烯在氧气中完全反应的浓度为25%。 可 1 25% 4 X 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 可燃气体或蒸汽的化学当量浓度，也可用以下方法计算。 可燃气体或蒸汽分子式一般用CHO表示，设燃烧 1mol气体所必需的氧物质的量为n，则燃烧反应式可写成： HO+ nO2 HO+ nO2 生成气体生成气体 + Q+ Q 如果把空气中氧气的浓度取为20.9%，则在空气中可燃气 体完全反应的浓度X0%为： （1-11） 又设在氧气中可燃气体完全反应的浓度为X（%），即： （1-12） 0 10.209 100% 0.209 1 0.209 X n n 1 100% 1 X n 防火防

43、爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 式（1-11）和式（1-12）表示出X和X0与n或2n之间的关系 （2n表示反应中氧的原子数）。 在完全燃烧的情况下，燃烧反应式为： CHO+ 2nO2CO2 + H2O + QCHO+ 2nO2CO2 + H2O + Q 式中2n=2+1/2-,2n=2+1/2-,对于各种不同的烃，它们之间有不 同的关系式。根据2n的数值，从表1-29中可直接查出可燃 气体在空气（或氧气）中完全反应的浓度。 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 【例例1-31-3】试求戊烷（C5H12）和乙醇（C2H5OH）的爆炸完 全反应物浓度和爆炸极限。 解 先按

44、公式分别求出戊烷（C4H10）和乙醇（C2H5OH） 在空气中完全燃烧所需的氧分子数n0。 戊烷戊烷 n0 =n0 =+/4 = 5 + 12/4 = 8+/4 = 5 + 12/4 = 8 乙醇乙醇 n0 = n0 = +/4 - /2 = 2 + 6/4 - 1/2 = 3+/4 - /2 = 2 + 6/4 - 1/2 = 3 再按公式分别求出戊烷和乙醇的爆炸完全反应物浓度X0： 戊烷 乙醇 0512 0.209 ()2.55% 0.2098 XC H 025 0.209 (OH)6.51% 0.2093 XC H 防火防爆技术防火防爆技术 第二节 爆炸的基本原理 表表1-28 1-28 可燃气体（蒸气）在空气或氧气中完全反应的浓度可燃气体（蒸气）在空气或氧气中完全反应的浓度 氧分子数氧原子数2n 完全反应的浓度% 可燃物名称在空气中在氧气中 1 0.