第7章-化工生产防火防爆技术电子教案

1、第7章-化工生产防火防爆技术1.气体的燃烧 情况简单，比较容易燃烧 第一节第一节 燃烧的基础知识燃烧的基础知识2.液体的燃烧 通常先蒸发成气态，而后蒸气氧化分解开始燃烧。3.固体的燃烧 熔化 蒸发或分解 燃烧燃烧蒸气燃烧蒸气燃烧分解燃烧分解燃烧二、燃烧的过程二、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 烧物质燃烧时的温度变化 诱导期越短物质越易燃烧。氢的诱导期只有0.01秒。三、燃烧类型（1）闪燃和闪点 各种可燃液体的表面空间由于温度的影响，都有一定量的蒸气存在，这些蒸气与空气混合后，一旦遇到点火源就会出现瞬间火苗或闪光，这种现象称为闪燃闪燃。

2、引起闪燃的最低温度称为闪点闪点。 闪点是液体可以引起火灾危险的最低温度。液体的闪点越低，它的火液体的闪点越低，它的火灾危险性越大。灾危险性越大。表1-1 某些可燃液体的闪点物质名称闪点 / 物质名称闪点 / 物质名称闪点 / 戊烷己烷庚烷甲醇乙醇丙醇丁醇乙酸丁酯-40-21.7-41111.1152922丙酮乙醚苯甲苯二甲苯乙酸乙酸酐甲酸甲酯-19-45-11.14.4304049-20乙酸甲酯乙酸乙酯氯苯二氯苯二硫化碳氰化氢汽油-10-4.42866-30-17.8-42.8（2）自燃和自燃点 可燃物质在没有外界火源的直接作用下，常温中自行发热，或由于物质内部的物理（如辐射、吸附等）、化学（

3、如分解、化合等）、生物（如细菌的腐蚀作用）反应过程所提供的热量聚积起来，使其达到自燃温度，从而发生自行燃烧的现象，叫做自燃自燃。 自燃时可燃物由于受到外界热源间接加热，受热比较均自燃时可燃物由于受到外界热源间接加热，受热比较均匀，发生燃烧时可燃物整体温度较高，燃烧几乎是在整个匀，发生燃烧时可燃物整体温度较高，燃烧几乎是在整个可燃物或相当大的范围内同时发生。可燃物或相当大的范围内同时发生。自燃的最低温度，称为自燃点自燃点。 响液体、气体可燃物自燃点的主要因素：压力：压力越高，自燃点越低；氧浓度：混合气中氧浓度越高，自燃点越低；催化：活性催化剂能降低自燃点，钝性催化剂能提高自燃点；容器的材质和内径

4、：器壁的不同材质有不同的催化作用；容器直径越小，自燃点越高。影响固体可燃物自燃点的主要因素：受热熔融：熔融后可视液体、气体的情况；挥发物的数量：挥发出的可燃物越多，其自燃点越低；固体的颗粒度：固体颗粒越细，其比表面积就越大，自燃点越低；受热时间：可燃固体长时间受热，其自燃点会有所降低。自然可分为受热自然和自热自然受热自然，如生产中可燃物由于接触高温表面、加热和烘烤过度、冲击摩擦等导致燃烧。自热自然，是由于本身的（1）氧化发热；（2）分解放热；（3）聚合放热；（4）吸附放热；（5）发酵放热；（6）活性物质遇水；（7）可燃物与强氧化剂的混合。致使物质温度升高达到自然点而燃烧的现象。大体可分为4类：

5、（1）自然点低的物质，如磷、磷化物；（2）与空气、氧发热自然，如油脂类、金属粉尘及金属硫化物，活性炭、木炭等；（3）分解发热物质，如硝化棉；（4）产生聚合热、发酵热的物质，如干草、湿木屑。表1-2 某些可燃物质的自燃点物质名称自燃点 /物质名称自燃点 /物质名称自燃点 /二硫化碳乙醚甲醇乙醇丙醇丁醇乙酸乙酸酐乙酸甲酯丙酮甲胺102170455422405340485315475537430苯甲苯乙苯二甲苯氯苯萘汽油煤油重油原油乌洛托品555535430465590540280380425380420380530685甲烷乙烷丙烷丁烷水煤气天然气一氧化碳硫化氢焦炉气氨半水煤气 537515466

6、365550650550650605260640630700(3) 着火和着火点 足够的可燃物质在有足够的助燃物质存在下，遇明火而引起持续燃烧的现象，称为着火着火。 使可燃物发生持续燃烧的最低温度，称为着火点着火点，又叫燃点燃点。 表1-3 某些可燃物质的燃点物质名称燃点 /物质名称燃点 /物质名称燃点 /赤磷石蜡硝酸纤维硫黄160158195180255聚丙烯醋酸纤维聚乙烯聚氯乙烯400482400400吡啶有机玻璃松香樟脑48226021670问题讨论问题讨论 物质在燃烧过程中，温度将发生什么样的变化？人为控制燃烧的关键在什么时期？燃烧产物燃烧产物不少是毒害气体，往往会通过呼吸道侵入或刺激

7、眼结膜、皮肤黏膜使人中毒甚至死亡。据统计，火灾中死亡的人约80%是由于吸入毒性气体中毒而致死的。建筑材料及装修材料、室内可燃物等在燃烧时所产生的生成物之一是烟气。不论是建筑材料及装修材料、室内可燃物等在燃烧时所产生的生成物之一是烟气。不论是固态、液态、气态物质在燃烧时，都要消耗空气中的量，并产生大量炽热的烟气。固态、液态、气态物质在燃烧时，都要消耗空气中的量，并产生大量炽热的烟气。 烟气的危害性 ：烟气中的含氧量低于人们生理正常所需要的数值 含氧量降低到15%时，人的肌肉活动能力下降； 含氧量在10%-14%时，人会四肢无力，辨不清方向； 含氧量降到6%-10%时，人会晕倒； 燃烧速度（一）气

8、体燃烧速度 由于气体的燃烧不需要象固体、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，简单的气体比复杂的气体燃烧速度快。在气体燃烧中，扩散燃烧速度取决于气体扩散速度，而混合燃烧速度则取决于本身的化学反应速度；在通常情况下混合燃烧速度高于扩散燃烧速度。气体的燃烧性能也常见火焰传播速度来衡量，一些气体与空气的混合物在254毫米直径的管道中火焰传播速度的试验数据见表。(二)液体燃烧速率 液体燃烧速率取决于液体的蒸发。其燃烧速率有下面两种表示方法：

9、(1)质量速率 质量速率指每平方米可燃液体表面，每小时烧掉的液体的质量。 (2)直线速率 直线速率指每小时烧掉可燃液层的高度。 液体的燃烧过程是先蒸发而后燃烧。易燃液体在常温下蒸气压就很高，因此有火星、灼热物体等靠近时便能着火。之后，火焰会很快沿液体表面蔓延。另一类液体只有在火焰或灼热物体长久作用下，使其表层受强热大量蒸发才会燃烧。故在常温下生产、使用这类液体没有火灾或爆炸危险。这类液体着火后，火焰在液体表面上蔓延得也很慢。 为了维持液体燃烧，必须向液体传人大量热，使表层液体被加热并蒸发。火焰向液体传热的方式是辐射。故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。表7

10、-7列出了几种常见易燃液体的燃烧速率。（三）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。萘及其衍生物、三硫化磷、松香等可燃固体，其燃烧过程是受热熔化、蒸发气化、分解氧化、起火燃烧，一般速率较慢。而另外一些可燃固体，如硝基化合物、含硝化纤维素的制品等，燃烧是分解式的，燃烧剧烈，速度很快。 可燃固体的燃烧速率还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。二、爆炸二、爆炸 1爆炸的定义 爆炸是物质发生急剧的物理、化学变化，在瞬间释放出大量的能量并伴有巨大声响的过程。 爆炸现象一般具有如下特征：1. 爆炸过程进行

11、得很快；爆炸过程进行得很快；2.爆炸点附近压力急剧升高，产生冲击波；爆炸点附近压力急剧升高，产生冲击波；3.发出或大或小的响声；发出或大或小的响声；4.使周围建筑物或者装置发生震动或遭受破使周围建筑物或者装置发生震动或遭受破坏。坏。 2爆炸的分类（1）物理爆炸 物理爆炸是指物质的物理状态发生急剧变化而引起的爆炸。 物质的化学成分和化学性质在物理爆炸后均不发生变化。 （2）化学爆炸 化学爆炸是指物质发生急剧化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸。化学爆炸又可以进一步分为爆炸物分解爆炸、爆炸物与空气的混合爆炸两种类型。 爆炸物分解爆炸是爆炸物在爆炸时分解为较小的分子或其组成元素。爆炸物的组成元素中如

12、果没有氧元素，爆炸时则不会有燃烧反应发生，爆炸所需要的热量是由爆炸物本身分解产生的。属于这一类物质的有叠氮铅、乙炔银、乙炔铜、碘化氮、氯化氮等。爆炸物质中如果含有氧元素，爆炸时则往往伴有燃烧现象发生。各种氮或氯的氧化物、苦味酸即属于这一类型。爆炸性气体、蒸气或粉尘与空气的混合物爆炸，需要一定的条件，如爆炸性物质的含量或氧气含量以及激发能源等。因此其危险性较分解爆炸为低，但这类爆炸更普遍，所造成的危害也较大。 （一）按性质分类 （二）按爆炸速度分类 (1)轻爆 爆炸传播速度在每秒零点几米至数米之间的爆炸过程； (2)爆炸 爆炸传播速度在每秒十米至数百米之间的爆炸过程； (3)爆轰 爆炸传播速度在

13、每秒1千米至数千米以上的爆炸过程。 实际上任何可燃物质，当其成粉尘形式与空气以适当比例混合时，被热、火花、火焰点燃，都能迅速燃烧并引起严重爆炸。许多粉尘爆炸的灾难性事故的发生，都是由于忽略了上述事实。谷物、面粉、煤的粉尘以及金属粉末都有这方面的危险性。化肥、木屑、奶粉、洗衣粉、纸屑、可可粉、香料、软木塞、硫磺、硬橡胶粉、皮革和其他许多物品的加工业，时有粉尘爆炸发生。为了防止粉尘爆炸，维持清洁十分重要。所有设备都应该无粉尘泄漏。爆炸卸放口应该通至室外安全地区，卸放管道应该相当坚固，使其足以承受爆炸力。真空吸尘优于清扫，禁止应用压缩空气吹扫设备上的粉尘，以免形成粉尘云。 屋顶下裸露的管线、横梁和其

14、他突出部分都应该避免积累粉尘。 （三）粉尘爆炸 影响粉尘爆炸的因素？（提问） 案例案例1-1 2004年，浙江省台州市某制药厂，发生甲苯反应釜爆炸事故，造成二人死亡，一人受伤。事故的主要原因是某车间的液氨、甲苯等化工原料泄漏遇高温而引发爆炸。2爆炸极限 （1）爆炸极限 可燃气体、可燃液体的蒸气或可燃粉尘、纤维与空气形成的混合物遇火源会发生爆炸的极限浓度称为爆炸极限爆炸极限。 爆炸下限：在空气中能引起爆炸的最低浓度称为爆炸下限；爆炸上限：在空气中能引起爆炸的最高浓度称为爆炸上限。 混合物中可燃物浓度低于爆炸下限时，因含有过量的空气，空气的冷却作用阻止了火焰的蔓延；混合物中可燃物浓度高于上限时由于

15、空气量不足，火焰也不能蔓延，所以，浓度低于下限或高于上限时都不会发生爆炸。只有在爆炸下限爆炸下限和爆炸上限范围之间才有爆炸危险和爆炸上限范围之间才有爆炸危险。 表： 某些常见物质的爆炸极限物质名称爆炸极限/%物质名称爆炸极限/%下限上限下限上限氢气氨气一氧化碳二硫化碳乙炔氰化氢乙烯苯甲苯邻二甲苯氯苯甲醇乙醇丙醇4.015.012.51.01.55.62.71.21.21.01.35.53.51.775.628.074.060.082.041.034.08.07.07.611.036.019.048.0丁醇甲烷乙烷丙烷丁烷甲醛乙醚丙酮汽油煤油乙酸乙酸乙酯乙酸丁酯硫化氢1.45.03.02.11.

16、57.01.72.51.40.74.02.11.24.310.015.015.59.58.573.048.013.07.65.017.011.57.645.0 注：根据爆炸极限可以知道它们的危险程度。(2)危险度可燃气体或蒸汽的危险度的计算公式为：H(危险度)=（爆炸上限-爆炸下限）/爆炸下限，所以只需要查出一种物质的爆炸上下限即可算出其爆炸危险度.（2） 爆炸极限的影响因素 爆炸极限不是固定的数值，而是受一系列因素的影响而变化。影响爆炸极限的因素主要有以下几点。 初始温度 混合物初始温度越高，爆炸极限范围增大。 初始压力 系统初始压力增高，爆炸极限范围也扩大。 惰性气体含量 爆炸性混合物中惰

17、性气体含量增加，其爆炸极限范围缩小。当惰性气体含量增加到某一值时，混合系不再发生爆炸。 容器 容器的材质和尺寸对物质爆炸极限均有影响。若容器材质的传热性能好，则由于器壁的热损失大，混合气体的热量难于积累，而导致爆炸范围变小。容器或管道直径越小，爆炸极限范围越小。 点火源 火花能量、热表面的面积、火源与混合物的接触时间等，对爆炸极限均有影响。 光对爆炸极限也有影响。在黑暗中，氢与氯的反应十分缓慢，在光照下则会发生连锁反应引起爆炸。其他因素：第二节第二节 防火防爆技术防火防爆技术 1物料的火灾危险性的评价 （1）气体 爆炸极限和自燃点是评价气体火灾爆炸危险的主要指标。（2） 液体 闪点和爆炸温度极

18、限是评价液体火灾爆炸危险性的主要指标。 （3）固体 固体的火灾爆炸危险性评价主要指标取决于固体的熔点、着火点、燃点、自燃点、比表面积及热分解性能等。 燃点是评价固体物质火灾危险性的主要指标。2.非互溶性危险物（1）毒性危险（2）反应危险（3）水敏性危险 如：钾、钠、碳化钙 3工艺装置的火灾爆炸危险 化工装置的火灾和爆炸事故，主要原因可以归纳为以下五项，各项中都包含一些小的条目。 （1）装置有隐患 高压装置中高温、低温部分材料选型不适当； 接头结构和材料选型不适当； 有易使可燃物着火的电热装置； 防静电措施不够完善； 装置开始运转时无法预料的影响。（2）操作失误 阀门的误开或误关； 燃烧装置点火

19、不当； 违规使用明火。（3）装置故障 贮罐容器、配管的破损； 泵和机械的故障； 测量和控制仪表的故障。 （4）不停产检修设备 带压力切断配管连接部位时发生无法控制的泄漏； 破损配管没有修复，在压力下降的条件下恢复运转，升压后物料泄漏； 不知装置中有压力，而误将配管从装置上断开； 在加压条件下，某一物体掉到装置的脆弱部分而发生破裂。 （5）异常化学反应 反应物质匹配不当； 不正常的聚合、分解等； 安全装置配备不合理或不齐全。第三节 防火防爆的技术措施 案例1-3 2004年，吉林市某商厦发生特大火灾，造成54人死亡、70余人受伤。火灾是由商厦伟业电器行雇员于某在仓库吸烟引发。一个小小的烟头上演了

20、一场特大火灾事故，致使54人的生命死于火海。 由此可见，禁止和控制点火源，是防止燃烧的必要条件的形成是万分重要的。1点火源的安全控制（1）明火（2）摩擦与撞击产生的高温与火花 （3）高温热表面 （4）电气火花2.防爆电气设备的选用（1）爆炸火灾危险场所的分类（2）防爆电器设备类型 隔爆型 （） 充沙型（g）增安型 （） 浇封型 （m） 正压型 （ ）本安型 （） 特殊型（） 充油型 （） 3化工工艺参数的安全控制（学生讲） （1）温度控制 正确选用传热介质，有效除去反应热，并要防止搅拌中断。 （2）压力控制 （3） 进料控制 控制进料速度 控制进料配比 控制进料顺序 控制原料纯度 控制进料量

21、4火灾爆炸危险物质的控制 （1）根据物质的物理化学性质采取措施 改进工艺，尽量不使用或少使用可燃物料，以不燃物料或难燃物料代替易燃物料。 对自燃性物质及遇水燃爆物质，应采取隔绝空气、防水防潮。 遇酸碱有分解、爆炸燃烧的物质，应避免与酸碱接触。 易燃、可燃气体和液体蒸气，采取相应的耐压容器和密封手段以及保温、降温措施。 对于易产生静电的物质，应采取接地等防静电措施。 （2）防爆惰化技术 惰性介质作为保护性介质，可以阻止可燃物质形成爆炸条件。 易燃固体物质的粉碎、筛选处理及粉体输送，采用惰性气体隔离保护； 在可燃气体或蒸气物料系统中，充入惰性气体，使系统保持正压，防止形成爆炸性混合物； 将惰性气体

22、管路与有爆炸危险的生产设备、储罐等连接起来，以防在发生爆炸危险时，用惰性气体保护； 易燃液体利用惰性气体进行充压输送； 在有爆炸危险场所中，对有引起火花危险的电器、仪表等，采用充氮气正压保护； 在有爆炸危险性的化工生产装置上动火检修前，用惰性气体吹除，置换出系统中的可燃气体或蒸气，安全合格后，方可上人，或进入设备内部进行检查、检修及动火； 在化工生产装置中发生物料泄漏时，用惰性气体稀释可燃气体。（3）自动控制与安全保险装置 自动控制系统主要有：自动检测系统；自动调节系统；自动操纵系统；自动信号连锁和保护系统。 安全保险装置主要有：信号报警；保险装置；安全联锁等。 5、限制火灾爆炸的扩散和蔓延

23、化工生产中限制火灾扩散和蔓延采取的主要措施有安全液封、水封井、阻火器、单向阀、阻火闸门、火星熄灭器、消防设施和器材等。 除上述设施外，危险性较大的，还可采用分区隔离、爆炸抑制、泄压技术、设备露天安装等方法。 第四节 消防灭火技术 一、灭火原理一、灭火原理 根据燃烧三要素，可以采取除去可燃物、隔绝助燃物（氧气）、将可燃物冷却到燃点以下温度等灭火措施。 1窒息法 用不燃（或难燃）物质，复盖、包围燃烧物，阻碍空气（或其他氧化剂）与燃烧物接触，使燃烧因缺少助燃物质而停止。 2冷却法 将灭火剂直接喷洒在燃烧着的物体上，将可燃物质的温度降到燃点以下以终止燃烧。 3 隔离法 将火源与火源附近的可燃物隔开，中断可燃物质的供给，控制火势蔓延。 4化学抑制灭火法 使用窒息、冷却、隔离灭火法，灭火剂不参加燃烧反应，属于物理灭火方法。而化学抑制灭火法则是使灭火剂参与到燃烧反应中去，以抑制燃烧连锁反应进行，使燃烧中断而灭火。 二、二、 灭火剂及其应用灭火剂及其应用 1. 水（及水蒸气）水（及水蒸气）2. 泡沫灭火剂泡沫灭火剂3.干粉灭火剂干粉灭火剂 4.卤代烷灭火剂卤代烷灭火剂 5.二氧化碳灭火剂二氧化碳灭火剂 灭火器灭火器类型类型泡沫灭火器泡沫灭火器