安全工程-3-燃烧爆炸课件

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、发热的氧化反应。燃烧的特征1）是一个剧烈的氧化还原反应2）放出大量的热3）发出光1.燃烧条件必要条件：1）有可燃物质存在。如木材、乙醇、丙酮、甲烷、乙烯等2）有助燃物质存在。常见的为空气和氧3）有导致燃烧的能源。即点火源，如撞击、摩擦、明火、高温表面等。充分条件：1）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。如：电焊渣，1200℃，可点燃易燃气体混合物，但不足以点燃木柴。

氧浓度低于14%，一般可燃物会熄灭

氢浓度低于4%，不会燃烧。2.燃烧的三要素控制可燃物质燃烧的三要素。可燃物处于蒸汽或其他微小分散状态的燃料和氧极易发生燃烧。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，越易燃烧。通风及将易燃物料置于耐火建筑物中。氧及热氧浓度越高，燃烧越剧烈。物料与空气隔绝，如氮气、氩气、氦气保护隔绝小火—热传递—点燃更多的燃料—大火蔓延如：丙酮在空气中的燃烧丙酮的闪点：-11℃防止丙酮燃烧4条件：环境温度小于-11℃切断氧气供应区域内清除任何形式的火源区域内安装良好的通风设施2.燃烧的三要素3.燃烧形式1）均相燃烧和非均相燃烧均相：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，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。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。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）相互接触扩散而产生的燃烧称为扩散燃烧。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碳黑。3）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。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、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。3.

燃烧形式4.燃烧类别、类型及特征根据国标，易燃物资燃烧划分为四个基本类别A类燃烧

木材、纤维织品、纸张等普通可燃物的燃烧。此类燃烧生成灼烧余烬，如木炭。B类燃烧

易燃石油制品或其他易燃液体、油脂等的燃烧。此类燃烧无灰烬。C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。D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，也会带来问题。高熔点金属会以：粉末型、薄片型、切削型、浇铸型、挤压型存在。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。分受热自燃和自热自燃两种。受热自燃：可燃物质在外部热源的作用下温度升高，达到其自燃点而自行燃烧。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。引起物质自热的原因：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（活性碳）发酵热（植物）。影响自燃因素热量生成速率、热量积累程度4.燃烧类别、类型及特征4.燃烧类别、类型及特征3.自燃和自燃点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。4.燃烧类别、类型及特征3.自燃和自燃点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。5、燃烧过程和燃烧原理

1）燃烧过程燃烧过程温度变化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，在受热、撞击、摩擦等条件下，容易分解甚至燃烧爆炸。燃烧的过氧化物理论

—O—O—,R—O—O—R',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,生成上万个氯化氢分子。燃烧的连锁反应理论燃烧特征参数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，火焰温度既是燃烧温度。燃烧特征参数燃烧速率：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。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，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，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，管径小于某值，火焰不能传播。大于某值，传播速度不再增加。即最大燃烧速率燃烧热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。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低热值：生成的水蒸气不冷凝时放出的热量IKAC5000标准型氧弹量热仪火灾案例：误操作润滑脂与氯反应发生火灾Whileattemptingtofreeupa2-inch(5cm)plugvalveinchlorineservice,whichwasbecomingdifficulttouse,achemicalprocessoperatorlocatedalubricantgunthatwasmarked"forchlorineservice."Theoperatorcheckedthecartridge,anditwasproperlylabeledasthespecifiedchlorine-compatiblegrease,Theoperatorconnectedthegreaseguntothevalvefittingandhandpumpedinasmallamountofgrease.Beforetheoperatorcoulddisconnectthegreasegun,amildexplosionoccurred.Evidenceshowedthatsomeonehadcontaminatedthegunwithhydrocarbongrease.Therapidchlorinationofthehydrocarbongreasecreateddestructivepressureshighenoughtoblowa3/4-inch(2cm)holeinthebottomoftheplugcockbody.Somechlorineescapedfromthesystemviathedamagedvalve,butnoonewasinjured.Thechemicalprocessoperatordideverythingcorrectly.However,someoneelseintheorganizationapparentlydidnotunderstandthedangerswhenhepreviouslyviolatedgoodpracticeandusedthegreasegunforhydrocarbongreaseservice.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0702063.爆炸类型2）

按产生的原因和性质分类：物理爆炸、化学爆炸、原子爆炸物理爆炸：物质的物理状态发生急剧变化而引起的爆炸。特征：系统内物质化学组成与化学性质不变化学爆炸：物质发生急剧的化学反应，产生高温高压而引起的爆炸。特征：系统内物质化学组成与化学性质发生变化简单分解爆炸：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

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。

爆炸物品大都有如下结构：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。混合物之一为富含氧的物质；另一组分则相反。

混合物：气态、液态、固态或多相系统爆炸性混合物爆炸气相爆炸：混合气体爆炸、粉尘爆炸、气体分解爆炸、喷雾爆炸爆炸;燃烧速率数百米/s,爆轰:冲击波传播速率2-3km/s以上,超音速,殉爆:由爆轰引发的冲击波诱发的爆炸液相爆炸：聚合爆炸（乙烯、乙炔）、液体混合爆炸（硝基苯、硝酸）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3.爆炸类型3.爆炸类型3）按爆炸反应物质分类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爆炸临界压力:火焰能传播的最低压力高压乙炔: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，如空气按一定比例混合，在引火源的作用下引起的爆炸。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空气等助燃气体中，在引火源作用下引起的爆炸。3.爆炸类型3）按爆炸反应物质分类可燃液体雾滴爆炸

可燃液体在空气中被喷成雾状剧烈燃烧时引起的爆炸可燃蒸汽云爆炸

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。4.爆炸极限及其计算爆炸极限爆炸下限：可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。爆炸上限：可使火焰蔓延的可燃气体或蒸汽的最高浓度。单位：体积分数（φ%）；浓度（g/m-3;mg/l)爆炸极限影响因素原始温度4.1爆炸极限影响因素原始压力压力增加，爆炸极限范围扩大，且上限的增加明显。压力减小，气体分子间距拉大，爆炸范围减小。临界压力：爆炸上下限重合。临界压力以下为不燃不爆区。惰性介质加入惰性介质，爆炸极限范围缩小，惰性介质的φ提高到某数值，可使混合物不燃不爆4.1爆炸极限影响因素4.1爆炸极限影响因素容器大小的影响容器直径越小，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数值时，器壁效应就会使火焰无法燃烧。点火能源点火能量增加，爆炸范围变宽。点燃能量对甲烷/空气混合物爆炸极限的影响(容器7L),1atm点燃能量/JL下/%L上/%点燃能量/JL下/%L上/%14.913.81004.2515.1104.614.210003.617.5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。4.1爆炸极限影响因素火焰的传播方向(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

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火焰传播方向对爆炸极限的影响气体名称LFL/%UFL/%↑↓→↑↓→氢4.158.86.575.074.5-甲烷5.355.595.414.913.514.0乙烷3.123.263.1515.010.212.9戊烷1.421.48-74.54.64-乙烯3.023.383.2034.015.523.7丙烯2.182.262.229.707.49.3丁烯1.71.81.759.66.39.0乙炔2.62.782.6880.571.078.5一氧化碳12.815.313.675.070.5-硫化氢4.35.855.345.521.333.54.1爆炸极限影响因素含氧量

空气中φ(O2)为21%，当混合气中φ(O2)增加时，爆炸下限基本不受影响，而爆炸上限显著增加。可燃气体在空气及氧气中的爆炸极限物质空气中氧气中UFL/%LFL/%UFL/%LFL/%甲烷145.3615.1乙烷12.53.0663.0丙烷9.52.255-正丁烷8.51.8491.8异丁烷8.41.8481.8丁烯9.62.0-3.01-丁烯9.31.6581.82-丁烯9.71.7551.7丙烯10.32.4532.1氯乙烯224704氢754944一氧化碳7412.59415.5氨28157915.54.2爆炸极限的计算闪点法

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。

4.2爆炸极限的计算例一：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例1：已知乙醇的爆炸上限为19%，求其爆炸上限温度解：C=P分/P总=0.19P分=0.19×1.013×105=19247Pa

由算图或物化手册查出19247Pa对应的温度为42℃4.2爆炸极限的计算复杂组分可燃气体混合物爆炸极限

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、无催化反应的混合气4.2爆炸极限的计算例3：已知某混合气体的组成及爆炸极限数据如下，问此混合物有无爆炸危险。物质Φ/%LFL/%UFL/%己烷0.81.17.5甲烷2.05.016乙烯0.52.736空气97.6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4.3粉尘爆炸粉尘爆炸：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、火焰点燃，得到能量后引起的爆炸现象。引起粉尘爆炸的必要条件燃料：各种可燃性固体微粒且在空气中要达到一定的浓度空气：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。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。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，如在一个敞开的空间，则只能是形成燃烧。粉尘爆炸机理热能加在粒子表面，温度逐渐上升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的可燃气体与空气混合形成爆炸性混合气体，发生燃烧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金属粉尘爆炸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4.3粉尘爆炸粉尘爆炸的特征：多数为不完全燃烧，产生一氧化碳等有毒物质相当多。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。粉尘爆炸的燃烧速度、爆炸压力比混合气体爆炸小。引起粉尘爆炸的常见行业：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）等4.3粉尘爆炸粉尘爆炸影响因素化学性质和组分

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，极易爆炸粒度大小及分布情况

粒径越小，比表面积越大，越易爆炸。直径〉400um,不爆。粗细粉尘混合，也会发生爆炸。与可燃气体共存

当含有可燃气体时，爆炸下限会下降，增大爆炸的危险最小点燃能量

连续20次点火试验，刚好不能点燃时的能量爆炸极限

温度、压力升高，爆炸极限变宽水分含量

水分含量增加，最小点火能增加。对爆炸极限影响不大4.3粉尘爆炸思考题何谓燃烧？有哪些特点？燃烧的三要素是什么？引起自热自燃的热源都有哪些？举例说明物理爆炸和化学爆炸的特征是什么？什么叫爆炸极限？影响爆炸极限的因素有哪些？应具备哪些条件粉尘才会爆炸？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。常压内胆改装为承压锅炉，事主被判8年。南阳柴油机厂浴室爆炸河南省南阳柴油机厂浴室的加热水箱(热交换器)南北方向放置在男女浴室之间的房间内。1979年3月28日下午5点多，浴室加热水箱发生爆炸。水箱爆炸后北侧封头被打出，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推倒；筒体在反作用力下向南飞出，穿过两堵墙，又将锅炉房(加热水箱的加热蒸汽来自此锅炉房)后墙撞了一个3.5m×3.5m的大洞，落在距原位17m远处。由于水箱间的两侧立墙及北墙被全部推倒，男女浴室的大梁折断，134m2浴室屋顶塌下，将正在洗浴全部人员砸在里面，造成44人死亡，重伤13人；轻伤24人。东方化工厂爆炸1997年北京东方化工厂液化石油气储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(6．0％)。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1979年12月18日14时，400m3的2#球罐突然发生破裂，裂口长达13m多，大量的液化石油气迅速喷出，蔓延到距离200m远的苗圃，遇到明火发生燃烧，在6万多m2的范围内形成一片火海。由于火势太猛，消防装备不适应，无法控制火势。在大火的烘烤下，相临的1#球罐严重超压，安全阀开启，大量液化石油气喷出，助长了火势。经过4个多h的烘烤，1#球罐发生了强烈爆炸，响声远及百余里，火焰高达百余m，4块重达10多t球壳碎片飞出百余m。1#球罐的爆炸，使整个罐区遭到破坏。大火持续23h，烧毁6