民用爆炸物品安全技术基础课件

主讲人：黄寅生教授地址：南京理工大学化工学院电话o),84318120(h)E-mail:huangyinsheng@QQ:623705315民用爆炸物品安全技术基础1/8/20231第4章炸药的燃烧与爆炸基础知识p61第5章民用爆炸物品的基本特性及使用p73第6章民用爆炸物品现状与发展p1251/8/20232第4章炸药的燃烧与爆炸基础知识

4.1炸药的化学反应基本形式及特点炸药有热分解、燃烧和爆轰三种化学反应基本形式。炸药的热分解是缓慢的化学反应，而炸药的燃烧和爆轰是快速的化学反应，炸药的爆轰是炸药化学反应的最高形式。1/8/20233（1）热分解炸药的热分解是指炸药在一定的温度下缓慢分解，发生在整个炸药内，放热也较慢，反应的热量及时地传给环境。热分解的化学反应受炸药的温度影响较大，温度越高，炸药的热分解速度越快。炸药在贮存条件下，热分解总是要发生的。热分解生成的分子碎片使炸药的组成发生变化，随之性能也发生变化。除爆炸性能变化外，敏感性也发生变化（常常敏感性增加），这是安全上要特别注意的。1/8/20234（2）燃烧日常生活中的燃烧现象是十分普遍的，燃烧是伴随着发光发热的一种剧烈的化学反应。炸药的燃烧与一般燃料的燃烧的主要区别：一般燃料的燃烧，外界必须要供给氧气或其它助燃气体，燃烧的速度缓慢，决定燃烧速度的主要因素之一是供氧情况；而炸药的燃烧则是一种可以自行传播的剧烈的化学反应，由于炸药的自身含有氧，因而不需要外界供给助燃气体，它可以在隔绝空气的情况下燃烧，燃烧的速度很快，有的还非常迅速，并可以转变为爆燃或爆轰。1/8/20235炸药燃烧的基本特点如下：①炸药燃烧时反应区的能量是通过热传导、气体产物的扩散和热辐射而传入原始炸药的。②由于传热和扩散是一个缓慢的过程，因此，炸药燃烧的速度比声速要低得多，一般为每秒几厘米到每秒几米，燃烧的传播速度也大大低于爆轰波的传播速度。③火焰波后的燃烧产物是向后运动的，因此，在火焰区域内燃烧产物的压力较低。1/8/20236炸药燃烧反应的三种类型：（1）易挥发性炸药是指炸药的沸点或升华温度低于凝聚相中进行快速化学反应温度的一类炸药，边燃烧边挥发，未挥发的炸药还来不及燃烧就被气化，燃烧的化学反应完全在气相中进行，典型的这类炸药是乙二醇二硝酸酯。显然这类炸药在空气中燃烧时，还会有空气中的氧参与反应。（2）难挥发性炸药是指在受热时不能气化，当温度升至炸药沸点之前其自身便发生分解的炸药，其燃烧反应主要在凝聚相炸药中进行。大多数炸药如TNT、RDX、工业硝铵炸药等均属难挥发炸药。（3）速燃炸药表现在其在凝聚相中的反应速度很快，同时放出大量的气体产物和热量，从而使凝聚相的表面发生强烈的迸裂，大量的气体产物夹杂着尚未反应的炸药粒子进入气相，尔后在气相中进行反应，在距表面较远处结束反应，雷汞的燃烧就属典型的速燃炸药的燃烧。在处理不同类型的炸药时应分别对待。1/8/20237影响炸药燃烧速度的因素①炸药性质②压力和炸药初始温度③装药直径和密度④装药外壳1/8/20238（3）爆轰炸药的爆轰是冲击波在其中传播而引起炸药快速的化学反应。当足够强的冲击波在炸药中传播时，由于冲击波的剧烈压缩作用而引起快速的化学反应，反应放出的能量又支持冲击波的传播，可以使其维持定速而不衰减，这种紧跟着化学反应的冲击波称为爆轰波。1/8/20239（4）热热分解、、燃烧和和爆轰的的区别及及相互转转换炸药的热热分解是是在整个个物质内内进行，，反应速速度主要要取决于于环境温温度，反反应规律律服从阿阿累尼乌乌斯（Arrhenius））定律，，反应速速度随温温度成指指数关系系，温度度越高反反应速度度增长越越快。而而燃烧与与爆轰是是以反应应波的形形式一层层一层传传播的快快速化学学反应，，而且燃燃烧和爆爆轰两种种化学变变化的也也存在如如下区别别：12/29/202210燃烧和爆爆轰两种种化学变变化的也也存在如如下区别别：①传播播机理：：燃烧时时反应区区的能量量是通过过热传导导、热辐辐射及产产物的扩扩散作用用传入未未反应炸炸药的，，而爆轰轰的传播播则是借借助于冲冲击波的的方式进进行的。。②质点点运动方方向：燃燃烧过程程中反应应区内产产物质点点运动方方向与燃燃烧波阵阵面方向向相反，，而爆轰轰时反应应区内产产物质点点运动方方向与爆爆轰波传传播方向向一致。。③反应应地点：：凝聚炸炸药燃烧烧时，放放热的反反应主要要在气相相中进行行的，而而爆轰时时放热的的反应主主要在液液相或固固相中进进行。④反应应速度：：爆轰速速度快，，燃烧速速度慢。。⑤影响响因素：：燃烧受受环境影影响；爆爆轰几乎乎不受环环境影响响12/29/202211炸药的的热分分解、、燃烧烧和爆爆轰三三种释释能形形式在在一定定的条条件下下可以以相互转转化。当热分分解时时放出出的热热量大大于散散热量量时，，炸药药会发发生燃燃烧，，某些些热爆爆炸就就是根根源于于此，，历史史上发发生过过多次次军火火库在在无外外界击击发时时发生生自炸炸，一一般是是由这这种过过程引引起的的。民民爆器器材仓仓库自自燃爆爆炸亦亦可能能是炸炸药热热分解解造成成的。。12/29/202212大部分分炸药药在敞敞开环环境中中用明明火点点燃，，在控控制堆堆积量量的前前提下下会平平稳燃燃烧。。工业业炸药药常可可以用用焚烧烧法销销毁。。当炸炸药在在密闭闭环境境下燃燃烧或或堆放放量非非常大大时会会发生生燃烧烧转爆爆轰。。某某些工工业炸炸药在在环境境条件件不满满足时时会发发生爆爆轰不不完全全：这这时某某些配配方的的工业业炸药药表现现为熄熄爆，，余药药残留留下来来不继继续作作用；；有的的配方方的工工业炸炸药则则继续续发生生燃烧烧。前前者一一般称称为断断爆，，后者者称为为爆轰轰转燃燃烧。。在燃烧烧过程程中，，如果果凝聚聚相炸炸药能能及时时地将将燃烧烧时所所生成成的高高温气气体排排出，，使燃燃烧反反应在在生成气气体和和排气气相平平衡的状态态下进进行，，那么么燃烧烧就会会稳定定，此此时的的燃烧烧速度度和燃燃烧过过程都都是稳稳定的的。如如果生生成气气体速速度大大于排排气速速度，，气体体平衡衡被打打破，，压力力增大大，燃燃速加加快，，燃烧烧就变变得不不稳定定，并并可能能转成成爆轰轰。12/29/202213（5）炸药药本质组成炸药物物质本质实实际上是具具有氧化剂和可可燃剂体系。它们们可能独立立存在，通通过将氧化化剂和可燃燃剂混合组组成炸药，，也可能是是在同一种种物质中共共同存在，，其本身既既含有氧化化剂，又含含有可燃剂剂，工业炸炸药主要是是前者。炸炸药在未被被激发的状状态时是一一种亚稳性含能能物质，在受激发发后表现出出强自行活活化性质和和自供氧性性质,发生生强烈的氧氧化还原反反应，生成成大量的气气体产物放放出大量的的热。例如：工业业铵油炸药药中，其所所含的硝酸酸铵为氧化化剂，木粉粉和柴油是是可燃剂。。炸药正常常储存时，，硝酸铵和和木粉、柴柴油间并不不发生化学学反应，是是一种亚稳稳定状态；；当用雷管管（或起爆爆具）将其其起爆后，，硝酸铵提提供氧，使使木粉、柴柴油氧化，，瞬间放出出大量热量量、生成气气体而发生生爆炸。12/29/202214（6）爆炸炸三要素①放出大大量热②化学反反应速度极极快③生成大大量气体12/29/202215反应的放热性性第一个必要条条件。爆炸时能释放放热量，是激激发未爆炸的的炸药发生爆炸炸的能源，促使爆炸过过程自行传播播下去。爆炸时能释放放热量，也是是系统对外做功的能源。。12/29/202216[例]草酸酸盐的分解反反应：（NH4）2C2042NH3+H20+CO+C02-363.6kJPbC204Pb+2C02-69.87kJAg2C2042Ag+2C02+123.4kJ前两个反应是是吸热反应，，不能发生爆爆炸，后一个反应是是放热反应，，能够发生爆爆炸。12/29/202217[例]硝酸酸铵的分解反反应NH4N03——————————————NH3十HN03一170.7kJ雷管引爆NH4N03——————————————————————————N2十H20十0.502十126.4kJ第一个反应靠靠外界供给能能量来维持其其分解，显然然不可能发生生爆炸；第二个反应具具有放热性，，因此具有爆爆炸性。12/29/202218炸药和燃料混混合物的含能能量比较物质名称含含能量量kJ.kg-1kJ.L-1黑火药(=1.2g.cm-3)2782.43347.2梯恩梯(=1.6g.cm-3)4250.96803.2硝化棉(=1.3g.cm-3)4288.65564.7硝化甘油(=1.6g.cm-3)6221.69957.9碳和氧的混合合物6221.617.15苯和氧的混合合物9204.818.41氢和氧的混合合物13514.37.1112/29/202219炸药含能量的的特点:凝聚炸药在反反应时放出的的能量，就单单位质量而言言，它比普通通燃料燃烧时时放出的能量量还低，按单位体积的的含能量来看看，它比普通通燃料具有大得多。凝聚炸药并非非是高能量物质，而是一种具具有高能量密度的的物质。12/29/202220反应的快速性性第二个必要条条件。是炸药爆炸一个个最重要特征征。一般化学反应应也可以是放放热的，而且且有许多反应应释放的热量量比炸药爆炸炸反应释放的的热量大许多多倍，但这些些反应并未形形成爆炸现象象，其根本原原因在于它们们的反应过程程进行得很慢慢。12/29/202221lkg汽汽油油在在发发动动机机中中燃燃烧烧或或lkg煤煤块块在在空空气气中中燃燃烧烧，，所所需需要要的的时时间间为为数数分分钟钟到到数数十十分分钟钟，，1kg炸炸药药爆爆炸炸反反应应的的时时间间仅仅十十几几到到几几十十微微秒秒（（10-6s））炸药药的的爆爆炸炸要要比比燃燃料料燃燃烧烧快快数数千千万万倍倍。。例如如：：12/29/202222由于于炸炸药药的的爆爆炸炸反反应应速速度度极极高高，，因因而而可可以以近近似似地地认认为为，，爆爆炸炸反反应应产产物物来来不不及及膨膨胀胀，，所所释释放放的的能能量量全全部部集集中中在在炸炸药药爆爆炸炸前前所所占占的的体体积积内内，，从从而而维维持持一一般般化化学学反反应应所所无无法法达达到到的的很高高的的能能量量密密度度，这这样样可可以以形形成成高高温温高高压压气气体体，，使使得得炸炸药药的的爆爆炸炸具具有有巨大大的的作作功功功功率率和强烈烈的的破破坏坏作作用用。1kg普普通通炸炸药药爆爆炸炸时时释释放放的的热热量量一一般般在在（（4.18～～6.27））106J,仅仅相相当当于于lkW电电机机工工作作一一个个多多小小时时的的能能量量，，但但在在爆爆12/29/202223炸药药并并非非是是一一个个能量量很很高高的能能源源，，是一一个个功率率极极大大的能能源源。。12/29/202224生成气气态产产物第三个个必要要条件件。反应生生成气气态产产物是是能量转转换的的工作介介质。爆炸对对周围围介质质做功功是通通过高高温高高压的的气体体迅速速膨胀胀实现现的，，所以以生成成大量量气体体产物物是炸炸药爆爆炸的的一个个重要要特征征。12/29/202225体积为为1L的普普通炸炸药爆爆炸反反应时时，一一般可可产生生1000L左左右的的气态态产物物（在在标准准状态态时））。12/29/202226[例]铝热热剂的的反应应：2Al+Fe2O3Al203+2Fe+853.12kJ反应的的速度度很快快，反应的的热效效应可可以使使产物物温度度升到到3000C，没有气态产产物生成，，不发生爆炸炸。12/29/202227在某些情况况下，有足足够的放热热性和快速速性，虽不不生成气体体，也可以以发生爆炸炸过程。例例如很细的的铝粉组成成的类似铝铝热剂这样样的反应，，由于铝粉粉中混入了了空气，受受热膨胀也也会发生弱弱爆炸。这这种爆炸是是空气受热热后产生的的，并不是是铝热剂本本身发生的的。需要说明的的是:12/29/202228爆鸣气爆炸炸气体量不增增加，反而而减少了三三分之一：：

2H2十022H20十483.67kJ气体量的减减少被过程程的放热性性和快速性性所弥补。。由于产物物在高温下下体积增加加，仍可在在短时间内内压力达到到1MPa以上，从从而具有一一定的爆炸炸性。12/29/202229小结放热性给给爆炸反反应提供供了能源源，而快快速性则则是使能能量集中中在较小小的体积积内并产产生强大大的放热热功率，，反应生生成气态态产物则则是炸药药爆炸后后对外作作功的工工作介质质。反应应的放热热性将炸炸药和产产物加热热到高温温，从而而使反应应速度增增加，增增大了反反应的快快速性；；放热性性和快速速性使产产物加热热到很高高的温度度，使更更多的产产物处于于气态状状态。正正是由于于不同种种的炸药药在这三三要素上上存在着着差异，，而使它它们的爆爆炸性能能产生了了明显的的差异，，构成了了形形色色色、不不同品种种、用途途各异的的各种炸炸药。12/29/2022304.2炸炸药药的起爆与与敏感度度（1）炸炸药起爆爆原因炸药是一一种处于于相对稳稳定状态态的物质质，本身身的能量量水平比比较高（（如处于于高位的的小球）），只有有在一定定的引爆爆冲能作作用下，，才会发发生爆炸炸。外界作用用所给的的能量既既是炸药药发生化化学反应应的活化化能，又又是外界界用以激激发炸药药爆炸的的最小引引爆冲能能，因此此可以得得出：引引爆冲能能越小，，炸药的的感度越越大，炸炸药越易易起爆；；12/29/202231（2）炸药起起爆的选择性性①外界能量量种类：②外界能量量的作用速率率③装药条件件：④炸药的物物理状态：⑤不同用途途的炸药有不不同感度的要要求。12/29/202232（3）炸药起起爆机理①炸药的热热爆炸机理在一定条件下下（温度、压压力等）若炸炸药因热分解解的作用，反反应放出的热热量大于热传传导（向外））所散失的热热量，就能使使炸药的内部部发生热积累，从而使反应应自动加速，，温度升高，，反应更快，，温度更高，，如此循环发发展最后导致致爆炸。12/29/202233②炸炸药的的热点点起爆爆理论论当炸药药受到到撞击击或摩摩擦时时，机机械能能首先先转化化成热热能，，并聚聚集在在小的的局部部范围围内形形成““热点””，在热热点处处发生生热分分解，，由于于分解解的放放热性性，分分解速速度迅迅速增增加，，热点点内形形成强强烈反反应，，结果果引起起部分分炸药药或全全部炸炸药爆爆炸。。12/29/202234热点形形成的的三个个途径径：气泡的的绝热热压缩缩；物质之之间的的相互互摩擦擦；炸药的的粘滞滞流动动。热点成成长为为爆轰轰的条条件：：热点温温度足足够高高；热点半半径足足够大大；热点作作用时时间足足够长长；热点能能量足足够多多。12/29/202235③炸炸药药的的冲冲击击波波起起爆爆机机理理冲击击波波是是一一种种强强烈烈的的压压缩缩波波，，当当炸炸药药受受到到冲冲击击波波强强烈烈的的压缩缩要要产产生生热热。均质质炸炸药药，，受受到到冲冲击击时时，，冲冲击击波波阵阵面面上上的的一一薄薄层层炸炸药药便便均均匀匀地地受受热热升升温温，，当当温温度度达达到到爆爆发发点点时时（（温温度度较较高高）），，炸炸药药就就会会发发生生爆爆炸炸，，具具有有热热爆爆炸炸特特征征，，起起爆爆难难，，爆爆速速高高。。非均均质质炸炸药药受受到到冲冲击击时时，，则则由由于于炸炸药药受受热热升升温温的的不不均均匀匀性性，，使使在在局局部部产产生生热热点点，，爆爆炸炸首首先先在在热热点点开开始始并并扩扩展展，，然然后后才才引引起起整整个个炸炸药药的的爆爆炸炸，，具具有有热热点点爆爆炸炸特特征征，，起起爆爆易易，，爆爆速速低低。。12/29/202236（4））炸炸药药感感度度的的双双重重性性实用用感感度度：：是是指指在在一一定定的的起起爆爆方方式式下下，，如如果果用用炸炸药药的的最最小小起起爆爆能能量量来来引引爆爆它它时时，，该该炸炸药药能能可靠靠地起起爆爆，，不不应应该该出出现现半半爆爆或或拒拒爆爆。。从从应应用用的的角角度度来来说说，，炸炸药药具具有有适适当当的的实实用用感感度度是是很很重重要要的的，，因因为为较较好好的的实实用用感感度度可可以以减减小小炸炸药药拒拒爆爆的的概概率率，，有有效效地地防防止止意意外外事事故故的的发发生生。。危险险感感度度：：和和炸炸药药的的安全全性相相联联系系，，即即在在外外界界作作用用的的能能量量低低于于炸炸药药的的最最小小起起爆爆能能时时，，炸炸药药是是安安全全的的。。低低危危险险感感度度是是人人们们对对炸炸药药的的永永恒恒追追求求，，以以保保证证炸炸药药在在制制造造、、运运输输等等过过程程中中，，即即使使受受到到一一些些机机械械或或者者其其它它形形式式的的作作用用，，也也是是安安全全的的，，不不会会发发生生意意外外爆爆炸炸事事故故。。12/29/202237（5）常常见炸药药感度试试验炸药感度度是按外外界激发发能量的的形式不不同而分分类的。。感度试试验是人人为设计计炸药在在不同外外界激发发能量作作用下发发生爆炸炸反应的的难易程程度衡量量方法，，主要有热热感度、、机械感感度、火火焰感度度、冲击击波感度度、爆轰轰波感度度、静电电感度、、激光感感度、射射频感度度等。常常用撞击感度和摩擦感度来表表征炸药药的机械械感度，，这两种种感度也也是人们们最常用用的。随着人们们对生产产、运输输、储存存和使用用炸药的的需求、、还会不不断研究究和发展展新的感感度实验验方法。。12/29/2022384.3炸药的安安定性和和相容性性炸药在长长期的储储存中，，保持其其原有物物理化学学性质的的能力叫叫做安定定性。安安定性可可分为化化学安定定性和物物理安定定性。炸药的安安定性主主要取决决于以下下因素：：炸药的的组成成和结结构，，炸药的的加工工工艺艺，炸药的的装药药状态态和使使用条条件。。12/29/202239（1））化学学安定定性化学安安定性性取决决于物物质的的化学学性质质及所所含杂杂质。。如硝硝基化化合物物类的的炸药药，其其化学学安定定性是是属于于高安安定性性的，，在没没有杂杂质存存在的的条件件下，，硝基基化合合物可可以存存放二二十多多年还还能使使用，，基本本上不不改变变性能能。硝硝铵炸炸药的的安定定性也也很好好。硝硝酸酯酯炸药药与无无烟火火药安安定性性比较较差，，主要要由于于硝酸酸酯含含有微微量酸酸，结结果在在长期期储存存中发发生分分解，，药温温上升升，容容易导导致爆爆炸、、燃烧烧，因因而在在存放放时不不要堆堆积过过高，，也要要防止止阳光光照射射，并并保持持仓库库通风风。12/29/202240（2））物理理安定定性①吸潮、、结块块②冻结③老老化和和渗油油④耐耐水⑤降解、、破乳乳分层层12/29/202241（3）炸药药的相容性性在多种炸药药或炸药与与其所接触触的物质，，保持物理、化学学和爆炸性性质不发生可觉觉察的或发发生容许范范围内变化化的能力。。内相容：又又称混合性性相容性，，是指组分分之间的混混合相容性性。外相容：又又称接触相相容性，是是炸药组分分与其它接接触物体之之间的相容容性。物理相容性性：不发生生物理性质质变化能力力。化学相容性性：不发生生化学性质质变化能力力。炸药的安定定性和相容容性影响炸炸药的安全全储存期和和产品有效效寿命。12/29/2022424.4炸药的爆炸炸与爆炸破破坏作用（1）炸药的爆炸炸作用炸药发生爆爆炸时所形形成的高温温高压气体体产物，必必然对周围围的介质产产生强烈的的冲击和压压缩作用。。习惯上将炸炸药爆炸时时对周围物物体的各种种机械作用用称为炸药药的爆炸作作用。12/29/202243（2））冲冲击击波波与与超超压压冲击击波波是是由由压压缩缩波波迭迭加加形形成成的的，，炸炸药药发发生生爆爆炸炸时时所所形形成成的的高高温温高高压压气气体体产产物物，，使使它它周周围围的的空空气气受受到到冲冲击击而而发发生生扰扰动动，，使使其其状状态态（（压压力力、、密密度度、、温温度度等等））发发生生突突跃跃变变化化，，其其传传播播速速度度大大于于扰扰动动介介质质的的声声速速，，这这种种扰扰动动在在空空气气中中传传播播就就成成为为冲冲击击波波。。在在离离爆爆破破中中心心一一定定距距离离的的地地方方，，空空气气压压力力会会随随时时间间迅迅速速发发生生而而悬悬殊殊的的变变化化。。超压压准准则则认认为为，，只只要要冲冲击击波波超超压压达达到到一一定定值值时时，，便便会会对对目目标标造造成成一一定定的的伤伤害害或或破破坏坏。。冲击击波波超超压压对对人人体体的的伤伤害害和和对对建建筑筑物物的的破破坏坏作作用用如如表表4-2和和表表4-3所所示示。。12/29/202244（3））安安全全距距离离与与殉殉爆爆距距离离炸药药爆爆炸炸后后引引起起其其周周围围一一定定距距离离处处炸炸药药也也发发生生爆爆轰轰的的现现象象叫叫殉殉爆爆。引引发发爆爆轰轰的的药药柱柱叫叫主主动动装装药药，，被被引引发发的的则则为为被被动动装装药药。。主主动动装装药药爆爆轰轰形形成成的的冲冲击击波波在在空空气气中中传传播播，，当当其其强强度度仍仍能能引引发发被被动动装装药药爆爆轰轰时时，，则则被被动动装装药药可可以以被被引引爆爆。。当当两两炸炸药药柱柱相相距距足足够够远远，，冲冲击击波波不不能能引引发发被被动动装装药药爆爆轰轰时时，，则则该该距距离离的的最最小小值值叫叫做做殉殉爆爆安安全全距距离离。。反反之之，，距距离离小小于于安安全全距距离离时时，，则则会会出出现现殉殉爆爆。。12/29/202245研究殉爆目的的在于：①确定生产产工房间的安安全距离，为为厂房设计提提供基本数据据；②改进工业业炸药的性能能，提高在工工程爆破时爆爆破的可靠性性。12/29/202246（4）爆炸作作用与定员定定量在工厂生产和和炸药库存中中还有定员定定量的要求，，以确保生产产和储存过程程中的安全。。安全距离包括括冲击波安全全距离和殉爆爆安全距离。。12/29/202247所谓冲冲击波波安全全距离离：即防防止空空气冲冲击波波对人人员和和建筑筑物损损伤和和破坏坏的最最小距距离。。可按按式（（4-6））计算算：安全系系数K取决于于安全全等级级（可可能破破坏的的程度度）及及工（（库））房的的防护护程度度（有有无防防爆土土堤）），见见表4-5。在表4-5中K值范围围里具具体数数据的的确定定，应应考虑虑周围围建筑筑物的的重要要程度度、结结构坚坚固程程度、、隐蔽蔽和集集中程程度、、交通通线运运输量量等具具体情情况。。12/29/202248殉爆安安全距距离：即防防止炸炸药间间相互互殉爆爆的最最小距距离。。在确确定炸炸药（（工业业火工工品））库房房或工工房（（工序序）间间的相相对位位置时时，必必须考考虑万万一一一个库库房或