化工安全工程概论 第四章

第一节燃烧要素和燃烧类别第二节燃烧过程和燃烧原理第三节燃烧的特征参数第四节爆炸及其类型第五节爆炸极限理论及计算第六节燃烧性物质的贮存和运输第七节爆炸性物质的贮存和销毁第八节燃烧和爆炸事故的调查与分析第九节火灾爆炸危险与防火防爆措施第十节有火灾爆炸危险物质的加工处理第十一节燃烧爆炸敏感性工艺参数的控制第十二节火灾和爆炸的局限化措施第十三节灭火剂与灭火设施第四章燃烧和爆炸与防火防爆安全技术ZHENGZHOUUNIVERSITY一、燃烧概述熟练掌握：燃烧的概念，燃烧的三个基本要素。

1、燃烧的定义：燃烧是可燃物质（气体、液体或固体燃料）与氧或氧化剂相互作用而发生光和热的化学反应。其特点是放热、发光、生成新物质。2、燃烧条件（燃烧三要素）（1）可燃物质；（2）助燃物质；（3）能源。第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY只有三个要素同时具备并彼此相互作用，且各要素均达到一定的限值，燃烧才会发生和持续进行。因此，一切防火防爆的消防措施都是根据物质的性质和生产条件，阻止燃烧的三个条件同时存在、相互结合和相互作用。第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY二、燃烧要素掌握：燃烧的三个基本要素的内涵。

1、燃料（可燃物质）物质按燃烧性质可分为可燃物质、难燃物质和不可燃物质三类。凡能与空气、氧气或其它氧化剂发生剧烈氧化反应的物质，均可称为可燃物质。可燃物质按物理状态可分为气态、液态和固态3种。液体的闪点是火险的标志。第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY排除潜在火险：密封罐装置于耐火建筑中通风气体浓度监测第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY2、氧和热可燃物与氧气、空气隔离必要时惰性气保护3、火源①明火；②电源；③过热；④热表面；⑤自燃；⑥电器火花；⑦雷电与静电；⑧摩擦与撞击。第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY三、燃烧形式了解：燃烧的基本形式均相燃烧（g-g)与非均相燃烧(l-g\s-g)混合燃烧与扩散燃烧(g-g)蒸发燃烧、分解燃烧、表面燃烧(l-g\s-g)完全燃烧与不完全燃烧第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY四、燃烧类别、类型及其特征参数了解燃烧的类别及相应的防火、灭火措施；了解燃烧的类型及相应的防火、灭火措施；熟练掌握闪点、燃点（着火点）、自燃点的概念及其消防指导意义。

1、易燃物质燃烧类别A类：有机固体（木材、纸张、纤维制品等普通可燃物质）B类：有机液体（石油制品、油脂等易燃液体）C类：供电设备（电气火灾）D类：可燃金属（金属燃烧）第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY2、燃烧类型及其特征参数燃烧类型（按起因分）：闪燃、点燃、自燃（1）闪燃和闪点可燃液体表面的蒸气与空气形成的混合可燃气体遇到火源时会发生瞬间燃烧，出现瞬间火苗或闪火，这种现象称为闪燃。引起闪燃的最低温度称为闪点。一些液体的闪点如附表1所示。第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY附表1一些可燃液体的闪点与自然点ZHENGZHOUUNIVERSITY液体名称闪点

/℃自然点/℃液体名称闪点/℃自然点/℃甲醇11455

苯11.1555乙

醇14422甲苯4.4535丙醇15405邻二甲苯72463乙

醚-45170间二甲苯25525丙

酮-10-对二甲苯25525汽

油<28510~530乙苯15430煤油28~45380~425环己烷-20.5260轻柴油45~120350~380冰

醋

酸38-………………

各种可燃液体闪点的高低，可确定它们火灾危险性的程度，闪点越低，火灾的危险性越大，等级也就越高。在化工安全生产中根据闪点的高低，确定易燃和可燃液体的生产、加工、储存和运输的火灾危险性，进而针对其火险的大小，采取相应的防火、防爆措施。火灾危险分级在绪论中已经提及到，是按照爆炸极限、闪点分为甲、乙、丙、丁、戊等五类。第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY（2）点燃和燃点（着火点）当外来火源或灼热物质与可燃物接近时，而开始持续燃烧的现象叫着火。使可燃物质开始持续燃烧的最低温度，称为该物质的着火点或燃点。物质燃点的高低，反映出该物质火灾危险性的大小，物质的燃点愈低，愈容易着火，火灾的危险性愈大。第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY（3）自燃和自燃点

可燃物质不须火源靠近便能自行着火的现象叫自燃。可燃物质发生自燃的最低温度称为自燃点。自燃现象可分为受热自燃与自热自燃。不同物质自燃点不同，可燃物质的自燃点愈低，发生火灾的危险性愈大。第一节燃烧要素和燃烧类别ZHENGZHOUUNIVERSITY了解燃烧过程、活化能理论、过氧化物理论、连锁反应理论。熟练掌握P75图4-1。第二节燃烧过程和燃烧原理ZHENGZHOUUNIVERSITY了解：燃烧温度、速率、燃烧热等概念。影响燃烧速度的因素（1）同一可燃物质的燃烧速度决定于燃烧面积与体积之比，在相同体积下，燃烧表面积愈大，燃烧速度愈快。（2）燃烧物质与氧化合的能力。氧化能力愈大，燃烧速度愈快。汽油蒸发快，比较容易与氧化合，它的燃烧速度比重油快。（3）决定燃烧物中碳、氧、硫、磷等可燃物的元素的含量，含量愈多燃烧速度愈快。如石油含碳、氢约为96-99.5%，乙醇含碳、氢约为65.2%，所以石油燃烧速度大于乙醇。参见P77、P78第三节燃烧的特征参数ZHENGZHOUUNIVERSITY爆炸：物质从一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生巨大声响的现象（化学爆炸）。爆炸也可视为气体或蒸汽在瞬间剧烈膨胀的现象（物理爆炸）。气体爆炸：是指可燃气体、液体蒸汽和空气的混合物发生的爆炸。粉尘爆炸：粉尘和空气的混合物发生的爆炸。熔盐池爆炸：例如熔盐池进水。第四节爆炸及其类型ZHENGZHOUUNIVERSITY爆炸的破坏作用：（1）震荡作用；（2）冲击波（3）碎片冲击；（4）造成火灾爆炸的威力是巨大的。在遍及爆炸起作用的整个区域内，有一种令物体震荡、使之松散的力量。爆炸发生时，爆炸力的冲击波最初使气压上升，随后气压下降使空气振动产生局部真空，呈现出所谓的吸收作用。由于爆炸的冲击波呈升降交替的波状气压向四周扩散，从而造成附近建筑物的震荡与破坏。第四节爆炸及其类型ZHENGZHOUUNIVERSITY爆炸极限：是指可燃气体、蒸汽或粉尘和空气的混合物能发生爆炸的浓度范围。爆炸下限和上限：发生爆炸的最低浓度和最高浓度。几种容易爆炸的物质在大气压下的爆炸上限和下限（P84表4-7）：

物质名称

爆炸下、上限（体积浓度%

）

汽油蒸汽

1.06.0氢气4.074.2天然气（甲烷）

5.015.0第五节爆炸极限理论及计算ZHENGZHOUUNIVERSITY物质的爆炸范围越宽，越容易发生爆炸。因此一些燃烧或氧化反应，可燃物的浓度必须控制在爆炸范围以外。爆炸极限的计算参见P87。第五节爆炸极限理论及计算ZHENGZHOUUNIVERSITY一、燃烧性物质的贮存安全

1．贮存安全的一般要求

燃烧性气体不得与助燃物质、腐蚀性物质共同贮存。如氢、乙炔、等易燃气体不得与氧、压缩空气、氧化二氯等助燃气体混合贮存，易燃气体与助燃气体一旦泄漏，就会形成危险的爆炸混合物。燃烧性液体较易挥发，其蒸气和空气以一定比例混合，会形成爆炸性混合物。故燃烧性液体应该贮存于通风良好的清凉处，并与明火保持一定距离。严禁烟火。燃烧性固体着火点较低，燃烧时多数都能释放出大量有毒气体。所以燃烧性固体贮存库，应该干燥、清凉、有隔热措施、忌阳光曝晒。自燃性物质有不稳定的性质，在一定的条件下会自发燃烧，可以引发其他燃烧性物质的燃烧。故自燃性物质不能与其他燃烧性物质共同贮存。燃烧性物质的装卸与运输参见P92第六节燃烧性物质的贮存和运输ZHENGZHOUUNIVERSITY爆炸性物质必须贮存在专用仓库内。贮存条件应该是既能保证爆炸物安全．又能保证爆炸物功能完好。贮存温度、贮存湿度、贮存期、出厂期等，对爆炸物的性能都有重要的影响。爆炸性物质贮存时，必须考虑上述爆炸物本身存在的状况。同时，爆炸性物质是巨大的危险源，贮存时必须考虑其对周边安全的影响。所以对于贮存仓库的位置、要有严格的要求。

第七节爆炸性物质的贮存和销毁ZHENGZHOUUNIVERSITY除起爆器材和起爆剂以外的绝大多数爆炸性物质，推荐采用焚烧销毁。焚烧时，选择不会危及人身和财产的焚烧地点。焚烧地点与建筑物、交通要道以及任何可能会有人员暴露的地方，必须保持足够的安全距离。各类爆炸物销毁时，都应该禁绝烟火，防止爆炸物提前引燃。严禁起爆剂混入待焚毁的爆炸物中。一次只能焚毁一种爆炸物，高爆炸性物质不得成箱或成垛焚毁。硝化甘油、特别是胶质硝化甘油，点火前过热会增加爆炸敏感度。每次普通硝化甘油的焚毁量不应该超过45kg，胶质硝化甘油则不应该超过4.5kg。第七节爆炸性物质的贮存和销毁ZHENGZHOUUNIVERSITY对于任何事故的调查，在确定事故致因之前，都必须尽可能多的收集证据。经过时间考验受到高度评价的正规调查程序包括以下七个步骤：(1)调查授权；(2)事故初步了解；(3)事故前实际情况调查；(4)事故损坏检查；(5)探访证人；(6)研究和分析，(7)准备调查报告。步骤(1)、(2)和(3)应该循序进行。步骤(4)、(5)和(6)不需要排定任何特别的顺序，可以在这三个标题下分别进行。随着调查的进展，就可以开始步骤(7)的工作。前面步骤的进一步信息，应该不断补充进去。第八节燃烧和爆炸事故的调查与分析ZHENGZHOUUNIVERSITY引发事故的危险有害因素：人、机、料、法、环人：人的过失行为；机：机器、设备的危险状态；料：物料的危险特性；法：安全生产责任制、安全操作规程、管理制度等管理软件的实用性与完善程度环：环境影响。第九节火灾爆炸危险与防火防爆措施ZHENGZHOUUNIVERSITY为了安全生产、防止事故的发生和减少事故发生后的损失，而采取的方法、手段、规定、制度、技术和做法等。包括：安全技术措施安全管理措施应按措施等级顺序选择安全措施（直接的、间接的、指示性的、管理的）应按消除危害、预防事故、减弱风险、隔离危害、使用连锁装置和警告的顺序。第九节火灾爆炸危险与防火防爆措施ZHENGZHOUUNIVERSITY安全技术措施等级顺序①直接安全技术措施

具有本质安全性能②间接安全技术措施

采用安全防护装置③指示性安全技术措施

检测报警装置、警示标志④管理性安全技术措施采用安全操作规程、安全教育、培训和个体防护用品等第九节火灾爆炸危险与防火防爆措施ZHENGZHOUUNIVERSITY根据安全技术措施等级顺序的要求，应遵循以下具体原则：①消除：尽可能从根本上消除危险、有害因素；如采用无害化工艺技术，生产中以无害物质代替有害物质、实现自动化作业、遥控技术等；②预防：当消除危险、有害因素有困难时，可采取预防性技术措施，预防危险、危害的发生；如使用安全阀、安全屏护、漏电保护装置、安全电压、熔断器、防爆膜、事故排放装置等。③减弱：在无法消除危险、有害因素和难以预防的情况下，可采取减少危险、危害的措施；如局部通风排毒装置、生产中以低毒性物质代替高毒性物质、降温措施、避雷装置、消除静电装置、减振装置、消声装置等；第九节火灾爆炸危险与防火防爆措施ZHENGZHOUUNIVERSITY④隔离：在无法消除、预防、减弱的情况下，应将人员与危险、有害因素隔开和将不能共存的物质分开；如遥控作业、安全罩、防护屏、隔离操作室、安全距离、事故发生时的自救装置（如防护服、各类防毒面具）等；⑤连锁：当操作者失误或设备运行一旦达到危险状态时，应通过连锁装置终止危险、危害发生；⑥警告：在易发生故障和危险性较大的地方，配置醒目的安全色、安全标志；必要时设置声、光或声光组合报警装置。第九节火灾爆炸危险与防火防爆措施ZHENGZHOUUNIVERSITY对易燃易爆气体混合物：

(1)限制易燃气体组分的浓度在爆炸下限以下或爆炸上限以上；(2)用惰性气体取代空气；(3)把氧气浓度降至极限值以下。对于易燃易爆液体：加工时应该避免使其蒸气的浓度达到爆炸下限采取下列措施；(1)在液面之上施加惰性气体覆盖；(2)降低加工温度、保持较低的蒸气压、使其无法达到爆炸浓度。对于易燃易爆固体：加工时应该避免暴热使其蒸气达到爆炸浓度，应该避免形成爆炸性粉尘。可采取下列措施：

(1)粉碎、研磨、筛分时，施加惰性气体覆盖；(2)加工设备配置充分的降温设施，迅速移除摩擦热、撞击热；

(3)加工场所配置良好的通风设施，使易燃粉尘迅速排除不至于达到爆炸浓度。第九节火灾爆炸危险与防火防爆措施ZHENGZHOUUNIVERSITY控制和消除火源1明火（1）加热用火（2）维修用火2摩擦与撞击

3、高温热表面4电器火花5雷电与静电

第九节火灾爆炸危险与防火防爆措施ZHENGZHOUUNIVERSITY1.根据物质的物理化学性质采取措施。

2.系统密闭或负压操作3.通风置换4.惰性介质保护

在化工生产中常用的惰性气体有氮气、二氧化碳、水蒸汽及烟道气等。第十节有火灾爆炸危险物质的加工处理ZHENGZHOUUNIVERSITY1.温度控制

在生产中，正确控制温度，不仅可以保证产品质量

，而且可以防止燃爆事故的发生。为了严格控制反应温度，必须采取以下相应措施。（1）除去反应热（2）防止搅拌中断（3）正确选择传热介质（4）防止保温材料的渗漏。

2.投料控制

主要有（1）投料速度（2）投料配比（3）投料顺序（4）控制原料纯度第十一节燃烧爆炸敏感性工艺参数的控制ZHENGZHOUUNIVERSITY3.物料成分和过反应的控制反应物料中危险杂质的增加可能会导致副反应或过反应，引发燃烧或爆炸事故。防止跑、冒、滴、漏。4自动控制系统和安全保险装置

温度、压力、液位、流量等自动控制，以及联锁报警等自动安全保险设施紧急情况停车处理

紧急情况有停电、停水、停蒸汽、停压缩空气。第十一节燃烧爆炸敏感性工艺参数的控制ZHENGZHOUUNIVERSITY在化工生产中，火灾爆炸事故一旦发生，就必须采取局限化措施，限制事故的蔓延和扩散，把损失降低到最低限度。局限化措施分为：安全装置与设施；布局和措施；可燃物泄漏预防措施第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY一、安全装置和局限化设施1．安全装置

一般安全装置有成分控制装置、温度控制装置和火源切断装置。异常抑制装置：包括防止火焰传播的装置，如冷却器、安全罩、填充环、阻火器、隔离设施等；控制聚合或分解的装置，主要用于添加反应抑制剂，提供冷却作用等；预防着火的装置，如蒸汽幕、惰性气体幕、水幕等。第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY2．局限化设施局限化设施包括泄压、截流、应急设施和防护设施等。高压泄压设施有安全阀、回流阀、泄料阀、放空阀等；低压泄压设施有密封装置、排气装置、吸收装置、安全膜等。截流设施则有紧急截断阀、防止过流阀、逆止阀等。应急设施有紧急切断电源、紧急停车、紧急断流、紧急分流、紧急排放、紧急冷却、紧急通入情性气体、紧急加入反应抑制剂的装置和设施等。防护设施有防油堤、燃烧池、隔断墙、防火墙、防爆墙等。避难设施则有电话、警笛、扩音器等信号装置，指示撤离方向的标志以及安全通道、安全梯等。第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY3．阻火防爆设施阻火设备包括安全液封、阻火器和单向阀等，其作用是防止外部火焰窜入有燃烧爆炸危险的设备、容器和管道，或阻止火焰在设备和管道间蔓延和扩散。防爆泄压设施，包括安全阀、爆破片、防爆门和放空管等。第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY二、火灾爆炸局限化布局和措施1．局限化工厂布局对于危险性较大的化工装置，应采取隔离安装和远距离操纵等措施。在厂区总体设计时，应慎重考虑危险车间的位置，与其他车间或装置保持一定的间距。应充分估计到相邻车间、构筑物的相互影响，采用相应的建筑材料和结构形式等。第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY对于同一车间的各个工段，应视其生产性质和危险程度适当隔离；为了便于易燃有害气体的扩散，减少因设备泄漏造成的易燃气体积聚的危险性，这类装置或设备应尽可能露天或半露天设置。第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY2．防爆泄压措施

可燃蒸气、气体或粉尘与空气形成的爆炸性混合物，其爆炸最高压力可达0.4~1.1MPa，而0.3m厚的砖墙只能耐受0.002MPa的压力。建造能够耐受这样高压力的厂房和库房是不现实的。通常在具有爆炸危险的厂房设置轻质板的屋顶、外墙或泄压窗，发生爆炸时这些薄弱部位首先遭受爆破，卸掉爆炸压力，从而使承重结构免遭倒塌破坏。（乙炔生产厂房要求泄压面积为0.22）第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY3．阻止火灾爆炸扩大化的措施对于贮存可燃或易燃液体的罐、槽，为防止火灾发生后危险液体流出，使灾害扩大，应在其周围筑起防油堤（危险化学品罐区要设防护围堤），缩小燃烧面积。为了避免爆炸灾害的扩大，在有爆炸危险和无爆炸危险的装置间，以及具有较大爆炸危险的设备周围，要设置防爆墙、防护屏障等、阻止爆炸飞散物、火焰和冲击波的袭击。防爆墙一般为钢筋混凝土墙，钢筋交错的地方应捆扎牢固。墙厚通常为0.3~0.4m，加厚的墙脚埋入地下的深度应大于1m。防爆墙应能承受一定的冲击压力。第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY三、可燃物泄漏的预防措施工艺过程中排污或取样时的误操作；泵压盖或密封发生故障；设备腐蚀或结合处损坏；装置准备维修或维修后试运转时出现故障；机械损坏或材料缺陷等．都可能造或可燃物的大量泄漏。泄漏可以分为从设备向大气泄漏、设备内部泄漏以及由设备外部吸入三种类型。第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY为了防止可燃物大量泄漏引起燃烧爆炸事故，必须设置完善的检测报警系统，并尽可能与生产调节系统和处理装置联锁，尽量减少损失。装置区应设置可燃气体检测仪（可燃气体泄漏报警仪），一旦物料泄漏，立即报警。在紧急情况下，中央控制室可以自动实行停车处理，开动灭火喷水器，把蒸气冷凝，液态烃用事故处理槽回收，并施加惰性介质保护。大量喷水系统可以在起火装置周围和内部布成水幕，冷却有机介质，同时防止泄漏到其他装置中。自动洒水系统可以由火焰或温度引发动作；也可以采用蒸汽幕进行灭火。第十二节火灾和爆炸的局限化措施ZHENGZHOUUNIVERSITY一、灭火的原理及措施

消除可燃物或把可燃物浓度充分降低；隔绝或把氧气量充分减少；把可燃物冷却至燃点以下，均可达到灭火的目的。1．抑制反应物接触抑制可燃物与氧气的接触，可以减少反应热，使之小于移出的热量，把可燃物冷却到燃点以下，起到控制火灾乃至灭火的作用。水蒸气、泡沫、粉末等覆盖在燃烧物表面上，都是使可燃物与氧气脱离接触的窒息灭火方法。矿井火灾的密闭措施，则是大规模抑制与氧气接触的灭火方法。第十三节灭火剂与灭火设施ZHENGZHOUUNIVERSITY二、灭火剂及其应用（一）水

水是最常用的灭火剂之一，它能起隔离和吸热作用。水吸热后蒸发成水蒸汽，体积会增大1700倍，从而冲淡空气中的氧气浓度，使火因缺氧而熄灭。同时，水的热容量大，每千克水温度升高一度，就吸收4.18kJ的热量，而每千克水蒸发汽化时，又要吸收2260.56kJ的热量。第十三节灭火剂与灭火设施ZHENGZHOUUNIVERSITY下列火灾不能用水扑救（1）遇水燃烧的物质（如碱金属、金属碳化物等）和灼热的物质（如铁水）着火引起的火灾（2）电器着火，在未切断电源之前，不能用水扑救。（3）非水溶性的、比水轻的可燃、易燃液体，如苯、甲苯等，不能用水扑救。（4）遇水能产生有毒气体，如磷化锌等着火，不能用水扑救。（5）储存大量浓硫酸、浓硝酸的场所发生火灾，不能用流水扑救，必要时宜用雾状水扑救。（6）重质油料，如重油、原油着火，原则不能用水扑救，以防喷溅使火灾扩大。第十三节灭火剂与灭火设施ZHENGZHOUUNIVERSITY（二）化学泡沫灭火剂化学泡沫灭火剂主要由碳酸氢钠、硫酸铝和少量发泡剂（甘草粉），稳定剂（三氯化铁）组成。反应式

Al2(SO4)3+6NaHCO3=6CO2+3Na2SO4+2Al(OH)3

化学泡沫灭火剂主要用于扑灭非水溶性的可燃、易燃液体和可燃的木材、橡胶、纤维等一般固体着火引起的火灾。对水溶性可燃、易燃液体着火，除抗溶性泡沫灭火剂外，一般泡沫灭火剂不宜使用，而抗溶性泡沫灭火剂价格昂贵，一般不宜采用。遇水燃烧的物质及带电设备着火时，不能用泡沫灭火剂扑灭。提取化学泡沫灭火器时，筒身不宜倾斜过大，防止溶液混合。使用时，将泡沫灭火器颠倒过来，轻轻抖动几下，泡沫就会喷出来。在拿往火场途中，不可将灭火器放在肩上，筒身必须保持平稳。第十三节灭火剂与灭火设施ZHENGZHOUUNIVERSITY（三）干粉灭火剂

干粉灭火剂是由化学基料（如重碳酸盐、磷酸铵、碳酸氢钠等）和少量防潮剂硬酯酸镁及流动促进剂（如滑石粉、云母粉等）组成的