第一节火灾爆炸事故机理

　　一、燃烧和火灾（P175）

　　燃烧：物质与氧化剂之间的放热化学反应。通常会在同时释放出火焰或可见光。

　　火灾：在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。

　　以下情况也列入火灾的统计范围：

　　(1)民用爆炸物品引起的火灾。

　　(2)易燃或可燃液体、可燃气体、蒸气、粉尘以及其他化学易燃易爆物品爆炸和爆炸引起的火灾(地下矿井部分发生的爆炸，不列入火灾统汁)。

　　(3)破坏性试验中引起非实验体燃烧的事故。

　　(4)机电设备因内部故障导致外部明火燃烧需要组织扑火的事故，火灾引起其他物件燃烧的事故。

　　(5)车辆、船舶、飞机以及其他交通工具发生的燃烧事故，火灾由此引起的其他物件燃烧的事故(飞机因飞行事故而导致本身燃烧的除外)。

　　燃烧的条件：可燃物、氧化剂和引火源。

　　不同可燃物燃烧的过程(掌握)

　　(1)气态可燃物通常为扩散燃烧

　　(2)液态可燃物通常为先蒸发为可燃蒸气再燃烧

　　(3)固态可燃物先通过热解等过程生产可燃气体再燃烧

　　燃烧形式：⊙扩散燃烧 ⊙混合燃烧 ⊙蒸发燃烧 ⊙分解燃烧

　　(三)火灾的分类

　　按发生地点分：森林、建筑、工业城市等。

　　1、火灾的分类(熟悉)(GB/T 4968-2008)

　　按燃料性质分

　　A类：固体物质火灾

　　B类：液体或可熔化的固体火灾

　　C类：气体火灾

　　D类：金属火灾

　　E类：火灾(带电火灾)

　　F类：火灾(烹饪器具内烹饪物火灾)

　　2、火灾划分为：特大火灾、重大火灾、一般火灾

　　(四)火灾基本概念及参数

　　闪燃：可燃物表面或上方在很短时间内(0-1S)重复出现火焰一闪即灭的现象。

　　阴燃：没有火焰和可见光的燃烧。

　　爆燃：伴随爆炸的燃烧波，以亚音速传播。

　　自燃：可燃物在空气中没有外来火源的作用靠自热或外热发生燃烧的现象。

　　闪点：释放出的气体瞬间着火并出现火焰的最低温度。

　　燃点：在规定的条件下，可燃物质产生燃烧的最低温度是该物质的燃点。

　　自然点：在规定条件下，不用任何辅助引燃能源而达到引燃的最低温度。

　　引燃能、最小点火能：引燃能是指释放能够触发初始燃烧化学反应的能量，也叫最小点火能。

　　着火延滞期(诱导期)：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。

　　(五)典型火灾的发展规律

　　建筑火灾的发展过程(对照着图P178)

　　(1)初起期：火灾从无到有，可燃物热解;

　　(2)发展期：火势由小到大，满足时间平方规律，是轰燃的发生阶段;

　　(3)最盛期：通风控制火灾，火势大小由建筑物的通风情况决定;

　　(4)熄灭期：火灾由最盛期开始消减直至熄灭。

　　(六)燃烧机理

　　1、活化能理论

　　2、过氧化物理论

　　3、链反应理论

　　二、爆炸

　　(一)爆炸及其分类(P180)

　　爆炸是物质系统的一种极为迅速的物理或化学的能量释放或转化过程。按反应相态的不同爆炸可分为以下3类：即气相爆炸、液相爆炸和固相爆炸。

　　1、气相爆炸

　　包括可燃性气体和助燃性气体混合物的爆炸;气体的分解爆炸;液体被喷成雾状物在剧烈燃烧时引起的爆炸，称喷雾爆炸;飞扬悬浮于空气中的可燃粉尘引起的爆炸等。

　　2、液相爆炸

　　包括聚合爆炸、蒸发爆炸以及由不同液体混合所引起的爆炸。

　　3、固相爆炸

　　包括爆炸性化合物其他爆炸性物质的爆炸;导线因电流过载，由于过热，金属迅速气化而引起的爆炸等。

　　爆炸过程表现为两个阶段：

　　第一阶段，物质的潜在能以一定的方式转化为强烈的压缩能;

　　第二阶段，压缩物质急剧膨胀，对外做功，从而引起周围介质的变形、移动和破坏。不管由何种能源引起的爆炸，它们都同时具备两个特征，即能源具有极大的能量密度和极大的能量释放速度。

　　(二)爆炸破坏作用：

　　⊙冲击波

　　⊙碎片冲击

　　⊙震荡作用

　　⊙次生事故

　　(三)可燃气体爆炸

　　1、分解爆炸性气体爆炸

　　2、可燃性混合气体爆炸

　　3、爆炸反应历程

　　(四)物质爆炸浓度极限(重点)

　　一)爆炸极限的基本理论及其影响因素

　　爆炸极限是表征可燃气体和可燃粉尘危险性的主要示性数。当可燃性气体、蒸汽或可燃粉尘与空气(或氧)在一定浓度范围内均匀混合，遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限，简称爆炸极限。

　　可燃性气体、蒸汽的爆炸极限一般用可燃气体或蒸汽在混合气体中的所占体积分数来表示;可燃粉尘的爆炸极限是以在混合物中的质量浓度(g/m3)表示。

　　把能够爆炸的最低浓度称为爆炸下限，能发生爆炸的最高浓度称作爆炸上限。

　　用爆炸上限与下限浓度之差与爆炸下限浓度之比值表示其危险度H，即：

　　H=(L上一L下)/L下或H=(Y上一Y下)/Y下

　　H值越大，表示可燃性混合物的爆炸极限范围越宽，其爆炸危险性越大。

　　爆炸极限的影响因素

　　1、温度的影响

　　混合爆炸气体的初始温度越高，爆炸极限范围越宽，则爆炸下限降低，上限增高，爆炸危险性增加。

　　2、压力的影响

　　混合气体的初始压力对爆炸极限的影响较复杂，在0.1~2.0Mpa的压力下，对爆炸下限影响不大，对爆炸上限影响较大;当大于2.0Mpa时，爆炸下限变小，爆炸上限变大，爆炸范围扩大。

　　把爆炸范围缩小为零的压力称为爆炸的临界压力。

　　因此，密闭设备进行减压操作对安全是有利的。

　　3、惰性介质的影响

　　若在混合气体中加入惰性气体(如氮、二氧化碳、水蒸汽、氩、氦等)，随着惰性气体含量的增加，爆炸极限范围缩小。当惰性气体的浓度增加到某一数值时，使爆炸上下限趋于一致，使混合气体不发生爆炸。

　　4、爆炸容器对爆炸极限的影响

　　若容器材料的传热性好，管径越细，火焰在其中越难传播，爆炸极限范围变小。当容器直径或火焰通道小到某一数值时，火焰就不能传播下去，这一直径称为临界直径或最大灭火间距。如甲烷的临界直径为0.4~0.5mm，氢和乙炔为0.1~0.2mm。目前一般采用直径为50mm的爆炸管或球形爆炸容器。

　　5、点火源的影响

　　当点火源的活化能量越大，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限范围也越大。

　　二)爆炸上限和下限的计算，含有惰性气体组成混合物爆炸极限的计算(掌握)

　　1.爆炸上限和下限的计算

(1)根据完全燃烧反应所需氧原子数，估算碳氢化合物的爆炸下限和上限，其经验公式如下：

　　L下——碳氢化合物的爆炸下限

　　L上——碳氢化合物的爆炸上限

　　N——每摩尔可燃气体完全燃烧所需氧原子数

　　[例题] 试求乙烷在空气中的爆炸上限和下限。

　　[解]写出乙烷的燃烧反应式，求出N值：

　　C2H6+3.5O2=2CO2+3H2O

则N=7，将N值代入式(4-7)

=10.7%得 (2)根据爆炸性混合气体完全燃烧时摩尔分数，确定有机物的爆炸下限及上限。计算公式如下：

　　式中：X0为可燃气体摩尔分数，也就是完全燃烧时在混合气体中该可燃气体的含量。

　　(3)多种可燃气体组成的混合物的爆炸极限计算

由多种可燃气体组成爆炸性混合气体的爆炸极限，可根据各组分的爆炸极限进行计算。其计算公式如下：

　　式中Lm——爆炸性混合气的爆炸极限，%;

　　L1、L2、L3——组成混合气各组分的爆炸极限，%;

　　V1、V2、V3——各组分在混合气中的浓度，%。

　　2.爆炸温度和压力的计算

　　重在了解，鉴于公式掌握较难，以往尚未涉及此类题型，考试要求较低，建议看懂教材即可。

　　爆炸上限和下限的计算，含有惰性气体组成混合物爆炸极限计算

　　考前对公式(4-7)(4-9)和(4-10)(4-11)进行强化记忆。

　　(五)、粉尘爆炸的特点

　　一)粉尘爆炸的机理和特点

　　1、粉尘爆炸机理

　　粉尘爆炸是一个瞬间的连锁反应，属于不定常的气固二相流反应，其爆炸过程比较复杂，它将受诸多因素的制约。当可燃性固体呈粉体状态，粒度足够细，飞扬悬浮于空气中，并达到一定浓度，在相对密闭的空间内，遇到足够的点火能量，就能发生粉尘爆炸。

　　具有粉尘爆炸危险性的物质较多，常见的有金属粉尘(如镁粉、铝粉等)、煤粉、粮食粉尘、饲料粉尘、棉麻粉尘、烟草粉尘、纸粉、木粉、火炸药粉尘等。

　　2、粉尘爆炸的特点

　　(1)粉尘爆炸速度或爆炸压力上升速度比爆炸气体小，但燃烧时间长，产生的能量大，破坏程度大。

　　(2)爆炸感应期较长。

　　(3)有产生二次爆炸的可能性。

　　3、粉尘爆炸的条件

　　(1)粉尘本身具有可燃性

　　(2)粉尘虚浮在空气中并达到一定浓度

　　(3)有足以引起粉尘爆炸的其实能量

　　4、粉尘的爆炸过程(见P197)

　　二)粉尘爆炸的特性及影响因素

　　评价粉尘爆炸危险性的主要特征是：爆炸极限、最小点火能量、最低着火温度、粉尘爆炸压力及压力上升速率。

　　粉尘爆炸极限影响因素主要有：粉尘粒度、分散度、湿度、点火源的性质、可燃气含量、氧含量、惰性粉尘和灰分温度等。一般来说，粉尘粒度越细，分散度越高，可燃气体和氧的含量越大，火源强度、初始温度越高，湿度越低，惰性粉尘及灰分越少，爆炸极限范围越大，粉尘爆炸危险性也就越大。

　　粉尘爆炸压力及压力上升速率(Dp/dt)主要受粉尘粒度、初始压力、粉尘爆炸容器、湍流度等因素的影响。粒度对粉尘爆炸压力上升速率的影响比粉尘爆炸压力大得多。

当粉尘粒度越细，比表面越大，反应速度越快，爆炸上升速率就越大。随初始压力的增大，对密闭容器的粉尘爆炸压力及压力上升速率也增大，当初始压力低于压力极限时(如数十毫巴)，粉尘则不再可能发生爆炸。与可燃气爆炸一样，容器尺寸会对粉尘爆炸压力及压力上升速率有很大的影响。大量可燃粉尘的试验研究表明，当容积≥0.04m3 时，粉尘爆炸强度

　　粉尘爆炸在管道中传播碰到障碍片时，因湍流的影响，粉尘呈漩涡状态，使爆炸波阵面不断加速。当管道长度足够长时，甚至会转化为爆轰。

　　四)燃烧、爆炸的转化

　　爆炸的最主要特征是压力的急剧上升，并不一定着火(发光、放热);而燃烧一定有 发光放热现象，但与压力无特别关系。

　　固体或液体炸药燃烧转化为爆炸的主要条件有三条：

　　①炸药处于密闭的状态下，燃烧产生的高温气体增大了压力，使燃烧转化为爆炸;

　　②燃烧面积不断扩大，使燃速加快，形成冲击波，从而使燃烧转化为爆炸;

　　③药量较大时，炸药燃烧形成的高温反应区将热量传给了尚未反应的炸药，使其余的炸药受热爆炸。