第一节　火灾爆炸事故机理

　　一、燃烧与火灾

　　(一)燃烧和火灾的定义、条件

　　1.燃烧定义：可燃物质与氧化剂作用发生的放热反应;

　　【注】通常同时释放出火焰或可见光。

　　2.火灾定义：在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害;

　　3.燃烧(火灾)发生的必要条件

　　同时具备氧化剂、可燃物、点火源，即燃烧的三要素;

　　【注】在火灾防治中，阻断三要素中任何一个即可扑灭火灾。

　　(二)燃烧(火灾)过程和形式

　　1.燃烧过程

　　大多数可燃物质的燃烧并非是物质本身在燃烧，而是物质受热分解出的气体或液体蒸汽在气相中的燃烧;

　　【可燃物质的燃烧过程】

　　①可燃气体：燃烧所需要的热量只用于自身氧化分解;

　　②可燃液体：蒸发成蒸汽，蒸汽氧化分解后达到自燃点;

　　③可燃固体：熔化蒸发或分解为气、液态，随后氧化分解;

　　【注】光和热是燃烧产生的物理现象，焦炭只有炽热无火焰。

　　通过自由基团和原子这些中间产物书剑进行的循环链式反应。自由基的链式反应是这些燃烧反应的实质。

　　【可燃物质燃烧过程流程图】

　　2.燃烧形式

　　(1)扩散燃烧

　　混合浓度达到爆炸极限范围内的可燃气体遇到火源即着火并能形成稳定火焰的燃烧;

　　【应用举例】民用天然气、煤气管道出口端的正常燃烧。

　　(2)混合燃烧

　　可燃气体和助燃气体在有限的空间内扩散混合，混合气体的浓度在爆炸范围内，遇到火源后在其分布的空间快速进行的燃烧;

　　【应用举例】煤气、液化石油气泄漏后遇到明火发生的燃爆。

　　(3)蒸发燃烧

　　【应用举例】酒精、汽油、乙醚等易燃液体产生的燃烧;

　　(4)分解燃烧

　　【应用举例】木材、纸、油脂一类的高沸点固体可燃物的燃烧;

　　(5)表面燃烧

　　【应用举例】炭或粉状金属铝或镁的燃烧;

　　【注】上述的燃烧形式都依靠扩散方法相互接触，其燃烧传播的速度取决于两种物质的扩散速度。

　　(三)火灾的分类

　　(1)根据《火灾分类》(GB/T4968)按物质燃烧特性分：

　　(2)火灾等级

　　根据《生产安全事故报告和调查处理条例》划分：

 

　　《火灾事故调查规定》于2009年4月30日中华人民共和国公安部令第108号发布，根据2012年7月17日中华人民共和国公安部令第121号公布的《公安部关于修改的决定》修订

　　(四)火灾基本概念及参数

　　1.引燃能(最小点火能)

　　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;

　　【影响其反应发生因素】温度、释放能量、热量和加热时间。

　　2.着火延滞期(诱导期)

　　可燃性物质和助燃气体混合物在高温下从开始暴露到起火的时间;

　　3.闪燃

　　一定温度下，在液体表面上能产生足够的可燃蒸气，遇火能产生一闪即灭的燃烧现象;

　　4.闪点

　　可燃液体表面能够蒸发产生足够的蒸气而发生闪燃的最低温度;

　　【注】衡量火灾危险性的重要参数，闪点越低，危险性越大;

　　5.燃点(着火点)

　　燃点(着火点)是指可燃物质发生着火的最低温度;

　　【注】一般情况燃点越低，危险性越大。

　　6.自燃点

　　不用任何辅助引燃能源而达到引燃的最低温度;

　　①液、固体可燃物受热分解的可燃气体挥发越多，自然点越低;

　　②固体可燃物粉碎得越细，自燃点越低;

　　【注】一般情况，密度越大，闪点越高而自燃点越低;

　　(闪点↓)汽油<煤油<轻柴油<重柴油<蜡油<渣油(自燃点↓)

　　(五)典型火灾的发展规律

　　【发展阶段规律】

　　①初起期：主要特征是冒烟、阴燃;

　　②发展期：随时间平方递增，轰然;

　　③最盛期：火势由建筑物通风决定;

　　④熄灭期：燃料不足、灭火系统。

　　由于建筑物内可燃物、通风条件不同，建筑火灾有可能达不到最盛期，而是缓慢发展至熄灭。

　　(六)燃烧机理

　　1.活化能理论

　　物质分子间发生化学反应，首要的条件是相互碰撞。

　　【活化分子】具有一定能量相互碰撞发生反应的分子;

　　【活化能】使普通分子变为活化分子所必需的能量。

　　①温度越高，气体分子运动速度越快;

　　②参加燃烧的活化分子越多，燃烧越猛烈。

　　2.过氧化物理论

　　燃烧反应中，首先氧分子在热能作用下活化形成过氧键;

　　【注】过氧化物理论中强调过氧化物是燃烧持续的根本原因。

　　3.链反应理论

　　【链反应的流程】

　　(1)引发阶段：第一批自由基，开始反应;

　　(2)链的发展：使链式反应得以持续下去;

　　(3)终止阶段：自由基减少、消失、终止;

　　二、爆炸

　　(一)爆炸及其分类

　　1.爆炸的定义(参考教材P249-250)

　　一般来说，爆炸现象具有以下特征：

　　(1)爆炸过程高速进行;

　　(2)爆炸点附近压力急剧升高，多数爆炸伴有温度升高;

　　(3)发出或大或小的响声;

　　(4)周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏;

　　【注】爆炸点附近压力急剧升高是爆炸最主要的特征;

　　2.爆炸的分类

　　(1)按能量的来源划分

　　①物理爆炸：蒸汽锅炉爆炸、轮胎爆炸、水的大量急剧气化。

　　②化学爆炸：炸药爆炸、可燃气体及可燃粉尘爆炸;

　　③核爆炸：原子弹、氢弹爆炸;

　　(2)按照爆炸反应相划分

　　①气相爆炸：混合气体爆炸、喷雾爆炸、可燃粉尘爆炸;

　　②液相爆炸：混合危险物质的爆炸、蒸汽爆炸;

　　③固相爆炸：易爆化合物爆炸、导线爆炸、固相转化爆炸;

　　(二)爆炸破坏作用

　　1.冲击波

　　破坏程度与冲击波能量、建筑物坚固程度、冲击波中心距有关;

　　2.碎片冲击

　　3.震荡作用

　　4.次生事故

　　5.有毒气体

　　爆炸反应中会生成一定量的CO、NO、H2S、S02等有毒气体;

　　(三)可燃气体爆炸

　　1.分解爆炸性气体爆炸

　　某些气体即使在没有氧气的条件下，也能被点燃爆炸;

　　【例如】乙炔、乙烯、环氧乙烷、四氟乙烯。

　　【注】乙炔易与铜、银、汞生成乙炔盐，轻微撞击便可爆炸;

　　【举例应用】某化工厂一个乙炔发生器出气接头损坏后，焊工用紫铜做成接头使用，因出气孔被堵塞，工人用铁丝去捅，结果发生爆炸，该工人当场被炸死。

　　2.可燃性混合气体爆炸

　　燃烧与化学爆炸区别在于燃烧反应(氧化反应)速度不同;

　　【例如】煤气由管道喷出在空气中燃烧，是典型的扩散燃烧。

　　【注】是否经历扩散过程是决定燃烧和爆炸的主要条件。

　　3.可燃气体爆炸反应历程

　　【举例说明】

　　在温度为500℃的环境下：

　　①所示a点压力200pa

　　【爆炸下限】能够爆炸的最低浓度;

　　②所示b点压力6666pa

　　【爆炸上限】能够爆炸的最高浓度;

　　【注】随着温度增加，爆炸极限变宽。

　　(四)物质爆炸浓度极限

　　【爆炸极限的概念】

　　当可燃性气体、蒸气或可燃粉尘与空气(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。

　　一般用爆炸上限、下限之差与爆炸下限浓度比值表示危险度;

　　①H(体积分数)=(L上一L下)/L下

　　②H(质量分数)=(Y上一Y下)/Y下

　　【注】H越大，可燃性混合物爆炸极限范围越宽，危险性越大。

　　【爆炸极限的影响因素】

　　1.温度影响：初始温度越高，爆炸极限变大，危险性增加;

　　2.压力影响：初始压力增大，爆炸极限变大，危险性增加;

　　【注】对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：惰性气体含量增加，爆炸极限变小;

　　【注】当惰性气体的浓度增加到某一数值时，爆炸上下限趋于一致，使混合气体不发生爆炸。

几种常见可燃气体在空气和纯氧中的爆炸极限
物质名称	在空气中的爆炸极限	在纯氧中的爆炸极限
甲烷	4.90-15.0	5.00-61.0
乙炔	2.55-80.0	2.30-93.0
氢气	4.00-75.0	4.00-95.0
一氧化碌	12.0-74.5	15.5-94.0

　　4.爆炸容器对爆炸极限的影响

　　材料传热性好，管径越细，火焰越难传播，爆炸极限变小;

　　【最大灭火间距(临界直径)】

　　使火焰不能传播下去的容器直径或火焰通道的数值。

　　(5)点火源的影响

　　能量越大，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限变大;

　　【注】一般情况下，爆炸极限均在较高的点火能量下测得。

　　(五)粉尘爆炸

　　1.粉尘爆炸的机理

　　粉尘爆炸是瞬间的连锁反应，属于不稳定的气固二相流反应;

　　2.粉尘爆炸的特点

　　(1)粉尘爆炸速度或压力上升速度比气体爆炸小，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;

　　(4)粉尘有不完全燃烧的现象;

　　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起始能量;

　　4.粉尘爆炸过程

　　【粉尘爆炸过程与可燃气爆炸的区别】

　　(1)粉尘爆炸所需的发火能更大;

　　(2)可燃气爆炸中，促使稳定上升的传热方式主要是热传导;

　　(3)在粉尘爆炸中，热辐射的作用大;

　　5.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参数有：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;

　　(1)影响爆炸极限的因素

　　可能造成爆炸极限范围变大的因素主要有两类：

　　①分散度、可燃气体、氧、火源强度、初始温度的增加;

　　②粉尘粒度、湿度，惰性粉尘、灰分的减少;

　　(2)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;

　　粒度越细，比表面越大，反应速度越快，爆炸上升速率越大

　　(六)燃烧、爆炸的转化

　　固体或液体炸药燃烧转化为爆炸的主要条件：

　　(1)密闭状态，高温气体增大了压力，燃烧转化为爆炸;

　　(2)燃烧面积扩大，燃速加快形成冲击波，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;

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