燃燒和爆炸與防火防爆安全技術(shù)

1、第四章 燃燒和爆炸與防火防爆安全技術(shù) 第一節(jié) 燃燒要素和燃燒類別 、燃燒概述 燃燒是可燃物質(zhì)與助燃物質(zhì) (氧或其他助燃物質(zhì) )發(fā)生的一種發(fā)光發(fā)熱的氧化反應。在化 學反應中， 失掉電子的物質(zhì)被氧化， 獲得電子的物質(zhì)被還原。 所以，氧化反應并不限于同氧 的反應。例如， 氫在氯中燃燒生成氯化氫。氫原子失掉一個電子被氧化，氯原子獲得一個電 子被還原。類似地，金屬鈉在氯氣中燃燒，熾熱的鐵在氯氣中燃燒，都是激烈的氧化反應， 并伴有光和熱的發(fā)生。 金屬和酸反應生成鹽也是氧化反應， 但沒有同時發(fā)光發(fā)熱， 所以不能 稱做燃燒。 燈泡中的燈絲通電后同時發(fā)光發(fā)熱，但并非氧化反應， 所以也不能稱做燃燒。只 有同時發(fā)光

2、發(fā)熱的氧化反應才被界定為燃燒。 可燃物質(zhì) (一切可氧化的物質(zhì) )、助燃物質(zhì) (氧化劑 )和火源 (能夠提供一定的溫度或熱量 )， 是可燃物質(zhì)燃燒的三個基本要素。 缺少三個要素中的任何一個， 燃燒便不會發(fā)生。 對于正在 進行的燃燒，只要充分控制三個要素中的任何一個，燃燒就會終止。所以，防火防爆安全技 術(shù)可以歸結(jié)為這三個要素的控制問題。 例如， 在無惰性氣體覆蓋的條件下加工處理一種如丙 酮之類的易燃物質(zhì)，一開始便具備了燃燒三要素中的前兩個要素，即可燃物質(zhì)和氧化氣氛。 可以查出， 丙酮的閃點是 10。這意味著在高于 10的任何溫度， 丙酮都可以釋放出足 夠量的蒸氣，與空氣形成易燃混合物，一旦遭遇火花

3、、火焰或其他火源就會引發(fā)燃燒。 為了 達到防火的目的，至少要實現(xiàn)下列四個條件中的一個條件： (1) 環(huán)境溫度保持在 10以下； (2) 切斷大氣氧的供應； (3) 在區(qū)域內(nèi)清除任何形式的火源； (4) 在區(qū)域內(nèi)安裝良好的通風設施。丙酮蒸氣一旦釋放出來，排氣裝置就迅速將其排離 區(qū)域，使丙酮蒸氣和空氣的混合物不至于達到危險的濃度。 條件 (1)和(2)在工業(yè)規(guī)模上很難達到，而條件 (3)和(4)則不難 實現(xiàn)。固然，完全清除燃燒三要素中的任何一個，都可以杜絕燃燒的發(fā)生。然而，對工業(yè)操 作施加如此嚴格的限制在經(jīng)濟上很少是可行的。工業(yè)物料安全加工研究的一個重要目的是， 確定在兼顧杜絕燃燒和操作經(jīng)濟上的可

4、行性方面還留有多大余地。 為此， 當人們知道如何防 火時，這僅僅是開始，降低防火的消費在工業(yè)防火中有著同樣重要的作用。 燃燒反應在溫度、 壓力、 組成和點火能等方面都存在極限值。 可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)達到 一定的濃度， 火源具備足夠的溫度或熱量， 才會引發(fā)燃燒。 如果可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)在某個 濃度值以下， 或者火源不能提供足夠的溫度或熱量， 即使表面上看似乎具備了燃燒的三個要 素，燃燒仍不會發(fā)生。例如，氫氣在空氣中的濃度低于4時便不能點燃，而一般可燃物質(zhì) 當空氣中氧含量低于 14時便不會引發(fā)燃燒?？傊?，可燃物質(zhì)的濃度在其上下極限濃度以 外，燃燒便不會發(fā)生。 近代燃燒理論用連鎖反應來解釋可燃物質(zhì)燃

5、燒的本質(zhì)， 認為多數(shù)可燃物質(zhì)的氧化反應不 是直接進行的， 而是通過游離基團和原子這些中間產(chǎn)物經(jīng)連鎖反應進行。 有些學者在燃燒的 三角形理論的基礎上，提出了燃燒的四面體學說。 這種學說認為， 燃燒除具備可燃物質(zhì)、助 燃物質(zhì)和火源三角形的三個邊以外，還應該保證可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)之間的反應不受干擾， 即進行“不受抑制的連鎖反應” 。 、燃燒要素 在一般情況下，燃燒可以理解為燃料和氧間伴有發(fā)光發(fā)熱的化學反應。除自燃現(xiàn)象外， 都需要用點火源引發(fā)燃燒。 所以， 燃燒要素可以簡單地表示為燃料、 氧和火源這三個基本條 件。這一部分我們將圍繞這三個基本條件進行討論，并提出降低與之聯(lián)系的危險性的建議。 1燃料 防

6、火的一個重要內(nèi)容是考慮燃燒的物質(zhì)， 即燃料本身。 處于蒸氣或其他微小分散狀態(tài)的 燃料和氧之間極易引發(fā)燃燒。 固體研磨成粉狀或加熱蒸發(fā)極易起火。 但也有少數(shù)例外， 有些 固體蒸發(fā)所需的溫度遠高于通常的環(huán)境溫度。 液體則顯現(xiàn)出很大的不同。 有些液體在遠低于 室溫時就有較高的蒸氣壓， 就能釋放出危險量的易燃蒸氣。 另外一些液體在略高于室溫時才 有較高的蒸氣壓， 還有一些液體在相當高的溫度才有較高的蒸氣壓。 很顯然， 液體釋放出蒸 氣與空氣形成易燃混合物的溫度是其潛在危險的量度，這可以用閃點來表示。 液體的閃點是火險的標志。美國州際商會把閃點等于或低于27的液體列為高火險液 體。選擇 27作為分界點，

7、是因為這個溫度代表通常或室內(nèi)溫度的上限，任何液體在此或 較低溫度閃燃都是危險的。閃點在 27 177表示中度火險，閃點在 177以上只有輕微火 險。當液體的閃點低于 937時，全美消防協(xié)會才稱之為易燃液體。上述的火險等級劃分 只是指出了液體加工或貯存時的危險程度， 實際上， 所有有機物質(zhì)在足夠高的溫度下暴露都 會燃燒。 排除潛在火險對于防火安全是重要的。為此必須用密封的有排氣管的罐盛裝易燃液體。 這樣， 當與罐隔開一段距離的物料意外起火時， 液罐被引燃的可能性將會大大減小。 因為燃 燒的液體產(chǎn)生大量的熱， 會引發(fā)存放液罐的建筑物起火， 把易燃物料置于耐火建筑中對于防 火安全也是重要的。 易燃液

8、體安全的關(guān)鍵是防止蒸氣的爆炸濃度在封閉空間中的積累。 當應 用或貯存中度或高度易燃液體時， 通風是必要的安全措施。 通風量的大小取決于物料及其所 處的條件。 因為有些蒸氣密度較大， 向下沉降，僅憑蒸氣的氣味作為警示是極不可靠的。用 爆炸或易燃蒸氣指示器連續(xù)檢測才是安全的方法。 2氧和熱 雖然在某些不尋常的情況下， 比如氯或磷， 與物質(zhì)能夠產(chǎn)生燃燒狀的化學反應， 但是可 以毫不夸張地說，幾乎所有的燃燒都需要氧。 而且，反應氣氛中氧的濃度越高，燃燒得就越 迅速。 工業(yè)上很難調(diào)節(jié)加工區(qū)氧的濃度， 特別是由于阻止發(fā)火的氧濃度遠低于正常濃度， 濃 度太低， 不適于供人員呼吸。 工業(yè)上有時需要處理只是在通

9、常溫度暴露在空氣中就會起火的 物料， 把這些物料與空氣隔絕是必要的安全措施。 為此， 加工物料需要在真空容器或充滿惰 性氣體，如氬、氦和氮的容器內(nèi)進行。 熱是燃燒伴生的一個重要結(jié)果。 為了使工業(yè)裝置免受燃燒的破壞， 經(jīng)常需要調(diào)節(jié)和控制 釋放出的熱量。 一個容易被忽略的事實是， 只需要把很少量的燃料和氧的混合物加熱到一定 程度就能引發(fā)燃燒。 由于小熱源引發(fā)的小火向環(huán)境的供熱大于引發(fā)小火本身的吸熱， 因而會 點燃更多的燃料和氧的混合物。 繼續(xù)下去，可用的熱量很快會超過蔓延成大火所需要的熱量。 熱量可以由不同的點火源提供，如高的環(huán)境溫度、熱表面、機械摩擦、火花或明火等等。 3火源 下面給出的是常見火

10、源以及與之有關(guān)的安全措施。 (1) 明火 在易燃液體裝置附近，必須核查這一類火源，如噴槍、火柴、電燈、焊槍、探照燈、手 燈、手爐等，必須考慮裂解氣或油品管線成為火炬的可能性。 為了防火安全，常常用隔墻的 方法實現(xiàn)充分隔離。 隔墻應該相當堅固， 以在噴水器或其他救火裝置滅火時能夠有效地遏止 火焰。一般推薦使用耐火建筑，即礴石或混凝土的隔墻。 易燃液體在應用時需要采取限制措施。 在加工區(qū)， 即使運輸或貯存少量易燃液體， 也要 用安全罐盛裝。 為了防止易燃蒸氣的擴散，應該盡可能采用密封系統(tǒng)。 在火災中， 防止火焰 擴散是絕對必要的。 所有罐都應該設置通往安全地的溢流管道， 因而必須用攔液堤容納溢流

11、的燃燒液體， 否則火焰會大面積擴散， 造成人員或財產(chǎn)的更大損失。 除采取上述防火措施外， 降低起火后的總消耗也是重要的。 高位貯存易燃液體的裝置應該通過采用防水地板、 排液溝、 溢流管等措施，防止燃燒液體流向樓梯井、管道開口、墻的裂縫等。 (2) 電源 電源在這里指的是電力供應和發(fā)電裝置， 以及電加熱和電照明設施。 在危險地域安裝電 力設施時，以下電力規(guī)范措施是應該認真遵守的公認的準則。 應用特殊的導線和導線管； 應用防爆電動機，特別是在地平面或低洼地安裝時，更應該如此； 應用特殊設計的加熱設備， 警惕加熱設備材質(zhì)的自燃溫度， 推薦應用熱水或蒸氣加熱 設備； 電氣控制元件，如熱斷路器、開關(guān)、中

12、繼器、變壓器、接觸器等，容易發(fā)出火花或變 熱，這些元件不宜安裝在易燃液體貯存區(qū)。在易燃液體貯存區(qū)只能用防爆按鈕控制開關(guān)； 在危險氣氛中或在庫房中， 僅可應用不透氣的球燈。 在良好通風的區(qū)域才可以用普通 燈。最好用固定的吊燈，手提安全燈也可以應用； 在危險區(qū)，只有在防爆的條件下，才可以安裝保險絲和電路閘開關(guān)； 電動機座、控制盒、導線管等都應該按照普通的電力安裝要求接地。 (3) 過熱 過熱是指超出所需熱量的溫度點。 過熱過程應避免在可燃建筑物中發(fā)生， 并應該受到密 切監(jiān)視。推薦應用溫度自動控制和高溫限開關(guān)，雖然密切監(jiān)視仍是需要的。 (4) 熱表面 易燃蒸氣與燃燒室、干燥器、烤爐、導線管以及蒸氣管

13、線接觸，常引發(fā)易燃蒸氣起火。 如果運行設備有時會達到高過一些材料自燃點的溫度，要把這些材料與設備隔開至安全距 離。這樣的設備應該仔細地監(jiān)視和維護，防止偶發(fā)的過熱。 (5) 自燃 許多火災是由物質(zhì)的自燃引起的，并被來自毗鄰的干燥器、烘箱、 導線管、蒸氣管線的 外部熱量所加速。 有時， 在封閉的沒有通風的倉庫中積累的熱量足以使氧化反應加速至著火 點。加工易燃液體， 特別是容易自熱的易燃液體， 要特別注意管理和通風。 在所有設備和建 筑物中，都應該避免廢料、爛布條等的積累或淤積。 (6) 火花 機具和設備發(fā)生的火花，吸煙的熱灰、無防護的燈、 鍋爐、焚燒爐以及汽油發(fā)動機的回 火，都是起火的潛在因素。

14、在貯存和應用易燃液體的區(qū)域應該禁止吸煙。 這種區(qū)域的所有設 備都應該進行一級條件的維護，應該盡可能地應用防火花或無火花的器具和材料。 (7) 靜電 在碾壓、 印刷等工業(yè)操作中， 常由于摩擦而在物質(zhì)表面產(chǎn)生電荷即所謂靜電。橡膠和造 紙工業(yè)中的許多火災大都是以這種方式引發(fā)的。 在濕度比較小的季節(jié)或人工加熱的情形， 靜 電起火更容易發(fā)生。在應用易燃液體的場所，保持相對濕度在40 50之間，會大大降 低產(chǎn)生靜電火花的可能性。為了消除靜電火花，必須采用電接地、 靜電釋放設施等。所有易 燃液體罐、管線和設備，都應該互相連接并接地。對于上述設施，禁止使用傳送帶，盡可能 采用直接的或鏈條的傳動裝置。如果不得不

15、使用傳送帶，傳送帶的速度必須限定在 457mmin1以下，或者采用會降低產(chǎn)生靜電火花可能性特殊裝配的傳送帶。 (8) 摩擦 許多起火是由機械摩擦引發(fā)的，如通風機葉片與保護罩的摩擦，潤滑性能很差的軸承， 研磨或其他機械過程， 都有可能引發(fā)起火。 對于通風機和其他設備， 應該經(jīng)常檢查并維持在 盡可能好的狀態(tài)。對于摩擦產(chǎn)生大量熱的過程，應該和貯存和應用易燃液體的場所隔開。 三、燃燒形式 可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)存在的相態(tài)、 混合程度和燃燒過程不盡相同， 其燃燒形式是多種多 樣的。 1均相燃燒和非均相燃燒 按照可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)相態(tài)的異同， 可分為均相燃燒和非均相燃燒。 均相燃燒是指可 燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)間的

16、燃燒反應在同一相中進行， 如氫氣在氧氣中的燃燒， 煤氣在空氣中的 燃燒。非均相燃燒是指可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)并非同相，如石油(液相)、木材 (固相)在空氣 (氣 相)中的燃燒。與均相燃燒比較，非均相燃燒比較復雜，需要考慮可燃液體或固體的加熱， 以及由此產(chǎn)生的相變化。 2混合燃燒和擴散燃燒 可燃氣體與助燃氣體燃燒反應有混合燃燒和擴散燃燒兩種形式。 可燃氣體與助燃氣體預 先混合而后進行的燃燒稱為混合燃燒?？扇細怏w由容器或管道中噴出，與周圍的空氣(或氧 氣)互相接觸擴散而產(chǎn)生的燃燒，稱為擴散燃燒?；旌先紵俣瓤?、溫度高，一般爆炸反應 屬于這種形式。 在擴散燃燒中， 由于與可燃氣體接觸的氧氣量偏低， 通常

17、會產(chǎn)生不完全燃燒 的炭黑。 3蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒 可燃固體或液體的燃燒反應有蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒幾種形式。 蒸發(fā)燃燒是指可燃液體蒸發(fā)出的可燃蒸氣的燃燒。 通常液體本身并不燃燒， 只是由液體 蒸發(fā)出的蒸氣進行燃燒。 很多固體或不揮發(fā)性液體經(jīng)熱分解產(chǎn)生的可燃氣體的燃燒稱為分解 燃燒。如木材和煤大都是由熱分解產(chǎn)生的可燃氣體進行燃燒。 而硫磺和萘這類可燃固體是先 熔融、蒸發(fā)，而后進行燃燒，也可視為蒸發(fā)燃燒。 可燃固體和液體的蒸發(fā)燃燒和分解燃燒， 均有火焰產(chǎn)生， 屬火焰型燃燒。 當可燃固體燃 燒至分解不出可燃氣體時，便沒有火焰，燃燒繼續(xù)在所剩固體的表面進行，稱為表面燃燒。 金屬燃燒即屬

18、表面燃燒，無氣化過程，無需吸收蒸發(fā)熱，燃燒溫度較高。 此外，根據(jù)燃燒產(chǎn)物或燃燒進行的程度，還可分為完全燃燒和不完全燃燒。 四、燃燒類別、類型及其特征參數(shù) 1易燃物質(zhì)燃燒類別 依據(jù)可燃物質(zhì)的性質(zhì)， 燃燒一般可劃分為四個基本類別， 而每一類別還包含著不同類型 的燃燒。例如， 易燃液體的溢流燃燒可以是深度、 流動或薄層燃燒；而金屬燃燒則可以呈粉 末型、液體型、切削型或澆鑄型燃燒。 (1) A 類燃燒 A 類燃燒定義為如木材、 纖維織品、 紙張等普通可燃物質(zhì)的燃燒。 此類燃燒都生成灼燒 余燼，如木炭。容易忽略的是木炭本身也是 A 類物質(zhì)。需要特別注意，水和基于碳氫鹽的 干燥化學品并不是有效的滅火劑。

19、還有， 橡膠和橡膠類的物質(zhì)以及塑料， 在燃燒的早期更像 B 類物質(zhì)，而后期肯定是 A 類物質(zhì)。 (2) B 類燃燒 B 類燃燒定義為易燃石油制品或其他易燃液體、油脂等的燃燒。然而，有些固體，比如 萘是一個明顯的例子， 燃燒時熔化并顯示出易燃液體燃燒的一切特征， 而且無灰燼。 近些年 來，金屬烷基化合物頻繁地用于化學工業(yè)中， 這些易燃液體由于其自燃溫度不尋常得低， 而 且在許多情況下與水劇烈反應，從而提出一個特殊的問題。 工藝上易燃氣體不屬于任何燃燒類別，但實際上應當作 B 類物質(zhì)處理。多年來，由于 泄漏氣體滅火后仍繼續(xù)流動形成爆炸混合物， 隨之起火燃燒， 對泄漏氣體的普通做法是不采 取滅火措施

20、。但是，實際經(jīng)驗表明，在某些情況下，必須先滅火方能停止氣體泄漏。以液體 形式貯存的氣體，如液化天然氣、丙烷、 氯乙烯等， 液態(tài)泄漏比氣態(tài)泄漏會發(fā)生更嚴重的火 災。 (3) C 類燃燒 C 類燃燒定義為供電設備的燃燒。 對于這類燃燒， 首要的是滅火介質(zhì)的電絕緣性。 電器 設備一經(jīng)切斷電源，除非含有易燃液體如變壓器油等，即可采用適用于 A 類燃燒的滅火器 材。對于含有毒性易燃液體的情形，應采用適用于 B 類燃燒的滅火器材。如果含有 A 類和 B 類燃燒物的復合物，應該用水噴霧或多功能干燥化學品作滅火劑。 (4) D 類燃燒 D 類燃燒定義為可燃金屬的燃燒。 對于鈉和鉀等低熔點金屬的燃燒， 由于很快

21、會成為低 密度液體的燃燒， 會使大多數(shù)滅火干粉沉沒， 而液體金屬仍繼續(xù)暴露在空氣中， 從而給滅火 帶來困難。這些金屬會自發(fā)地與水反應，有時很劇烈，也會出現(xiàn)問題。 高熔點金屬會以各種形式存在：粉末型、薄片型、切削型、澆鑄型、擠壓型。適用于澆 鑄型燃燒的滅火劑用于粉末型或切削型燃燒時會有很大危險。 常用的金屬鎂在低熔點和高熔 點金屬之間， 一般總是以固體形式存在， 但在燃燒時很容易熔化而成為液體， 因而表現(xiàn)得與 前述兩者都不同。 雖然燃燒金屬的煙塵都不應吸入， 但是燃燒的放射性金屬煙塵對救火者卻 有著極為嚴重的危險。 對于金屬氫化物的燃燒， 因為氫和金屬兩者都在燃燒， 應被認為與金 屬燃燒相當。對

22、于此類燃燒，需要應用干粉金屬滅火劑。 2燃燒類型及其特征參數(shù) 如果按照燃燒起因， 燃燒可分為閃燃、點燃和自燃三種類型。 閃點、著火點和自燃點分 別是上述三種燃燒類型的特征參數(shù)， 這三種特征參數(shù)已在第二章易燃物質(zhì)性質(zhì)中做過簡單介 紹。 (1) 閃燃和閃點 液體表面都有一定量的蒸氣存在， 由于蒸氣壓的大小取決于液體所處的溫度， 因此， 蒸 氣的濃度也由液體的溫度所決定。 可燃液體表面的蒸氣與空氣形成的混合氣體與火源接近時 會發(fā)生瞬間燃燒，出現(xiàn)瞬間火苗或閃光。 這種現(xiàn)象稱為閃燃。 閃燃的最低溫度稱為閃點。可 燃液體的溫度高于其閃點時，隨時都有被火點燃的危險。 閃點這個概念主要適用于可燃液體。 某些可

23、燃固體， 如樟腦和萘等， 也能蒸發(fā)或升華為 蒸氣，因此也有閃點。一些可燃液體的閃點列于表4 1，一些油品的閃點列于表 42。 (2) 點燃和著火點 可燃物質(zhì)在空氣充足的條件下， 達到一定溫度與火源接觸即行著火， 移去火源后仍能持 續(xù)燃燒達 5 min 以上，這種現(xiàn)象稱為點燃。點燃的最低溫度稱為著火點。可燃液體的著火點 約高于其閃點 5 20。 但閃點在 100以下時， 二者往往相同。 在沒有閃點數(shù)據(jù)的情況下， 也可以用著火點表征物質(zhì)的火險。 (3) 自燃和自燃點 在無外界火源的條件下，物質(zhì)自行引發(fā)的燃燒稱為自燃。自燃的最低溫度稱為自燃點。 表 41 和表 42 列出了一些可燃液體的自燃點。 物

24、質(zhì)自燃有受熱自燃和自熱燃燒兩種類型。 受熱自燃。 可燃物質(zhì)在外部熱源作用下溫度升高， 達到其自燃點而自行燃燒稱之為受 熱自燃?？扇嘉镔|(zhì)與空氣一起被加熱時， 首先緩慢氧化， 氧化反應熱使物質(zhì)溫度升高， 同時 由于散熱也有部分熱損失。若反應熱大于損失熱， 氧化反應加快， 溫度繼續(xù)升高， 達到物質(zhì) 的自燃點而自燃。在化工生產(chǎn)中，可燃物質(zhì)由于接觸高溫熱表面、 加熱或烘烤、撞擊或摩擦 等，均有可能導致自燃。 自熱燃燒。 可燃物質(zhì)在無外部熱源的影響下， 其內(nèi)部發(fā)生物理、 化學或生化變化而產(chǎn) 生熱量，并不斷積累使物質(zhì)溫度上升，達到其自燃點而燃燒。 這種現(xiàn)象稱為自熱燃燒。 引起 物質(zhì)自熱的原因有： 氧化熱 （

25、如不飽和油脂 ）、分解熱 （如賽璐珞 ）、聚合熱 （如液相氰化氫 ）、吸 附熱 （如活性炭 ）、發(fā)酵熱 （如植物 ）等。 影響自燃的因素。 熱量生成速率是影響自燃的重要因素。 熱量生成速率可以用氧化熱、 分解熱、聚合熱、吸附熱、發(fā)酵熱等過程熱與反應速率的乘積表示。因此，物質(zhì)的過程熱越 大，熱量生成速率也越大；溫度越高，反應速率增加，熱量生成速率亦增加。 熱量積累是影。 向自燃的另一個重要因素。保溫狀況良好，導熱率低； 可燃物質(zhì)緊密堆 積，中心部分處于絕熱狀態(tài)， 熱量易于積累引發(fā)自燃。 空氣流通利于散熱， 則很少發(fā)生自燃。 自燃點溫度量值。 壓力、 組成和催化劑性能對可燃物質(zhì)自燃點的溫度量值都有

26、很大影 響。壓力越高，自燃點越低?？扇細怏w與空氣混合，其組成為化學計量比時自燃點最低。活 性催化劑能降低物質(zhì)的自燃點；而鈍性催化劑則能提高物質(zhì)的自燃點。 有機化合物的自燃點呈現(xiàn)下述規(guī)律性：同系物中自燃點隨其相對分子質(zhì)量的增加而降 低；直鏈結(jié)構(gòu)的自燃點低于其異構(gòu)物的自燃點； 飽和鏈烴比相應的不飽和鏈烴的自燃點為高； 芳香族低碳烴的自燃點高于同碳數(shù)脂肪烴的自燃點； 較低級脂肪酸、 酮的自燃點較高； 較低 級醇類和醋酸酯類的自燃點較低。 可燃性固體粉碎得越細、 粒度越小， 其自燃點越低。 固體受熱分解， 產(chǎn)生的氣體量越大， 自燃點越低。對于有些固體物質(zhì)，受熱時間較長，自燃點也較低 第二節(jié) 燃燒過程和

27、燃燒原理 、燃燒過程 可燃物質(zhì)的燃燒一般是在氣相進行的。 由于可燃物質(zhì)的狀態(tài)不同， 其燃燒過程也不相同。 氣體最易燃燒， 燃燒所需要的熱量只用于本身的氧化分解， 并使其達到著火點。 氣體在 極短的時間內(nèi)就能全部燃盡。 液體在火源作用下， 先蒸發(fā)成蒸氣， 而后氧化分解進行燃燒。 與氣體燃燒相比，液體燃 燒多消耗液體變?yōu)檎魵獾恼舭l(fā)熱。 固體燃燒有兩種情況：對于硫、 磷等簡單物質(zhì)， 受熱時首先熔化，而后蒸發(fā)為蒸氣進行 燃燒，無分解過程；對于復合物質(zhì)，受熱時首先分解成其組成部分，生成氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物， 而后氣態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)產(chǎn)物蒸氣著火燃燒。 各種物質(zhì)的燃燒過程如圖 4 1 所示。 從中可知， 任何可燃物質(zhì)

28、的燃燒都經(jīng)歷氧化分解、 著火、燃燒等階段。物質(zhì)燃燒過程的溫度變化如圖42所示。 T 初為可燃物質(zhì)開始加熱的溫 度。初始階段，加熱的大部分熱量用于可燃物質(zhì)的熔化或分解，溫度上升比較緩慢。到達 T 氧，可燃物質(zhì)開始氧化。由于溫度較低，氧化速度不快，氧化產(chǎn)生的熱量尚不足以抵消向外 界的散熱。此時若停止加熱，尚不會引起燃燒。如繼續(xù)加熱，溫度上升很快，到達T 自，即 使停止加熱，溫度仍自行升高，到達 T 自 就著火燃燒起來。這里， T 自是理論上的自燃點， T 自 是開始出現(xiàn)火焰的溫度，為實際測得的自燃點。T 燃為物質(zhì)的燃燒溫度。 T 自到 T 自 間 的時間間隔稱為燃燒誘導期，在安全上有一定實際意義。

29、 二、燃燒的活化能理論 燃燒是化學反應， 而分子間發(fā)生化學反應的必要條件是互相碰撞。 在標準狀況下， 1dm3 體積內(nèi)分子互相碰撞約 1028次 s。但并不是所有碰撞的分子都能發(fā)生化學反應，只有少數(shù) 具有一定能量的分子互相碰撞才會發(fā)生反應。 這少數(shù)分子稱為活化分子。 活化分子的能量要 比分子平均能量超出一定值。 這超出分子平均能量的定值稱為活化能。 活化分子碰撞發(fā)生化 學反應，故稱為有效碰撞。 活化能的概念可以用圖 43 說明，橫坐標表示反應進程，縱坐標表示分子能量。由圖 可見， 能級的能量大于能級的能量， 所以能級的反應物轉(zhuǎn)變?yōu)槟芗壍漠a(chǎn)物， 反應過 程是放熱的。 反應的熱效應 Qv 等于能級

30、與能級的能量差。 能級 K 的能量是反應發(fā)生所 必須的能量。所以，正向反應的活化能E1 等于能級 K 與能級的能量差，而反向反應的 圖 4 3 活化能示意圖 活化能 E2則等于能級 K 與能級的能量差。 E2和 E1的差值即為反應的熱效應。 當明火接觸可燃物質(zhì)時， 部分分子獲得能量成為活化分子， 有效碰撞次數(shù)增加而發(fā)生燃 燒反應。例如，氧原子與氫反應的活化能為2510 kJmol1，在 27、 0 1 MPa 時，有 效碰撞僅為碰撞總數(shù)的十萬分之一，不會引發(fā)燃燒反應。而當明火接觸時，活化分子增多， 有效碰撞次數(shù)大大增加而發(fā)生燃燒反應。 三、燃燒的過氧化物理論 在燃燒反應中，氧首先在熱能作用下被

31、活化而形成過氧鍵O O，可燃物質(zhì)與過氧 鍵加和成為過氧化物。過氧化物不穩(wěn)定，在受熱、撞擊、摩擦等條件下，容易分解甚至燃燒 或爆炸。 過氧化物是強氧化劑， 不僅能氧化可形成過氧化物的物質(zhì)， 也能氧化其他較難氧化 的物質(zhì)。如氫和氧的燃燒反應， 首先生成過氧化氫，而后過氧化氫與氫反應生成水。反應式 如下： H2+O2H2O2 H2O2+H 22H2O 有機過氧化物可視為過氧化氫的衍生物，即過氧化氫H O OH 中的一個或兩個氫 原子被烷基所取代，生成 H O OR 或 R O O R。所以過氧化物是可燃物質(zhì)被氧 化的最初產(chǎn)物， 是不穩(wěn)定的化合物， 極易燃燒或爆炸。 如蒸餾乙醚的殘渣中常由于形成過氧

32、乙醚而引起自燃或爆炸。 四、燃燒的連鎖反應理論 在燃燒反應中， 氣體分子間互相作用， 往往不是兩個分子直接反應生成最后產(chǎn)物， 而是 活性分子自由基與分子間的作用。 活性分子自由基與另一個分子作用產(chǎn)生新的自由基， 新自 由基又迅速參加反應， 如此延續(xù)下去形成一系列連鎖反應。 連鎖反應通常分為直鏈反應和支 鏈反應兩種類型。 直鏈反應的特點是， 自由基與價飽和的分子反應時活化能很低， 反應后僅生成一個新的 自由基。氯和氫的反應是典型的直鏈反應。在氯和氫的反應中，只要引入一個光子，便能生 成上萬個氯化氫分子，這正是由于連鎖反應的結(jié)果。氯和氫的反應是這樣的： 氫和氧的反應是典型的支鏈反應。支鏈反應的特點

33、是，一個自由基能生 成一個以上的自由基活性中心。任何鏈反應均由三個階段構(gòu)成，即鏈的引 發(fā)、鏈的傳遞 (包括支化 ) 和鏈的終止。用氫和氧的支鏈反應說明： 鏈的引發(fā)需有外來能源激發(fā)，使分子鍵破壞生成第一個自由基，如式(1)、式 (2)。鏈的 傳遞 (包括支化 )是自由基與分子反應，如式 (3)、(4)、(5)、(8)、(9)所示。鏈的終止為導致自 由基消失的反應，如式 (6)、式 (7)所示。 第三節(jié) 燃燒的特征參數(shù) 一、燃燒溫度 可燃物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的熱量在火焰燃燒區(qū)域釋放出來，火焰溫度即是燃燒溫度。表 4 3 列出了一些常見物質(zhì)的燃燒溫度。 二、燃燒速率 1氣體燃燒速率 氣體燃燒無需像固體、液

34、體那樣經(jīng)過熔化、蒸發(fā)等過程， 所以氣體燃燒速率很快。 氣體 的燃燒速率隨物質(zhì)的成分不同而異。 單質(zhì)氣體如氫氣的燃燒只需受熱、 氧化等過程； 而化合 物氣體如天然氣、乙炔等的燃燒則需要經(jīng)過受熱、分解、氧化等過程。所以，單質(zhì)氣體的燃 燒速率要比化合物氣體的快。 在氣體燃燒中， 擴散燃燒速率取決于氣體擴散速率， 而混合燃 燒速率則只取決于本身的化學反應速率。 因此， 在通常情況下， 混合燃燒速率高于擴散燃燒 速率。 氣體的燃燒性能常以火焰?zhèn)鞑ニ俾蕘肀碚鳎?火焰?zhèn)鞑ニ俾视袝r也稱為燃燒速率。 燃燒速 率是指燃燒表面的火焰沿垂直于表面的方向向未燃燒部分傳播的速率。 在多數(shù)火災或爆炸情 況下， 已燃和未燃氣

35、體都在運動， 燃燒速率和火焰?zhèn)鞑ニ俾什⒉幌嗤?這時的火焰?zhèn)鞑ニ俾?等于燃燒速率和整體運動速率的和。 管道中氣體的燃燒速率與管徑有關(guān)。當管徑小于某個小的量值時，火焰在管中不傳播。 若管徑大于這個小的量值， 火焰?zhèn)鞑ニ俾孰S管徑的增加而增加， 但當管徑增加到某個量值時， 火焰?zhèn)鞑ニ俾时悴辉僭黾樱藭r即為最大燃燒速率。表4 4 列出了烴類氣體在空氣中的最 大燃燒速率。 表 4 4 烴類氣體在空氣中的最大燃燒速率 2液體燃燒速率 液體燃燒速率取決于液體的蒸發(fā)。其燃燒速率有下面兩種表示方法： (1) 質(zhì)量速率 質(zhì)量速率指每平方米可燃液體表面，每小時燒掉的液體的質(zhì)量，單位為kg m2h 1 (2) 直線速

36、率 直線速率指每小時燒掉可燃液層的高度，單位為m h1。 液體的燃燒過程是先蒸發(fā)而后燃燒。 易燃液體在常溫下蒸氣壓就很高， 因此有火星、 灼 熱物體等靠近時便能著火。 之后， 火焰會很快沿液體表面蔓延。 另一類液體只有在火焰或灼 熱物體長久作用下， 使其表層受強熱大量蒸發(fā)才會燃燒。 故在常溫下生產(chǎn)、 使用這類液體沒 有火災或爆炸危險。這類液體著火后，火焰在液體表面上蔓延得也很慢。 為了維持液體燃燒， 必須向液體傳人大量熱， 使表層液體被加熱并蒸發(fā)。 火焰向液體傳 熱的方式是輻射。 故火焰沿液面蔓延的速率決定于液體的初溫、熱容、 蒸發(fā)潛熱以及火焰的 輻射能力。表 45 列出了幾種常見易燃液體的燃

37、燒速率。 表 4 5 易燃液體的燃燒速率 3固體燃燒速率 固體燃燒速率， 一般要小于可燃液體和可燃氣體。 不同固體物質(zhì)的燃燒速率有很大差異。 萘及其衍生物、 三硫化磷、 松香等可燃固體， 其燃燒過程是受熱熔化、 蒸發(fā)氣化、 分解氧化、 起火燃燒，一般速率較慢。而另外一些可燃固體，如硝基化合物、含硝化纖維素的制品等， 燃燒是分解式的，燃燒劇烈，速度很快。 可燃固體的燃燒速率還取決于燃燒比表面積， 即燃燒表面積與體積的比值越大， 燃燒速 率越大，反之，則燃燒速率越小。 三、燃燒熱 在第二章易燃物質(zhì)的性質(zhì)中已經(jīng)介紹過燃燒熱的概念， 并給出了標準燃燒熱的定義。 可 燃物質(zhì)燃燒爆炸時所達到的最高溫度、

38、最高壓力和爆炸力與物質(zhì)的燃燒熱有關(guān)。 物質(zhì)的標準 燃燒熱數(shù)據(jù)不難從一般的物性數(shù)據(jù)手冊中查閱到。 物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)一般是用量熱儀在常壓下測得的。 因為生成的水蒸氣全部冷凝成水和 不冷凝時， 燃燒熱效應的差值為水的蒸發(fā)潛熱， 所以燃燒熱有高熱值和低熱值之分。 高熱值 是指單位質(zhì)量的燃料完全燃燒， 生成的水蒸氣全部冷凝成水時所放出的熱量； 而低熱值是指 生成的水蒸氣不冷凝時所放出的熱量。表46 是一些可燃氣體的燃燒熱數(shù)據(jù)。 表 4 6 可燃氣體燃燒熱 第四節(jié) 爆炸及其類型 、爆炸概述 爆炸是物質(zhì)發(fā)生急劇的物理、 化學變化，在瞬間釋放出大量能量并伴有巨大聲響的過程。 在爆炸過程中， 爆炸物質(zhì)所含能量的

39、快速釋放， 變?yōu)閷Ρㄎ镔|(zhì)本身、 爆炸產(chǎn)物及周圍介質(zhì) 的壓縮能或運動能。 物質(zhì)爆炸時， 大量能量極短的時間在有限體積內(nèi)突然釋放并聚積， 造成 高溫高壓，對鄰近介質(zhì)形成急劇的壓力突變并引起隨后的復雜運動。 爆炸介質(zhì)在壓力作用下， 表現(xiàn)出不尋常的運動或機械破壞效應，以及爆炸介質(zhì)受振動而產(chǎn)生的音響效應。 爆炸常伴隨發(fā)熱、發(fā)光、高壓、真空、電離等現(xiàn)象，并且具有很大的破壞作用。爆炸的 破壞作用與爆炸物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)、 爆炸時的條件以及爆炸位置等因素有關(guān)。 如果爆炸發(fā)生 在均勻介質(zhì)的自由空間， 在以爆炸點為中心的一定范圍內(nèi)， 爆炸力的傳播是均勻的， 并使這 個范圍內(nèi)的物體粉碎、飛散。 爆炸的威力是巨大的。

40、 在遍及爆炸起作用的整個區(qū)域內(nèi)， 有一種令物體震蕩、 使之松散 的力量。 爆炸發(fā)生時， 爆炸力的沖擊波最初使氣壓上升， 隨后氣壓下降使空氣振動產(chǎn)生局部 真空， 呈現(xiàn)出所謂的吸收作用。 由于爆炸的沖擊波呈升降交替的波狀氣壓向四周擴散， 從而 造成附近建筑物的震蕩破壞。 化工裝置、 機械設備、 容器等爆炸后， 變成碎片飛散出去會在相當大的范圍內(nèi)造成危害。 化工生產(chǎn)中屬于爆炸碎片造成的傷亡占很大比例。爆炸碎片的飛散距離一般可達100 500 m。 爆炸氣體擴散通常在爆炸的瞬間完成， 對一般可燃物質(zhì)不致造成火災， 而且爆炸沖擊波 有時能起滅火作用。 但是爆炸的余熱或余火， 會點燃從破損設備中不斷流出的

41、可燃液體蒸氣 而造成火災。 二、爆炸分類 1按爆炸性質(zhì)分類 (1) 物理爆炸 物理爆炸是指物質(zhì)的物理狀態(tài)發(fā)生急劇變化而引起的爆炸。例如蒸汽鍋爐、壓縮氣體、 液化氣體過壓等引起的爆炸， 都屬于物理爆炸。 物質(zhì)的化學成分和化學性質(zhì)在物理爆炸后均 不發(fā)生變化。 (2) 化學爆炸 化學爆炸是指物質(zhì)發(fā)生急劇化學反應， 產(chǎn)生高溫高壓而引起的爆炸。 物質(zhì)的化學成分和 化學性質(zhì)在化學爆炸后均發(fā)生了質(zhì)的變化。 化學爆炸又可以進一步分為爆炸物分解爆炸、 爆 炸物與空氣的混合爆炸兩種類型。 爆炸物分解爆炸是爆炸物在爆炸時分解為較小的分子或其組成元素。 爆炸物的組成元素 中如果沒有氧元素， 爆炸時則不會有燃燒反應發(fā)生

42、， 爆炸所需要的熱量是由爆炸物本身分解 產(chǎn)生的。屬于這一類物質(zhì)的有疊氮鉛、乙炔銀、乙炔銅、碘化氮、氯化氮等。爆炸物質(zhì)中如 果含有氧元素， 爆炸時則往往伴有燃燒現(xiàn)象發(fā)生。 各種氮或氯的氧化物、 苦味酸即屬于這一 類型。 爆炸性氣體、 蒸氣或粉塵與空氣的混合物爆炸，需要一定的條件，如爆炸性物質(zhì)的含 量或氧氣含量以及激發(fā)能源等。 因此其危險性較分解爆炸為低， 但這類爆炸更普遍， 所造成 的危害也較大。 2按爆炸速度分類 (1) 輕爆 爆炸傳播速度在每秒零點幾米至數(shù)米之間的爆炸過程； (2) 爆炸 爆炸傳播速度在每秒十米至數(shù)百米之間的爆炸過程； (3) 爆轟 爆炸傳播速度在每秒 1 千米至數(shù)千米以上的

43、爆炸過程。 3按爆炸反應物質(zhì)分類 (1) 純組元可燃氣體熱分解爆炸純組元氣體由于分解反應產(chǎn)生大量的熱而引起的爆 炸； (2)可燃氣體混合物爆炸可燃氣體或可燃液體蒸氣與助燃氣體，如空氣按一定比例混 合，在引火源的作用下引起的爆炸； (3) 可燃粉塵爆炸 可燃固體的微細粉塵，以一定濃度呈懸浮狀態(tài)分散在空氣等助燃氣 體中，在引火源作用下引起的爆炸； (4) 可燃液體霧滴爆炸 可燃液體在空氣中被噴成霧狀劇烈燃燒時引起的爆炸； (5) 可燃蒸氣云爆炸 可燃蒸氣云產(chǎn)生于設備蒸氣泄漏噴出后所形成的滯留狀態(tài)。密度 比空氣小的氣體浮于上方，反之則沉于地面，滯留于低洼處。氣體隨風漂移形成連續(xù)氣流， 與空氣混合達到

44、其爆炸極限時，在引火源作用下即可引起爆炸。 爆炸在化學工業(yè)中一般是以突發(fā)或偶發(fā)事件的形式出現(xiàn)的， 而且往往伴隨火災發(fā)生。 爆 炸所形成的危害性嚴重，損失也較大。下面將介紹化工行業(yè)中常見的幾種爆炸類型。 三、常見爆炸類型 1氣體爆炸 (1)純組元氣體分解爆炸 具有分解爆炸特性的氣體分解時可以產(chǎn)生相當數(shù)量的熱量。摩爾分解熱達到80120kJ 的氣體一旦引燃火焰就會蔓延開來。 摩爾分解熱高過上述量值的氣體， 能夠發(fā)生很激烈的分 解爆炸。在高壓下容易引起分解爆炸的氣體， 當壓力降至某個數(shù)值時， 火焰便不再傳播，這 個壓力稱作該氣體分解爆炸的臨界壓力。 高壓乙炔非常危險，其分解爆炸方程為 C2H22C(

45、固)+H2+226 kJ 如果分解反應無熱損失， 火焰溫度可以高達 3100。乙炔分解爆炸的臨界壓力是 014 MPa， 在這個壓力以下貯存乙炔就不會發(fā)生分解爆炸。 此外， 乙炔類化合物也同樣具有分解爆炸危 險，如乙烯基乙炔分解爆炸的臨界壓力為011 MPa ，甲基乙炔在 20分解爆炸的臨界壓 力為 044 MPa，在 120則為 031 MPa。從有關(guān)物質(zhì)危險性質(zhì)手冊中查閱到的分解爆炸 臨界壓力多為 20 的數(shù)據(jù)。 乙烯分解爆炸反應方程式為 C2H4C(固)+CH4+1274 kJ 乙烯分解爆炸所需要的能量隨壓力的升高而降低，若有氧化鋁存在，分解爆炸則更易發(fā)生。 乙烯在 0的分解爆炸臨界壓力

46、是 4 MPa ，故在高壓下加工或處理乙烯，具有與可燃氣體 空氣混合物同樣的危險性。 氮氧化物在一定壓力下也可以發(fā)生分解爆炸，按下述反應式進行 N2O N2+0 5 O2+816 kJ NO05N2+05O2+904 kJ N2O 的分解爆炸臨界壓力是 025 MPa ，NO 的是 015 MPa ，在上述條件下， 90以上可 以分解為 N2和 O2。 環(huán)氧乙烷的分解反應式為 C2H 4O CH 4+CO+134 3 kJ 2C2H4OCH4+2CO+334 kJ 環(huán)氧乙烷的分解爆炸臨界壓力為0038MPa ，故環(huán)氧乙烷有較大的爆炸危險性。 在 125時， 環(huán)氧乙烷的初始壓力由 025 MPa

47、增至 12 MPa，最大爆炸壓力與初壓之比則由 2增至 56， 可見爆炸的初始壓力對終壓有很大影響。 (2)混合氣體爆炸 可燃氣體或蒸汽與空氣按一定比例均勻混合， 已經(jīng)完成， 燃燒速率將只取決于化學反應速率。 爆炸的程度。這時的氣體或蒸汽與空氣的混合物， 而后點燃， 因為氣體擴散過程在燃燒以前 在這樣的條件下， 氣體的燃燒就有可能達到 稱為爆炸性混合物。 例如，煤氣從噴嘴噴 出以后，在火焰外層與空氣混合，這時的燃燒速率取決于擴散速率，所進行的是擴散燃燒。 如果令煤氣預先與空氣混合并達到適當比例， 燃燒的速率將取決于化學反應速率， 比擴散燃 燒速率大得多， 有可能形成爆炸。 可燃性混合物的爆炸和

48、燃燒之間的區(qū)別就在于爆炸是在瞬 間完成的化學反應。 在化工生產(chǎn)中， 可燃氣體或蒸氣從工藝裝置、 設備管線泄漏到廠房中， 而后空氣滲入裝 有這種氣體的設備中，都可以形成爆炸性混合物， 遇到火種， 便會造成爆炸事故。 化工生產(chǎn) 中所發(fā)生的爆炸事故，大都是爆炸性混合物的爆炸事故。 燃燒的連鎖反應理論也可用于解釋爆炸。 爆炸性混合物與火源接觸， 便有活性原子或自 由基生成而成為連鎖反應的作用中心。爆炸混合物起火后，燃燒熱和鏈鎖載體都向外傳播， 引發(fā)鄰近一層爆炸混合物的燃燒反應。 而后， 這一層又成為熱和鏈鎖載體源引發(fā)次一層爆炸 混合物的燃燒反應。 火焰是以一層層同心圓球面的形式向各個方向蔓延的。 燃燒

49、的傳播速率 在距離著火點 051 m 以內(nèi)是固定的，每秒若干米或者更小一些。 但以后即逐漸加速， 傳 播速率達每秒數(shù)百米 (爆炸)，乃至每秒數(shù)千米 (爆轟 )。如果燃燒傳播途中有障礙物，就會造 成極大的破壞作用。 爆炸性混合物， 如果燃燒速率極快， 在全部或部分封閉狀態(tài)下，或在高壓下燃燒時，可 以產(chǎn)生一種與一般爆炸根本不同的現(xiàn)象， 稱為爆轟。 爆轟的特點是， 突然引發(fā)的極高的壓力， 通過超音速的沖擊波傳播，每秒可達20003000 m 以上。爆轟是在極短的時間內(nèi)發(fā)生的， 燃燒物質(zhì)和產(chǎn)物以極高的速度膨脹， 擠壓周圍的空氣。 化學反應所產(chǎn)生的能量有一部分傳給 壓緊的空氣，形成沖擊波。沖擊波傳播速率

50、極快，以至于物質(zhì)的燃燒也落于其后，所以，它 的傳播并不需要物質(zhì)完全燃燒， 而是由其本身的能量支持的。 這樣， 沖擊波便能遠離爆轟源 而獨立存在，并能引發(fā)所到處其他化學品的爆炸，稱為誘發(fā)爆炸，即所謂的“殉爆” 。 2粉塵爆炸 實際上任何可燃物質(zhì)，當其成粉塵形式與空氣以適當比例混合時， 被熱、火花、火焰點 燃，都能迅速燃燒并引起嚴重爆炸。 許多粉塵爆炸的災難性事故的發(fā)生， 都是由于忽略了上 述事實。谷物、面粉、煤的粉塵以及金屬粉末都有這方面的危險性?；?、木屑、奶粉、洗 衣粉、紙屑、可可粉、香料、軟木塞、硫磺、硬橡膠粉、皮革和其他許多物品的加工業(yè)，時 有粉塵爆炸發(fā)生。為了防止粉塵爆炸，維持清潔十分

51、重要。所有設備都應該無粉塵泄漏。爆 炸卸放口應該通至室外安全地區(qū)， 卸放管道應該相當堅固， 使其足以承受爆炸力。 真空吸塵 優(yōu)于清掃，禁止應用壓縮空氣吹掃設備上的粉塵，以免形成粉塵云。 屋頂下裸露的管線、 橫梁和其他突出部分都應該避免積累粉塵。 在多塵操作設置區(qū)， 如 果有過頂?shù)墓芫€或其他設施， 人們往往錯誤地認為在其下架設平滑的頂板， 就可以達到防止 粉塵積累的效果。 除非頂板是經(jīng)過特殊設計精細安裝的， 否則只會增加危險。 粉塵會穿過頂 板沉積在管線、 設施和頂板本身之上。 一次震動就足以使可燃粉塵云充滿整個人造空間， 一 個火星就可以引發(fā)粉塵爆炸。如果管線不能移裝或拆除，最好是使其裸露定期

52、除塵。 為了防止引發(fā)燃燒，在粉塵沒有清理干凈的區(qū)域，嚴禁明火、吸煙、切割或焊接。電線 應該是適于多塵氣氛的， 靜電也必須消除。 對于這類高危險性的物質(zhì)， 最好是在封閉系統(tǒng)內(nèi) 加工， 在系統(tǒng)內(nèi)導入適宜的惰性氣體， 把其中的空氣置換掉。 粉末冶金行業(yè)普遍采用這種方 法。 3熔鹽池爆炸 熔鹽池爆炸屬于事后搶救往往于事無補的災難性事件， 大多是由于管理和操作人員對熔 鹽池的潛在危險疏于認識引起的。機械故障、 人員失誤、 或者兩者的復合作用，都有可能導 致熔鹽池爆炸。現(xiàn)把熔鹽池危險匯總?cè)缦隆?(1)工件預清洗或淬火后攜帶的水、鹽池上方輔助管線上的冷凝水、屋頂?shù)臐B漏水、自 動增濕器的操作用水、 甚至操作人

53、員在鹽池邊溫熱的液體食物， 都有可能造成蒸氣急劇發(fā)生， 引發(fā)爆炸。 (2)有砂眼的鑄件、管道和封閉管線、中空的金屬部件，當其浸入熔鹽池時，其中阻塞 和淤積的空氣會突然劇烈膨脹，引發(fā)爆炸。 (3) 硝酸鹽池與毗鄰滲碳池的油、炭黑、石墨、氰化物等含碳物質(zhì)間的劇烈的難以控制 的化學反應，都有可能誘發(fā)爆炸。 (4) 過熱的硝酸鹽池與鋁合金間的劇烈的爆發(fā)性的反應也可能引起爆炸。 (5) 正常加熱的硝酸鹽池和不慎掉入池中的鎂合金間會發(fā)生爆炸反應。 (6) 落人鹽池中的鋁合金和池底淤積的氧化鐵會發(fā)生類似于鋁熱焊接的反應。 (7) 鹽池設計、制造和安裝的結(jié)構(gòu)失誤會縮短鹽池的正常壽命，鹽池的結(jié)構(gòu)金屬材料與 硝酸

54、鹽會發(fā)生反應。 (8) 溫控失誤會造成鹽池的過熱。 (9) 大量硝酸鈉的貯存和管理，廢硝酸鹽不考慮其反應活性的處理和貯存，都有一定的 危險性。 (10) 偶爾超過安全操作限的控溫設定，也會有一定的危險性。 第五節(jié) 爆炸極限理論與計算 、爆炸極限理論 可燃氣體或蒸氣與空氣的混合物， 并不是在任何組成下都可以燃燒或爆炸， 而且燃燒 (或 爆炸 )的速率也隨組成而變。實驗發(fā)現(xiàn)，當混合物中可燃氣體濃度接近化學反應式的化學計 量比時，燃燒最快、最劇烈。若濃度減小或增加，火焰蔓延速率則降低。當濃度低于或高于 某個極限值，火焰便不再蔓延?？扇細怏w或蒸氣與空氣的混合物能使火焰蔓延的最低濃度， 稱為該氣體或蒸氣

55、的爆炸下限； 反之， 能使火焰蔓延的最高濃度則稱為爆炸上限。 可燃氣體 或蒸氣與空氣的混合物，若其濃度在爆炸下限以下或爆炸上限以上，便不會著火或爆炸。 爆炸極限一般用可燃氣體或蒸氣在混合氣體中的體積百分數(shù)表示， 有時也用單位體積可 燃氣體的質(zhì)量 (kg m3)表示?；旌蠚怏w濃度在爆炸下限以下時含有過量空氣，由于空氣的 冷卻作用， 活化中心的消失數(shù)大于產(chǎn)生數(shù)，阻止了火焰的蔓延。若濃度在爆炸上限以上，含 有過量的可燃氣體， 助燃氣體不足， 火焰也不能蔓延。但此時若補充空氣， 仍有火災和爆炸 的危險。所以濃度在爆炸上限以上的混合氣體不能認為是安全的。 燃燒和爆炸從化學反應的角度看并無本質(zhì)區(qū)別。 當混

56、合氣體燃燒時， 燃燒波面上的化學 反應可表示為 A+B C+D+Q(4 1) 式中 A、B 為反應物； C、D 為產(chǎn)物； Q 為燃燒熱。 A、B、C、D 不一定是穩(wěn)定分子， 也可以是原子或自由基?；瘜W反應前后的能量變化可用圖44 表示。初始狀態(tài)的反應物 (A+B) 吸收活化能正達到活化狀態(tài)，即可進行反應生成終止狀態(tài)的產(chǎn)物 (C+D) ，并釋放 出能量 W，WQ+E 。 圖 4 4 反應過程能量變化 假定反應系統(tǒng)在受能源激發(fā)后， 燃燒波的基本反應濃度， 即反應系統(tǒng)單位體積的反應數(shù) 為 n，則單位體積放出的能量為 nW 。如果燃燒波連續(xù)不斷，放出的能量將成為新反應的活 化能。設活化概率為 ( 1)

57、，則第二批單位體積內(nèi)得到活化的基本反應數(shù)為anW/E ，放 出的能量為。 nW2/E。后批分子與前批分子反應時放出的能量比定義為燃燒波傳播系數(shù)， 為 現(xiàn)在討論的數(shù)值。當 1 時，表示放出的熱量越來越多，引起 反應的分子數(shù)也越來越多，從而形成爆炸。 在爆炸極限時， 1 ，即 KL 下 ，其中 K 為比例常數(shù)。因 假設爆炸下限 L 下 (體積分數(shù) )與活化概率成正比，則有 此 當 Q 與正相比很大時，式 (4 4)可以近似寫成 上式近似地表示出爆炸下限 L 下與燃燒熱 Q 和活化能正之間的關(guān)系。 如果各可燃氣體的活化 能接近于某一常數(shù)，則可大體得出 L 下 Q 常數(shù)(4 6) 這說明爆炸下限與燃燒

58、熱近于成反比， 即是說可燃氣體分子燃燒熱越大， 其爆炸下限就越低。 各同系物的 L 下Q 都近于一個常數(shù)表明上述結(jié)論是正確的。表47 列出了一些可燃物質(zhì)的 燃燒熱和爆炸極限， 以及燃燒熱和爆炸下限的乘積。 利用爆炸下限與燃燒熱的乘積成常數(shù)的 關(guān)系， 可以推算同系物的爆炸下限。 但此法不適用于氫、 乙炔、二硫化碳等少數(shù)可燃氣體爆 炸下限的推算。 式 (4 6)中的 L 下是體積分數(shù)，文獻數(shù)據(jù)大都為 20的測定數(shù)據(jù)； Q 則為摩爾燃燒熱。 對于烴類化合物，單位質(zhì)量 (每克)的燃燒熱 q 大致相同。如果以 mgL 1為單位表示爆炸下 限，則記為 L下，有 L 下100L 下，于是 式中 M 為可燃氣

59、體的相對分子質(zhì)量。 把式(47)代人式 (4 6)，并考慮到 Q Mq ，則可得到 2 4qL下常數(shù)(48) 可見對于烴類化合物，其 L 下近于相同。 二、影響爆炸極限的因素 爆炸極限不是一個固定值， 它受各種外界因素的影響而變化。 如果掌握了外界條件變化 對爆炸極限的影響， 在一定條件下測得的爆炸極限值， 就有著重要的參考價值。 影響爆炸極 限的因素主要有以下幾種。 1初始溫度 爆炸性混合物的初始溫度越高， 混合物分子內(nèi)能增大， 燃燒反應更容易進行， 則爆炸極 限范圍就越寬。所以，溫度升高使爆炸性混合物的危險性增加。表48 列出了初始溫度對 丙酮和煤氣爆炸極限的影響。 表 4 8 初始溫度對

60、混合物爆炸極限的影響 2初始壓力 爆炸性混合物初始壓力對爆炸極限影響很大。 一般爆炸性混合物初始壓力在增壓的情況 下，爆炸極限范圍擴大。這是因為壓力增加，分子間更為接近，碰撞幾率增加，燃燒反應更 容易進行，爆炸極限范圍擴大。表49 列出了初始壓力對甲烷爆炸極限的影響。在一般情 況下， 隨著初始壓力增大，爆炸上限明顯提高。在已知可燃氣體中，只有一氧化碳隨著初始 壓力的增加，爆炸極限范圍縮小。 表 4 9 初始壓力對甲烷爆炸極限的影響 初始壓力降低，爆炸極限范圍縮小。當初始壓力降至某個定值時，爆炸上、下限重合， 此時的壓力稱為爆炸臨界壓力。 低于爆炸臨界壓力的系統(tǒng)不爆炸。 因此在密閉容器內(nèi)進行減