危險(xiǎn)化學(xué)品安全技術(shù)以及管理燃燒爆炸基礎(chǔ)

1、關(guān)于危險(xiǎn)化學(xué)品安全技術(shù)及管理燃燒爆炸基礎(chǔ)第1頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四燃燒燃燒是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程。燃燒過程具有發(fā)光、發(fā)熱、生成新物質(zhì)的三個(gè)特征。常見的燃燒反應(yīng) 2H2+O2 2H2O 氫氣燃燒CH4+2O2 CO2+2H2O 甲烷燃燒C+O2 CO2 木炭燃燒2Na+2H2O 2NaOH+H2 金屬鈉與水反應(yīng) +0.5O2 H2OH2+Cl2 2HCl （強(qiáng)光照射）氫氣與鹵素化合燃燒第一節(jié) 燃燒的基本原理第2頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四燃燒的必要條件燃燒三角形助燃劑可燃物點(diǎn)火源可燃物：氣體：最易燃燒，點(diǎn)火能很低，H2約為0.02m

2、J液體：汽油，柴油固體：木柴，煤，鐵，鎂助燃劑：空氣、純氧或其它氧化劑點(diǎn)火源：引起可燃物質(zhì)著火的能源，如明火，靜電，自燃，摩擦撞擊火花，絕熱壓縮等第3頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四燃燒的過程可燃物質(zhì)的燃燒都有一個(gè)過程，這個(gè)過程隨可燃物質(zhì)的狀態(tài)不同其燃燒過程也不同。氣體最易燃燒，只要達(dá)到其氧化分解所需的熱量便能迅速燃燒?？扇家后w燃燒并不是液相與空氣直接燃燒，而是先蒸發(fā)為蒸汽，蒸汽再于空氣混合而燃燒。可燃固體二類：1、簡(jiǎn)單物質(zhì)，受熱時(shí)熔化、蒸發(fā)與空氣混合物燃燒。2、復(fù)雜物質(zhì)，則先受熱分解出可燃?xì)怏w和蒸汽，然后與空氣混合而燃燒，并留下若干固體殘?jiān)?。?頁(yè)，共51頁(yè)，2022

3、年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四燃燒的過程 根據(jù)可燃物質(zhì)燃燒狀態(tài)不同，燃燒有氣相和固相兩種情況。 氣相燃燒是指在進(jìn)行燃燒反應(yīng)過程中，可燃物和助燃物均為氣體，這種燃燒的特點(diǎn)是有火焰產(chǎn)生的，它是一種最基本的燃燒。 固相燃燒是指在燃燒過程中，可燃物質(zhì)為固態(tài)，這種燃燒亦稱為表面燃燒，特征是燃燒時(shí)沒有火焰產(chǎn)生，只呈現(xiàn)光和熱。 有些特殊物質(zhì)燃燒既有氣相燃燒，也有固相燃燒，如油品、煤。第5頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四第6頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四第7頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四燃燒的種類 著火 自燃 閃燃 爆燃（俗稱爆炸

4、）第8頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四著火（ignition）定義：不論是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的可燃物質(zhì)，如與空氣共同存在，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，與火源接觸就會(huì)燃燒，移去火源后還繼續(xù)燃燒。這時(shí)，可燃物質(zhì)的最低溫度叫做燃點(diǎn)，也叫做著火點(diǎn)。燃點(diǎn)、著火點(diǎn)，引起可燃物著火的最低溫度，指可燃物質(zhì)的溫度。木材的著火點(diǎn)（fire point）為295第9頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四常見物質(zhì)著火溫度（空氣常溫）第10頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四自燃(spontaneous combustion)定義：可燃物不與明火接觸引起的自發(fā)燃燒現(xiàn)象。

5、自燃溫度（AIT）：在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置中可燃物著火的最低溫度。氣體、液體自燃溫度測(cè)試裝置GB/T5332GasH2COCH4戊烷C2H4C3H6C2H2AIT/560605540337600618305第11頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四閃燃（flash combustion）定義：可燃液體表面蒸氣與空氣形成的混合可燃?xì)怏w，遇到明火只出現(xiàn)瞬間閃火而不能持續(xù)燃燒的現(xiàn)象。閃點(diǎn)（flash point）：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，液體表面能產(chǎn)生閃燃的最低溫度稱為閃點(diǎn)。固體有沒有閃點(diǎn)？ 第12頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四閃燃（flash combustion

6、）閃點(diǎn)特征同系物中異構(gòu)體比正構(gòu)體的閃點(diǎn)低；兩元可燃混合液體的閃點(diǎn)低于二者閃點(diǎn)的平均值，閃點(diǎn)40煤油和閃點(diǎn)為-38車用汽油以1：1相混合，其閃點(diǎn)低于1。易燃液體與不燃液體混合時(shí)的閃燃 蒸氣壓降低，閃點(diǎn)提高；如酒精濃度越低越難點(diǎn)著利用四氯化碳稀釋甲醇需要41%的濃度一般液體燃點(diǎn)高于閃點(diǎn)，易燃液體的燃點(diǎn)比閃點(diǎn)高15。 液體火災(zāi)危險(xiǎn)分類及分級(jí)是根據(jù)其閃點(diǎn)來(lái)劃分的，分為甲類（一級(jí)易燃液體）：液體閃點(diǎn)小于28；乙類（二級(jí)易燃液體）：閃點(diǎn)大于等于28小于60；丙類（可燃液體）：液體閃點(diǎn)大于等于60三種。 第13頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四自燃類型受熱自燃和自熱自燃受熱自燃：在外部

7、熱源作用下，由于傳熱使可燃物溫度升高，達(dá)到自燃點(diǎn)而著火燃燒。條件：有外部熱源有熱量積蓄的條件自熱自燃：物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的物理、化學(xué)或生化過程而產(chǎn)生熱量并積聚，以致溫度升高達(dá)到著火點(diǎn)燃燒。條件：容易產(chǎn)生氧化熱、分解熱、聚合熱、吸附熱、發(fā)酵熱等反應(yīng)熱比表面積大，有良好的絕熱保溫性能熱量產(chǎn)生速度大于向環(huán)境散發(fā)速度第14頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四燃燒形式氣體氣相擴(kuò)散燃燒 可燃?xì)怏w從儲(chǔ)存容器或輸送管道中噴瀉出來(lái)，且當(dāng)即被點(diǎn)燃；燃燒速度幾厘米至幾米秒 氣相預(yù)混燃燒 本生燈、家庭做飯爐具天然氣或液化氣的燃燒氣相燃燒的特殊方式：爆燃（爆炸），十幾米至上百米秒14年6月一男子在地下室內(nèi)

8、點(diǎn)燃煤氣罐，隨后手持斧頭和鐵棍堵在門口。危急時(shí)刻，冒著爆炸危險(xiǎn)，民警與消防員突入地下室內(nèi)，21歲的消防員姜偉東迎著斧頭沖上去，“抱起”已經(jīng)被燒紅、冒著火焰的煤氣罐沖進(jìn)開闊地排除險(xiǎn)情。第15頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四燃燒形式固體分解燃燒：指在燃燒過程中可燃物首先遇熱分解，再由熱分解產(chǎn)物和氧反應(yīng)產(chǎn)生火焰的燃燒。（木材、煤、紙；油、脂、瀝青、蠟）表面燃燒：物體表面上的燃燒，不產(chǎn)生火焰，但有紅熱的表面。（木材、鋁、鎂、鐵 ）粉塵爆燃：見后第16頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四燃燒形式液體可燃液體的燃燒實(shí)際上是可燃蒸氣的燃燒液體是否能發(fā)生燃燒，燃燒速

9、率的高低與液體的蒸氣壓、閃點(diǎn)、沸點(diǎn)和蒸發(fā)速率等性質(zhì)有關(guān)。第17頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四燃燒形式液體燃燒過程加熱到汽化溫度；吸收汽化潛熱，發(fā)生相變成為可燃蒸氣；可燃蒸氣加熱到著火溫度發(fā)生燃燒燃燒形式蒸發(fā)燃燒：適于粘度不太大沸點(diǎn)不太高輕質(zhì)可燃液體；液霧（滴）燃燒（爆炸）：幾微米到幾百微米，邊蒸發(fā)邊燃燒；沸溢燃燒：液體在燃燒過程中，由于不斷向液層內(nèi)傳熱，會(huì)使含有水分、粘度大、沸點(diǎn)在100以上的重油、原油產(chǎn)生沸溢和噴濺現(xiàn)象，造成大面積火災(zāi)危險(xiǎn)性大。能產(chǎn)生突沸現(xiàn)象的油品稱為沸溢性油品。第18頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四沸溢火災(zāi)第19頁(yè)，共51頁(yè)

10、，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四第二節(jié) 爆炸的基本原理一、爆炸 爆炸是物質(zhì)在瞬間突然發(fā)生物理或化學(xué)變化,同時(shí)釋放出大量氣體和能量(光能、熱能和機(jī)械能)并伴有巨大聲音的現(xiàn)象。 物質(zhì)的狀態(tài)或成分瞬間發(fā)生變化 爆炸 溫度和壓力驟然升高主要 能量突然釋放特征 產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波并發(fā)出巨大的響 聲 第20頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四 二、爆炸的分類 (一)按照爆炸的性質(zhì)分類 1.物理性爆炸 物理性爆炸是由物理變化(溫度、體積和壓力等因素)引起的,在爆炸的前后,爆炸物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)成分均不改變。 氨氣儲(chǔ)罐爆炸案例第21頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，

11、星期四 2.化學(xué)性爆炸 化學(xué)爆炸是由化學(xué)變化造成的。 化學(xué)性爆炸可分為四類： (1)簡(jiǎn)單分解爆炸 第22頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四 如：疊氮鉛的分解爆炸反應(yīng)為: 震動(dòng) Pb(N3)2 Pb + 3N2 +Q C2H2=2C+H2（2）復(fù)雜分解爆炸 如：硝化甘油炸藥的爆炸反應(yīng) 引爆C3H5(ON02)3 3C02+2.5H20+1.5N2+0.25O2（3）爆炸性混合物的爆炸 氣體混合物,如甲烷、氫、乙炔、一氧化碳、烯烴等可燃?xì)怏w與空氣或氧形成的混合物； 蒸氣混合物,如汽油、苯、乙醚、甲醇等可燃液體的蒸氣第23頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四

12、與空氣或氧形成的混合物； 粉塵混合物,如鋁粉塵、硫磺粉塵、煤粉塵、有機(jī)粉塵等與空氣或氧氣形成的混合物； 3、遇水爆炸的固體物質(zhì),如鉀、鈉、碳化鈣、三異丁基鋁等與水接觸,產(chǎn)生的可燃?xì)怏w與空氣或氧氣混合形成爆炸性混合物。 4、核爆炸 第24頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四一起煤氣罐爆炸馬老漢是個(gè)五保戶，在靠近門口的地方，擺放著另一個(gè)煤氣罐和灶臺(tái)，12年3月6日凌晨5點(diǎn)半，起床燒早飯。他發(fā)現(xiàn)一個(gè)煤氣罐沒火了，就換了個(gè)罐子。接上閥門后，他一手開灶臺(tái)開關(guān)，一手開氣瓶閥門，點(diǎn)火后發(fā)現(xiàn)灶臺(tái)和氣瓶閥門同時(shí)著火了。馬老漢立即關(guān)了灶臺(tái)閥門，把皮管拔下來(lái)。但氣瓶閥門還在呼呼地冒著火。馬老漢說(shuō)

13、，他當(dāng)時(shí)急了，只想著千萬(wàn)不能在屋里炸，一旦失火不但自己房子完了，周圍鄰居房子都要倒霉。他死命將沉重的煤氣罐拖到門口，將煤氣罐放倒，讓罐子順著門口的斜坡滾到門外的地面上。 第25頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四一起煤氣罐爆炸在此過程中，馬老漢左邊衣服被火點(diǎn)著，他趕緊找來(lái)濕毛巾掩在上面，才把火滅了。之后，精疲力竭的馬老漢癱坐在家門口，眼睜睜地看著煤氣罐在不到兩米外的地面上一直燒，直到半個(gè)多小時(shí)后在一聲轟然巨響中被炸得四分五裂 。試分析該過程是物理爆炸還是化學(xué)爆炸？第26頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四粉塵為什么會(huì)爆炸？可燃物質(zhì)分得越細(xì)燃燒速度越快越容

14、易點(diǎn)燃以粉末（粒徑0.5mm）懸浮于空氣形成粉塵云特別容易點(diǎn)燃燃燒速度極快空間相對(duì)封閉會(huì)產(chǎn)生壓力急劇升高發(fā)生爆炸第27頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四粉塵什么條件下會(huì)爆炸？ 可燃粉塵氧化劑（air）點(diǎn)火源空間受限粉塵云粉塵爆炸“五邊形”第28頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四哪些物質(zhì)會(huì)發(fā)生粉塵爆炸？爆炸化學(xué)本質(zhì)燃料氧氣 氧化物熱量非穩(wěn)定的氧化物會(huì)產(chǎn)生粉塵爆炸有些物質(zhì)和CO2,N2也能發(fā)生反應(yīng)能發(fā)生粉塵爆炸的物質(zhì)天然有機(jī)物質(zhì)（谷物，糖，麻等）合成有機(jī)材料（塑料，有機(jī)顏料，殺蟲劑等）煤金屬（鋁，鎂，鋅，鐵，鋯等）第29頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20

15、日，2點(diǎn)23分，星期四哪些物質(zhì)不會(huì)發(fā)生粉塵爆炸？硅酸鹽硫酸鹽硝酸鹽碳酸鹽普通水泥沙子大理石 第30頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四會(huì)爆炸的“非爆炸性粉塵 ”會(huì)爆炸的飛灰（fly ash）糧食港口散糧系統(tǒng)氧化鋁生產(chǎn)車間的飛灰人造大理石原因未燃盡未燃透混入燃料的飛灰1981年發(fā)生爆炸的廣州黃埔港筒倉(cāng)群-35只第31頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四爆炸性參數(shù)-爆炸極限 可燃物質(zhì)（可燃?xì)怏w、蒸氣、粉塵或纖維）與空氣（氧氣或氧化劑）均勻混合形成爆炸性混合物,其濃度達(dá)到一定的范圍時(shí),遇到明火或一定的引爆能量立即發(fā)生爆炸,這個(gè)濃度范圍稱為爆炸極限（或爆炸濃度極

16、限）爆炸濃度下限-形成爆炸性混合物的最低濃度。爆炸濃度上限-形成爆炸性混合物的最高濃度。 爆炸濃度的上限、下限之間稱為爆炸濃度范圍。第32頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四可燃粉塵的爆炸下限一般在30-150g/m3，爆炸上限很難測(cè)試，一般認(rèn)為為下限的100倍。第33頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四爆炸性參數(shù)-最大爆炸壓力可燃物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，所有濃度范圍內(nèi)的最大超壓值。某鋅粉爆炸壓力-時(shí)間曲線1200g/m3濃度時(shí)的爆炸壓力曲線Explosion pressure history at 1200g/m3 2000g/m3濃度時(shí)的爆炸壓力曲線E

17、xplosion pressure history at 2000g/m3第34頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四爆炸性參數(shù)-最小點(diǎn)火能引燃可燃?xì)怏w或可燃粉塵與空氣混合物爆炸的最小電火花能量 如：H2:0.017mJ； C2H2:0.019mJ 玉米淀粉：30-50mJ;鋁粉（昆山）：7-10mJ第35頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四爆炸反應(yīng)當(dāng)量濃度 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)計(jì)算可燃?xì)怏w或蒸氣的反應(yīng)當(dāng)量濃度。 例如,求一氧化碳在空氣中的反應(yīng)當(dāng)量濃度。 解:寫出一氧化碳在空氣中燃燒的反應(yīng)式: 2CO+O2+3.76N2=2CO2+3.76N2 根據(jù)反應(yīng)式得知,參

18、加反應(yīng)的物質(zhì)的總體積為2+1+3.76=6.76。若以這個(gè)總體積為100,則2個(gè)體積的一氧化碳在總體積中所占比例為 2 X = - 100% = 29.6% 6.76第36頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四 （三）爆炸的影響因素惰性氣體含量初始溫度初始?jí)毫鹪磸?qiáng)度含氧量爆炸極限的 影響因素消焰距離第37頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四初始溫度的影響初始溫度升高，爆炸極限范圍變寬。溫度越高，爆炸范圍越寬（下限下降，上限上升），爆炸危險(xiǎn)性增加。 如：CH3COCH3在0為4.2-8% 100為3.210%第38頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)

19、23分，星期四初始含氧量（2）含氧量越高，爆炸極限變寬?；旌蠚庵性黾友鹾?，會(huì)使上限顯著增高，爆炸范圍增大。 如：H2空氣4-75% H2氧氣4-95%第39頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四惰性介質(zhì)含量（3）惰性介質(zhì)含量越高，爆炸極限范圍變窄，危險(xiǎn)性小。但不同惰性氣體的影響不同。 如：水蒸氣，N2 ,CO2 ,Ar等。第40頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四初始?jí)毫Γ?）初始?jí)毫υ龃螅O限的范圍變寬。 壓力越大，爆炸范圍越寬（對(duì)下限的影響較小，對(duì)上限的影響較大），危險(xiǎn)性增加。壓力降到某一數(shù)值，上限與下限重合，這一壓力稱為臨界壓力。低于臨界壓力，

20、混合氣則無(wú)燃燒爆炸的危險(xiǎn)。如： CH4:0.1MP時(shí)為：5.6-14.3% 5MP時(shí)為：5.4-29.4%第41頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四設(shè)備幾何尺寸（5）容器管道減小，爆炸極限的范圍變小。 實(shí)驗(yàn)證明，通道尺寸越小，通道內(nèi)混合氣體的爆炸濃度范圍越小，燃燒時(shí)火焰蔓延速度越慢。把火焰蔓延不下去的最大通道尺寸叫最大實(shí)驗(yàn)安全間隙（也稱消焰距離）。 各種可燃?xì)庥胁煌南婢嚯x，消焰距離還與可燃?xì)獾臐舛扔嘘P(guān)，也受氣體流速、壓力的影響。消焰距離是可燃物蔓延能力的一個(gè)度量參數(shù)，度量可燃物危險(xiǎn)程度的一個(gè)重要參數(shù)。 如： H2, C2H2,d0.1-0.2mm時(shí)爆炸不傳播第42頁(yè)，共

21、51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四點(diǎn)火能量（6）火源能量越高，爆炸極限范圍愈寬。點(diǎn)火源的強(qiáng)度高，熱表面的面積大，火源與混合物的接觸時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)使爆炸范圍擴(kuò)大，增加燃燒、爆炸的危險(xiǎn)性。 如： CH4, 100V, 1A電火花不炸 2A：5.9-13.6% 3A:5.85-14.8% 第43頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23分，星期四可能的點(diǎn)火源igniton sources熱表面火焰和熱氣體（明火）機(jī)械產(chǎn)生的火花電氣設(shè)備（電火花和高溫表面）雜散電流靜電雷電1043*1012射頻電磁波3*10113*1015電磁波電離輻射超聲波絕熱壓縮和沖擊波包括粉塵自燃的放熱效應(yīng)第44頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)23