燃燒學(xué)-第5章2幻燈片

燃燒學(xué)

燃燒學(xué)1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系5.3閃燃與爆炸溫度極限

5.3.1閃燃與閃點(diǎn)閃燃閃點(diǎn)液體的閃點(diǎn)一般要用專(zhuān)門(mén)的開(kāi)杯式或閉杯式閃點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)得5.3.2同類(lèi)液體閃點(diǎn)變化規(guī)律同系物同系物的閃點(diǎn)具有以下規(guī)律：（1）同系物閃點(diǎn)隨分子量增加而升高。（2）同系物閃點(diǎn)隨沸點(diǎn)的升高而升高，（3）同系物閃點(diǎn)隨比重的增大而升高，（4）同系物閃點(diǎn)隨蒸氣壓的降低而升高，（5）同系物中正構(gòu)體比異構(gòu)體閃點(diǎn)高，2中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系表5-9正構(gòu)體與異構(gòu)體的閃點(diǎn)比較物質(zhì)名稱(chēng)沸點(diǎn)（℃）閃點(diǎn)（℃）物質(zhì)名稱(chēng)沸點(diǎn)（℃）閃點(diǎn)（℃）正戊烷36－40正己酮127.535異戊烷28－52異己酮11917正辛烷125.616.5正丙烷91－11.5異辛烷99－12.5異丙烷69－13氯代正丁烷79－11.5氯代異丁烷70－243中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系表5-10部分醇和芳烴的物理性能物質(zhì)分子式分子量比重20℃/4℃沸點(diǎn)（溫度）20℃時(shí)的蒸氣壓力（kPa）閃點(diǎn)（℃）醇

類(lèi)甲醇CH3OH320.79264.5611.827乙醇C2H6OH460.78978.45.879正丙醇C3H7OH600.80497.21.9322.5正丁醇C4H9OH740.810117.80.6334正戊醇C5H11OH880.817137.80.3746芳烴類(lèi)苯C6H6780.87380.369.97-12甲苯C6H5CH3920.866110.362.975二甲苯C6H4（CH3）21060.879146.02.18234中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系5.3.3混合液體閃點(diǎn)5.3.3.1兩種完全互溶的可燃液體的混合液體的閃點(diǎn)這類(lèi)混合液體的閃點(diǎn)一般低于各組分的閃點(diǎn)的算術(shù)平均值，并且接近于含量大的組分的閃點(diǎn)例如純甲醇閃點(diǎn)為7℃，純乙酸戊酯的閃點(diǎn)為28℃。當(dāng)60％酌甲醇與40％乙酸戊酯混合時(shí)，其閃點(diǎn)并不等于7×60％+28×40％＝15.4℃，而是等于10℃對(duì)甲醇和丁醇（閃點(diǎn)36℃）1：1的混合液，其閃點(diǎn)等于13℃，而不是在煤油中加入1％的汽油，煤油的閃點(diǎn)要降低10℃以上。5中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系5.3.3.2可燃液體與不可燃液體混合液體的閃點(diǎn)在可燃液體中摻入互溶的不燃液體，其閃點(diǎn)隨著不燃液體含量增加而升高，當(dāng)不燃組分含量達(dá)一定值時(shí)，混合液體不再發(fā)生閃燃7中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系表5—11醇水溶液的閃點(diǎn)溶液中的醇的含量（％）閃點(diǎn)（℃）甲醇乙醇1007117518225522234030251060505無(wú)603無(wú)無(wú)8中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系補(bǔ)充同類(lèi)液體自燃點(diǎn)變化規(guī)律同系物的自燃點(diǎn)有以下規(guī)律：（1）同系物自燃點(diǎn)隨分子量增加而減少。（2）同系物中正構(gòu)體比異構(gòu)體自燃點(diǎn)低。

（3）飽和烴比相應(yīng)的不飽和烴的自燃點(diǎn)高。油品

名稱(chēng)與空氣混合時(shí)的爆炸極限含量%（v）溫度℃下限上限一般沸程閃點(diǎn)自燃點(diǎn)汽油1.08.050-205-50-28415-530煤油0.86.5200-30040-55380-425輕柴油0.66.5180-36055-90300-380重柴油--300-37065-120300-330潤(rùn)滑油--350-530120-250300-3509中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系工廠(chǎng)提高汽油辛烷值的途徑有三個(gè)：一是選擇良好的原料和改進(jìn)加工工藝，例如采用催化裂化、重整等二次加工工藝。二是向產(chǎn)品中調(diào)入抗爆性?xún)?yōu)良的高辛烷值成分，例如異辛烷、異丙苯、烷基苯等。三是加入抗爆劑。10中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系5.3.4閃點(diǎn)計(jì)算閃點(diǎn)溫度時(shí)液體的蒸氣濃度就是該液體蒸氣的爆炸下限液體的飽和蒸氣濃度和蒸氣壓的關(guān)系為若已知L，即可求出Pf，根據(jù)克勞修斯一克拉佩龍方程，求出該液體的閃點(diǎn)

或者利用安頓（Anloine）方程

11中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系例5—1已知癸烷的爆炸下限為0.75％，環(huán)境壓力為1.01325×105Pa，試求其閃點(diǎn)。解閃點(diǎn)對(duì)應(yīng)的蒸氣壓為Pf＝0.75%×1.01325×l05＝760（Pa）查表5—5，癸烷的Lv＝45612J/mol，C′=10.3730。將已知值代入式（5-17b），得閃點(diǎn)為（K）則tf＝318—273＝45（℃）12中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系閃點(diǎn)在消防安全管理中的重要意義

可燃液體火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)分類(lèi)：甲類(lèi)液體火災(zāi)：閃點(diǎn)小于28℃。代表液體：汽油（-38℃）乙類(lèi)液體火災(zāi)：閃點(diǎn)在28～60℃代表液體：煤油（40℃）丙類(lèi)液體火災(zāi)：閃點(diǎn)大于60℃代表液體：柴油（65℃）13中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系5.3.5爆炸溫度極限

5.3.5.1爆炸溫度極限液面上方液體蒸氣濃度達(dá)到爆炸濃度極限，混合氣體遇火源就會(huì)發(fā)生爆炸。蒸氣濃度與溫度成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。蒸氣爆炸濃度上、下限所對(duì)應(yīng)的液體溫度稱(chēng)為可燃液體的爆炸溫度上、下限，分別用t上、t下表示液體溫度處于爆炸溫度極限范圍內(nèi)時(shí)，液面上方的蒸氣與空氣的混合氣體遇火源會(huì)發(fā)生爆炸。t下t上TC%UL14中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系表5—12可燃液體的爆炸濃度極限和爆炸溫度極限的比較爆炸濃度極限（％）液體名稱(chēng)爆炸溫度極限（℃）下限上限上限下限3.318.0酒精+11+401.57.0甲苯+5.5+310.862.0松節(jié)油+33.5+531.77.2車(chē)用汽油-38-81.47.5燈用煤油+40+861.8540乙醚-45+131.59.5苯-14+1915中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系舉例分析（設(shè)室溫為0～28℃）：

（1）苯：爆炸溫度下限t下＝－14℃，爆炸溫度上限t上＝＋19℃，與室溫關(guān)系為：顯然苯蒸氣在0～19℃范圍內(nèi)是能爆炸的t下（－14℃）T上（+19℃）028t℃16中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系（2）酒精：t下＝＋11℃，t上＝＋40℃，與室溫關(guān)系為：在室溫11～28℃之間的溫度范圍內(nèi)，酒精蒸氣正好處于爆炸濃度極限范圍之內(nèi)，是能爆炸的。t下（+11℃）T上（+40℃）028t℃17中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系（3）煤油：t下＝＋40℃，t上＝＋86℃，與室溫關(guān)系為：

煤油在室溫范圍內(nèi)，其蒸氣濃度沒(méi)有達(dá)到爆炸下限，煤油蒸氣是不會(huì)爆炸的（4）汽油：t下＝－38℃，t上＝－8℃，與室溫關(guān)系為：汽油在室溫范圍內(nèi)，其飽和蒸氣濃度已經(jīng)超過(guò)爆炸上限，它與空氣的混和氣體遇火源不會(huì)發(fā)生爆炸t下（+40℃）t上（+86℃）028t℃t下（-38℃）T上（-8℃）028t℃18中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系通過(guò)以上分析可以得出以下結(jié)論：

（1）凡爆炸溫度下限（t下）小于最高室溫的可燃液體，其蒸氣與空氣混合物遇火源均能發(fā)生爆炸；（2）凡爆炸溫度下限（t下）大于最高室溫的可燃液體，其蒸氣與空氣混合物遇火源均不能發(fā)生爆炸；（3）凡爆炸溫度上限（t上）小于最低室溫的可燃液體，其咆和蒸氣與空氣的混合物遇火源不發(fā)生爆炸，其非飽和蒸氣與空氣的混合物遇火源有可能發(fā)生爆炸。19中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系5.3.5.2爆炸溫度極限的計(jì)算爆炸溫度下限為液體的閃點(diǎn)，其計(jì)算與閃點(diǎn)計(jì)算相同爆炸溫度上限的計(jì)算，可根據(jù)已知的爆炸濃度上限值計(jì)算相應(yīng)的飽和蒸氣壓，然后用克勞修斯一克拉佩龍方程等方法計(jì)算出飽和蒸氣壓所對(duì)應(yīng)的溫度，即為爆炸溫度上限。例5—2已知甲苯的爆炸濃度極限范圍為1.27%～6.75%，求其在1.01325×lO5Pa大氣壓下的爆炸溫度極限。解（1）求爆炸濃度極限所對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓：P飽下＝101325×1.27%＝1287（Pa）P飽上＝101325×6.75%＝6839（Pa）（2）用克勞修斯一克拉佩龍方程計(jì)算爆炸溫度極限飽和蒸氣壓為1287Pa和6839Pa時(shí)，甲苯所處的溫度范圍分別為0～10℃和30～40℃。20中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系5.3.5.3爆炸溫度極限的影響因素1．可燃液體的性質(zhì)2．壓力表5—13壓力對(duì)甲苯閃點(diǎn)的影響總壓力甲苯飽和蒸氣壓（Pa）甲苯閉杯閃點(diǎn)（℃）740788890.110000012004.9197368236816.321中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系舉例：飛機(jī)油箱中燃油的爆炸溫度極限的變化圖5-14飛機(jī)飛行期間燃油可燃性區(qū)域示意圖22中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系3．水分或其他物質(zhì)含量在可燃液體中加入水會(huì)使其爆炸溫度極限升高。如果在閃點(diǎn)高的可燃液體中加入閃點(diǎn)低的可燃液體，則混合液體的爆炸溫度極限比前者低，即使低閃點(diǎn)液體的加入量很少，也會(huì)使混合液體的閃點(diǎn)比高閃點(diǎn)液體的閃點(diǎn)低得多4．火源強(qiáng)度與點(diǎn)火時(shí)間一般來(lái)說(shuō)，在其他條件相同時(shí)，液面上的火源強(qiáng)度越高，或者點(diǎn)火時(shí)間越長(zhǎng)，液體的爆炸溫度下限（或閃點(diǎn)）越低。23中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系火焰前鋒蒸氣流熱流蒸氣流熱流r1rST1TS圖5-15液滴高溫蒸發(fā)簡(jiǎn)圖5.4液滴的蒸發(fā)和燃燒

24中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系5.4.1液滴的低溫蒸發(fā)液滴的低溫蒸發(fā)實(shí)質(zhì)上是擴(kuò)散過(guò)程設(shè)液滴為球形，懸浮在穩(wěn)定不變的介質(zhì)環(huán)境中液滴表面蒸氣為飽和狀態(tài)且為理想氣體?？梢杂们蜃鴺?biāo)表示出蒸氣擴(kuò)散方程在穩(wěn)態(tài)條件下：

其邊界條件是

r＝∞，ρ＝ρ∞r(nóng)＝r0，ρ＝ρs

積分后，可得液滴表面處單位面積的蒸發(fā)率

若用分壓代替（5-28）式中的密度，就得到了蘭穆?tīng)柟絩0—液滴半徑25中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系5.4.2單液滴燃燒簡(jiǎn)化假設(shè)：（1）液滴呈球形，由一高溫球面所包圍；（2）蒸發(fā)是穩(wěn)態(tài)過(guò)程，表面蒸發(fā)和液體處于平衡狀態(tài)；（3）通過(guò)傳熱和擴(kuò)散，液滴達(dá)到稍低于液體沸點(diǎn)的溫度；（4）蒸發(fā)過(guò)程是等壓的；（5）不考慮輻射和流熱損失；（6）在液滴附近，燃料氣濃度和溫度隨離開(kāi)液滴中心的距離呈線(xiàn)性變化?；鹧媲颁h蒸氣流熱流蒸氣流熱流r1r3T1TS圖5-15液滴高溫蒸發(fā)簡(jiǎn)圖26中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系在穩(wěn)態(tài)條件下，有

對(duì)于液滴直徑無(wú)限小的變化，上式可寫(xiě)為（對(duì)上式兩邊求導(dǎo)）：

在液滴表面r=rs、T＝Ts，到火焰前鋒r=r1、T＝T1之間對(duì)上式積分可得

熱傳導(dǎo)=升溫吸熱+蒸發(fā)吸熱27中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系在液滴表面?zhèn)鹘o液滴的熱量=蒸發(fā)吸熱即

將上式代入式中，并在r=rs、T＝Ts、火焰前鋒r=r1，T＝T1之間積分，則有28中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系如果液滴的質(zhì)量用下式表示如果r1>>rs，則rs/r1可以忽略，于是上式成為29中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系在t＝0、rs＝（rs）t＝0和t=t，rs＝（rs）t＝t＝r之間對(duì)上式積分，則得

30中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系0543211.00.880.60.440.2123546t（ms）圖5-16直徑為10～20μm的柴油和燃料油滴蒸發(fā)的體積百分?jǐn)?shù)與蒸發(fā)時(shí)間及周?chē)橘|(zhì)溫度的關(guān)系31中國(guó)礦業(yè)大學(xué)能源學(xué)院安全與消防工程系表5-16不同環(huán)境溫度和壓力條件下滴的體積百分?jǐn)?shù)隨蒸發(fā)時(shí)間的變化關(guān)系燃料圖5-16上的曲線(xiàn)號(hào)數(shù)空氣溫度（℃）平衡溫度（℃）液滴直徑（μm）空氣壓力（atm）柴油16003221030柴油2500301103