消防從業(yè)人員基礎知識之燃燒的本質(zhì)和條件篇

消防從業(yè)人員基礎知識之燃燒的本質(zhì)和條件篇

第一節(jié)燃燒本質(zhì)一、燃燒的本質(zhì)燃燒是可燃物與氧化劑作用產(chǎn)生的放熱反應，通常伴有火焰、發(fā)光和（或）發(fā)煙現(xiàn)象。簡而言之，燃燒是一種放熱、發(fā)光的化學反應。隨著現(xiàn)代科學的發(fā)展，近代鏈鎖反應理論認為：燃燒是一種游離基的鏈鎖反應。鏈鎖反應也稱為鏈式反應，即由游離基在瞬間進行的循環(huán)連續(xù)反應。游離基又稱自由基或自由原子，是化合物或單質(zhì)分子中的共價鍵在外界因素（如光、熱）的影響下，分裂而成含有不成對電子的原子或原子基團，它們的化學活性非常強，在一般條件下是不穩(wěn)定的，容易自行結合成穩(wěn)定分子或與其它物質(zhì)的分子反應生成新的游離基。當反應物產(chǎn)生少量的活化中心—游離基（自由基或自由原子）時，即可發(fā)生鏈鎖反應。只要反應一經(jīng)開始，就可經(jīng)過許多鏈鎖步驟自行加速發(fā)展下去（瞬間自發(fā)進行若干次），直至反應物燃盡為止。當活化中心全部消失（即游離基消失）時，鏈鎖反應就會終止。一般認為，鏈鎖反應機理大致可分為三個階段：1、鏈引發(fā)。即生成游離基，使鏈式反應開始。生成的方法通常有熱離解、光照法、催化法、放射線照射法、加入引發(fā)劑和氧化還原法等。2、鏈傳遞。游離基作用于其它參與反應的分子，在生成產(chǎn)物的同時，產(chǎn)生新的游離基，使鏈式反應自行地一個傳一個，不斷地進行下去。3、鏈終止。即游離基的消失，使鏈式反應終止。終止的原因一般是由于雜質(zhì)的影響、抑制劑的摻人、游離基形成穩(wěn)定分子、游離基撞擊器壁或反應物全部變完等。鏈反應有分支鏈和不分支鏈兩種。核爆炸就是典型的分支鏈反應。綜上所述，物質(zhì)燃燒是氧化反應，而氧化反應不一定是燃燒，能被氧化的物質(zhì)不一定都是能夠燃燒的物質(zhì)?？扇嘉镔|(zhì)的多數(shù)氧化反應不是直接進行的，而是經(jīng)過一系列復雜的中間階段反應；不是氧化整個分子，而是氧化鏈鎖反應中間產(chǎn)物游離基和原子?？梢?，燃燒是一種極其復雜的化學反應，游離基的鏈鎖反應是燃燒反應的實質(zhì)，光和熱是燃燒過程中發(fā)生的物理現(xiàn)象。第二節(jié)燃燒必須具備的條件一、發(fā)生燃燒的必要條件發(fā)生燃燒所需要的必要條件有三個，即：可燃物、助燃物（氧化劑）和引火源。（一）可燃物凡是能與空氣中的氧或其他氧化劑發(fā)生劇烈化學反應的物質(zhì)，都稱為可燃物（也就是一切能夠燃燒的物質(zhì)）。1、氣體可燃物。凡是在空氣中能發(fā)生燃燒的氣體，都稱為可燃氣體。2、液體可燃物。凡是在空氣中能發(fā)生燃燒的液體，都稱為可燃液體。3、固體可燃物。凡遇明火、熱源能在空氣（氧化劑）中燃燒的固體物質(zhì)，都稱為可燃固體。（二）助燃物（氧或氧化劑）凡能幫助和支持燃燒的物質(zhì)，即能與可燃物發(fā)生反應的物質(zhì)都稱為助燃物（實質(zhì)上是氧或氧化劑）。助燃物主要有兩大類：1、空氣或氧氣2、其他氧化劑。如氯酸甲、高錳酸甲、氯、溴等。（三）引火源（也稱點火源）凡是能引起可燃物與助燃物發(fā)生燃燒反應的熱能，都稱為引火源。二、發(fā)生燃燒的充分條件（一）一定的可燃物濃度（二）一定的氧氣（氧化劑）含量實驗證明，雖有空氣（氧氣）存在，但濃度不夠，燃燒也不會發(fā)生。由于可燃物質(zhì)性質(zhì)不同，燃燒所需要的含氧量也不同；在等量情況下，使某些物質(zhì)完全燃燒，所需要的含氧量也有差異。便如，部分常見物質(zhì)燃燒所需的最低含氧量，如圖所示：

—部分常見物質(zhì)燃燒所需要最低氧量物質(zhì)名稱含氧量（%）物質(zhì)名稱含氧量（%）氣油14.4乙醇15.0煤油15.0橡膠屑13.0氫氣5.9多量棉花8.0（三）一定的引火能量（點火能）不管何種形式的點火能量，都必須達到一定的強度才能引起可燃物質(zhì)著火。否則，燃燒就不會發(fā)生不同可燃物質(zhì)燃燒所需的引火能（點火能）各不相同。幾種常見可燃物燃燒所需要的溫度如表所示物質(zhì)名稱燃點（℃）物質(zhì)名稱燃點（℃）松木250照明煤油86棉花210橡油120布匹200麻150紙張130黃磷34-60蠟燭190松節(jié)油53（四）相互作用燃燒不僅必須具備必要條件（三要素）和充分條件，而且還必須使以上條件相互結合、相互作用，燃燒才會發(fā)生和持續(xù)，否則，燃燒也不能發(fā)生。對無火焰燃燒可用經(jīng)典三角形（如圖1-2-2）表示三者關系。燃燒三要素（三邊連接）同時存在、相互作用，燃燒才會發(fā)生。無火焰燃燒具有三個特點：（1）無鏈鎖反應。（2）氧在可燃燒的界面。（3）可燃物為熾熱的固體。對有火焰燃燒，由于燃燒過程中存在未受抑制的游離基（自由基）作中間體，所以燃燒三角形增加了一個空間坐標，形成燃燒四面體。如圖1-2-3所示。圖1-2-3燃燒四面體圖1-2-2燃燒三角形鏈反應的自由基燃料氧溫度溫度氧溫度火圖1-2-3燃燒四面體圖1-2-2燃燒三角形鏈反應的自由基燃料氧溫度溫度氧溫度火 第三節(jié)燃燒中的幾個常用概念

１．閃燃：在液體（固體）表面上能產(chǎn)生足夠的可燃蒸氣，遇火能產(chǎn)生一閃，即滅的火焰的燃燒現(xiàn)象稱為閃燃。

２．陰燃：沒有火焰的緩慢燃燒現(xiàn)象稱為陰燃。

３．爆燃：以亞音速傳播的爆炸稱為爆燃。

４．自燃：可燃物質(zhì)在沒有外部明火等火源的作用下，因受熱或自身發(fā)熱并蓄熱所產(chǎn)生的自行燃燒現(xiàn)象稱為自燃。亦即物質(zhì)在無外界引火源條件下，由于其本身內(nèi)部所進行的生物、物理、化學過程而產(chǎn)生熱量，使溫度上升，最后自行燃燒起來的現(xiàn)象。

５．閃點：在規(guī)定的試驗條件下，液體（固體）表面能產(chǎn)生閃燃的最低溫度稱為閃點。同系物中異構體比正構體的閃點低；同系物的閃點隨其分子量的增加而升高，隨其沸點升高而升高。各組分混合液，如汽油、煤油等，其閃點隨沸程的增加而升高；低閃點液體和高閃點液體形成的混合液，其閃點低于這兩種液體閃點的平均值。木材的閃點在260攝氏度左右。

閃點的意義：閃點是生產(chǎn)廠房的火災危險性分類的重要依據(jù)；閃點是儲存物品倉庫的火災危險性分類的依據(jù)；閃點是甲、乙、丙類危險液體分類的依據(jù)；以甲、乙、丙類液體分類為依據(jù)規(guī)定了廠房和庫房的耐火等級、層數(shù)、占地面積、安全疏散、防火間距、防爆設置等；以甲、乙、丙類液體的分類為依據(jù)規(guī)定了液體儲罐、堆場的布置、防火間距、可燃和助燃氣體儲罐的防火間距，液化石油氣儲罐的布置、防火間距等。６．燃點：是指在規(guī)定的試驗條件下，液體或固體能發(fā)生持續(xù)燃燒的最低溫度稱為燃點。一切液體的燃點都高于閃點。

７．自燃點：是指在規(guī)定的條件下，可燃物質(zhì)產(chǎn)生自燃的最低溫度是該物質(zhì)的自燃點。

可燃物質(zhì)發(fā)生自燃的主要方式是：氧化發(fā)熱；分解放熱；聚合放熱；吸附放熱；發(fā)酵放熱；活性物質(zhì)遇水；可燃物與強氧化劑的混合。影響液體、氣體可燃物自燃點的主要因素：壓力：壓力越高，自燃點越低；氧濃度：混合氣中氧濃度越高，自燃點越低；催化：活性催化劑能降低自燃點，鈍性催化劑能提高自燃點；容器的材質(zhì)和內(nèi)徑：器壁的不同材質(zhì)有不同的催化作用；容器直徑越小，自燃點越高。

影響固體可燃物自燃點的主要因素：受熱熔融：熔融后可視液體、氣體的情況；揮發(fā)物的數(shù)量：揮發(fā)出的可燃物越多，其自燃點越低；固體的顆粒度：固體顆粒越細，其比表面積就越大，自燃點越低；受熱時間：可燃固體長時間受熱，其自燃點會有所降低。

８．氧指數(shù)：是指在規(guī)定條件下，固體材料在氧、氮混合氣流中，維持平穩(wěn)燃燒所需的最低氧含量。氧指數(shù)高表示材料不易燃燒，氧指數(shù)低表示材料容易燃燒，一般認為氧指數(shù)＜22屬于易燃材料，氧指數(shù)在22---27之間屬可燃材料，氧指數(shù)＞27屬難燃材料。

９．可燃液體的燃燒特點：可燃液體的燃燒實際上是可燃蒸氣的燃燒，因此，液體是否能發(fā)生燃燒，燃燒速率的高低與液體的蒸氣壓、閃點、沸點和蒸發(fā)速率等性質(zhì)有關。在不同類型油類的敞口貯罐的火災中容易出現(xiàn)三種特殊現(xiàn)象：沸溢、噴濺和冒泡。

突沸現(xiàn)象：液體在燃燒過程中，由于不斷向液層內(nèi)傳熱，會使含有水分、粘度大、沸點在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，這種現(xiàn)象稱為突沸現(xiàn)象。能產(chǎn)生突沸現(xiàn)象的油品稱為沸溢性油品。

液體火災危險分類及分級是根據(jù)其閃點來劃分的，分為甲類（一級易燃液體）：液體閃點小于28攝氏度；乙類（二級易燃液體）：閃點大于等于28小于60攝氏度；丙類（可燃液體）：液體閃點大于等于60攝氏度三種。

１０．固體燃燒特點：固體可燃物必須經(jīng)過受熱、蒸發(fā)、熱分解，固體上方可燃氣體濃度達到燃燒極限，才能持續(xù)不斷地發(fā)生燃燒。

燃燒方式分為：蒸發(fā)燃燒、分解燃燒、表面燃燒和陰燃四種。

陰燃：一些固體可燃物在空氣不流通、加熱溫度較低或含水分較高時會陰燃，如成捆堆放的棉、麻、紙張及大堆垛的煤、草、濕木材等。第四節(jié)熱傳播的途徑和火災蔓延的途徑

火災的發(fā)生、發(fā)展就是一個火災發(fā)展蔓延、能量傳播的過程。熱傳播是影響火災發(fā)展的決定性因素。熱量傳播有以下三種途徑：熱傳導、熱對流和熱輻射。

１．熱傳導：是指熱量通過直接接觸的物體，從溫度較高部位傳遞到溫度較低部位的過程。影響熱傳導的主要因素是：溫差、導熱系數(shù)和導熱物體的厚度和截面積。導熱系數(shù)愈大、厚度愈小、傳導的熱量愈多。

２．熱對流是指熱量通過流動介質(zhì)，由空間的一處傳播到另一處的現(xiàn)象。火場中通風孔洞面積愈大，熱對流的速度愈快；通風孔洞所處位置愈高，熱對流速度愈快。熱對流是熱傳播的重要方式，是影響初期火災發(fā)展的最主要因素。

３．熱輻射是指以電磁波形式傳遞熱量的現(xiàn)象。當火災處于發(fā)展階段時，熱輻射成為熱傳播的主要形式。

火災在建筑物之間和建筑物內(nèi)部的主要蔓延途徑有：建筑物的外窗、洞口；突出于建筑物防火結構的可燃構件；建筑物內(nèi)的門窗洞口，各種管道溝和管道井，開口部位；未作防火分隔的大空間結構，未封閉的樓梯間；各種穿越隔墻或防火墻的金屬構件和金屬管道；未作防火處理的通風、空調(diào)管道等。第五節(jié)燃燒的特殊形式－－爆炸

（一）爆炸的概念

爆炸是指由于物質(zhì)急劇氧化或分解反應，使溫度、壓力急劇增加或使兩者同時急劇增加的現(xiàn)象。爆炸可分為：物理爆炸、化學爆炸和核爆炸。

１．物理爆炸：由于液體變成蒸氣或者氣體迅速膨脹，壓力急速增加，并大大超過容器的極限壓力而發(fā)生的爆炸。如蒸氣鍋爐、液化氣鋼瓶等的爆炸。

２．化學爆炸：因物質(zhì)本身起化學反應，產(chǎn)生大量氣體和高溫而發(fā)生的爆炸。如炸藥的爆炸，可燃氣體、液體蒸氣和粉塵與空氣混合物的爆炸等。化學爆炸是消防工作中防止爆炸的重點。

（二）爆炸極限

爆炸極限：爆炸極限是指可燃氣體、蒸汽或粉塵與空氣混合后，遇火產(chǎn)生爆炸的最高或最低濃度。通常以體積百分數(shù)表示。

可燃氣體、蒸氣或粉塵與空氣組成的混合物，能使火焰?zhèn)鞑サ淖畹蜐舛确Q為該氣體或蒸氣的爆炸下限，也稱燃燒下限。

可燃氣體、蒸氣或粉塵與空氣組成的混合物，能使火焰?zhèn)鞑サ淖罡邼舛确Q為該氣體或蒸氣的爆炸上限，也稱燃燒上限。

《建筑設計防火規(guī)范》中將爆炸下限小于百分之十的氣體劃分為甲類氣體，少數(shù)爆炸下限大于等于百分之十的氣體劃分為乙類氣體。

（三）影響爆炸極限的因素

１．爆炸極限值受各種因素變化的影響，主要有：初始溫度、初始壓力、惰性介質(zhì)及雜質(zhì)、混合物中氧含量、點火源等。

２．初始溫度高，爆炸極限范圍大；初始壓力高，爆炸極限范圍大；混合物中加入惰性氣體，爆炸極限范圍縮小，特別對爆炸上限的影響更大?；旌衔锖趿吭黾?，爆炸下限降低，爆炸上限上升。

（四）粉塵爆炸的特點

１．粉塵爆炸的條件：粉塵本身必須是可燃性的；粉塵必須具有相當大的比表面積；粉塵必須懸浮在空氣中，與空氣混合形成爆炸極限范圍內(nèi)的混合物；有足夠的點火能量。２．影響粉塵爆炸的因素：（1）顆粒的尺寸；（2）粉塵濃度；（3）空氣的含水量；（4）含氧量；（5）可燃氣體含量。顆粒越小其比表面積越大，氧吸附也越多，在空氣中懸浮時間越長，爆炸危險性越大?？諝庵泻吭礁?、粉塵越小、引爆能量越高。隨著含氧量的增加，爆炸濃度范圍擴大。有粉塵的環(huán)境中存在可燃性氣體時，會大大增加粉塵爆炸的危險性。３．粉塵爆炸的特點：多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點；粉塵爆炸所需的最小點火能量較高，一般在幾十毫焦耳以上。與可燃性氣體爆炸相比，粉塵爆炸壓力上升較緩慢，較高壓力持續(xù)時間長，釋放的能量大，破壞力強。第六節(jié)