化工裝置運行風險控制及預(yù)防措施-燃燒與爆炸基礎(chǔ)知識

燃燒與爆炸基礎(chǔ)知識第四部分防火防爆技術(shù)第三部分化工原料及產(chǎn)品的火災(zāi)危險性第二部分爆炸第一部分

燃燒

一、燃燒及燃燒條件1．燃燒

燃燒是物質(zhì)間相互作用，同時有熱和光發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程。放熱、發(fā)光、生成新物質(zhì)是燃燒的三個特征。燃燒反應(yīng)一般速度快、放熱較多，提高了燃燒產(chǎn)物的溫度，引起產(chǎn)物分子內(nèi)電子的能級躍遷，放出各種波長的光。一切燃燒反應(yīng)均是氧化還原反應(yīng)參加反應(yīng)的物質(zhì)必須包含有氧化劑和還原劑，也就是助燃物和可燃物。要使可燃物和助燃物發(fā)生燃燒反應(yīng)，必須具有點火能源?？扇嘉餃囟龋ɑ鹪矗?/p>

氧化劑（助燃物）【案例3-1】2007年3月3日，某電機廠電扇車間油漆工段長兼操作組長王某，同本班女油漆工周某上大夜班。凌晨1時40分，王某將點香煙未滅的火柴梗扔在噴漆臺上，即刻引起噴漆臺上易燃物體燃燒，給國家財產(chǎn)造成巨大損失。燃燒三要素：可燃物、助燃物和點火能源

可燃物：能與空氣中的氧或其它氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)（汽油、木材）。

助燃物：能幫助和支持燃燒的物質(zhì)（空氣、氧氣、高錳酸鉀等）。

著火源：能引起可燃物發(fā)生燃燒的熱能源（明火、電火花、化學(xué)熱）。

大多數(shù)可燃物質(zhì)的燃燒是在蒸氣或氣態(tài)下進行的。由于可燃物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同，其受熱所發(fā)生的燃燒過程和形式也不同。1．氣體燃燒過程及形式由于各種可燃氣體的化學(xué)組成不同，他們的燃燒過程也不一樣。簡單的可燃氣體燃燒只經(jīng)過受熱和氧化過程，而復(fù)雜的可燃氣體燃燒，要經(jīng)過受熱、氧化、分解等過程才能進行。

擴散燃燒混合燃燒擴散區(qū)空氣氣態(tài)燃料可燃液體在火源或熱源的作用下，首先蒸發(fā)，然后氧化、分解進行燃燒。多組分混合可燃液體燃燒時，先蒸發(fā)出低沸點的組分，而重組分即高沸點組分開始時蒸發(fā)的很少。多組分混合可燃液體在燃燒過程中，剩余的高沸點組分逐漸相對增加，這些組分的閃點、密度、粘度也相應(yīng)增高?？扇家后w的燃燒，實質(zhì)上是燃燒可燃液體蒸發(fā)出來的蒸氣，所以叫蒸發(fā)燃燒。難揮發(fā)的可燃液體受熱后分解出可燃性蒸氣，然后這些可燃性氣體進行燃燒，這種燃燒形式稱為分解燃燒。簡單可燃固體燃燒：硫、磷、鉀、鈉等都屬于簡單的可燃固體，由單質(zhì)所組成。它們?nèi)紵龝r，先受熱熔化，然后蒸發(fā)變成蒸氣而燃燒，所以也屬于蒸發(fā)燃燒。這類物質(zhì)的燃點、熔點都比較低，只需要較少熱量就可變成蒸氣，而且沒有分解過程，所以容易著火。高熔點可燃固體燃燒：固體碳和鋁、鎳、鐵等金屬熔點較高，在熱源作用下不氣化也不分解，它們的燃燒發(fā)生在空氣和固體表面接觸的部位，能產(chǎn)生紅熱的表面，但不產(chǎn)生火焰，燃燒的速度和固體表面的大小有關(guān)。這種燃燒形式稱表面燃燒。低熔點可燃固體燃燒：常溫下是固體，受熱后迅速熔化，如石蠟、瀝青、松香等。它們?nèi)紵龝r，先受熱熔化，然后蒸發(fā)、分解、氧化，直到燃燒出現(xiàn)火焰。復(fù)雜可燃固體燃燒：這類物質(zhì)有木材、煤、紙、橡膠、合成樹脂等。它們在燃燒時，首先受熱分解，生成氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物，然后氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物的蒸氣再發(fā)生氧化燃燒。1．氣體的燃燒速度火焰在可燃介質(zhì)中的傳播也稱燃燒速度，它是燃燒過程最重要的特征，決定著燃燒過程的強度。影響燃燒速度的因素：氣體的組成和結(jié)構(gòu) 組成簡單的氣體比組成復(fù)雜的氣體燃燒速度快。可燃氣體含量初溫 混合氣體的初始溫度越高，則燃燒速度越快。燃燒形式 擴散燃燒的燃燒速度是比較慢的，取決于氣體分子間擴散速度。 混合燃燒要比擴散燃燒的快得多，取決于本身的化學(xué)反應(yīng)速度。管道一般情況下，火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著管道的直徑的增加而加快。當管道直徑增加到某個極限尺寸時，速度不再增加。液體的燃燒速度工業(yè)表示方法：液體的質(zhì)量燃燒速度：單位面積上單位時間內(nèi)燒掉的液體質(zhì)量；液體燃燒的直線速度：單位時間內(nèi)燒掉的液體高度。一般說來易燃液體的燃燒速度高于可燃液體的燃燒速度。多種組分混合液體的燃燒速度往往是先快后慢。初始溫度對液體的燃燒速度有影響。液體的含水量影響著燃燒速度。如果液體燃燒在罐內(nèi)進行，其速度與罐直徑、罐內(nèi)液面高低有關(guān)。風對液面的燃燒速度有一定的影響。

固體物質(zhì)的燃燒速度一般小于可燃氣體和液體的燃燒速度。不同組成、不同結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)，燃燒速度有很大差別。固體物質(zhì)的燃燒速度也和燃燒時的風向和風力有關(guān)。對于同種固體物質(zhì)，燃燒速度還和固體物質(zhì)含水量、比表面積有關(guān)，固體物質(zhì)的比表面積越大，燃燒速度越快。1．爆炸物質(zhì)由一種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，并在瞬間以聲、光、熱，機械功等形式放出大量能量的現(xiàn)象叫做爆炸。爆炸做功的根本原因在于系統(tǒng)內(nèi)瞬間形成的高壓氣體或蒸氣驟然膨脹。實質(zhì)上爆炸是一種極為迅速的物理或化學(xué)的能量釋放過程。一、爆炸及其分類2．爆炸的分類根據(jù)引起爆炸的原因，爆炸可分為：物理爆炸化學(xué)爆炸【案例3-2】

新華網(wǎng)報道：記者從河北唐山劉官屯煤礦瓦斯爆炸事故搶險指揮部了解到，發(fā)生特大瓦斯爆炸事故的唐山劉官屯煤礦井下一氧化碳濃度超過允許值100倍，瓦斯?jié)舛冉咏O限。據(jù)了解，截至目前，唐山劉官屯煤礦瓦斯爆炸事故已經(jīng)造成74人遇難，還有32人下落不明。目前，搜救工作遇到困難。由此可見在火災(zāi)易發(fā)生地方，了解和掌握爆炸極限的計算十分重要。1．爆炸濃度極限可燃性氣體、蒸氣或粉塵和空氣構(gòu)成的混合物，只有在一定的濃度范圍內(nèi)才能發(fā)生燃燒爆炸。爆炸上限：在火源作用下，可燃氣體、蒸氣或粉塵在空氣中，恰足以使火焰蔓延的最高濃度，也稱燃燒上限。爆炸下限：是火焰蔓延的最低濃度，也成燃燒下限。爆炸范圍：上限和下限之間的濃度范圍?？扇細怏w、蒸氣的爆炸極限通常以體積百分數(shù)表示。可燃氣體、蒸氣或粉塵和氧氣的混合也存在著爆炸范圍，它的范圍比可燃氣體和空氣混合物的爆炸范圍寬，上限濃度也提高很多，所以在使用氧氣的場所、設(shè)備和管道中需要特別注意?？扇細怏w、蒸氣的危險度與它們的爆炸下限成反比，與爆炸范圍成正比，關(guān)系式如下：式中Ha——可燃氣體或蒸氣的危險度；

L1——以體積分數(shù)表示的爆炸下限，%；

L2——以體積分數(shù)表示的爆炸上限，%。爆炸下限與燃燒熱之間存在下述關(guān)系：

L1·Q=C式中L1——爆炸下限，%Q——摩爾燃燒熱，也稱燃燒熱，KJ/molC——常數(shù)。上式說明可燃氣體的爆炸下限L1與燃燒熱Q成反比.上述結(jié)論只能近似適用于可燃氣體的同系物。但不適用于氫、乙炔、二氧化硫等。式中L1m——混合氣體的爆炸下限,L2m——混合氣體的爆炸上限。

na、nb、nc、…——可燃混合氣中各可燃組分的百分比含量

L1a、L1b、L1c——混合氣體中各可燃組分的的爆炸下限；

L2a、L2b、L2c——混合氣體中各可燃組分的的爆炸上限。單一組分可燃氣體、蒸氣的爆炸極限通?？梢詮母鞣N手冊中查到:多組分可燃氣體的爆炸極限根據(jù)理?查特里法則，計算公式如下:爆炸極限通常是在常溫常壓等標準條件下測定出來的數(shù)據(jù)，它不是固定的物理常數(shù)。影響因素：初始溫度初始壓力惰性氣體含量容器點火源熱表面、接觸時間的影響其他，如混合系統(tǒng)的干濕度、機械雜質(zhì)、光照、空氣中的氧含量等等。1、可燃粉塵爆炸機理粉塵爆炸是因其粒子表面氧化而發(fā)生的爆炸過程2、粉塵爆炸極限受以下因素影響粒度：粒度越高（粒徑越?。┍ㄏ孪拊降汀Ｋ郑汉瑝m空氣有水分存在時，爆炸下限提高，甚至失去爆炸性。氧的濃度：粉塵與氣體的混合物中，氧氣濃度增加將導(dǎo)致爆炸下限降低。點燃源：溫度高、表面積大的點燃源，可使粉塵爆炸下限降低。1．爆炸破壞作用的影響因素爆炸物的數(shù)量和爆炸物的性質(zhì)；爆炸時的條件，如震動大小、受熱情況、初期壓力、混合均勻程度等；爆炸的位置，如在設(shè)備內(nèi)部或是空間及周圍的環(huán)境情況等。2．爆炸造成破壞形式震蕩作用沖擊波碎片沖擊造成火災(zāi)造成中毒和環(huán)境污染

化工原料有無機原材料和有機原材料，就生產(chǎn)程序和使用目的來說，有起始原料、中間原料、助劑和輔助材料1．起始化工原料經(jīng)過開采、種植、收集等生產(chǎn)勞動獲得的天然資源。2．基本化工原料從起始化工原料經(jīng)過再加工制得的原料。3．中間原料中間原料是叢基本原料再加工制得的原料。4．助劑一、化工原料的來源容易燃燒容易爆炸容易蒸發(fā)容易產(chǎn)生靜電容易受熱膨脹容易流動擴散容易突沸

按照火災(zāi)、爆炸危險的性質(zhì)，化工原材料可分為七大類：1．爆炸性物質(zhì)凡是受熱、摩擦、撞擊或受到一定能量激發(fā)作用，能瞬間起單分解或復(fù)分解化學(xué)反應(yīng)，并在極短時間內(nèi)放出大量能量的物質(zhì)，統(tǒng)稱爆炸性物質(zhì)。2．氧化劑凡是具有較強烈的氧化性能易得到電子，分解溫度在500℃以下，遇酸、堿、潮濕、強熱、摩擦、沖擊、或與易燃物、還原劑等接觸，能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并引起燃燒或爆炸的物質(zhì)叫做氧化劑。3．可燃氣體凡遇火、受熱或與氧化劑接觸能著火或爆炸的氣體，統(tǒng)稱可燃氣體。4．自燃性物質(zhì)凡是不需要明火作用，由于本身受空氣氧化或受外界溫度、濕度影響，能夠自燃的物質(zhì)，叫做自燃性物質(zhì)。5．遇水燃燒物質(zhì)凡遇水或潮濕空氣能分解產(chǎn)生可燃氣體，并放出熱量而引起燃燒或爆炸的物質(zhì)，叫做遇水燃燒物質(zhì)。遇水燃燒物質(zhì)的共性是：遇水能發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出可燃氣體，同時產(chǎn)生一定熱量，當熱量達到可燃氣體的自燃點或可燃氣體接觸火源時，會立即燃燒或爆炸。這類物質(zhì)不能用水滅火。遇水燃燒物質(zhì)除遇水能發(fā)生反應(yīng)外，遇到酸或氧化劑也能發(fā)生反應(yīng)，而且比遇水發(fā)生的反應(yīng)更為劇烈，危險性也更大。6．易燃與可燃液體凡遇火、受熱或與氧化劑接觸能著火或爆炸的液體，都稱為可燃液體。7．易燃與可燃固體凡遇火、受熱、撞擊、摩擦或與氧化劑接觸能著火的固體物質(zhì)，統(tǒng)稱為可燃固體。一級易燃固體，燃點低，易于燃燒或爆炸，且燃燒速度快，并能放出劇毒氣體。二級易燃固體，燃燒性能比一級易燃固體差，燃燒速度較慢，燃燒產(chǎn)生毒性較小。化工原材料和產(chǎn)品中，可燃固體主要是合成橡膠、合成纖維、瀝青、石蠟等。

冷卻滅火窒息滅火隔離滅火化學(xué)抑制滅火一、滅火的基本原理助燃劑火源可燃物1．控制和消除火源

控制明火減少摩擦與撞擊避免電氣火花2．控制危險物料

根據(jù)物料的物化特性采取措施利用惰性介質(zhì)（如氮氣、一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣等）保護3．控制工藝參數(shù)

控制溫度投料控制防止跑、冒、滴、漏正確的緊急停車處理4．自動控制和安全保護裝置的運用自動控制系統(tǒng)主要有自動檢測系統(tǒng)；自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；自動操縱系統(tǒng)；自動信號聯(lián)鎖和保護系統(tǒng)。安全保險裝置主要有信號報警；保險裝置；安全聯(lián)鎖5．限制火災(zāi)爆炸的擴散蔓延主要設(shè)施有安全液封、水封井、阻火器、單向閥、阻火閥門、火星熄滅器、防爆瀉壓設(shè)施、消防設(shè)施和器材等。6．安全設(shè)計 如保持足夠的防火間距、廠址選擇與總平面布置充分考慮安全性、工藝裝置盡量具有叫高的安全可靠性等。 易燃易爆介質(zhì)發(fā)生大量泄漏如何處理： ①

立即切斷物料來源（上、下游）； ②

嚴禁使用非防爆工具及開停非防爆設(shè)備，防止靜電或打火爆炸； ③

嚴格控制火源，切斷一切車輛往來； ④

立即報告消防隊及調(diào)度； ⑤

用蒸氣掩護與熱源隔斷； ⑥

周圍設(shè)置警戒區(qū)。7．本質(zhì)安全 本質(zhì)安全是指設(shè)備、設(shè)施或技術(shù)工藝含有內(nèi)在年能夠從根本上防止發(fā)生事故的功能。具體包括三個方面： ①

失誤——安全功能。 指操作者即使操作失誤，也不會發(fā)生事故或傷害，或者說設(shè)備、設(shè)施和技術(shù)工藝本身具有自動防止人的不安全行為的功能。 ②

故障——安全功能。 指設(shè)備、設(shè)施和技術(shù)工藝發(fā)生故障或損壞時，還能暫時維持正常工作或自動轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài)。 ③

上述兩種安全功能應(yīng)該是設(shè)備、設(shè)施和技術(shù)工藝本身固有的，即在規(guī)劃設(shè)計階段就被納入其中，而不是事后補償?shù)??！?/p>

本質(zhì)安全的安全生產(chǎn)管理預(yù)防為主的根本體現(xiàn)，又是安全生產(chǎn)管理的最高境界。

1．火災(zāi)的發(fā)展過程火災(zāi)初起階段（OA）發(fā)展階段（AC）熄滅階段（C點以后）2．生產(chǎn)裝置的初期火災(zāi)撲救應(yīng)迅速采取的措施：

迅速查清著火部位、著火物及來源，準確關(guān)閉有關(guān)閥門，切斷物料來源及加熱源；開啟消防設(shè)施，進行冷卻或隔離；關(guān)閉通風裝置防止火勢蔓延。

壓力容器內(nèi)物料泄漏引起的火災(zāi)，應(yīng)切斷進料并及時開啟泄壓閥門，進行緊急排空；為了便于滅火，將物料排入火炬系統(tǒng)或安全部位。

現(xiàn)場當班人員要及時做出是否停車的決定，并及時向廠調(diào)度室報告情況和向消防部門報警。

發(fā)生火災(zāi)后，應(yīng)迅速組織人員對裝置采取準確的工藝措施，利用現(xiàn)有的消防設(shè)施及滅火器材進行滅火；若