燃燒與爆炸理論課件

燃燒及其災(zāi)害第一節(jié)燃燒條件一、燃燒的定義

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(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)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(yīng)并不限于同氧的反應(yīng)。

二、燃燒條件

（一）燃燒三角形燃燒的本質(zhì)因素是燃料、氧化劑和引燃源。這三個(gè)因素就是我們通常所說的燃燒三要素。1.燃燒極限在可燃性氣體混合物中，可燃?xì)怏w與空氣（或氧氣）的比例只在一定的范圍內(nèi)才可以發(fā)生燃燒。高于或低于這個(gè)范圍都不會燃燒。

1.燃燒極限通常，把1個(gè)大氣壓下可燃?xì)怏w在其與空氣的混合物中能發(fā)生燃燒的最低體積濃度稱為燃燒下限（LFL），而將最高體積濃度稱為燃燒上限（UFL）。在上限與下限之間的濃度，則稱為可燃物的燃燒范圍。

1.燃燒極限一般燃燒下限比燃燒上限更重要，表示可以發(fā)生燃燒的燃料的最低濃度。不過，有些物質(zhì)的燃燒上限幾乎是百分之百，如乙炔、氧化乙烯，即使沒有空氣，也能燃燒。

物質(zhì)下限(LFL)體積%上限(UFL)體積%物質(zhì)下限(LFL)體積%上限(UFL)體積%甲烷5.015丙烷2.19.5乙烷3.012.4甲苯1.27.1乙烯2.736氯乙烯3.633乙炔2.5100甲醇6.736氧化乙烯3.6100乙醇3.319一氧化碳12.574二乙醚1.936硫化氫4.044丙酮2.613氫4.075氨1528表2-1某些可燃性氣體和蒸氣的燃燒極限數(shù)據(jù)

表2-2燃燒極限和爆炸極限差別較大的常見氣體比較

混合物下限(LFL),體積%上限(UFL),體積%燃燒爆轟爆轟燃燒H2-O24.65159094H2-空氣4.018.35974CO-O2（潮濕）15.5389093.9(CO+H2)-空氣12.51958.774.2C2H2-空氣2.54.25080C4H10O(乙醚-O2)2.12.64082C4H10O-空氣1.852.84.536.52．極限氧濃度

對可燃性氣體而言，并不是在任何氧濃度下都可以發(fā)生燃燒，存在一個(gè)可引起燃燒的最低氧濃度，即極限氧濃度（LOC）。也稱為最小氧濃度（MOC），或者最大安全氧濃度（MSOC）。

2．極限氧濃度各種可燃性氣體的極限氧濃度在不同的惰性氣體中是不同的?？梢杂扇紵孪迊碛?jì)算極限氧濃度

例2-1

估算丁烷（C4H10）的LOC。

3．最小引燃能（MIE）

各種可燃性物質(zhì)或爆炸性混合物，包括粉塵，在外界火源作用下被引燃或引爆時(shí)都存在一個(gè)最小的引燃能量或點(diǎn)燃能量，稱為最小引燃能（MIE）。3.最小引燃能（MIE）低于這個(gè)能量就不會發(fā)生燃燒或爆炸。因此，最小引燃能是表示可燃性混合物爆炸危險(xiǎn)性的一項(xiàng)重要參數(shù)。該能量越小爆炸危險(xiǎn)性就越大。

3．最小引燃能（MIE）有實(shí)驗(yàn)研究表明混合物中壓力增加時(shí)引燃能降低；氮?dú)鉂舛仍黾訒r(shí)引燃能隨之增加，表明引燃能隨氧氣濃度降低而升高。

常見的主要引燃源

明火類，如吸煙、火柴、燃?xì)鉅t、電焊火花等；沖擊或摩擦類，如物體下落撞擊產(chǎn)生火花，物體之間摩擦生熱或產(chǎn)生火花；

常見的主要引燃源高溫類，如高溫蒸汽管道表面、加熱爐和加熱釜等高溫物體及其表面；靜電類，包括靜電放電、靜電火花等。

常見的主要引燃源普通的火花塞放出的能量約為25mJ，在地毯上行走摩擦產(chǎn)生的靜電能量可達(dá)22mJ。（二）燃燒四面體

根據(jù)燃燒的鏈瑣反應(yīng)理論，很多燃燒的發(fā)生和持續(xù)有游離基（自由基）作“中間體”，因此燃燒三角形應(yīng)擴(kuò)大到包括一個(gè)說明游離基參加燃燒反應(yīng)的附加維，從而形成一個(gè)燃燒四面體。三、燃燒條件的應(yīng)用

（一）防火方法（二）滅火方法（一）防火方法

1．控制可燃物燃料是燃燒發(fā)生最根本的要素，因此消除或控制燃料是防火的根本措施。

2．隔絕空氣

將空氣、氧氣、或其他助燃物質(zhì)與可燃性氣體、液體或固體隔絕，避免相互接觸，可以避免發(fā)生燃燒或爆炸。3．消除或控制點(diǎn)火源

雖然并不是所有可燃物質(zhì)的燃燒都需要火源，但絕大多數(shù)火災(zāi)是由于火源的存在而引發(fā)的，因此消除或控制火源對防火極其重要。火源的種類很多，實(shí)際引發(fā)火災(zāi)的火源情況更是千差萬別，非常復(fù)雜。某化學(xué)品分配站發(fā)生系列爆炸分析在罐體的充裝口附近形成過爆炸性蒸氣和空氣的混合物。罐體，稱重稱和泵都是接地的，但是充裝嘴，軟管組件（和金屬重物）沒有做等電位連接和接地，它們被合成橡膠充裝軟管隔絕起來。靜電可能積聚在了這些部件上，并對不銹鋼罐體放電，產(chǎn)生了火花，而點(diǎn)燃了在充裝過程中積聚在充裝口附近的氣體。你知道嗎？當(dāng)液體通過管道，閥門和其它設(shè)備時(shí)，會產(chǎn)生靜電。正確的等電位連接和接地保證了靜電不會積聚并引起火花。靜電火花可以點(diǎn)燃許多易燃蒸氣和空氣的混合物。你知道嗎？等電位連接就是電氣連接可導(dǎo)電物體，以使這些物體間電勢相等，而防止火花。你知道嗎？接地就是將可導(dǎo)電物體與地連接，以釋放積聚的靜電和其它來源的電荷。你知道嗎？你能做什么？針對易燃材料處理，要確保可導(dǎo)電的管道和設(shè)備的等電位連接和接地，設(shè)計(jì)正確。它包括容器、泵，管道，閥門，噴嘴，儀表探頭，充裝管和充裝嘴，桶和可移動的容器，以及其它的可導(dǎo)電的設(shè)備。你能做什么？要確保定期地檢查你工廠的接地連接情況，以保證它們正常地工作。當(dāng)在向容器充裝易燃液體時(shí)，要盡量減小液體自由下落的高度，因?yàn)檫@種方式會在液體中制造出靜電。分析罐體正通過一個(gè)短噴嘴進(jìn)行充裝，此時(shí)易燃的醋酸乙脂正在穿越空氣下落到罐體中，這無疑會在罐體空氣中形成小液粒和霧狀微粒。在液體自由下落穿越空氣時(shí)，靜電荷就可能產(chǎn)生了，而且可能進(jìn)一步導(dǎo)致火花而點(diǎn)燃可燃?xì)怏w環(huán)境。推薦的做法從底部進(jìn)行充裝，它可以通過一個(gè)浸入到液體下面的管子來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該在下浸管被淹沒在液體液面下150mm之前，充裝速度要控制在1米/秒或更小。你能做什么？使用下浸管道或底部充裝。當(dāng)存在液體自由下落的可能時(shí)，要使用合適的低的流速。正確地對所有設(shè)備和容器進(jìn)行接地和等電位金屬連接。使用為處理易燃材料而設(shè)計(jì)的充裝噴嘴和軟管，例如，軟管具有一個(gè)完整的連接到管道和接頭的金屬編織網(wǎng)。（二）滅火方法

1．隔離法2．窒息法3．冷卻法4．抑制法抑制法

使滅火劑參與到燃燒反應(yīng)中去，它可以銷毀燃燒過程中產(chǎn)生的游離基，形成穩(wěn)定分子或低活性游離基，從而使燃燒反應(yīng)終止。第二節(jié)燃燒過程及形式

一、燃燒過程可燃物質(zhì)的燃燒一般是在氣相中進(jìn)行的。由于可燃物質(zhì)的狀態(tài)不同，其燃燒過程也不相同。

一、燃燒過程熔化、蒸發(fā)或分解蒸發(fā)氧化分解著火燃燒固體液體氣體物質(zhì)燃燒過程的溫度變化

燃燒誘導(dǎo)期

由T自到T’自間的時(shí)間間隔稱為燃燒誘導(dǎo)期，或著火延滯期。在安全上有一定實(shí)際意義。二、燃燒的形式

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。

（一）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)間的燃燒反應(yīng)在同一相中進(jìn)行，如氫氣在氧氣中的燃燒，煤氣在空氣中的燃燒。

（一）均相燃燒和非均相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(fù)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。（二）預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒

可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w預(yù)先混合而后進(jìn)行的燃燒稱為預(yù)混燃燒。預(yù)混燃燒速度快、溫度高，一般爆炸反應(yīng)屬于這種形式。

（二）預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒可燃?xì)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(kuò)散而產(chǎn)生的燃燒，稱為擴(kuò)散燃燒。在擴(kuò)散燃燒中，由于與可燃?xì)怏w接觸的氧氣量偏低，通常會產(chǎn)生不完全燃燒的炭黑。（三）蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒

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(jìn)行燃燒。硫磺和萘這類可燃固體是先熔融、蒸發(fā)，后進(jìn)行燃燒，也可視為蒸發(fā)燃燒。

（三）蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面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?xì)怏w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?xì)怏w進(jìn)行燃燒。（三）蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面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(dāng)可燃固體燃燒至分解不出可燃?xì)怏w時(shí)，便沒有火焰，燃燒繼續(xù)在所剩固體的表面進(jìn)行，稱為表面燃燒。第三節(jié)燃燒的種類

閃燃點(diǎn)燃自燃爆炸一、閃燃及閃點(diǎn)

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(shí)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(diǎn)。一、閃燃及閃點(diǎn)閃點(diǎn)這個(gè)概念主要適用于可燃液體。某些可燃固體，如樟腦和萘等，也能蒸發(fā)或升華為蒸氣，因此也有閃點(diǎn)。閃點(diǎn)是用來描述液體火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性的主要參數(shù)之一。閃點(diǎn)的測量

閃點(diǎn)的測量開杯閃點(diǎn)測定過程存在的問題是開杯上方的空氣流動可能會改變蒸氣濃度而使實(shí)驗(yàn)測定的閃點(diǎn)值偏高。為了防止出現(xiàn)這些情況，更多新式的閃點(diǎn)測定方法都采用閉杯法。

閃點(diǎn)測量的影響因素

點(diǎn)火源的大小與離液面的距離加熱速率試樣的均勻程度試樣的純度測試容器大氣壓力的影響閃點(diǎn)的估算

純物質(zhì)的閃點(diǎn)同液體的沸點(diǎn)關(guān)聯(lián)的很好

閃點(diǎn)的估算多組分混合物中僅有一種組分是可燃的通過確定在某溫度下混合物中的可燃組分的蒸氣壓等于該組分在純凈狀態(tài)下閃點(diǎn)時(shí)的蒸氣壓來估算混合物的閃點(diǎn)。

閃點(diǎn)的估算可燃組分超過一種的多組分混合物推薦使用實(shí)驗(yàn)測定閃點(diǎn)例2-2

甲醇的閃點(diǎn)為12.2℃，該溫度下的蒸氣壓為62mmHg。請問重量百分比分別為75%的甲醇和25%的水的混合溶液的閃點(diǎn)是多少？二、點(diǎn)燃及著火點(diǎn)

可燃物質(zhì)在空氣充足的條件下，達(dá)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(dá)5min以上，這種現(xiàn)象稱為點(diǎn)燃。點(diǎn)燃的最低溫度稱為著火點(diǎn)。

三、自燃及自燃點(diǎn)

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(diǎn)。物質(zhì)自燃有受熱自燃和自熱燃燒兩種類型。

（一）受熱自燃

是當(dāng)有空氣或氧存在時(shí)，可燃物雖未與明火直接接觸，但在外部熱溫的作用下，由于傳熱而使可燃物溫度上升，達(dá)到自燃點(diǎn)而著火燃燒。

受熱自燃的條件

外部熱源有熱量積蓄的條件（二）自熱自燃

是某些物質(zhì)在沒有外部熱源作用下，由于物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的物理、化學(xué)或生化過程而產(chǎn)生熱量，這些熱量在適當(dāng)?shù)臈l件下會逐漸積聚，以致使物質(zhì)溫度升高，達(dá)到自燃點(diǎn)而著火燃燒。

自熱自燃的條件

必須是比較容易產(chǎn)生反應(yīng)熱的物質(zhì);此類物質(zhì)要具有較大的比表面積或是呈多孔隙狀的，有良好的絕熱和保溫性能;熱量產(chǎn)生的速度必須大于向環(huán)境散發(fā)的速度。自熱自燃的類型

由于氧化熱積蓄引起的自燃由分解發(fā)熱而引起的自燃由于聚合熱、發(fā)酵熱引起的自燃由于化學(xué)品混合接觸而引起的自燃

（三）自燃點(diǎn)的測定及影響因素

1．可燃物濃度

可燃?xì)猓ㄕ魵猓?空氣混合氣有各種配比，在可燃極限范圍內(nèi)，其組分為化學(xué)計(jì)算量時(shí)，自燃點(diǎn)最低。

2．壓力

壓力愈高，自燃點(diǎn)愈低；壓力愈低，自燃點(diǎn)愈高。

3．容器

試樣容器的直徑、材質(zhì)以及表面的物理狀態(tài)對自燃點(diǎn)的測定值有影響。容器的直徑越小，越易散熱，自燃點(diǎn)便越高。

3．容器不同的容器材質(zhì)對自燃點(diǎn)也有影響。如汽油在鐵管中測得的自燃點(diǎn)是680℃，在石英管中測得的是585℃，而在鉑坩禍中測得的是390℃。

4．添加劑或雜質(zhì)

含有過氧基化合物的烴類試樣，自燃點(diǎn)會降低；而含鹵素或鹵代烷，則對烴類燃燒起抑制作用。

5．固體物質(zhì)的粉碎度

粉碎度越細(xì)，粒徑越小，其自燃點(diǎn)越低對于受熱分解后，析出氣體的固體物質(zhì)，析出物越多，自燃點(diǎn)越低。四、爆炸

爆炸是物質(zhì)發(fā)生急劇的物理、化學(xué)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(yùn)動能。化學(xué)爆炸的分類

簡單分解爆炸雜分解爆炸爆炸性混合物爆炸簡單分解爆炸

引起簡單分解爆炸的爆炸物，在爆炸時(shí)并不一定發(fā)生燃燒反應(yīng)。爆炸能量是由爆炸物分解時(shí)產(chǎn)生的。疊氮類化合物，如疊氯鉛、疊氮銀等；乙炔類化合物，如乙炔銅、乙炔銀等。

雜分解爆炸

這類物質(zhì)爆炸時(shí)有燃燒現(xiàn)象，燃燒所需的氧由自身供給硝化甘油的爆炸反應(yīng)：C3H5(ONO2)33CO2+2.5H2O+1.5N2+0.25O2

爆炸性混合物爆炸

爆炸性混合物是至少由兩種化學(xué)上不相聯(lián)系的組分所構(gòu)成的系統(tǒng)?；旌衔镏煌ǔ楹跸喈?dāng)多的物質(zhì)；另一組分則相反。爆炸性混合物可以是氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)或是多相系統(tǒng)。爆炸性混合物爆炸氣相爆炸，包括混合氣體爆炸、粉塵爆炸、氣體的分解爆炸、噴霧爆炸。液相爆炸包括聚合爆炸及不同液體混合引起的爆炸。固相爆炸包括爆炸性物質(zhì)的爆炸、固體物質(zhì)混合引起的爆炸和電流過載所引起的電纜爆炸等。

根據(jù)爆炸速度分類輕爆。爆速為幾十厘米每秒到幾米每秒。爆炸。爆速為十米每秒到數(shù)百米每秒。爆轟。爆速為一千米每秒到數(shù)千米每秒。

第四節(jié)燃燒機(jī)理

活化能理論過氧化物理論鏈鎖反應(yīng)理論一、活化能理論

二、過氧化物理論

在燃燒反應(yīng)中，首先是氧分子在熱能作用下活化，被活化的氧分子形成過氧鍵—O—O—，這種基團(tuán)加在被氧化物分子上而成為過氧化物。此種過氧化物是強(qiáng)氧化劑，不僅能氧化形成過氧化物的物質(zhì)，而且也能氧化其他較難氧化的物質(zhì)。

三、鏈鎖反應(yīng)理論

氣態(tài)分子間的作用，不是兩個(gè)反應(yīng)分子直接簡單作用得到最后生成物，而是由一連串的反應(yīng)組成的。三、鏈鎖反應(yīng)理論該反應(yīng)只要一經(jīng)引發(fā)生成自由基，就會相繼發(fā)生一系列基元反應(yīng)。先由自由基（活性基團(tuán)）與另一分子起作用，從而產(chǎn)生新的自由基和產(chǎn)物，新的自由基又迅速參與反應(yīng)。如此下去，直到反應(yīng)物消耗殆盡，或通過外加因素使鏈中斷而停止反應(yīng)。三、鏈鎖反應(yīng)理論鏈鎖反應(yīng)通常分直鏈反應(yīng)與支鏈反應(yīng)兩大類。氯和氫反應(yīng)是典型的直鏈反應(yīng)，氫和氧反應(yīng)是典型的支鏈反應(yīng)。

直鏈反應(yīng)

鏈的引發(fā)

Cl22Cl?鏈的傳遞

2Cl?+H2HCl+H?H?+Cl2HCl+Cl?鏈的終止

H?+Cl?HClCl?+Cl?Cl2

H?+H?H2支鏈反應(yīng)H2+O22HO?H2+M2H?+MHO?+H2H?+H2OH?+O2O?+HO?O?+H2H?+?OHH?+O2+MHO2?+MHO2?+H2H2O+HO?2H?H2H?+?OHH2OH?+H?H2鏈的引發(fā)鏈的傳遞

鏈的終止

三、鏈鎖反應(yīng)理論任何鏈鎖反應(yīng)都由三個(gè)階段組成，即鏈的引發(fā)、鏈的傳遞和鏈的終止。大多數(shù)碳?xì)浠衔锏娜紵磻?yīng)進(jìn)行得比較緩慢，因?yàn)樘細(xì)浠衔锏娜紵欠N退化的支鏈反應(yīng)，即新的鏈環(huán)要依靠中間生成物分子的分解才能發(fā)生，且分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜其反應(yīng)機(jī)理也越復(fù)雜。第五節(jié)燃燒極限及計(jì)算

一、燃燒極限的概念

可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣（或氧）組成的混合物在點(diǎn)火后可以使火焰蔓延的最低濃度，稱為該氣體或蒸氣的燃燒下限；同理，能使火焰蔓延的量高濃度稱為燃燒上限。二、燃燒極限的影響因素

1.原始溫度原始溫度越高，則燃燒極限范圍越寬，即下限降低而上限增高。系統(tǒng)溫度升高，其分子內(nèi)能增加，這時(shí)活性分子也就相應(yīng)增加，使原來不燃不爆的混合物變?yōu)榭扇伎杀?，所以溫度升高使爆炸的危險(xiǎn)性增加。

以下經(jīng)驗(yàn)公式適用于蒸氣

2.原始壓力

壓力增加，燃燒極限范圍擴(kuò)大，且上限隨壓力增加較為顯著。因?yàn)橄到y(tǒng)壓力增加，物質(zhì)分子間距縮小，碰撞幾率增加，使燃燒的最初反應(yīng)和反應(yīng)的進(jìn)行更為容易。

2.原始壓力壓力降低，則氣體分子間距拉大，燃燒極限范圍會變小。待壓力降到某一數(shù)值時(shí)，其上限即與下限重合，出現(xiàn)一個(gè)臨界值；若壓力再下降，系統(tǒng)便成為不燃不爆。因此，在密閉容器內(nèi)進(jìn)行負(fù)壓操作，對安全生產(chǎn)是有利的。

壓力增加對上限的影響

例2-3

如果物質(zhì)的UFL在表壓為0.0MPa下為11.0%，那么，在表壓為6.2

MPa下的UFL是多少？

3.惰性介質(zhì)

4.容器

容器直徑越小，爆炸范圍越窄。從傳熱來說，隨容器或管道直徑的減小，單位體積的氣體就有更多的熱量消耗在管壁上。

4.容器燃燒所以能持續(xù)下去，其條件是新生的自由基數(shù)量必須等于或大于消失的自由基數(shù)。隨著管徑的縮小，自由基與反應(yīng)分子間的碰撞幾率也不斷減少，而自由基與器壁碰撞的概率反而不斷增大。當(dāng)器壁間距小到某一數(shù)值時(shí)，這種器壁效應(yīng)就會使火焰無法繼續(xù)。5.點(diǎn)火能源

隨著點(diǎn)火能量的加大，燃燒范圍變寬。

6.火焰的傳播方向

在垂直的測試管中于下部點(diǎn)火，火焰由下向上傳播時(shí)，燃燒下限值最小，上限值最大；當(dāng)于上部點(diǎn)火時(shí)．火焰向下傳播，燃燒下限值最大，上限值最?。辉谒焦苤袦y試時(shí)，燃燒上下限值介于前兩者之間。7.含氧量

由于當(dāng)處于空氣中爆炸的下限時(shí)，其組分中(O2)已很高，故增加(O2)對燃燒下限影響不大；增加(O2)使上限顯著增加，是由于氧取代了空氣中的氮，使反應(yīng)更易進(jìn)行。

三、燃燒極限的估算

（一）純凈氣體或蒸汽燃燒極限的估算（二）混合氣體或蒸氣燃燒極限的估算混合氣體中全部都是可燃?xì)怏w或蒸氣混合氣體或蒸汽中含有惰性氣體

（一）純凈氣體或蒸汽燃燒極限的估算

烴類蒸氣，LFL和UFL是燃料化學(xué)計(jì)量濃度（Cst）的函數(shù)將燃燒極限表達(dá)為燃料燃燒熱的函數(shù)。適用于含有碳、氫、氧、氮和硫的30種有機(jī)物。

例2-4

估算(正)己烷的LFL和UFL，將計(jì)算值同實(shí)際的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較。（二）混合氣體或蒸氣燃燒極限的估算

1．混合氣體中全部都是可燃?xì)怏w或蒸氣

例2-5

含有體積百分比分別為0.8%的（正）己烷，2.0%的甲烷和0.5%的乙烯混合氣體的LFL和UFL為多少？2．混合氣體或蒸汽中含有惰性氣體

例2-6

某干餾氣體的成分為：CnHm含1%（爆炸范圍：3.1%—28.6%），CH4含3%（爆炸范圍：5%—15%），CO含3%（爆炸范圍：12.5%—74.2%），H2含10%（爆炸范圍：4.1%—74.2%），CO2含18%，N2含65%，計(jì)算爆炸極限。第六節(jié)火災(zāi)

火災(zāi)是火失去控制蔓延的一種災(zāi)害性燃燒現(xiàn)象；具有“自然”和“人為”的雙重性。建筑火災(zāi)特點(diǎn)

火災(zāi)隱患多，危險(xiǎn)性大。；由于風(fēng)力作用，加之可燃物燃燒猛烈，火勢發(fā)展極為迅速；由于豎井管道的“煙囪效應(yīng)”，煙氣運(yùn)動快，甚至在一分鐘之內(nèi)煙氣即可傳播到200m的高度；人員疏散、營救以及滅火難度大；人員傷亡慘重。

森林火災(zāi)特點(diǎn)

延燒時(shí)間長；火燒面積大；火蔓延速度快。其方式主要有兩種，有飛火或無飛火。無飛火時(shí)火蔓延速度一般不超過10m／min，有飛火時(shí)火蔓延速度可超過10m／min，甚至達(dá)到100m／min或更大；森林火災(zāi)特點(diǎn)火強(qiáng)度大、有明顯的對流柱。；受可燃物種類、環(huán)境、地形、氣象等條件影響大；對林木的危害嚴(yán)重。工業(yè)火災(zāi)池火災(zāi)噴射火災(zāi)一、池火災(zāi)（PoolFire）

池火災(zāi)是在可燃物的液池表面上發(fā)生的火災(zāi)。池火災(zāi)主要包括兩類，一類是可燃物在常溫下為液態(tài)，另一類是可燃物在常溫下為固態(tài)。池火災(zāi)的發(fā)展歷程

液體的揮發(fā)氣與空氣混合形成可燃?xì)怏w混合物，被引燃；部分火焰能量反饋到液體促使其溫度升高，加速揮發(fā)或氣化，可燃?xì)鈩t不斷燃燒；火焰會蔓延至整個(gè)液池表面，并逐漸進(jìn)入穩(wěn)定燃燒階段。1．液體燃燒的條件

要點(diǎn)燃液體，在其表面產(chǎn)生持續(xù)的火焰，可燃?xì)獾墓┙o速度必須不小于燃燒時(shí)可燃?xì)獾南乃俣龋?/p>

2.火焰在液池表面蔓延的過程

（三）池火的危害及防護(hù)

高溫及輻射危害；火焰溫度主要取決于可燃液體種類，一般石油產(chǎn)品的火焰溫度在900-1200℃；（三）池火的危害及防護(hù)池火火焰對物體的熱輻射與池火的高度、池火的熱釋放速率、火焰溫度與厚度、火焰內(nèi)輻射粒子的濃度、火焰與目標(biāo)物之間的幾何關(guān)系、風(fēng)速等眾多因素有關(guān)。二、噴射火災(zāi)（JetFire）

加壓氣體和/或液體由泄漏口釋放到非受限空間（自由空間）并立即被點(diǎn)燃，就會形成噴射火災(zāi)。噴射火的輻射危害及防護(hù)

要預(yù)防噴射火災(zāi)的發(fā)生，首要任務(wù)就是要經(jīng)常檢查、監(jiān)控以防止泄漏的發(fā)生。噴射火災(zāi)發(fā)生后則可以設(shè)法降低噴射（泄漏）速度或斷絕燃料氣的供應(yīng)。但是斷絕燃料氣供應(yīng)時(shí)需要慎重考慮是否有產(chǎn)生回火爆炸的危險(xiǎn)。物質(zhì)的燃燒

第一節(jié)氣體的燃燒

一、預(yù)混氣中火焰的傳播理論

火焰（即燃燒波）在預(yù)混氣中傳播，從氣體動力學(xué)理論可以證明存在兩種傳播方式：正?；鹧?zhèn)鞑ケZ

（一）物理模型與雨果尼特方程

（一）物理模型與雨果尼特方程雨果尼特方程

瑞利方程

（一）物理模型與雨果尼特方程

稱馬赫數(shù)，其物理意義是混氣速度（它等于燃燒波速度，只是方向相反）與當(dāng)?shù)芈曀僦取?/p>

（二）正常火焰?zhèn)鞑ヅc爆轟

1、爆轟區(qū)（Ⅰ）區(qū)是爆轟區(qū)。①燃燒后氣體壓力要增加。②燃燒后氣體密度要增加。③燃燒波以超音速進(jìn)行傳播

2.正?；鹧?zhèn)鞑?/p>

（Ⅲ）區(qū)是正?；鹧?zhèn)鞑^(qū)。①燃燒后氣體壓力要減少或接近不變；②燃燒后氣體密度要減少；③燃燒波以亞音速（即小于音速）進(jìn)行傳播。

二、層流預(yù)混氣中正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣?/p>

（一）傳播機(jī)理1．火焰前沿概念若在一長管中充滿均勻混氣，當(dāng)用電火花或其它火源加熱某一局部混氣時(shí)，混氣的該局部就會著火并形成火焰。火焰產(chǎn)生的熱量會由于導(dǎo)熱作用而輸送給火焰周圍的冷混氣層，使冷混氣層溫度升高，化學(xué)反應(yīng)加速，并形成新的火焰。這樣使一層一層的新鮮混氣依次著火，也就是薄薄的化學(xué)反應(yīng)區(qū)開始由引燃的地方向未燃混氣傳播，它使已燃區(qū)和未燃區(qū)之間形成了明顯的分界線，稱這層薄薄的化學(xué)反應(yīng)發(fā)光區(qū)為火焰前沿。2．火焰前沿的特點(diǎn)

2．火焰前沿的特點(diǎn)（1）火焰前沿可以分成兩部分：預(yù)熱區(qū)和化學(xué)反應(yīng)區(qū)。（2）火焰前沿存在強(qiáng)烈的導(dǎo)熱和物質(zhì)擴(kuò)散。3．火焰?zhèn)鞑C(jī)理

（1）火焰?zhèn)鞑サ臒崂碚摶鹧婺茉诨鞖庵袀鞑ナ怯捎诨鹧嬷谢瘜W(xué)反應(yīng)放出的熱量傳播到新鮮冷混氣中，使冷混氣溫度升高，化學(xué)反應(yīng)加速的結(jié)果。

3．火焰?zhèn)鞑C(jī)理（2）火焰?zhèn)鞑サ臄U(kuò)散理論凡是燃燒都屬于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?；鹧婺茉谛迈r混氣中傳播是由于火焰中的自由基向新鮮冷混氣中擴(kuò)散，使新鮮冷混氣發(fā)生鏈鎖反應(yīng)的結(jié)果。

（二）層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取R蘭特簡化分析

1．物理模型

圖3-4火焰前沿中的溫度分布（Ⅰ）預(yù)熱區(qū)（Ⅱ）反應(yīng)區(qū)1．物理模型

反應(yīng)區(qū)中溫度分布為線型分布熱平衡方程式為：2．火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

因?yàn)椋?/p>

所以：

或者：

其中：，稱導(dǎo)溫系數(shù)

2．火焰?zhèn)鞑ニ俣扔忠驗(yàn)椋?/p>

公式表明層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c導(dǎo)溫系數(shù)及化學(xué)反應(yīng)速度的平方根成正比。

2．火焰?zhèn)鞑ニ俣扔忠颍?/p>

所以：

2．火焰?zhèn)鞑ニ俣攘硗猓?/p>

于是：

公式意味著對于二級反應(yīng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣萐l將與壓力無關(guān)。大多數(shù)碳?xì)浠衔锱c氧的反應(yīng)，其反應(yīng)級數(shù)接近2，因此火焰?zhèn)鞑ニ俣萐l與壓力關(guān)系不大，實(shí)驗(yàn)也證明了這個(gè)結(jié)論。

2．火焰?zhèn)鞑ニ俣葢?yīng)該指出這一理論還不完善，例如未燃混氣初溫如果等于這里的著火溫度，則火焰?zhèn)鞑ニ俣葹闊o窮大，這顯然是錯(cuò)誤的。（三）物理化學(xué)參數(shù)對層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?/p>

1．混氣初溫混氣初溫增加，混氣燃燒時(shí)火焰溫度就越高，化學(xué)反應(yīng)速度Ws會越快，火焰?zhèn)鞑ニ俣萐l就越高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通常，其中n＝1.5～2。

2．壓力

對二級反應(yīng)，壓力與火焰?zhèn)鞑ニ俣汝P(guān)系不大。3．可燃?xì)怏w濃度

混氣中可燃?xì)馀c空氣比值不同，火焰?zhèn)鞑ニ俣炔煌?shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)混氣中可燃?xì)馀c空氣比值存在一個(gè)最佳比值，在此最佳比值條件下火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，否則會下降。理論上這個(gè)最佳比值應(yīng)等于化學(xué)當(dāng)量比，即＝1.但實(shí)際燃燒時(shí)的最佳比值往往并不等于1，而是有些差別，這與實(shí)際燃燒時(shí)情況很復(fù)雜，影響因素很多有關(guān)。3．可燃?xì)怏w濃度實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)火焰?zhèn)鞑ヒ泊嬖谝粋€(gè)濃度極限問題。在混氣中如果可燃?xì)馓倩蛱?，火焰均不能傳播。可燃?xì)夂吭谝欢ǚ秶鷥?nèi)才能傳播，這是傳播法實(shí)驗(yàn)測定可燃?xì)獗O限的依據(jù)。圖3-8氫氣濃度對火焰?zhèn)鞑ニ俣萐l的影響圖3-9CO濃度對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懀℉2+空氣）（CO+空氣）

4．惰性氣體

惰性氣體加入量越多，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍叫　?．混氣性質(zhì)

主要是指混氣的熱容CP和導(dǎo)熱系數(shù)?；鞖鈱?dǎo)熱系數(shù)增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣萐l增加；熱容CP增加，則Sl下降。

5．混氣性質(zhì)這是滅火劑要具有低的導(dǎo)熱系數(shù)和高熱容的原因。低的導(dǎo)熱性可以延緩熱的傳遞，高的熱容使滅火劑能夠吸收大量的熱量，這都不利于火焰的傳播。第二節(jié)液體的燃燒

一、液體的蒸發(fā)（一）蒸發(fā)過程（二）蒸氣壓在一定溫度下，液體和它的蒸氣處于平衡狀態(tài)時(shí)，蒸氣所具有的壓力叫飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。

（二）蒸氣壓分子間的力稱分子間力，又叫范德華力。分子間力中最重要最普遍的力是色散力。色散力是由于分子在運(yùn)動中，電子云和原子核所代表的正負(fù)電荷中心發(fā)生瞬時(shí)相對位移，產(chǎn)生瞬時(shí)偶極而出現(xiàn)的分子間的相互吸引力。

（二）蒸氣壓分子量越大，分子就越易變形，色散力就越大。所以在同類物質(zhì)中，分子量越大，蒸發(fā)越難，蒸氣壓就低。但在水分子（H2O）、氟化氫（HF）氨分子（NH3）中，以及很多有機(jī)化合物中，由于存在氫鍵，分子間力會大大加強(qiáng)，蒸發(fā)也不容易，蒸氣壓也低。

（二）蒸氣壓

圖3-11幾種液體的蒸氣壓溫度曲線（二）蒸氣壓lg（P蒸）（二）蒸氣壓此式稱為克拉佩龍方程式。利用上式，若已知蒸發(fā)熱和某一溫度下的蒸氣壓，則可計(jì)算另一溫度下的蒸氣壓；若已知某液體在兩溫度下之蒸氣壓，則可計(jì)算上述兩溫度范圍的蒸發(fā)熱。（三）蒸發(fā)熱

在液體體系同外界環(huán)境沒有熱量交換的情況下，隨著液體蒸發(fā)過程的進(jìn)行，由于失掉了高能量分子而使余下分子的平均動能逐漸降低。鑒于平均動能與絕對溫度的正比關(guān)系，所以隨著液體的蒸發(fā)，其溫度隨之降低，蒸發(fā)速度也隨著減慢。

（三）蒸發(fā)熱欲使液體保持原溫度，即維持液體分子的平均動能，必須從外界吸收熱量。這就是說，要使液體在恒溫恒壓下蒸發(fā)，必須從周圍環(huán)境吸收熱量。這種使液體在恒溫恒壓下氣化或蒸發(fā)所必須吸收的熱量，被稱為液體的氣化熱或蒸發(fā)熱。（三）蒸發(fā)熱該蒸發(fā)熱一方面消耗于增加液體分子動能以克服分子間引力而使分子逸出液面進(jìn)入蒸氣狀態(tài)；另一方面，它又消耗于氣化時(shí)體積膨脹所做的功。

（三）蒸發(fā)熱蒸發(fā)熱主要是為了克服液體分子間的引力以便氣化所吸收的熱量。那么蒸發(fā)熱值就必然成為液體分子間吸引力大小的一種量度。一般來說，蒸發(fā)熱越大，其液體分子間引力越大。（四）液體的沸點(diǎn)

所謂液體的沸點(diǎn)，系指液體之飽和蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)的溫度。在此溫度時(shí)，氣化在整個(gè)液體中進(jìn)行，稱為液體沸騰；而在低于此溫度時(shí)的氣化，則僅限于在液面上進(jìn)行。

二、液體燃燒速度

（一）液體燃燒速度表示方法燃燒線速度（V）重量燃燒速度

二、液體燃燒速度液體燃燒重量速度與線速度關(guān)系

（二）影響液體燃燒速度的因素

燃燒區(qū)傳給液體的熱量不同，燃燒速度不同；液體初溫越高，燃燒速度越快；液體的燃燒速度隨著貯罐直徑不同而不同。圖3-13液體燃燒速度隨罐徑的變化1-汽油；2-煤油；3-輕油

（二）影響液體燃燒速度的因素液體燃燒速度隨貯罐中液面高度降低而減慢；水對燃燒速度的影響；風(fēng)的影響。圖3-14風(fēng)對燃燒速度的影響

三、油罐火災(zāi)

（一）油罐火災(zāi)的發(fā)生及發(fā)展火焰加熱油的表面使油迅速蒸發(fā)，油蒸發(fā)比重減小因浮力而形成上升氣流，上升氣流則在油罐內(nèi)形成局部低壓，因之周圍的空氣被吸入油罐與油蒸氣混合燃燒形成火舌，隨著火勢增強(qiáng)，火焰對油面的反饋熱輻射也增強(qiáng)。油面接受了更多的輻射熱從而產(chǎn)生更多的油蒸氣，進(jìn)一步增強(qiáng)了火勢和上升氣流的速度。

（一）油罐火災(zāi)的發(fā)生及發(fā)展火焰的輻射熱是使油加熱的主要方式，油面接受火焰的輻射熱后，表面層迅速被加熱到沸點(diǎn)溫度，并形成很薄的高溫層，高溫層的厚度與油罐直徑及容積無關(guān)；同時(shí)產(chǎn)生油蒸氣，油蒸氣不斷進(jìn)入燃燒區(qū)，從而維持燃燒并得以繼續(xù)進(jìn)行。

圖3-15油層內(nèi)溫度分布

（一）油罐火災(zāi)的發(fā)生及發(fā)展在火焰底部與油面之間存在一個(gè)中間層，它是由油蒸氣、煙和燃燒產(chǎn)物以及穿透火焰進(jìn)入該層的空氣組成；進(jìn)入中間層的煙越多，中間層的“灰度”增加；隨著油面的下降，中間層厚度增大，中間層對火焰輻射熱的“熱屏蔽作用”越明顯。

圖3-16油罐火災(zāi)不同階段的特征

油罐火災(zāi)的初期

油表面被加熱層厚度很薄；油的蒸發(fā)速率迅速增加；油的被加熱層向深部擴(kuò)展；中間層厚度較薄且接近“透明體”，中間層的的“熱屏蔽”作用很?。换饎莅l(fā)展迅速。

油罐火災(zāi)中期

燃燒速率比初期大，但已趨于穩(wěn)定；油面蒸發(fā)速度增大，產(chǎn)生火焰脈動及蘑菇狀煙柱；油面被加熱層以接近于恒定的速度向深部緩慢擴(kuò)展；中間層厚度增加，煙及燃燒產(chǎn)物進(jìn)入中間層越來越多，使中間層成為灰色氣體層，并對油面有相當(dāng)明顯的熱屏蔽作用。

油罐火災(zāi)晚期

中間層的厚度及“灰度”均相當(dāng)大；對油面的熱屏蔽作用很強(qiáng)；油面所接受的輻射熱不僅不能使油面內(nèi)被加熱層厚度進(jìn)一步增大，而且也不足以維持一定的油蒸發(fā)速率，燃燒速度明顯下降；火焰溫度及高度均下降；輻射熱反饋亦減小，是油罐火災(zāi)的衰落期。

（二）油罐內(nèi)油品燃燒火焰的特征

1．火焰的傾斜度油罐內(nèi)油晶燃燒的火焰呈錐形，錐形底就等于燃燒油罐的面積；當(dāng)風(fēng)速等于或大于4.0m／s時(shí)?；鹧娴膬A斜角約為60°—70°；在無風(fēng)時(shí)，火焰傾斜角為0°～15°。

2．火焰高度

油罐火災(zāi)的火焰高度取決于油罐直徑和油罐內(nèi)儲存的油品種類。油罐直徑越大，儲存的油品越輕，則火焰高度越高。

3．火焰溫度

主要取決于可燃液體種類，一般石油產(chǎn)品的火焰溫度在900～1200℃之間。圖3-17火焰沿縱軸的溫度分布

3．火焰溫度從油面到火焰底部隨高度增加溫度迅速增加；到達(dá)火焰底部后有一個(gè)穩(wěn)定階段；高度再增加時(shí)溫度逐漸下降。四、原油和重質(zhì)石油產(chǎn)品燃燒時(shí)的沸溢和噴濺由于液體特性不同，熱量在液體中的傳播具有不同的特點(diǎn)，在一定的條件下，熱量在液體中的傳播會形成熱波，并引起液體的沸溢和噴濺，使火災(zāi)變得更加猛烈。

（二）單組分液體燃燒時(shí)熱量在液層的傳播特點(diǎn)

單組分液體（如甲醇、丙酮、苯等）和沸程較窄的混合液體（如煤油、汽油等），在自由表面的燃燒，很短時(shí)間內(nèi)就形成穩(wěn)定燃燒，燃燒速度基本不變。熱量只能傳入很淺的液層內(nèi)。圖3-18正丁醇穩(wěn)定燃燒時(shí)表面下方的溫度分布

（二）單組分液體燃燒時(shí)熱量在液層的傳播特點(diǎn)在液體燃燒時(shí)，火焰?zhèn)鹘o液面的熱量使液面溫度升高，至到沸點(diǎn)液面的溫度就再不能升高了。這樣，高沸點(diǎn)液體表面溫度就比低沸點(diǎn)液面溫度要高，液面與液層內(nèi)部的溫差就大，這有利于導(dǎo)熱。所以高沸點(diǎn)液體熱量傳入液體內(nèi)部要深一些。（三）原油燃燒時(shí)熱在液層傳播特點(diǎn)——熱波

原油在連續(xù)燃燒的過程中，其中沸點(diǎn)較低的輕質(zhì)部分首先被蒸發(fā)，離開液面進(jìn)入燃燒區(qū)。而沸點(diǎn)較高的重質(zhì)部分，則攜帶在表面接受的熱量向液體深層沉降，或者形成一個(gè)熱的鋒面向液體深層傳播，逐漸深入并加熱冷的液層。這一現(xiàn)象稱為液體的熱波特性，熱的鋒面稱為熱波。

（三）原油燃燒時(shí)熱在液層傳播特點(diǎn)——熱波熱波形成條件必須是沸程較寬的原油，低沸點(diǎn)的輕質(zhì)組分蒸發(fā)以后，留下高沸點(diǎn)的重質(zhì)組分向下沉降才能形成熱波。

（四）沸溢和噴濺

原油中的水一般以乳化水和水墊兩種形式存在。所謂乳化水是原油在開采運(yùn)輸過程中，原油中的水由于強(qiáng)力攪拌成細(xì)小的水珠懸浮于油中而成。放置久后，油水分離，水因比重大而沉降在底部形成水墊。（四）沸溢和噴濺沸溢形成必須具備三個(gè)條件：

原油具有形成熱波的特性，即沸程要寬，比重相差較大；原油中必須含有乳化水，水遇熱波變成蒸氣；原油粘度較大，使水蒸氣不容易從下向上穿過油層。（四）沸溢和噴濺（四）沸溢和噴濺一般情況下，發(fā)生沸溢要比噴濺的時(shí)間早得多。發(fā)生沸溢的時(shí)間與原油種類，水分含量有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，含有1％水分的石油，經(jīng)45—60分鐘燃燒就會發(fā)生沸溢。

（四）沸溢和噴濺噴濺發(fā)生時(shí)間與油層厚度，熱波移動速度以及油的燃燒線速度有關(guān)熱波傳播速度的影響因素(1)油品的組成油品中輕組分越多，液面蒸發(fā)氣化速度越快，燃燒越猛烈，油品接受火焰?zhèn)鬟f的熱量越多，液面向下傳遞的熱量也越多；輕組分含量越大，則油品的粘性越小，高溫重組分沉降速度越大。因此，油品中輕組分越多，熱波傳播速度越大。(2)油品中含水量

含水量較小時(shí)(如小于4%)，隨著含水量的增大，熱波傳播速度加快。但含水量大于10%時(shí)，油品燃燒不穩(wěn)定。含水量超過6%時(shí)，點(diǎn)燃很困難，即使著火了，燃燒也不穩(wěn)定，影響熱波傳播速度。

(3)油品儲罐的直徑

在一定的直徑范圍內(nèi)，油品的熱波傳播速度隨著儲罐直徑的增大而加快。但當(dāng)直徑大于2.5m后，熱波傳播速度基本上與儲罐直徑無關(guān)。

圖3-21原油熱波傳播速度與油罐直徑的關(guān)系

(4)儲罐內(nèi)的油品液位

儲罐內(nèi)的油品發(fā)生燃燒時(shí)，如果液位較高，空氣就較容易進(jìn)入火焰區(qū)，燃燒速度就快，火焰向液面?zhèn)鬟f的熱量就多，所以熱波傳播速度就快；反之，如果液位低，熱波傳播速度就慢。

熱波傳播速度的影響因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，裂化汽油、煤油、二號燃料油和六號燃料油的混合物幾乎不能形成熱波。這說明，油品中的雜質(zhì)、游離碳等，對熱波的形成起了很大的作用。而且油品中的雜質(zhì)有利于形成重組分微團(tuán)，從而加快了熱波傳播速度；熱波傳播速度的影響因素風(fēng)能使火焰偏向油罐的一側(cè)，使下風(fēng)向的罐壁溫度升高，罐內(nèi)液體的溫度分布不均勻，從而加快了液體的熱對流和熱波傳播速度；對較小直徑的貯罐用水冷卻罐壁，能夠帶去高溫層中的熱量，阻止高溫層下降，從而降低熱波傳播速度。

噴濺的判斷油罐火災(zāi)在出現(xiàn)噴濺前，通常會出現(xiàn)油面蠕動、涌漲現(xiàn)象；火焰增大，發(fā)亮、變白；出現(xiàn)油沫2～4次；煙色由濃變淡；發(fā)生劇烈的“嘶!嘶!”聲。第三節(jié)固體的燃燒

一、固體燃燒概述（一）固體可燃物的燃燒分類升華式燃燒熔融蒸發(fā)式燃燒熱分解式的燃燒固體表面燃燒

（二）固體的熱分解

二、木材燃燒

（一）木材的組成主要成分是碳（50％）、氫（6.4％）和氧（42.6％）元素，還有少量的氮（0.01％～0.2％）和其它元素（0.8％～0.9％），但不含有其它燃料中常有的硫。

（二）木材的熱分解

木材被加熱到130℃時(shí)，首先是水的蒸發(fā)，接著開始微弱的分解；加熱到150℃時(shí)木材開始顯著分解，分解產(chǎn)物主要是水和二氧化碳；溫度升高到200℃以上，構(gòu)成木材主要成分的纖維素被分解，生成一氧化碳、氫和碳?xì)浠衔?；木材加熱?70～380℃時(shí)，木材發(fā)生劇烈的熱分解，熱分解的剩余物得到30％～38％的碳。

（三）木材的燃燒過程

木材燃燒大體分為有焰燃燒和無焰燃燒兩個(gè)階段。木材的有焰燃燒是木材熱分解出的可燃?xì)馊紵奶攸c(diǎn)是燃燒速度快；燃燒量大，約占整個(gè)木材重量的70％；火焰溫度高，燃燒時(shí)間短，火災(zāi)發(fā)展迅速猛裂。

（三）木材的燃燒過程在木材的有焰燃燒階段，木材表面上生成的碳，雖然處在灼熱的狀態(tài)，但不燃燒。因?yàn)榇藭r(shí)，分解產(chǎn)物的燃燒阻礙了氧氣擴(kuò)散到碳的表面上去。當(dāng)析出的氣體產(chǎn)物很少時(shí)，氧擴(kuò)散到碳的表面，即有焰燃燒接近尾聲時(shí)，碳才開始燃燒。兩種形式燃燒同時(shí)進(jìn)行若干時(shí)期以后，完全不析出可燃?xì)怏w時(shí)，才出現(xiàn)僅有碳的無火焰燃燒。

（四）木材燃燒速度

1．木材密度的影響木材的密度越大，燃燒速度越小，這是因?yàn)槊芏却蟮哪静膶?dǎo)熱性能好，大量熱被導(dǎo)入木材深處，使表面溫度上升慢，熱分解慢，不容易著火，燃燒速度慢。

2．含水量的影響

木材含水量越大，木材不易著火，著火后燃燒速度也慢；蒸發(fā)的水蒸氣充滿燃燒區(qū)使氧與可燃?xì)鉂舛葴p少；水分會使木材導(dǎo)熱率增加。

3．木材比表面的影響

比表面積大，燃燒時(shí)單位體積的木材承受的熱量就大，與氧氣接觸面積也大，所以易著火且燃燒速度大。

三、固體物質(zhì)陰燃

陰燃是物質(zhì)無可見光的緩慢燃燒，通常產(chǎn)生煙和溫度升高的跡象；陰燃與有焰燃燒的區(qū)別是無火焰；與無焰燃燒的區(qū)別是能熱分解出可燃?xì)?。在一定條件下陰燃可以轉(zhuǎn)換成有焰燃燒。

（一）陰燃的發(fā)生、發(fā)展過程

（一）陰燃的發(fā)生、發(fā)展過程區(qū)域I（灼熱燃燒區(qū)）。此區(qū)內(nèi)物質(zhì)的大部氣體已經(jīng)揮發(fā)完畢，剩下的固體碳進(jìn)行氣固兩相燃燒，溫度達(dá)到最大值。區(qū)域Ⅱ（熱解碳化區(qū)）。從區(qū)域I和周圍傳來的熱量，使得本區(qū)溫度急劇上升，物質(zhì)進(jìn)行熱分解，放出揮發(fā)性氣體。

（一）陰燃的發(fā)生、發(fā)展過程區(qū)域Ⅲ（原始材料區(qū)）。此區(qū)的溫度較低，還沒有達(dá)到足以使材料發(fā)生顯著熱分解的溫度，物質(zhì)還保持原來的狀態(tài)。區(qū)域Ⅳ（殘?jiān)鼌^(qū)）。燃燒進(jìn)行完畢，剩下非常松散的燃燒殘?jiān)商己突曳纸M成。此區(qū)的溫度慢慢下降。

陰燃傳播方式

自燃引起陰燃；已經(jīng)發(fā)生陰燃的物質(zhì)，可以作為引燃源導(dǎo)致其它可燃物發(fā)生陰燃；用明火或熱源引起物質(zhì)陰燃。

（二）陰燃燃燒條件

發(fā)生陰燃的內(nèi)部條件

可燃物必須是受熱分解后能產(chǎn)生剛性結(jié)構(gòu)的多孔碳的固體物質(zhì)發(fā)生陰燃的外部條件有一個(gè)合適供熱強(qiáng)度的熱源（三）陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變

當(dāng)區(qū)域I的溫度增加時(shí)，由于熱傳導(dǎo)使得區(qū)域Ⅱ溫度上升，熱分解速率增快，揮發(fā)物增多，這時(shí)區(qū)域Ⅱ附近空間的可燃?xì)鉂舛燃哟?，?dāng)這個(gè)濃度達(dá)到某一值時(shí)，若有明火即可引燃；如果沒有明火，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，可以自燃著火。這就完成了從陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變。有些木器家俱的燃燒，當(dāng)陰燃進(jìn)行一段時(shí)間后，就可能發(fā)生向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變。

（四）影響陰燃傳播速度的因素

（1）粉塵顆粒大小的影響粉塵顆粒變小，使得熱傳導(dǎo)變小，改進(jìn)了絕熱，從而導(dǎo)致傳播速度稍微增加。

（2）粉塵濕度的影響

濕度變大，增加了未燃燒料的熱容，從而加大了對熱的需要量。

（3）粉塵厚度的影響

對粗大塵粒影響不大，對平均直徑<0.065mm的細(xì)粉塵，隨著厚度增加，傳播速度變小，原因是粉塵變厚使得氧進(jìn)入燃燒區(qū)變得更加困難。（4）外加空氣流速度的影響

當(dāng)空氣流速加大時(shí)，傳播速度增加，如果空氣流向和傳播速度方向一致時(shí)，隨著空氣流速度加大時(shí)，陰燃傳播速度明顯增加；對粗大粉塵影響更顯著。在高速氣流下還可能引起有焰燃燒。

（5）外加劑的影響

有些無機(jī)外加劑可以促進(jìn)或抑制陰燃的發(fā)生和傳播。其中有些外加劑能有助碳化反應(yīng)進(jìn)行，因而有助于陰燃的發(fā)生和傳播。有些無機(jī)外加劑能降低材料的碳生成量，使材料陰燃的可能性降低。

預(yù)混氣體的著火理論

概述所謂著火，是指系統(tǒng)中的可燃預(yù)混氣因某種原因引起自動升溫，反應(yīng)自動加速，最后出現(xiàn)火焰的過程?；鹧媸侵鸬闹匾獦?biāo)志。第一節(jié)謝苗諾夫熱自燃理論

一、概述

任何充滿預(yù)混氣的體系中，一方面體系中的預(yù)混氣會因緩慢氧化而放出熱量，使體系溫度升高；同時(shí)體系又會通過器壁向外散熱，使體系溫度下降。熱自燃理論

著火是反應(yīng)放熱因素與散熱因素相互作用的結(jié)果。如果反應(yīng)放熱占優(yōu)勢，體系就會出現(xiàn)熱量積累，溫度升高，反應(yīng)加速，發(fā)生自燃；相反，如果散熱因素占優(yōu)勢，體系溫度下降，不能自燃。

熱自燃理論系統(tǒng)的能量方程二、熱自燃著火條件

著火臨界條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式

三、熱著火理論中的著火感應(yīng)期

在熱著火理論中，著火感應(yīng)期的定義是：當(dāng)混氣系統(tǒng)已達(dá)著火條件的情況下，由初始狀態(tài)達(dá)到溫度開始驟升的瞬間所需的時(shí)間。

圖4-3不同初溫時(shí)的散熱曲線圖4-4不同初溫時(shí)的著火感應(yīng)期

影響著火感應(yīng)期的因素

系統(tǒng)環(huán)境溫度越高，其著火感應(yīng)期越短；大的混氣發(fā)熱量和高的混氣反應(yīng)速度都會使著火感應(yīng)期變短；高的著火點(diǎn)以及高的反應(yīng)活化能都會使著火感應(yīng)期變長。第二節(jié)鏈鎖自燃理論

一、鏈鎖自燃自燃之所以會產(chǎn)生主要由于在感應(yīng)期內(nèi)分子熱運(yùn)動的結(jié)果，使熱量不斷積累，活化分子不斷增加以致造成反應(yīng)的自行加速。這一理論可以闡明可燃混合氣自燃過程中不少現(xiàn)象。

一、鏈鎖自燃

但是，也有不少現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，熱自燃理論是無法解釋，例如氫和空氣溫合氣的著火濃度界限的實(shí)驗(yàn)結(jié)果正好與熱自燃理論對雙分子反應(yīng)的分析結(jié)果相反。

圖4-5氫與空氣的可燃混合氣的壓力極限

一、鏈鎖自燃在低壓下一些可燃混合氣如H2+O2、OO+O2和CH4+O2等，其著火的臨界壓力與溫度的關(guān)系曲線也不像熱自燃理論所提出的那樣單調(diào)地下降，而是呈S形，有著二個(gè)或二個(gè)以上的著火界跟，出現(xiàn)了所謂“著火半島”的現(xiàn)象。

圖4-6著火半島現(xiàn)象（碳?xì)浠衔锱c空氣的混合氣的著火界限）

一、鏈鎖自燃這些情況都說明著火并非在所有情況下都是由于放熱的積累而引起的。實(shí)際上，大多數(shù)碳?xì)浠衔锶剂系娜紵^程都是極復(fù)雜的鏈鎖反應(yīng)，真正簡單的雙分子反應(yīng)卻是不多。

一、鏈鎖自燃鏈鎖自燃理論認(rèn)為，使反應(yīng)自行加速并不一定要依靠熱量積累，可以通過鏈鎖的分枝，迅速增殖活化中心來促使反應(yīng)不斷加速直至爆燃著火。

1．鏈鎖分枝反應(yīng)的發(fā)展條件

簡單反應(yīng)的反應(yīng)速度隨時(shí)間的進(jìn)展由于反應(yīng)物濃度的不斷消耗而逐漸減??；但在某些復(fù)雜的反應(yīng)中，反應(yīng)速度卻隨著生成物濃度的增加而自行加速。這類反應(yīng)稱為自動催化反應(yīng)，鏈鎖反應(yīng)就屬于這種更為廣義的自動催化反應(yīng)。

1．鏈鎖分枝反應(yīng)的發(fā)展條件鏈鎖反應(yīng)的速度受到中間某些不穩(wěn)定產(chǎn)物濃度的影響；在某種外加能量使反應(yīng)產(chǎn)生活化中心以后，鏈的傳播就不斷地進(jìn)行下去，活化中心的數(shù)目因分枝而不斷增多，反應(yīng)速度就急劇加快，直到最后形成爆炸。

1．鏈鎖分枝反應(yīng)的發(fā)展條件在鏈鎖反應(yīng)過程中，不但有導(dǎo)致活化中心形成的反應(yīng)，也有使活化中心消滅和鏈鎖中斷的反應(yīng)，所以鏈鎖反應(yīng)的速度是否能得以增長以致爆炸，還得取決于這兩者之間的關(guān)系?；罨行男纬傻乃俣?/p>

初始條件求解，得

整個(gè)分枝鏈鎖反應(yīng)的速度

圖4-7分枝鏈鎖反應(yīng)速度在等溫下隨時(shí)間的變化規(guī)律

2.不同溫度時(shí)，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時(shí)間的變化

在低溫時(shí)，由于鏈的分枝速度很緩慢，而鏈的中斷速度卻很快，，則。2.不同溫度時(shí)，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時(shí)間的變化當(dāng)時(shí)間趨于無限長時(shí)，活化中心濃度和反應(yīng)速度都將趨于一個(gè)定值，即當(dāng)2.不同溫度時(shí)，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時(shí)間的變化隨著溫度的增高，鏈的分枝速度不斷增加而中斷速度卻幾乎沒有改變，值就逐漸增大，且成為正值，并隨著溫度升高愈大愈大。2.不同溫度時(shí)，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時(shí)間的變化這時(shí)，活化中心濃度和反應(yīng)速度卻隨著時(shí)間而急劇地增長。當(dāng)時(shí)間趨于無限長時(shí)，兩者都趨向于無限大，故反應(yīng)就會由于活化中心不斷積累而自行加速產(chǎn)生所謂“鏈鎖自燃”現(xiàn)象。

2.不同溫度時(shí)，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時(shí)間的變化因?yàn)閃1值很小，故感應(yīng)期內(nèi)反應(yīng)很緩慢，甚至觀察不出；而后由于活化中心迅速增殖導(dǎo)致速度猛烈地增長形成爆燃；當(dāng)然在活化中心不斷積累，反應(yīng)自行加速的同時(shí)還伴隨著自行加熱。圖4-7分枝鏈鎖反應(yīng)速度在等溫下隨時(shí)間的變化規(guī)律

2.不同溫度時(shí)，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時(shí)間的變化當(dāng)溫度增加到某一數(shù)值時(shí)，卻好使鏈的分枝速度等于其中斷速度，即或，則此時(shí)活化中心濃度和反應(yīng)速度均以直線規(guī)律隨時(shí)間增長。2.不同溫度時(shí)，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時(shí)間的變化在這種情況下，反應(yīng)是不會引起自燃的。若稍微提高一些溫度而使，則反應(yīng)就會因活化中心的不斷積累而致產(chǎn)生爆燃；但若溫度稍低一些，則會因，使反應(yīng)速度趨于一極限值而達(dá)到一穩(wěn)態(tài)反應(yīng)。所以這一情況正好代表由穩(wěn)態(tài)向自行加速的非穩(wěn)態(tài)過渡的臨界條件。2.不同溫度時(shí)，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時(shí)間的變化以（或）稱為“鏈鎖著火條件”，而相當(dāng)于的混合氣溫度則稱為“鏈鎖自燃溫度”。此時(shí)()的臨界壓力和溫度就是鏈鎖自燃的爆燃界限。對于氫氧混合氣來說，鏈鎖自燃溫度T＝550℃。圖4-8不同值下分枝鏈鎖反應(yīng)的發(fā)展

2.不同溫度時(shí)，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時(shí)間的變化鏈鎖自燃(或稱鏈鎖著火)現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)中可以觀察到，例如在低壓、等溫下氫與氧可以無需反應(yīng)放熱而可由鏈鎖反應(yīng)的自行加速產(chǎn)生自燃，這就是所謂“冷焰”現(xiàn)象。二、感應(yīng)期的確定

根據(jù)鏈鎖反應(yīng)的性質(zhì)，在反應(yīng)開始時(shí)速度很低，過了一段時(shí)間后，速度才開始上升到可被察覺出的程度。所謂感應(yīng)期就是指反應(yīng)速度由幾乎為零增大到可以察覺到的一定數(shù)值時(shí)所需的時(shí)間。感應(yīng)期

當(dāng)時(shí)因在感應(yīng)期內(nèi)較大，故，同時(shí)可認(rèn)為，則上式就可寫成或感應(yīng)期事實(shí)上，在一定組成、溫度和壓力下幾乎為定值，它受外界的影響變化很小，所以或感應(yīng)期這一結(jié)論已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。如對一般可燃混合氣著火而言，就有

三、著火半島現(xiàn)象

著火半島的存在可以看作為鏈鎖反應(yīng)產(chǎn)生的明證。在壓力很低時(shí)，由于氣體很稀薄，分子向四周的擴(kuò)散速度很高，而且是壓力越低，擴(kuò)散越快。若此時(shí)容器的體積較小且壓力又低，則活化中心向器壁的擴(kuò)散就變得十分容易，因而就大大增加了與壁面碰撞失去活化的機(jī)會，這樣就提高了鏈鎖中斷的速度，而且壓力越低，中斷速度越大。

三、著火半島現(xiàn)象故當(dāng)壓力降低到某一數(shù)值時(shí)，就有可能使中斷速度大于分枝速度，那時(shí)就出現(xiàn)了鏈鎖自燃的低界限。若提高容器內(nèi)混合氣的壓力，則由于分于濃度的增大，減少了活化中心與器壁的碰撞機(jī)會，則此時(shí)鏈鎖的中斷就主要發(fā)生在氣相內(nèi)部活化中心的相撞中。三、著火半島現(xiàn)象因此，隨著壓力的提高，這種機(jī)會越來越多，鏈的中斷速度亦就越來越大，因而當(dāng)壓力增大到某一數(shù)值時(shí)，又會遇到分枝速度與中斷速度相等的臨界情況，這時(shí)就出現(xiàn)鏈鎖自燃的著火高界限。三、著火半島現(xiàn)象越過著火高界限后，若再繼續(xù)提高壓力，就會出現(xiàn)第三個(gè)爆燃界限，高于該界限后會再一次引起爆燃。第三界限的存在完全可用熱力著火理論來解釋。三、著火半島現(xiàn)象因隨著壓力的增高，反應(yīng)放熱的現(xiàn)象越來越顯著，由于反應(yīng)放熱使熱量積累而引起反應(yīng)自動加速的作用越來越重要。達(dá)到第三爆燃界限時(shí)，由于反應(yīng)放熱大于散熱而引起的升溫和加速已居支配地位，此時(shí)的爆燃就純粹是一種熱力爆燃，完全遵循熱自燃理論的規(guī)律。三、著火半島現(xiàn)象通過對碳?xì)浠衔锖脱酰諝猓┑闹饻y定實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它們在著火臨界壓力—溫度圖上有好幾個(gè)界限。圖4-10已烷在空氣中著火時(shí)的著火界限

三、著火半島現(xiàn)象這種多界限的現(xiàn)象說明了著火現(xiàn)象的復(fù)雜性，其中可能同時(shí)有鏈鎖自燃和熱自燃，因此在著火理論研究方面又出現(xiàn)了一種所謂“鏈鎖熱力爆燃理論”；它認(rèn)為燃燒的著火過程中既有出于熱量積累產(chǎn)生升溫而使反應(yīng)加速的現(xiàn)象，也有在溫度變化很小的每一瞬間由于鏈鎖分枝而使反應(yīng)加速的現(xiàn)象。

爆炸及其災(zāi)害

第一節(jié)爆燃及爆轟

化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的爆炸破壞效應(yīng)很大程度上依賴于是爆轟還是爆燃引起的爆炸。爆燃是一種燃燒過程，反應(yīng)陣面（reactionfront）移動速度低于未反應(yīng)氣體中的聲速，反應(yīng)陣面主要通過傳導(dǎo)和擴(kuò)散而進(jìn)入未反應(yīng)氣體中。

第一節(jié)爆燃及爆轟

爆轟的反應(yīng)陣面移動速度比未反應(yīng)氣體中的聲速高。對爆轟來說，主要通過壓縮反應(yīng)陣面前面的未反應(yīng)氣體使其受熱，從而使反應(yīng)陣面向前傳播。二者的主要差別在于前者是亞音速流動，而爆轟則為超音速流動。

一、爆燃

來自反應(yīng)的能量通過熱傳導(dǎo)和分子擴(kuò)散轉(zhuǎn)移至未反應(yīng)的混合物中。這些過程相對較慢，促使反應(yīng)陣面以低于聲速的速度傳播。

圖5-1氣相爆燃物理模型（爆炸發(fā)生在左側(cè)很遠(yuǎn)處）

一、爆燃爆燃發(fā)生時(shí)，反應(yīng)陣面的傳播速度低于聲速。壓力波陣面在未反應(yīng)氣體中以聲速向前傳播，并逐漸遠(yuǎn)離反應(yīng)陣面。隨著燃燒反應(yīng)不斷向前行進(jìn)，反應(yīng)陣面會產(chǎn)生一系列單個(gè)的壓力波陣面。

一、爆燃這些壓力波陣面以聲速離開反應(yīng)陣面并在主壓力波陣面處不斷聚集。由于反應(yīng)陣面不斷產(chǎn)生壓力波陣面，造成單個(gè)壓力波陣面不斷迭加，使得主壓力波陣面在尺寸上不斷增加。爆燃產(chǎn)生的壓力波陣面持續(xù)時(shí)間長（幾毫秒至數(shù)百毫秒），陣面寬而平滑。

二、爆轟

對某些反應(yīng)而言，其反應(yīng)陣面是通過強(qiáng)壓力波不斷向前傳播的，強(qiáng)壓力波通過壓縮反應(yīng)陣面前方的未反應(yīng)物料，使其溫度超過自燃溫度。由于壓縮進(jìn)行得很快，導(dǎo)致反應(yīng)陣面前方出現(xiàn)壓力突變或激波。這種現(xiàn)象就是爆轟。二、爆轟爆轟又稱爆震，它是一個(gè)伴有巨大能量釋放的化學(xué)反應(yīng)傳輸過程，同時(shí)反應(yīng)陣面及其前方的沖擊波以聲速或超聲速向未反應(yīng)混合物傳播。爆轟速度約在1500~9000m/s的范圍。

（一）爆轟過程

圖5-2氣相爆轟物理模型（爆炸發(fā)生在左側(cè)很遠(yuǎn)處）

（一）爆轟過程對于爆轟，反應(yīng)陣面的移動速度大于聲速。激波陣面（shockfront）在反應(yīng)陣面前方不遠(yuǎn)處。反應(yīng)陣面為激波陣面提供能量并且以聲速或超聲速驅(qū)動它持續(xù)向前行進(jìn)。當(dāng)反應(yīng)陣面和激波陣面耦合在一起同步前行時(shí)，穩(wěn)定發(fā)展的爆轟波便形成了。

（一）爆轟過程爆轟產(chǎn)生的激波陣面，其壓力是突然上升的。最大壓力與反應(yīng)物料的相以及類型都有關(guān)系。持續(xù)時(shí)間與爆炸能有關(guān)系，一般在幾秒至數(shù)十秒之間。

（二）影響爆轟發(fā)生的因素

1．濃度范圍爆炸性混合氣體的爆轟現(xiàn)象只發(fā)生在一定的濃度范圍內(nèi)，這個(gè)濃度范圍叫爆轟范圍。

2．強(qiáng)氧化劑

如純氧或氯氣（不是空氣）等強(qiáng)氧化劑，會使反應(yīng)加速，并發(fā)生爆轟現(xiàn)象。氯酸鹽、高氯酸鹽等氧化劑的存在會發(fā)生加速反應(yīng)或爆炸性反應(yīng)。

3．壓力

壓力的增加也可以導(dǎo)致反應(yīng)速度的增加。乙炔管線過熱。溫度的增加導(dǎo)致乙炔分解。反應(yīng)增加了氣體壓力從而使分解速度增加，并發(fā)展為爆轟速度。

4．反應(yīng)熱

如果在燃燒反應(yīng)中放出的熱量巨大，同樣可能造成某些穩(wěn)定混合物發(fā)生爆轟。

5．初始溫度

混合氣的初始溫度對爆轟的傳播速度影響很小，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，升高溫度反而使爆轟速度有所下降。原因是升高溫度使氣體密度減小所造成。6．管徑或容器的長徑比

由于爆炸性混合氣體在點(diǎn)火以后到形成爆轟有一段發(fā)展過程，在常壓非擾動的初始條件下，在管子或小直徑容器中爆轟的形成與管道或容器的長徑比有關(guān)。大型容器即使長徑比小，也不能因此認(rèn)為不會引發(fā)爆轟。當(dāng)有相當(dāng)大的擾動產(chǎn)生，或能量很高的點(diǎn)火源，也可使爆轟在大型容器中產(chǎn)生。7．催化劑

催化劑通?？梢越档统跏挤磻?yīng)所需要的能量，并可導(dǎo)致反應(yīng)加速。因此催化劑可以使更多的混合物通過施加一個(gè)引發(fā)源來開始反應(yīng)，并達(dá)到爆轟速度。三、爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變（DeflagrationtoDetonationTransition）

爆轟可以通過兩種方式產(chǎn)生：一種是直接起爆，如用炸藥、強(qiáng)激光等高能量物質(zhì)來進(jìn)行直接起爆，這種方法需要巨大的點(diǎn)火能量，對于一般碳?xì)淙剂希s需105~106J；

三、爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變（DeflagrationtoDetonationTransition）另一種是通過爆燃向爆轟轉(zhuǎn)變（DDT）的方式產(chǎn)生，即采用弱點(diǎn)火能量點(diǎn)火形成火焰，火焰在一定條件下加速，形成湍流燃燒，再形成熱點(diǎn)，并逐漸放大，形成爆轟。

三、爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變（DeflagrationtoDetonationTransition）爆燃轉(zhuǎn)爆轟（DDT）在管道中尤其常見，但是在容器或開放空間中卻不太可能發(fā)生。

轉(zhuǎn)變機(jī)理

在一個(gè)裝有預(yù)混可燃?xì)怏w混合物的管子里，如果一端封閉，在靠近封閉端處點(diǎn)火，形成爆燃波。爆燃波從封閉端向另一端傳播。由于波后的燃燒產(chǎn)物被封閉端限制，從而使爆燃波后壓力和溫度不斷升高，使火焰加速。轉(zhuǎn)變機(jī)理由此在波前形成壓縮波，它在波前局部聲速向前傳播。由于爆燃波后的溫度和壓力不斷提高，后面的壓縮波趕上前面的壓縮波，經(jīng)過一定時(shí)間和距離形成激波。激波誘導(dǎo)氣流二次運(yùn)動，使層流火焰變成紊流火焰，形成許多局部爆炸中心。

轉(zhuǎn)變機(jī)理當(dāng)一個(gè)或若干個(gè)局部爆炸中心達(dá)到臨界點(diǎn)火條件時(shí)，產(chǎn)生小的爆炸波向周圍迅速放大，并與激波反應(yīng)區(qū)結(jié)合形成自持的超聲速爆轟波。激波對化學(xué)反應(yīng)有誘導(dǎo)作用，決定了化學(xué)反應(yīng)的感應(yīng)時(shí)間?；瘜W(xué)反應(yīng)對激波起驅(qū)動作用，提供激波傳播所需能量。

圖5-3爆燃波向爆轟波轉(zhuǎn)變過程中壓力曲線隨時(shí)間的變化

四、爆燃和爆轟的破壞機(jī)理

爆燃和爆轟造成的破壞有顯著不同，相同的能量，爆轟造成的破壞比爆燃大得多，主要是由于爆轟的最大超壓更大。爆燃雖然最大超壓低，但是壓力持續(xù)時(shí)間長，對某些結(jié)構(gòu)組件可能更有破壞性。爆燃破壞機(jī)理如果爆炸是由爆燃造成，爆炸產(chǎn)生的碎片比較少，而且在裂縫附近的容器壁面厚度會變??；這是因?yàn)樵谄屏亚叭萜鞅跁l(fā)生形變，也可稱為應(yīng)力破裂或延性破壞（stressfracture或ductilefailure）。

爆轟破壞機(jī)理如果爆炸是由爆轟引起的，則激波陣面的突然到來造成容器破裂，形成大量碎片。從裂縫附近拋出的碎片也沒有變薄，這是因?yàn)槿萜髌屏褧r(shí)間非常短，器壁來不及變薄，這就是所謂的脆性破壞（brittlefracture）。

四、爆燃和爆轟的破壞機(jī)理這兩種破裂模式的差別是由于爆炸壓力作用到器壁上的速率的不同導(dǎo)致的。對于爆燃的情況，壓力緩慢作用到器壁，使得器壁有時(shí)間延展，最后撕破。而對于爆轟的情況，由于壓力作用非常突然，器壁沒有時(shí)間進(jìn)行延展就破裂了。第二節(jié)蒸氣云爆炸

一、基本概念可燃蒸氣云點(diǎn)燃后若火焰速度加速到足夠高并產(chǎn)生顯著的超壓，則形成蒸氣云爆炸。若不能火焰加速而產(chǎn)生顯著超壓，則只是產(chǎn)生閃火（flashfire，是蒸氣云的非爆炸性突然燃燒）。若噴泄而出的粉塵在空氣中分散后被點(diǎn)燃并發(fā)生爆炸，也可以歸為蒸氣云爆炸以作分析。

二、成因及特點(diǎn)

只有壓縮能和熱能才能單獨(dú)形成蒸氣云。能量的大小與蒸氣云的增長速度、可燃蒸氣云的形成速度直接相關(guān)。

二、成因及特點(diǎn)一般情況下，若容器壓力越高，則可燃物泄漏速度越快，形成等體積蒸氣云的時(shí)間越短，卷吸空氣而形成可燃混合物的速度也越快。對于泄漏液體，只有過熱液體才能迅速蒸發(fā)并快速形成大的蒸氣云團(tuán)。

發(fā)生蒸氣云爆炸的條件

泄漏的物質(zhì)必須是可燃的；點(diǎn)燃之前必須形成足夠尺寸的蒸氣云；在點(diǎn)燃之前要有足夠量的空氣混合進(jìn)入蒸氣云，以使得混合物的濃度在可燃范圍內(nèi)；蒸氣云燃燒時(shí)火焰必須加速傳播，否則只會形成閃火。

圖5-4形成蒸氣云爆炸的示意圖

二、成因及特點(diǎn)蒸氣云爆轟時(shí)，爆源初始尺寸約為爆炸長度的1/10，蒸氣云爆燃時(shí)，爆源初始尺寸與爆炸長度相當(dāng)。和炸藥激波相比，蒸氣云爆炸的爆炸波能級較低，峰值壓力不高。二、成因及特點(diǎn)蒸氣云爆炸的能量釋放速率也比凝聚相爆炸的能量釋放速率小得多。因此，蒸氣云爆炸形成的爆炸波有很尖的負(fù)相部分，并且形成明顯的第二爆炸波。圖5-5蒸氣云爆炸的理想爆炸波波形

蒸氣云爆炸事故的特點(diǎn)

蒸氣云爆炸事故頻率高，后果尤為嚴(yán)重；絕大多數(shù)是由燃燒發(fā)展而成的爆燃，而不是爆轟；蒸氣云的形成是加壓儲存的可燃液體和液化氣體大量泄漏的結(jié)果，儲存溫度一般大大高于它們的常壓沸點(diǎn)；蒸氣云爆炸事故的特點(diǎn)發(fā)生蒸氣云爆炸時(shí)泄漏的可燃?xì)怏w或蒸氣的質(zhì)量一般在5000kg以上；參與蒸氣云爆炸的燃料最常見的為低分子碳?xì)浠衔?；除了氫以外，能夠引起蒸氣云爆炸的大多?shù)可燃?xì)怏w或蒸氣的密度及與空氣形成的易爆混和物密度都大于周圍大氣的密度；蒸氣云爆炸事故的特點(diǎn)從開始噴泄到點(diǎn)燃之間時(shí)間拖得越長，爆炸的總能量就越大，后果也就越嚴(yán)重；蒸氣云爆炸與凝聚相爆炸不同，不能看作點(diǎn)源爆炸，而是一種面源爆炸。

三、危害及防護(hù)

可燃蒸氣云團(tuán)被點(diǎn)燃后有兩種典型的危害，即火球和蒸氣云爆炸。即使發(fā)生蒸氣云爆炸，參與爆炸的可燃物的數(shù)量也少的驚人，大部分可燃物是以火球的形式燃燒掉。云團(tuán)的核心幾乎完全是燃料，只是外圍由可燃濃度范圍內(nèi)的混合物構(gòu)成。三、危害及防護(hù)外圍首先被點(diǎn)燃后，在可燃濃度范圍內(nèi)的蒸氣云形成一個(gè)比較薄的殼包絡(luò)著過富的混和物。當(dāng)火焰蔓延到包絡(luò)著過富云團(tuán)的時(shí)候，在深部的燃料就發(fā)生燃燒。這種火焰的燃燒速度一般要比預(yù)混和氣的火焰慢。因?yàn)闊岬娜紵龤怏w的浮力增加，燃燒的云團(tuán)會上升、膨脹并呈球形，表現(xiàn)為火球的形式。

三、危害及防護(hù)發(fā)生火球時(shí)，燃燒的能量幾乎僅以熱能的形式釋放出來。蒸氣云爆炸的破壞作用來自爆炸波、一次破片作用、拋擲物以及火球熱輻射；爆炸波效應(yīng)一般已經(jīng)成了大多數(shù)蒸氣云爆炸的鑒別標(biāo)志。三、危害及防護(hù)要預(yù)防蒸氣云爆炸事故的發(fā)生，唯一可靠的方法是防止發(fā)生可燃物的大量泄漏?？梢詮母旧蠝p少系統(tǒng)中易燃物的儲存量，以及緩和反應(yīng)條件。

三、危害及防護(hù)氣象條件影響著蒸氣云爆炸的全過程，主要的影響因素是風(fēng)速和氣溫，濕度、降雨量、大氣壓等的影響則處于次要地位。在做規(guī)劃時(shí)應(yīng)避免把新的石油或化工裝置建在窩風(fēng)的山溝里。三、危害及防護(hù)廠區(qū)內(nèi)不宜種植高大的喬木，以免影響可燃?xì)怏w逸散。在適當(dāng)位置安裝可燃物檢測儀表。如能在低濃度下發(fā)現(xiàn)可燃泄出物，則應(yīng)盡快采取防范措施。

第三節(jié)沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸

沸騰液體膨脹蒸氣爆炸是溫度高于常壓沸點(diǎn)的加壓液體突然釋放并立即氣化而產(chǎn)生的爆炸。加壓液體的突然釋放通常是因?yàn)槿萜鞯耐蝗黄屏岩鸬?。它?shí)質(zhì)是一種物理性爆炸。二、典型形成過程

圖5-6沸騰液體膨脹蒸氣爆炸形成的示意圖

三、危害及防護(hù)

破壞能量來源：容器本身是高壓容器，它的突然破裂能夠釋放出巨大的能量，產(chǎn)生爆炸波并且將容器破片拋向遠(yuǎn)方；液化氣劇烈燃燒能夠釋放出巨大的能量，產(chǎn)生巨大的火球和強(qiáng)烈的熱輻射。

三、危害及防護(hù)事故的危害包括容器爆炸的爆炸波、容器碎片、熱輻射及火球火焰的直接傷害。事故預(yù)防

防止壓力容器失效。選用合格的工藝設(shè)備，并進(jìn)行定期檢查。預(yù)防其它火災(zāi)爆炸事故，尤其要防止易燃易爆物質(zhì)的泄漏。運(yùn)輸過程中嚴(yán)格遵守危險(xiǎn)化學(xué)品管理?xiàng)l例，可以限制同車運(yùn)輸?shù)目扇嘉锏牧俊?/p>

第四節(jié)噴霧爆炸

認(rèn)為在敞開系統(tǒng)中處理可燃液體而溫度低于閃點(diǎn)是安全的；當(dāng)溫度還低于其閃點(diǎn)的可燃液體的霧滴在空氣中也會發(fā)生爆炸。

第四節(jié)噴霧爆炸用霧化流體或者把熱的液體閃蒸，接著用冷的氣體驟冷，就可能獲得空氣中的液體分散相微滴。電火花、明火、熱金屬線、子彈等都可以使霧滴開始點(diǎn)燃。但是在較低的溫度下，要求的能量是較高的。第四節(jié)噴霧爆炸霧滴的燃燒速度不是決定于蒸氣壓力，相反，而是決定于使微滴到達(dá)它的沸點(diǎn)和液體蒸發(fā)所需要的熱量。在蒸氣著火之前有相當(dāng)大的氣化反應(yīng)。當(dāng)霧滴表面接近沸點(diǎn)時(shí)才發(fā)生燃燒。

第四節(jié)噴霧爆炸細(xì)微液滴的爆炸下限與蒸氣空氣混合物的爆炸下限是完全相同的。霧滴的均勻性在火焰?zhèn)鞑シ矫媸鞘种匾囊蛩亍ｌF滴中的爆炸速度比在蒸氣空氣混合物中稍微低一些，但是隨著霧滴濃度的增加而增大。第四節(jié)噴霧爆炸用添加劑可以使霧滴成為不燃性，它可以抑制火焰的傳播，不燃性的氣體如N2和CO2；也可以把水加入霧化的混合物可以使油霧成為不燃的；用化學(xué)抑制燃燒的過程OH基起著重要作用，通過OH基同HBr、HI或HCl中任何一個(gè)反應(yīng)，可以中斷燃燒。第五節(jié)粉塵爆炸

粉塵爆炸是懸浮在空氣中的可燃性團(tuán)體微粒接觸到火焰（明火）或電火花等任何著火源時(shí)發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。

常見可爆炸粉塵材料包括：

農(nóng)林：糧食、飼料、食品、農(nóng)藥、肥料、木材、糖、咖啡。礦冶：煤碳、鋼鐵、金屬、硫磺等。紡織：棉、麻、絲綢、化纖等。輕工：塑料、紙張、橡膠、染料、藥物等?；ぃ憾喾N化合物粉體。

常見粉塵爆炸場所是：

室內(nèi)：通道、地溝、廠房、倉庫等。設(shè)備內(nèi)部：集塵器、除塵器、混合機(jī)、輸送機(jī)、篩選機(jī)、打包機(jī)等。廣州番禺一工廠粉塵爆炸4死12傷。工廠爆炸將一幢四層樓的玻璃全部震碎，一樓部分墻體倒塌1m3粉塵爆炸粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)面粉簡易實(shí)驗(yàn)1面粉簡易實(shí)驗(yàn)2白糖爆炸分析一、粉塵基礎(chǔ)知識

（一）概述粉塵是粉碎到一定細(xì)度的固體粒子的集合體，按狀態(tài)可分成粉塵層和粉塵云兩類。粉塵層（或?qū)訝罘蹓m）是指堆積在物體表面的靜止?fàn)顟B(tài)的粉塵；粉塵云（或云狀粉塵）則指懸浮在空間的運(yùn)動狀態(tài)的粉塵。（一）概述

粉塵粒度是粉塵爆炸中一個(gè)很重要的參數(shù)；粉塵的表面積比同質(zhì)量的整塊固體的表面積可大好幾個(gè)數(shù)量級。表面積的增加，意味著材料與空氣的接觸面積增大，這就加速了固體與氧的反應(yīng)，增加了粉塵的化學(xué)活性，使粉塵點(diǎn)火后燃燒更快。

（一）概述粉塵粒子的形狀和表面狀態(tài)對爆炸反應(yīng)也有較大的影響。即使粉塵粒子的平均直徑相同，但若其形狀和表面狀態(tài)不同，其爆炸性能也不同。

（二）粉塵爆炸的條件（五邊形）（二）粉塵爆炸的條件燃料：可燃粉塵。粉塵的顆粒大小尺寸是重要的，越小的顆粒更可能懸浮和更容