燃燒爆炸理論及應(yīng)用 課件 第4-6章 預(yù)混氣體的著火理論、爆炸及其災(zāi)害、火災(zāi)爆炸的預(yù)防及控制

第四章預(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鸬闹匾獦酥?。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)已達著火條件的情況下，由初始狀態(tài)達到溫度開始驟升的瞬間所需的時間。

圖4-3不同初溫時的散熱曲線圖4-4不同初溫時的著火感應(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)象與實驗結(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驗結(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，有著二個或二個以上的著火界跟，出現(xiàn)了所謂“著火半島”的現(xiàn)象。

圖4-6著火半島現(xiàn)象（碳氫化合物與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。實際上，大多數(shù)碳氫化合物燃料的燃燒過程都是極復(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)速度隨時間的進展由于反應(yīng)物濃度的不斷消耗而逐漸減?。坏谀承?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)速度在等溫下隨時間的變化規(guī)律

2.不同溫度時，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時間的變化

在低溫時，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，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時間的變化當(dāng)時間趨于無限長時，活化中心濃度和反應(yīng)速度都將趨于一個定值，即當(dāng)2.不同溫度時，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時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，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時間的變化這時，活化中心濃度和反應(yīng)速度卻隨著時間而急劇地增長。當(dāng)時間趨于無限長時，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，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時間的變化因為W1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)速度在等溫下隨時間的變化規(guī)律

2.不同溫度時，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時間的變化當(dāng)溫度增加到某一數(shù)值時，卻好使鏈的分枝速度等于其中斷速度，即或，則此時活化中心濃度和反應(yīng)速度均以直線規(guī)律隨時間增長。2.不同溫度時，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時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，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時間的變化以（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()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，分枝鏈鎖反應(yīng)速度隨時間的變化鏈鎖自燃(或稱鏈鎖著火)現(xiàn)象在實驗中可以觀察到，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)開始時速度很低，過了一段時間后，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)值時所需的時間。感應(yīng)期

當(dāng)時因在感應(yīng)期內(nèi)較大，故，同時可認為，則上式就可寫成或感應(yīng)期事實上，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)論已為實驗所證實。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，由于氣體很稀薄，分子向四周的擴散速度很高，而且是壓力越低，擴散越快。若此時容器的體積較小且壓力又低，則活化中心向器壁的擴散就變得十分容易，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，就有可能使中斷速度大于分枝速度，那時就出現(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會，則此時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，又會遇到分枝速度與中斷速度相等的臨界情況，這時就出現(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。達到第三爆燃界限時，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)象通過對碳氫化合物和氧（空氣）的著火測定實驗，發(fā)現(xiàn)它們在著火臨界壓力—溫度圖上有好幾個界限。圖4-10已烷在空氣中著火時的著火界限

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。

第五章爆炸及其災(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)和擴散而進入未反應(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)很遠處）

一、爆燃爆燃發(fā)生時，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，并逐漸遠離反應(yīng)陣面。隨著燃燒反應(yīng)不斷向前行進，反應(yīng)陣面會產(chǎn)生一系列單個的壓力波陣面。

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)陣面是通過強壓力波不斷向前傳播的，強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，它是一個伴有巨大能量釋放的化學(xué)反應(yīng)傳輸過程，同時反應(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。當(dāng)反應(yīng)陣面和激波陣面耦合在一起同步前行時，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)，這個濃度范圍叫爆轟范圍。

2．強氧化劑

如純氧或氯氣（不是空氣）等強氧化劑，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，實驗數(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引發(fā)源來開始反應(yīng)，并達到爆轟速度。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、強激光等高能量物質(zhì)來進行直接起爆，這種方法需要巨大的點火能量，對于一般碳氫燃料，約需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，即采用弱點火能量點火形成火焰，火焰在一定條件下加速，形成湍流燃燒，再形成熱點，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)變機理

在一個裝有預(yù)混可燃氣體混合物的管子里，如果一端封閉，在靠近封閉端處點火，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)過一定時間和距離形成激波。激波誘導(dǎo)氣流二次運動，使層流火焰變成紊流火焰，形成許多局部爆炸中心。

轉(zhuǎn)變機理當(dāng)一個或若干個局部爆炸中心達到臨界點火條件時，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間的變化

四、爆燃和爆轟的破壞機理

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)時間長，對某些結(jié)構(gòu)組件可能更有破壞性。爆燃破壞機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?。贿@是因為在破裂前容器壁會發(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，這是因為容器破裂時間非常短，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，器壁沒有時間進行延展就破裂了。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

只有壓縮能和熱能才能單獨形成蒸氣云。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。

發(fā)生蒸氣云爆炸的條件

泄漏的物質(zhì)必須是可燃的；點燃之前必須形成足夠尺寸的蒸氣云；在點燃之前要有足夠量的空氣混合進入蒸氣云，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、成因及特點蒸氣云爆轟時，爆源初始尺寸約為爆炸長度的1/10，蒸氣云爆燃時，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

蒸氣云爆炸事故頻率高，后果尤為嚴重；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；蒸氣云爆炸事故的特點發(fā)生蒸氣云爆炸時泄漏的可燃氣體或蒸氣的質(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氫化合物；除了氫以外，能夠引起蒸氣云爆炸的大多數(shù)可燃氣體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從開始噴泄到點燃之間時間拖得越長，爆炸的總能量就越大，后果也就越嚴重；蒸氣云爆炸與凝聚相爆炸不同，不能看作點源爆炸，而是一種面源爆炸。

三、危害及防護

可燃蒸氣云團被點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、危害及防護外圍首先被點燃后，在可燃濃度范圍內(nèi)的蒸氣云形成一個比較薄的殼包絡(luò)著過富的混和物。當(dāng)火焰蔓延到包絡(luò)著過富云團的時候，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。因為熱的燃燒氣體的浮力增加，燃燒的云團會上升、膨脹并呈球形，表現(xiàn)為火球的形式。

三、危害及防護發(fā)生火球時，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志。三、危害及防護要預(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。可以從根本上減少系統(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、危害及防護廠區(qū)內(nèi)不宜種植高大的喬木，以免影響可燃氣體逸散。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)沸騰液體擴展蒸氣爆炸

沸騰液體膨脹蒸氣爆炸是溫度高于常壓沸點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為容器的突然破裂引起的。它實質(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

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)生巨大的火球和強烈的熱輻射。

三、危害及防護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。運輸過程中嚴格遵守危險化學(xué)品管理條例，可以限制同車運輸?shù)目扇嘉锏牧俊?/p>

第四節(jié)噴霧爆炸

認為在敞開系統(tǒng)中處理可燃液體而溫度低于閃點是安全的；當(dāng)溫度還低于其閃點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它的沸點和液體蒸發(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)霧滴表面接近沸點時才發(fā)生燃燒。

第四節(jié)噴霧爆炸細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?。霧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體微粒接觸到火焰（明火）或電火花等任何著火源時發(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。化工：多種化合物粉體。

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、輸送機、篩選機、打包機等。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驗面粉簡易實驗1面粉簡易實驗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狀態(tài)的粉塵；粉塵云（或云狀粉塵）則指懸浮在空間的運動狀態(tài)的粉塵。（一）概述

粉塵粒度是粉塵爆炸中一個很重要的參數(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易被點燃。氧化劑：通常是空氣中的氧氣，它在一般情況下足以支持爆炸。懸浮：粉塵需要擴散在空氣中。在工藝設(shè)備中的粉塵可能是正常地散布在空氣中。在一個建筑物中，粉塵擴散的情況則可能是由大的泄漏，小型的初期粉塵爆炸，或者是其他將設(shè)備表面沉積的粉塵振落或者是將地面的粉塵揚起的擾動所引起的。點火源：需要點燃混合物的能量。這可能是如靜電一樣小的能量，或者是更到的能量源，如開放的火眼或電氣故障。限制空間：例如，建筑物的墻，天花板、地板、屋頂就構(gòu)成了一個限制空間。工廠設(shè)備，如工藝設(shè)備，料倉，除塵器，輸送管系統(tǒng)也形成了限制空間。（二）粉塵爆炸的條件（濃度）粉塵爆炸所采用的化學(xué)計量濃度單位與氣體爆炸不同。氣體爆炸采用體積百分數(shù)（％）表示；粉塵爆炸一般都用單位體積中所含粉塵粒子的質(zhì)量來表示，常用單位是g/m3或mg/L。

（二）粉塵爆炸的條件50g/m3為常見粉塵的下限濃度量級，5000g/m3為上限濃度量級。在下限濃度50g/m3時，這時已基本上不透光。若采用25W燈泡照射濃度為40g/m3煤粉塵云，在2m內(nèi)人眼看不見燈光。這種濃度在一般環(huán)境中是不可能達到的，只有在設(shè)備內(nèi)部才能遇到。

（二）粉塵爆炸的條件在這種濃度下，一旦有點火源存在，就會發(fā)生爆炸。這種爆炸叫“一次爆炸”。當(dāng)一次爆炸的氣浪或沖擊波卷起設(shè)備外的粉塵積塵，使環(huán)境中達到可爆濃度時，又會引起“二次爆炸”。（二）粉塵爆炸的條件一般情況下是不會達到粉塵爆炸濃度的，只有在極少數(shù)強粉塵粒子源附近才能出現(xiàn)這種濃度。另外，即使在爆炸濃度下限時，也足以使人呼吸困難，難以忍受，而且此時能見度也已受到嚴重限制，甚至達到伸手不見五指的程度。人是完全可以感受到這種危險濃度的。

（二）粉塵爆炸的條件（點火源）粉塵爆炸的另一個重要條件是點火源。粉塵爆炸所需的最小點火能量比氣體爆炸大一二個數(shù)量級，大多數(shù)粉塵云最小點火能量在5~50mJ量級范圍。二、粉塵爆炸機理及影響因素

（一）粉塵爆炸的機理粉塵粒子表面通過熱傳導(dǎo)和熱輻射，從點源獲得點火能量；溫度急劇升高，加速分解溫度或蒸發(fā)溫度，形成粉塵蒸氣或分解氣體；與空氣混合后就能引起點火；成為點火源，使粉塵著火，從而擴大了爆炸（火焰）范圍。

（一）粉塵爆炸的機理這一過程與氣體爆炸相比，由于涉及輻射能而變得更為復(fù)雜。不僅熱具有輻射能，光也含有輻射能；因此在粉塵云的形成過程中用閃光燈拍照是非常危險的。

粉塵爆炸的特點

燃燒速度或爆炸壓力上升速度比氣體爆炸要小，但燃燒時間長，產(chǎn)生的能量大；發(fā)生爆炸時，有燃燒粒子飛出，會使可燃物局部嚴重炭化和人體嚴重?zé)齻?；引起第二次爆炸；伴隨有不完全燃燒，含有大量的CO，會引起中毒。（二）粉塵爆炸的影響因素

1.化學(xué)性質(zhì)和組分粉塵必須是可燃的含有過氧基或硝基的有機物粉塵會增加爆炸的危險性。燃燒熱越高、爆炸下限濃度越低、點火能越小的物質(zhì)，越易爆炸?；曳至吭?5％~30％時，則不易爆炸。含有揮發(fā)分時，極易爆炸。

2.粒度大小及分布的影響

粒子直徑越小，越易爆炸可燃粉塵的直徑大于400μm時，即使用強點火源也不能使其發(fā)生爆炸粗粒子粉塵中含有一定量的細粉塵時，則可使粗、細混合粉塵發(fā)生爆炸3.可燃性氣體共存的影響

使用強點火源也不爆炸的粉塵，如若有可燃性氣體時，其爆炸下限會下降，從而使粉塵在更低濃度下爆炸。

4.最小點燃能量

最小點燃能量與粉塵的濃度、粒徑大小等有關(guān)；測試條件不同則測試值也有所不同，很難得出定值。5.爆炸極限

粉塵與空氣的混合物要像氣體那樣達到均勻的濃度分布是不容易的，所以測試的重現(xiàn)性不好，多數(shù)情況是經(jīng)過統(tǒng)計處理后算出來的。一般工業(yè)可燃粉塵爆炸下限約在20~60mg/m3之間，爆炸上限可達26kg/m3之間。溫度和壓力對爆炸極限有影響，一般是溫度、壓力升高時，爆炸極限變寬。

6.水分含量

對于疏水性粉塵，水起惰化作用錳、鋁等金屬與水反應(yīng)生成氫，增加其危險性；對于導(dǎo)電性不良的物質(zhì)，干燥狀態(tài)下由于粉塵與管壁和空氣的摩擦產(chǎn)生靜電積聚，容易產(chǎn)生靜電火花。（三）粉塵爆炸基本參數(shù)及其實驗測量方法

點火溫度粉塵云和粉塵層的點火溫度都是在Godbert-Greenwald爐中測定的

點火能量

粉塵云的最小點火能量是用已知能量的電容器放電來測定的。最低爆炸濃度（粉塵爆炸下限）

爆炸下限濃度也是在Haitmanm管中進行測定的。

爆炸壓力和壓力上升速率

粉塵云的最大爆炸壓力及壓力上升速率也可用Hartmarm管測量在管頂部裝一個壓力傳感器，記錄爆炸壓力隨時間變化的過程，而最大壓力上升速率則以最大壓力除以從點火到出現(xiàn)最大壓力的時間得到。

爆炸壓力和壓力上升速率當(dāng)容器體積V≥0.04m3時，粉塵爆炸壓力上升速率和容器體積間存在“三次方定律”相互比較壓力上升速率數(shù)據(jù)時，必須說明試驗容器的體積，未說明容器體積的壓力上升速率數(shù)據(jù)是沒有意義的。

（三）粉塵爆炸基本參數(shù)及其實驗測量方法Hartmarm管不適于用來測量爆炸威力參數(shù)；因為它的爆炸室為管狀結(jié)構(gòu)，火焰很快接觸冷管壁，會損失部分燃燒反應(yīng)熱。此外，它的點火方式和點火位置也都不利于爆炸過程的迅速成長。因此，Hartmarm管實際測得的爆炸威力（Kst值）較低，不適于作為設(shè)計防爆措施的參考數(shù)據(jù)。（三）粉塵爆炸基本參數(shù)及其實驗測量方法在球形試驗裝置中進行的系統(tǒng)性粉塵爆炸試驗表明，隨著容器體積的增加，測得的爆炸特性值Kst,也越接近于大型容器的數(shù)值；存在一個與Kst極限值相應(yīng)的容器體積，超過此體積時，爆炸強度不再增加。

（三）粉塵爆炸基本參數(shù)及其實驗測量方法國際上普遍使用20L容器來測定粉塵爆炸基本參數(shù)。大量試驗證實，以20L容器所測得的爆炸特性值Kst，與用1m3容器所測得的結(jié)果基本相同圖5-1420L粉塵爆炸試驗裝置

三、粉塵爆炸和氣體爆炸的比較

氣體爆炸的燃料是氣態(tài)，燃料在爆炸混合物中占有的體積部分是必須考慮的。而粉塵爆炸的燃料是固態(tài)，燃料所占的體積極小，基本上可以忽略不計。

三、粉塵爆炸和氣體爆炸的比較粉塵粒子比氣體分子大得多。粉塵粒子與大氣中的氧結(jié)合的反應(yīng)是一種表面反應(yīng)，其反應(yīng)速度與粒子的粒度密切相關(guān)；而氣體爆炸反應(yīng)是氣相反應(yīng)，屬于分子反應(yīng)，不像固體反應(yīng)那樣受眾多物理因素的影響。

⑴混合物的均勻性

氣體進入容器中時，它與大氣的混合可能是瞬間即完，氣體均勻混合，不易分離，也不易分層。粉塵噴撒入容器中時，其密度和粒子尺寸分布是很難保持均勻的。由于粉塵粒子受重力影響而發(fā)生沉降。

⑵顆粒度

粉塵的粒度、形狀及表面條件都是變量，都是影響爆炸的參數(shù)。氣體燃料與氧反應(yīng)是分子反應(yīng)，而氧和粉塵粒子間的反應(yīng)卻受氧的擴散控制，因此與表面積密切相關(guān)，表面積越大（粒度越小），反應(yīng)速率愈高。⑶燃料對大氣的稀釋

當(dāng)氣體燃料注入充滿空氣的容器中時，原始氧量相對減小，這種稀釋作用可能是相當(dāng)嚴重的。粉塵燃料進入容器時，置換體積很小。⑷初始湍流和初始壓力

最終的粉塵／空氣混合物都呈湍流。工業(yè)上的氣體／空氣混合物也可能是湍流的；但在實驗室里，大多數(shù)氣體爆炸都是發(fā)生在非湍流混合物中。在大體相同的試驗條件下，甲烷爆炸壓力大約比粉塵爆炸壓力約高50%，而前者的壓力上升速率約為后者的6~10倍。

⑸爆炸濃度

甲烷／空氣混合物的極限濃度范圍為5%~15%，最大爆炸威力出現(xiàn)在甲烷濃度為9.5%~10%時；最佳濃度約為1.1；匹茨堡煤粉的最佳濃度約為3.2。

⑹爆炸后大氣組分

對甲烷，反應(yīng)生成CO2，CO和H2。煤粉，大多數(shù)氣體產(chǎn)物是CO2，高濃度時，氣體產(chǎn)物主要是CO和H2，還形成一些甲烷。⑺點火溫度

粉塵云點火溫度，粉塵層點火溫度粉塵層的點火溫度隨粉塵層厚度增加而減小。如果厚度足夠大且有氧存在，而空氣循環(huán)又受限制，則粉塵有可能在環(huán)境溫度下著火（自燃）。

⑺點火溫度除了Al、Mg因為有防潮的氧化膜不易點火外，一般粉塵層的點火溫度比低分子量的氣體的點火溫度低得多。低的點火溫度，排除了金屬粉塵是在氣化或揮發(fā)層點火的機制，而應(yīng)是固體粒子表面氧化反應(yīng)點火機制。

第六節(jié)爆炸溫度、壓力和強度

一、爆炸溫度和壓力爆炸后系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)熱力學(xué)能=爆炸前物質(zhì)熱力學(xué)能+Q燃例5-1

已知甲烷的燃燒熱QCH4＝799.14kJ/mol，內(nèi)能UCH4＝1.82kJ/mol（300K時），原始溫度為300K時，在空氣中爆炸，試求爆炸的最高溫度與壓力。

例5-2

計算甲烷在爆炸下限時爆炸的溫度與壓力。己知QCH4＝799.14kJ，T0＝300K，P0＝1.01×105Pa，甲烷的L下＝5.3％。二、爆炸強度

壓力上升速度是衡量燃燒速度的尺度，也就是衡量爆炸強度的尺度（即爆炸強度）。

二、爆炸強度壓力上升速度的定義是，在爆炸壓力-時間曲線的上升線段通過拐點引出的切線斜率，等于壓力差除以時間差的商。

二、爆炸強度最大壓力上升速度與點燃位置有關(guān)；在容器中心點燃爆炸性混合氣體，壓力上升速度為最大；點燃位置移到容器邊緣，由于爆炸火焰很快與器壁接觸而消散了部分熱量，于是壓力上升速度就會減小，而爆炸壓力變化不大，略有下降。

圖5-20點燃位置對甲烷爆炸壓力上升速度的影響

二、爆炸強度在同樣條件下，不同的可燃氣（蒸氣）點燃后的最大壓力上升速度卻是很不相同的。

圖5-21密閉容器中甲烷和氫氣爆炸的時間過程（化學(xué)計算混合物）

二、爆炸強度最大爆炸壓力通常不受容器體積的影響，而容器的容積對爆炸強度有顯著的影響。圖5-22容器容積對丙烷爆炸的影響

“三次方定律”

氣體：粉塵：

表5-13靜止狀態(tài)點燃混合物時，幾種典型氣體的值（點燃能量E＝10J，pmax＝7.4×105Pa)

可燃氣體名稱值/105Pa?m?s-1可燃氣體名稱值/105Pa?m?s-1甲烷55氫氣550丙烷75“三次方定律”三次方定律可用來估計在一個有限空間內(nèi)，如建筑物或容器中爆炸所造成的后果。

“三次方定律”混合物的組成、容器的形狀、容器中的混合情況、點燃源能量的大小，對和均有影響，但當(dāng)這些條件相同時，則爆炸指數(shù)和可視為一個特定的物理常數(shù)。

二、爆炸強度最大壓力和最大壓力上升速率與初始壓力成直線關(guān)系；當(dāng)初始壓力超過常壓時，將使最大爆炸壓力、最大壓力上升速度值成比例增加；壓力降低到常壓以下時，特性值將相應(yīng)地減少，直到爆炸不至傳播時為止。

圖5-23初始壓力對最大爆炸壓力和速率的影響

圖5-24過高的初始壓時，丙烷的爆炸特性值（容器7L/能量≥10J）

第七節(jié)爆炸災(zāi)害

一、爆炸沖擊波及其破壞（一）爆炸沖擊波粉塵爆炸或氣體爆炸（爆燃或爆轟）導(dǎo)致反應(yīng)前沿從引燃源處向外移動，其前面是沖擊波或壓力波前沿。可燃物質(zhì)消耗完后，反應(yīng)前沿終止，但是壓力波繼續(xù)向外移動。沖擊波由壓力波和隨后的風(fēng)組成。

圖5-25固定位置處的沖擊波壓力

沖擊波超壓的測量如果壓力傳感器與沖擊波垂直，所測得的超壓被稱為側(cè)向(side-on)超壓，有時也稱為自由場(free-field)超壓。如果壓力傳感器面對著即將來臨的沖擊波放置，那么測得到的壓力是反射（reflected）超壓。反射超壓包括側(cè)向超壓和滯止壓力。滯止壓力起因于當(dāng)移動的氣體與壓力傳感器撞擊時的減速。

沖擊波超壓的測量對于低的側(cè)向超壓，反射超壓大約是側(cè)向超壓的兩倍；對于強的沖擊波，反射超壓能達到8倍，或更多倍的側(cè)向超壓值。當(dāng)沖擊波垂直于墻，或所關(guān)注的物體達到時，反射超壓最大，且隨著偏離垂直的角度變化而減小。一般情況下，超壓意味著側(cè)向超壓，且往往是側(cè)向超壓峰值。

（二）沖擊波破壞

沖擊波破壞可基于壓力波作用在建筑物上導(dǎo)致的側(cè)向超壓峰值來確定的。一般情況下，破壞也是壓力上升速率和沖擊波持續(xù)時間的函數(shù)。

（二）沖擊波破壞超壓可由TNT當(dāng)量，記為mTNT，和距離地面上爆炸原點的距離r來估算。比擬超壓ps

圖5-26發(fā)生在平坦地面的TNT爆炸的最大側(cè)向超壓鋒值與比擬距離的關(guān)系

（二）沖擊波破壞圖中的數(shù)據(jù)僅對發(fā)生在平整地面上的TNT爆炸有效。對于發(fā)生在敞開空氣中的遠遠高于地面的爆炸，由圖中得到的超壓應(yīng)乘以0.5。發(fā)生在化工廠中的大多數(shù)爆炸都被認為是發(fā)生在地面上。

（二）沖擊波破壞（二）沖擊波破壞使用所建立的熱力學(xué)模型計算爆炸能，將能量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的一定質(zhì)量的TNT，使用比擬規(guī)律和圖5-26的關(guān)系估算超壓，使用表5-17估算損壞。

例5-3

1kg的TNT發(fā)生爆炸。計算離爆源30m處的超壓。

（三）沖擊比超壓的計算TNT當(dāng)量法TNO多能法Baker-Strehlow法1．TNT當(dāng)量法

TNT當(dāng)量是將已知能量的可燃燃料等同于當(dāng)量質(zhì)量的TNT的一種簡單方法。方法是建立在假設(shè)燃料爆炸的行為如同具有相等能量的TNT爆炸的基礎(chǔ)之上的。

1．TNT當(dāng)量法TNT爆炸能的典型值是1120cal/g=4686kJ/kg。對于可燃氣體，可用燃燒熱來替代爆炸能。對于大多數(shù)可燃氣云，爆炸效率估計在1%至10%之間變化。對于丙烷、二乙醚和乙炔的可燃氣云，其爆炸效率分別是5%、10%和15%。

TNT當(dāng)量法使用步驟

確定參與爆炸的可燃物質(zhì)的總量。估計爆炸效率，使用方程5-22計算TNT當(dāng)量質(zhì)量。使用方程5-19和圖5-26（或方程5-21）給出的比擬定律，估算側(cè)向超壓峰值。使用表5-17估算普通建筑和過程設(shè)備所受的破壞。2．TNO多能法

TNO方法確定過程中的受限體積，給出相對的受限程度，然后確定該受限體積對于超壓的貢獻使用半經(jīng)驗曲線確定超壓。該模型的基礎(chǔ)是爆炸能量高度依賴于聚集程度，很少依賴于蒸氣云中的燃料。

Baker-Strehlow法

這種方法基于火焰速度，其根據(jù)以下三種因素來選擇：泄漏物質(zhì)的活性，過程單元的火焰擴展特性（這與約束和空間形狀有關(guān)），過程單元內(nèi)的障礙物密度。

Baker-Strehlow法TNO法傾向于預(yù)測近場處的高壓Baker-Strehlow法傾向于預(yù)測遠場處的高壓但是TNO多能法和Baker-Strehlow法在本質(zhì)上是等價的。兩種方法比TNT當(dāng)量法需要更多的信息和詳細的計算。二、爆炸拋射物的破壞

發(fā)生在受限容器或結(jié)構(gòu)內(nèi)的爆炸能使容器或建筑物破裂，導(dǎo)致碎片拋射，并覆蓋很寬的范圍。碎片或拋射物能引起較嚴重的人員受傷、建筑物和過程設(shè)備受損。

二、爆炸拋射物的破壞拋射物通常意味著事故在整個工廠內(nèi)傳播。工廠內(nèi)某一區(qū)域的局部爆炸將碎片拋射到整個工廠。這些碎片打擊儲罐、過程設(shè)備和管線，導(dǎo)致二次火災(zāi)或爆炸。

圖5-28爆炸碎片的最大水平射程

第六章火災(zāi)爆炸的預(yù)防及控制

第一節(jié)著火源的控制

為預(yù)防火災(zāi)或爆炸災(zāi)害，對著火能源的控制是一個重要問題。引起火災(zāi)爆炸事故的能源主要有以下幾個方面、即明火、高溫表面、摩擦和碰撞、絕熱壓縮、自行發(fā)熱、電氣火花、靜電火花、雷擊和光熱射線等。

一、明火及高溫表面

工廠中的明火是指生產(chǎn)過程中的加熱用火和維修用火，這就是所謂的生產(chǎn)用火；另外還有則是非生產(chǎn)用人，如取暖用火、焚燒、吸煙等與生產(chǎn)無關(guān)的明火。一、明火及高溫表面對于易燃液體的加熱應(yīng)盡量避免采用明火。一般溫度加熱時可采用蒸氣或過熱水；較高溫度時也可采用其他載熱體加熱，但熱載體的加熱溫度必須低于其安全使用溫度。一、明火及高溫表面對化工企業(yè)來說動火的含義應(yīng)該明確，凡是動用明火或可能產(chǎn)生火花的作業(yè)都屬于動火范圍，應(yīng)辦理動火審批手續(xù)。

設(shè)立固定動火區(qū)應(yīng)符合的條件

固定動火區(qū)距易燃易爆設(shè)備、貯罐、倉庫、堆場等應(yīng)符合國家防火規(guī)范的防火間距要求；區(qū)內(nèi)可燃氣體含量在可燃氣允許含量以下；在生產(chǎn)裝置正常放空時可燃氣不致擴散到動火區(qū)；室內(nèi)動火區(qū)，應(yīng)與防爆生產(chǎn)現(xiàn)場隔開，不準有門窗串通，允許開的門窗要向外開，道路要暢；周圍10米以內(nèi)不得存放易燃易爆物；區(qū)內(nèi)備有足夠的滅火器具。一、明火及高溫表面禁火區(qū)動火，必須填寫書面申請單，經(jīng)審查批準。手續(xù)不齊，沒有批準的動火證，操作工可拒絕作業(yè)。領(lǐng)導(dǎo)不采取必要措施、不辦理動火申請手續(xù)，強迫工人冒險作業(yè)，是違法行為，必須對由此面造成的后果負全部責(zé)任。

一、明火及高溫表面對化學(xué)危險品的生產(chǎn)設(shè)備，管道維修動火前必須進行清洗、掃線、置換。此外對附近的地面、陰溝也要用水沖洗。動火分析

在動火前必須進行動火分析，一般不要早于動火前半小時。如動火中斷半小時以上，應(yīng)重做分析。化工企業(yè)的動火標準是，爆炸下限＜4％的，動火地點可燃物濃度＜0.2％為合格；爆炸下限＞4％的，則現(xiàn)場可燃物含量＜0.5％為合格。國外動火分析合格標準有的取爆炸下限的1/10。二、摩擦與撞擊

摩擦與沖擊往往成為引起火災(zāi)爆炸事故的原因。如在紡織廠，由于棉花中的釘子、石頭等在打棉機里摩擦，而使棉花著火；機器上軸承等摩擦發(fā)熱起火；金屬零件、鐵釘?shù)嚷淙敕鬯闄C、反應(yīng)器、提升機等設(shè)備內(nèi)，由于鐵器和機件的撞擊起火；防止火花生成的措施

機器上的軸承等轉(zhuǎn)動部件，應(yīng)保證有良好的潤滑及時加油，并經(jīng)常清除附著的可燃污垢，機件摩擦部分錘子、扳手等工具應(yīng)用鈹青銅或鍍銅的鋼制作為防止金屬零件等落入設(shè)備或粉碎機里，在設(shè)備進料前應(yīng)裝磁力離析器，不宜使用磁力離析器的如特危險的硫、碳化鈣等的破碎，應(yīng)采用惰氣保護防止火花生成的措施輸送氣體或液體的管道，應(yīng)定期進行耐壓試驗，防止破裂或接口松脫噴射起火凡是撞擊或摩擦的兩部分都應(yīng)采用不同的金屬制成(如銅與鋼)，通風(fēng)機冀應(yīng)采用銅鋁合金等不發(fā)生火花的材料制做搬運金屬容器，嚴禁在地上拋擲或拖拉，在容器可能碰撞部位復(fù)蓋不發(fā)生火花的材料防止火花生成的措施防爆生產(chǎn)廠房，應(yīng)禁止穿帶鐵釘?shù)男?，地面?yīng)鋪不發(fā)火材料地坪吊裝盛有可燃氣和液體的金屬容器用吊車，應(yīng)經(jīng)常重點檢查，以防吊繩斷裂、吊鉤松滑造成墜落沖擊發(fā)火在處理燃點較低或起爆能量較小的物質(zhì)如二硫化碳、乙醚、乙醛、汽油、環(huán)氧乙烷、乙炔等時，特別要注意不要發(fā)生摩擦和沖擊三、絕熱壓縮

絕熱壓縮的點燃現(xiàn)象，在柴油機中廣為應(yīng)用。在爆炸性物質(zhì)的處理中，如果其中含有微小氣泡時，有可能受到絕熱壓縮，導(dǎo)致意想不到的爆炸事故。四、防止電氣火花

電氣火花種類高電壓的火花放電弧光放電接點上的微弱火花爆炸性物質(zhì)的分類

I類：礦井甲烷；Ⅱ類：工廠爆炸性氣體、蒸氣、薄霧；Ⅲ類：爆炸性粉塵、易燃纖維。爆炸性氣體分級

礦井甲烷為Ⅰ級；工廠爆炸性氣體分成三級，即ⅡA、ⅡB、ⅡC；這些物質(zhì)按其引燃溫度的不同又分為T1、T2、T3、T4、T5、T6六組

爆炸性粉塵分級爆炸性粉塵（包括易燃纖維）按其物理性質(zhì)分為ⅢA、ⅢB兩級；按自燃溫度分為T1-1、T1-2、T1-3三組。氣體爆炸危險環(huán)境的分區(qū)

0級區(qū)域（簡稱0區(qū)）：在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續(xù)地、短時間頻繁地出現(xiàn)或長時間存在的場所。1級區(qū)域（簡稱1區(qū)）：在正常情況下，爆炸性氣體混合物有可能出現(xiàn)的場所。2級區(qū)域（簡稱2區(qū)）：在正常情況下，爆炸性氣體混合物不能出現(xiàn)，僅在不正常情況下偶而短時間出現(xiàn)的場所。粉塵爆炸危險環(huán)境的分區(qū)10級區(qū)域：在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣的混合物，可能連續(xù)地、短時間內(nèi)頻繁地出現(xiàn)或長時間存在的場所。11級區(qū)域：在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣的混合物不能出現(xiàn)，僅在不正常的情況下偶而短時間出現(xiàn)的場所。防爆電氣設(shè)備的分類

隔爆型（d）增安型（c）本質(zhì)安全型（i）正壓型（P）充油型（o）充砂型（q）防爆特殊型（s）無火花型（n）防爆電氣設(shè)備的防爆標志及選型

電氣設(shè)備I類隔爆型，標志為dI；Ⅱ類隔爆型B級T3組其標志為dⅡBT3；Ⅱ類本質(zhì)安全型Ia級B級T5組，其標志為iaⅡBT5。主體為增安型，其他部件為隔爆型B級T4組，則其標志為edⅡBT4。第二節(jié)靜電及其控制

工業(yè)中，常見的靜電產(chǎn)生的情況有：通過管道抽吸不導(dǎo)電的液體、混合不能互溶的液體、用空氣輸送固體和泄漏的蒸氣與沒有接地的導(dǎo)體接觸。第二節(jié)靜電及其控制工廠中，對于可能存在可燃性蒸氣的操作，電荷積累超過0.1mJ就被認為是危險的。該電量的靜電很容易產(chǎn)生，在地毯上行走所產(chǎn)生的靜電積累平均為20mJ，電壓超過了幾千伏。一、靜電的產(chǎn)生

根據(jù)雙電層概念，在兩物質(zhì)緊密接觸后分離，當(dāng)其接觸間距達到或小于25×10-8cm時，在其接觸的界面上會產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移，失去電子的物質(zhì)帶正電，得到電子的物質(zhì)帶負電。電子的轉(zhuǎn)移是靠“逸出功”來實現(xiàn)的?！耙莩龉Α?/p>

就是一個自由電子從金屬內(nèi)轉(zhuǎn)移到金屬外所需做的功，也稱為功函數(shù)，用來表示，單位為電子伏特（eV）。一般金屬的功函數(shù)在3—5eV之間?！耙莩龉Α币莩龉Ω哒邘ж撾姡ǐ@得電子），低者帶正電（失去電子）。A、B兩金屬板由于逸出功不同，當(dāng)緊密接觸分離后就帶上了靜電荷。靜電帶電序列表

表中偏（+）端的功函數(shù)低，偏（-）端的功函數(shù)高，亦即是說處于前者的物質(zhì)帶正電，后者帶負電。二、靜電的積聚及其影響因素

（一）靜電的積聚接觸和摩擦帶電雙層帶電感應(yīng)帶電輸送帶電（二）靜電積聚的影響因素

1.電阻率在研究固體帶靜電時，用表面電阻率研究液體帶靜電時，則用體電阻電阻率高的物體其導(dǎo)電性差，電子難以流失，自身也不易獲得電子；電阻率低的物質(zhì)，導(dǎo)電性能好，電子獲得和流失均較容易。1.電阻率電阻率在1011—1015·cm者，極易積聚靜電，危害較大，是防靜電的重點；至于電阻率大于1015·cm者，不易產(chǎn)生靜電，但若一旦產(chǎn)生靜電，也較難消除。2.介電常數(shù)

介電常數(shù)也稱電容率，它同電阻率一起決定著靜電產(chǎn)生的結(jié)果和狀態(tài)。當(dāng)流體的相對介電常數(shù)超過20，不論是管道連續(xù)輸送還是貯運，當(dāng)有接地裝置時都不會產(chǎn)生靜電積聚。3.靜電消散的半衰期t1/2

靜電愈不容易泄漏，危險性愈大。通常取帶電體上靜電電量泄漏到原來一半所需要的時間叫靜電消散半衰期。半衰期是判斷靜電積聚的重要參數(shù)，靜電半衰期t1/2＜0.012s的，可以認為其靜電的積聚是安全的。三、靜電放電

火花放電是兩種金屬物體間的放電。

傳播電極放電

接地導(dǎo)電體接近由導(dǎo)電體做襯里的帶電絕緣體時的放電。這些放電都具有較高的能量，能引燃可燃性氣體和粉塵。尖端放電

是發(fā)生在粉塵堆圓錐表面上的一種電極型放電。高電阻率的粉塵（>1010ohmm）粗糙顆粒的粉塵（直徑>1mm）具有高電荷質(zhì)量比的粉塵充裝速度大于0.5kg/s。電刷放電

是有著相對尖點的導(dǎo)電體（半徑為0.1—100mm）與另外一個導(dǎo)電體或帶電的絕緣體表面之間的放電。來自導(dǎo)電體的放電以像刷子的形狀發(fā)光。放電強度沒有點對點的火花放電強度強，不大可能引燃粉塵。然而，電刷放電能引燃可燃性氣體。電弧放電

是來自粉塵上方空氣中的云團放電。由實驗得知，類似閃電的放電，在體積小于60m3的容器或直徑小于3m的塔中是不會發(fā)生的。電暈放電

同電刷放電類似。電極導(dǎo)體有尖點。來自這種電極的放電具有足夠的能量能引燃最敏感的氣體。四、流動電流

流動電流IS是流動的液體或固體將電子由一個表面轉(zhuǎn)移至另一個表面所產(chǎn)生的電子流動。當(dāng)液體或固體流經(jīng)管道（金屬或玻璃）時，靜電在流動的物質(zhì)上產(chǎn)生。該電流同電路中的電流類似。松弛時間

松弛時間是電荷被泄漏驅(qū)散所需要的時間五、靜電電壓差

圖6-4流體流動導(dǎo)致的加料管線上電荷的聚積

從金屬管線接地至玻璃管末端的電壓，由以下公式計算：例6-1

如圖6-5中所示，計算的裝料噴嘴和接地儲罐間形成的電壓。另外，計算存儲在噴嘴中的能量和積累在液體中的能量。分析說明在以下兩個流速條件下的潛在危害。（1）31gpm；（2）150gpm。已知軟管長度為20ft；軟管直徑為2in；液體導(dǎo)電率為10-8mho/cm；介電常數(shù)為25.7；密度為0.88g/cm3。六、電荷平衡

擁有數(shù)個進、出口管線的容器六、電荷平衡

對于這類系統(tǒng)，需要用電荷平衡來建立電荷和積累的能量的時間函數(shù)。通過考慮流入的電流、流出的液體所攜帶的電荷，以及由于松弛所導(dǎo)致的電荷損失，來建立電荷平衡。例6-2

將甲苯充裝入50,000gal的大型容器內(nèi)。當(dāng)容器充滿一半時，計算充裝操作期間的Q和J，其中：F=100gpm；IS=1.5×10-7amp；液體傳導(dǎo)率=10-14mho/cm；介電常數(shù)=2.4。例6-3

圖6-7顯示了一個內(nèi)嵌的汽水閥將水由過程流體中移走。請計算：（1）當(dāng)容器內(nèi)液體剛好達到溢出線時的Q和J，容器初始為空。（2）平衡條件（t=）下的Q和J.（3）如果平衡條件達到后就停止流動，將積累的電荷減少到平衡電荷的一半所需的時間。（4）在平衡條件下，隨放電而移走的電荷。已知：容器體積=5gal；甲苯流動速率=100gpm；流動電流IS=1.5×10-7amp（由于管線內(nèi)的過濾器而產(chǎn)生高值）；液體導(dǎo)電率=10-14mho/cm；介電常數(shù)=2.4；初始容器電荷=2×10-7庫侖七、靜電的危害

1、引起火災(zāi)爆炸靜電引起火災(zāi)爆炸的原因是靜電放電火花能量達到周圍可燃物的最小點火能量而引起?；鸹ǚ烹姷哪芰渴俏矬w上的積聚的電量、物體的電容和物體電壓的函數(shù)。

例6-4

當(dāng)向槽車中裝苯時產(chǎn)生靜電，測得靜電壓為1000V，電容為1.0×10-9F，如發(fā)生靜電放電，問放電能量能否引起苯的燃燒或爆炸?靜電火花引起火災(zāi)爆炸事故必須具備下列條件

要具備產(chǎn)生靜電的條件。要具備產(chǎn)生火花放電的電位。有能產(chǎn)生火花放電的條件。放電火花有足夠能量。現(xiàn)場環(huán)境有易燃易爆混合物。圖6-8最小引燃能與靜電放電能量的比較

⑵電擊傷害

生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的靜電所引起的電擊一般不致直接使人致命，但由此造成二次事故，如電擊使人墜落或摔倒，或引起工作人員精神緊張，妨礙工作，甚至產(chǎn)生其他危害，是不能忽視的。⑶妨礙生產(chǎn)

由于靜電力的存在，影響粉體的過濾和輸送；使纖維纏結(jié)、吸附塵土；靜電火花使膠片感光，降低質(zhì)量；使電子自動儀器受干擾，甚至使無線電通訊受到破壞等。易于形成高靜電位的單元操作

高電阻率液體如二硫化碳、苯、汽油等在管道輸送或自容器轉(zhuǎn)注時。壓縮或液化氣體，自噴嘴或裂縫噴出，尤其當(dāng)含有雜質(zhì)（包括乳化液或懸浮固體）時。某些粉體在管道中輸送時。高電阻物料在攪拌、過濾、壓碎、研磨、過篩時。傳動帶傳動、皮帶輸送時。二物料壓緊、剝離，膠片涂片時等。八、靜電的控制

（一）從工藝上控制靜電產(chǎn)生1.合理設(shè)計與選材利用靜電序列表，盡可能選用相互摩擦或接觸的兩種物質(zhì)的帶電序列位置接近，以降低靜電產(chǎn)生；使物料與不同材料制成的設(shè)備相接觸，產(chǎn)生不同電性的靜電．以消除物料所帶靜電。

1.合理設(shè)計與選材在有火災(zāi)爆炸危險場所，設(shè)備管道盡可能光滑平整無棱角，管徑無驟變；皮帶傳動應(yīng)用導(dǎo)電皮帶，運轉(zhuǎn)速度要慢，要防止過載打滑、脫落，防止皮帶與皮帶罩相互摩擦；輸送高電阻率液體應(yīng)自底部注入或自器壁緩緩流入器內(nèi)；盡量減少過濾器，并安裝在管路的起端2.松弛

當(dāng)將液體通過位于容器上部的管道抽吸到容器中時，分離過程產(chǎn)生流動電流是電荷積累的基礎(chǔ)。在管道剛要進入儲罐處，通過增加一個放大截面的管道，可能會相當(dāng)大地減少靜電危害。該控制提供了通過松弛來減少電荷的積累時間。2.松弛在實際情況中，發(fā)現(xiàn)控制時間等于或大于所計算得到的松弛時間的1.5倍，該時間對于消除電荷積累來說足夠了。因此，“兩倍松弛時間”準則提供的安全系數(shù)為4。3.控制流速

對于液體物料的輸送，通過控制流速可限制靜電的產(chǎn)生。烴類油管管徑與流速應(yīng)滿足如下關(guān)系

≤0.64原中石化總公司規(guī)定，鐵路罐（槽）車浸沒裝油速度應(yīng)滿足下式關(guān)系：汽車罐（槽）車浸設(shè)裝油速度應(yīng)滿足的關(guān)系。4.控制雜質(zhì)和水分

在油品輸送過程中，當(dāng)油料帶有水分時，必須將流速限制在1m/s以下，否則，將會產(chǎn)生危險的靜電。5.控制溫度

當(dāng)不同溫度油品混和時，由于溫差，出現(xiàn)擾動也會產(chǎn)生靜電。（二）泄漏導(dǎo)走靜電

1.空氣增濕在工藝條件允許的情況下，增加空氣相對濕度可以降低靜電非導(dǎo)體的絕緣性。一般相對濕度在80％時幾乎不帶靜電，在70％時就能減少帶靜電的危險。2.加抗靜電劑

加入抗靜電劑使靜電非導(dǎo)體增加吸濕性或?qū)щ娦?，從而改變物質(zhì)的電阻率，加速靜電荷的泄漏。在傳動帶上涂一層工業(yè)甘油（50％），由于吸濕使皮帶表面形成一層水膜，也可達到防靜電目的。3.靜電接地或連接

靜電接地是將帶電物體的電荷通過接地導(dǎo)線迅速引入大地，避免出現(xiàn)高電位，這是消除對地電位差的一個基本措施。但它只能消除帶電導(dǎo)體表面的自由電荷，對非導(dǎo)體的靜電荷，效果是不大的。應(yīng)靜電接地的一般對象

生產(chǎn)或加工易燃液體和可燃氣體的設(shè)備及有關(guān)貯罐、氣柜、輸送管道、閘門、通風(fēng)管及以金屬絲網(wǎng)、過濾器等；輸送可燃性粉塵的管道和生產(chǎn)設(shè)備如混合器、過濾器、壓縮氣、干燥器、吸收裝置、磨篩等；注油或有機溶劑設(shè)備和油槽車，包括注油棧橋、鐵軌機、油桶、磅秤、加油管、漏斗、容器及裝卸油的船舶等。3.靜電接地或連接為防止感應(yīng)帶電，凡有火災(zāi)爆炸危險場所，對平行管道間距小于10cm時，每隔10m應(yīng)有跨線；金屬梁柱、構(gòu)架與管道、金屬設(shè)備、平臺也應(yīng)相互連接并接地。3.靜電接地或連接連接和接地將整個系統(tǒng)的電壓減少到地面水平，或者零電壓。這也消除了系統(tǒng)各部分之間積累的電荷，消除了潛在的靜電火花。圖6-9儲罐和容器的連接和接地方法

圖6-9儲罐和容器的連接和接地方法

圖6-9儲罐和容器的連接和接地方法

圖6-10閥門、管道和法蘭的連接方法

3.靜電接地或連接玻璃和塑料襯里的容器，通過襯墊或金屬探針接地。當(dāng)操作具有低導(dǎo)電性的液體時，該技術(shù)無效。這種情況下，充裝管線應(yīng)延伸到容器的底部，以幫助消除來自充裝操作中分離過程導(dǎo)致的電荷（和聚集）。另外，充裝速度應(yīng)該足夠低，以便使由流動電流產(chǎn)生的電荷最少。圖6-11玻璃襯里容器接地

圖6-12插入管是為了避免自由下落和靜電電荷的積聚

4.浸漬管

延伸的管線，有時也叫做浸漬腿，或浸漬管，減少了當(dāng)液體被允許自由下落時的靜電積聚。然而當(dāng)使用浸漬管時，必須十分小心，要防止充裝停止時，液體因虹吸而倒流出來。5.靜置存放

裝料時液面電壓峰值常出現(xiàn)在停泵后5—10s時間內(nèi)，然后逐步衰減，其過程隨油品不同而異，因此停泵后不許馬上檢測、取樣。（三）采用中和電荷的方法

這類方法主要是裝靜電消除器(也叫靜電中和器)。靜電中和器就是能產(chǎn)生相反電荷離子的裝置。由于產(chǎn)生了相反電荷離子，物體上的靜電荷得到相反符號電荷的中和，從而消除靜電的危害。（四）人體防靜電

1.人體防靜電措施在工作時穿防靜電工作鞋，電阻應(yīng)小于1×108；禁止穿羊毛或化纖厚襪；穿防靜電工作服或手套和帽子，不穿厚毛衣，可穿棉制品服裝。1.人體防靜電措施在人體必須接地的場所，應(yīng)有金屬接地棒，當(dāng)手接觸時即可導(dǎo)走人體靜電。坐著工作，可在手腕上佩帶接地腕帶等。2.導(dǎo)電工作地面

產(chǎn)生靜電場所的工作地面應(yīng)是靜電的導(dǎo)體，其泄漏電阻既要小到防止人體積聚靜電，又要考慮不會由于誤觸動力電導(dǎo)致人體傷害。導(dǎo)電性地面通常指電阻率在106·m以下的材料制成的地面。2.導(dǎo)電工作地面定時灑水方法使混凝土地面、嵌本地板濕潤，使橡膠、塑料貼面及油漆地面形成水膜，增加導(dǎo)電性。每班灑水至少1—2次，當(dāng)空氣相對濕度在30％以下時應(yīng)多灑幾次。3.安全操作

在工作中盡量不做與人體靜電放電有影響的事，如在工作場所不穿脫衣服鞋帽等。在有靜電危險場所操作、巡視、檢查等活動時，不得攜帶與工作無關(guān)的金屬物品，如鑰匙、硬幣、手表、戒指等。第三節(jié)惰化

惰化是把惰性氣體加入到可燃性混合氣體中，使氧氣濃度減少到極限氧濃度（LOC）以下的過程。惰性氣體通常是氮氣或二氧化碳，有時也用水蒸汽。對于大多數(shù)氣體，LOC大約為10%，對于大多數(shù)粉塵，LOC大約為8%。第三節(jié)惰化惰化最初是用惰性氣體吹掃容器，以使氧氣濃度降至安全濃度以下。通常使用的控制點比LOC低4%，也就是說，如果LOC為10%，那么控制點就是氧氣濃度為6%。第三節(jié)惰化真空惰化壓力惰化壓力-真空聯(lián)合惰化使用不純的氮氣進行真空和壓力惰化吹掃惰化虹吸惰化1.真空惰化

對于大型儲罐不適用因為，它們通常沒有針對真空來進行設(shè)計，通常僅能承受幾十毫米水柱的壓力。反應(yīng)器通常是針對完全真空設(shè)計的，對反應(yīng)器來說，真空惰化是很普通的過程。

真空惰化的步驟對容器抽真空直到達到需要的真空為止用諸如氮氣或二氧化碳等惰性氣體來消除真空，直到大氣壓力重復(fù)步驟⑴和⑵，直到達到所需要的氧化劑濃度。圖6-13真空惰化循環(huán)

1.真空惰化假設(shè)遵守理想氣體狀態(tài)方程，每一壓力下的總摩爾數(shù)為：

低壓PL和高壓PH下氧的摩爾數(shù)通常使用Dalton定律計算：1.真空惰化當(dāng)真空被純氮氣消除后，氧的摩爾數(shù)與在真空狀態(tài)下的一樣，氮氣的摩爾數(shù)增加。新的（低的）氧濃度為：1.真空惰化如果真空和惰化消除過程重復(fù)進行，第二次惰化后的濃度為：

j次惰化循環(huán)后（即真空和消除）的濃度，由下面的普遍性方程給出：1.真空惰化每一次循環(huán)所添加的氮氣的總摩爾數(shù)為一常數(shù)。j次循環(huán)后，氮氣的總摩爾數(shù)為：例6-5

使用真空惰化技術(shù)將1000gal容器內(nèi)的氧氣濃度降低至1ppm。計算需要惰化的次數(shù)和所需要的氮氣數(shù)量。溫度為75℉，容器剛開始是在周圍環(huán)境條件下充入空氣。使用真空泵達到20mmHg的絕對壓力，隨后真空被純氮氣消除，直到壓力恢復(fù)至1個絕對大氣壓。2.壓力惰化

容器通過添加帶壓的惰性氣體而得到壓力惰化。添加的氣體擴散并遍及整個容器后，與大氣相通，壓力降至周圍環(huán)境壓力。將氧化劑濃度降至所期望的濃度可能需要一次以上的壓力循環(huán)。2.壓力惰化2.壓力惰化因為容器是使用純氮氣加壓，因此，在加壓過程中氧氣的摩爾數(shù)不變，但摩爾百分比含量減少。在降壓過程中，容器內(nèi)氣體組成不變，但總摩爾數(shù)減少。因而，氧氣的摩爾百分比含量不變。2.壓力惰化壓力惰化較真空惰化的優(yōu)點是潛在的循環(huán)時間減少了。加壓過程比相對較慢的制造真空的過程要快的多。另外，隨著絕對真空的減少，真空系統(tǒng)的容量急劇減少。然而，壓力惰化需要較多的惰性氣體。

例6-6

使用壓力惰化技術(shù)，將例題6-5中的相同容器中的氧氣濃度減少。計算使用壓力為80psig、溫度為75℉的純氮氣將氧氣濃度降低至1ppm所需要的惰化次數(shù)。另外，計算所需要的氮氣總量。比較兩種惰化過程所需要的氮氣的數(shù)量。3.壓力-真空聯(lián)合惰化

某些情況下，壓力和真空兩者可同時使用來惰化容器。計算過程依賴于是否容器被首先抽空或加壓。圖6-15初始加壓的真空-壓力惰化

3.壓力-真空聯(lián)合惰化

這種情況下，循環(huán)的開始定義為初始加壓的結(jié)束。如果初始氧氣摩爾百分比為0.21，初始加壓后的氧氣摩爾百分比由下式給出：

3.壓力-真空聯(lián)合惰化在該點處，剩余的循環(huán)與壓力惰化相同；然而，循環(huán)的次數(shù)j為初始加壓后的循環(huán)次數(shù)。圖6-16初始抽真空的真空-壓力惰化

3.壓力-真空聯(lián)合惰化這種情況下，循環(huán)的開始定義為初始抽真空的結(jié)束。該點處的氧氣摩爾百分比與初始摩爾百分比相同。另外，剩余的循環(huán)同真空惰化操作相同，然而，循環(huán)次數(shù)j是初始抽真空后的循環(huán)次數(shù)。4.使用不純的氮氣進行真空和壓力惰化

為真空和壓力惰化而建立的方程，僅能應(yīng)用于純氮氣的情況。如今的許多氮氣分離過程并不能提供純凈的氮氣，它們提供的氮氣典型值為98%及以上。4.使用不純的氮氣進行真空和壓力惰化假設(shè)氮氣中含有恒定摩爾百分比為yoxy的氧氣。對于壓力惰化過程，初次加壓后，氧氣的總摩爾數(shù)為初始摩爾數(shù)加上包含在氮氣中的氧氣的摩爾數(shù)，其值為：4.使用不純的氮氣進行真空和壓力惰化初次加壓后，容器內(nèi)的總摩爾數(shù)由方程6-13給出。因此，該循環(huán)結(jié)束后氧氣的摩爾百分比為：4.使用不純的氮氣進行真空和壓力惰化對于第j次壓力循環(huán)后的氧氣濃度，該結(jié)果可普遍化為以下遞歸方程和普遍化方程：5.各種壓力和真空惰化過程的優(yōu)缺點

壓力惰化較快，因為壓力差較大；然而，壓力惰化比真空惰化需要使用更多的惰性氣體。真空惰化使用較少的惰性氣體，因為氧氣濃度主要由抽真空來減少。當(dāng)真空和壓力聯(lián)合惰化時，同壓力惰化相比，使用的氮氣較少，尤其是如果初始循環(huán)為真空循環(huán)時。6.吹掃惰化

吹掃惰化過程是在一個開口處將惰化氣體加入到容器內(nèi)，并從另外一個開口處將混合氣體從容器內(nèi)抽出到環(huán)境中。當(dāng)容器或設(shè)備沒有針對壓力或真空劃分等級時,通常使用該惰化過程；惰化氣體在大氣環(huán)境壓力下被加入和抽出。6.吹掃惰化假設(shè)氣體在容器內(nèi)完全混合、溫度和壓力為常數(shù)。在這些條件下，排出氣流的質(zhì)量或體積流率等于進口氣流。容器周圍的物質(zhì)平衡為:6.吹掃惰化進入容器的氧化劑的質(zhì)量或體積流量是C0Qv，流出的氧化劑流量是CQv。方程重新整理和積分得：6.吹掃惰化將氧化劑濃度從C1減少至C2，所需要的惰性氣體的體積為CQv，使用方程6-26計算：對于許多系統(tǒng)，C0=0。

例6-7

某儲罐內(nèi)裝有體積百分比為100%的空氣，必須用氮氣進行惰化至氧氣的體積百分比濃度低于1.25%。容器的體積為1000ft3。假設(shè)氮氣中含有0.01%的氧氣，請問必須添加多少氮氣？7.虹吸惰化

如例6-7所說明的，吹掃惰化過程需要大量的氮氣。當(dāng)惰化大型容器時，代價會很高。使用虹吸惰化可使這種類型的惰化費用降至最低。7.虹吸惰化虹吸惰化過程一開始將容器用液體充滿，所使用的液體是水，或其它任何能與容器內(nèi)的產(chǎn)品互溶的液體。惰化氣體隨后在液體排出容器時加入到容器的氣相空間。惰化氣體的體積等于容器的體積，惰化速率等于液體體積排放速率。7.虹吸惰化在使用虹吸惰化過程中，首先是將容器中充滿液體，然后，使用吹掃惰化過程將氧氣從剩余的頂部空間移走。使用該方法，對于額外的吹掃惰化，僅需要少許額外的費用就能將氧氣濃度降低至低濃度。第四節(jié)可燃性圖表及其應(yīng)用

一、可燃性圖表

四個關(guān)鍵點純凈的氧氣純凈的氮氣純凈的燃料氣純凈的空氣三條線空氣線LOC線化學(xué)劑量組成線一個區(qū)域可燃區(qū)域由可燃性圖表，可得出以下結(jié)論：

如果兩種氣體混合物R和S混合在一起，那么得到的混合物的組成位于可燃性圖表中連接點R和點S的直線上。最終混合物在直線上位置依賴于相結(jié)合的混合物的相對摩爾數(shù)：如果混合物S的摩爾數(shù)較多，那么混合后的混合物的位置就接近于點S。在混合期間不發(fā)生反應(yīng)，摩爾數(shù)不變，因此，組分A的摩爾平衡為：組分C的質(zhì)量平衡為：將方程6-31代入方程6-32并重新整理，得到相同，將方程6-31代入方程6-32，得到：