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(dòng)升溫，反應(yīng)自動(dòng)加速，最后出現(xiàn)火焰的過(guò)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(huì)因緩慢氧化而放出熱量，使體系溫度升高；同時(shí)體系又會(huì)通過(guò)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(shì)，體系就會(huì)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(shì)，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(huì)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(huì)使著火感應(yīng)期變長(zhǎng)。第二節(jié)鏈鎖自燃理論

一、鏈鎖自燃自燃之所以會(huì)產(chǎn)生主要由于在感應(yīng)期內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)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(guò)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(wú)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(duì)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(shuō)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^(guò)程都是極復(fù)雜的鏈鎖反應(yīng)，真正簡(jiǎn)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(guò)鏈鎖的分枝，迅速增殖活化中心來(lái)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(jiǎn)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?。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(dòng)催化反應(yīng)，鏈鎖反應(yīng)就屬于這種更為廣義的自動(dòng)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(guò)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(zhǎng)以致爆炸，還得取決于這兩者之間的關(guān)系。活化中心形成的速度

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(wú)限長(zhǎng)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(zhǎng)。當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)限長(zhǎng)時(shí)，兩者都趨向于無(wú)限大，故反應(yīng)就會(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)。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(huì)引起自燃的。若稍微提高一些溫度而使，則反應(yīng)就會(huì)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(huì)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(guò)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(duì)于氫氧混合氣來(lái)說(shuō)，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(wú)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(guò)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(duì)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(huì)，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(huì)，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(huì)越來(lái)越多，鏈的中斷速度亦就越來(lái)越大，因而當(dāng)壓力增大到某一數(shù)值時(shí)，又會(huì)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(guò)著火高界限后，若再繼續(xù)提高壓力，就會(huì)出現(xiàn)第三個(gè)爆燃界限，高于該界限后會(huì)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(lái)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(lái)越顯著，由于反應(yīng)放熱使熱量積累而引起反應(yīng)自動(dòng)加速的作用越來(lái)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(guò)對(duì)碳?xì)浠衔锖脱酰諝猓┑闹饻y(cè)定實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它們?cè)谥鹋R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(shuō)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(guò)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(guò)程，反應(yīng)陣面（reactionfront）移動(dòng)速度低于未反應(yīng)氣體中的聲速，反應(yīng)陣面主要通過(guò)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(dòng)速度比未反應(yīng)氣體中的聲速高。對(duì)爆轟來(lái)說(shuō)，主要通過(guò)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(dòng)，而爆轟則為超音速流動(dòng)。

一、爆燃

來(lái)自反應(yīng)的能量通過(guò)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(guò)程相對(duì)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(huì)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(zhǎng)（幾毫秒至數(shù)百毫秒），陣面寬而平滑。

二、爆轟

對(duì)某些反應(yīng)而言，其反應(yīng)陣面是通過(guò)強(qiáng)壓力波不斷向前傳播的，強(qiáng)壓力波通過(guò)壓縮反應(yīng)陣面前方的未反應(yīng)物料，使其溫度超過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程對(duì)于爆轟，反應(yīng)陣面的移動(dòng)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(dòng)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(guò)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(huì)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(huì)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(guò)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(duì)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(zhǎng)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(guò)程，在常壓非擾動(dòng)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(zhǎng)徑比有關(guān)。大型容器即使長(zhǎng)徑比小，也不能因此認(rèn)為不會(huì)引發(fā)爆轟。當(dāng)有相當(dāng)大的擾動(dòng)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(guò)施加一個(gè)引發(fā)源來(lái)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(guò)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(lái)進(jìn)行直接起爆，這種方法需要巨大的點(diǎn)火能量，對(duì)于一般碳?xì)淙剂?，約需105~106J；

三、爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變（DeflagrationtoDetonationTransition）另一種是通過(guò)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(guò)一定時(shí)間和距離形成激波。激波誘導(dǎo)氣流二次運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(duì)激波起驅(qū)動(dòng)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(guò)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(zhǎng)，對(duì)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(huì)變??；這是因?yàn)樵谄屏亚叭萜鞅跁?huì)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(jī)理如果爆炸是由爆轟引起的，則激波陣面的突然到來(lái)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(lái)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)于泄漏液體，只有過(guò)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(huì)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(zhǎng)度的1/10，蒸氣云爆燃時(shí)，爆源初始尺寸與爆炸長(zhǎng)度相當(dāng)。和炸藥激波相比，蒸氣云爆炸的爆炸波能級(jí)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(chǔ)存的可燃液體和液化氣體大量泄漏的結(jié)果，儲(chǔ)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(zhǎng)，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(guò)富的混和物。當(dāng)火焰蔓延到包絡(luò)著過(guò)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(huì)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(lái)。蒸氣云爆炸的破壞作用來(lái)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。可以從根本上減少系統(tǒng)中易燃物的儲(chǔ)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(guò)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(cè)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(guò)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(lái)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(guò)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(huì)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?。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(guò)程OH基起著重要作用，通過(guò)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(chǎng)所是：

室內(nèi)：通道、地溝、廠房、倉(cāng)庫(kù)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(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)1面粉簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)2白糖爆炸分析一、粉塵基礎(chǔ)知識(shí)

（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(dòng)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(jí)。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(duì)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(diǎn)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?。悍蹓m需要擴(kuò)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(gè)建筑物中，粉塵擴(kuò)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(yáng)起的擾動(dòng)所引起的。點(diǎn)火源：需要點(diǎn)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(gè)限制空間。工廠設(shè)備，如工藝設(shè)備，料倉(cāng)，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(jì)量濃度單位與氣體爆炸不同。氣體爆炸采用體積百分?jǐn)?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(lái)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(jí)，5000g/m3為上限濃度量級(jí)。在下限濃度50g/m3時(shí)，這時(shí)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(dá)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(diǎn)火源存在，就會(huì)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(dá)到可爆濃度時(shí)，又會(huì)引起“二次爆炸”。（二）粉塵爆炸的條件一般情況下是不會(huì)達(dá)到粉塵爆炸濃度的，只有在極少數(shù)強(qiáng)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(shí)，也足以使人呼吸困難，難以忍受，而且此時(shí)能見度也已受到嚴(yán)重限制，甚至達(dá)到伸手不見五指的程度。人是完全可以感受到這種危險(xiǎn)濃度的。

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

（一）粉塵爆炸的機(jī)理粉塵粒子表面通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射，從點(diǎn)源獲得點(diǎn)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(diǎn)火；成為點(diǎn)火源，使粉塵著火，從而擴(kuò)大了爆炸（火焰）范圍。

（一）粉塵爆炸的機(jī)理這一過(guò)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(guò)程中用閃光燈拍照是非常危險(xiǎn)的。

粉塵爆炸的特點(diǎn)

燃燒速度或爆炸壓力上升速度比氣體爆炸要小，但燃燒時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生的能量大；發(fā)生爆炸時(shí)，有燃燒粒子飛出，會(huì)使可燃物局部嚴(yán)重炭化和人體嚴(yán)重?zé)齻灰鸬诙伪?；伴隨有不完全燃燒，含有大量的CO，會(huì)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(guò)氧基或硝基的有機(jī)物粉塵會(huì)增加爆炸的危險(xiǎn)性。燃燒熱越高、爆炸下限濃度越低、點(diǎn)火能越小的物質(zhì)，越易爆炸?；曳至吭?5％~30％時(shí)，則不易爆炸。含有揮發(fā)分時(shí)，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(shí)，即使用強(qiáng)點(diǎn)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(xì)粉塵時(shí)，則可使粗、細(xì)混合粉塵發(fā)生爆炸3.可燃性氣體共存的影響

使用強(qiáng)點(diǎn)火源也不爆炸的粉塵，如若有可燃性氣體時(shí)，其爆炸下限會(huì)下降，從而使粉塵在更低濃度下爆炸。

4.最小點(diǎn)燃能量

最小點(diǎn)燃能量與粉塵的濃度、粒徑大小等有關(guān)；測(cè)試條件不同則測(cè)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(dá)到均勻的濃度分布是不容易的，所以測(cè)試的重現(xiàn)性不好，多數(shù)情況是經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)處理后算出來(lái)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(dá)26kg/m3之間。溫度和壓力對(duì)爆炸極限有影響，一般是溫度、壓力升高時(shí)，爆炸極限變寬。

6.水分含量

對(duì)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(xiǎn)性；對(duì)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(shí)驗(yàn)測(cè)量方法

點(diǎn)火溫度粉塵云和粉塵層的點(diǎn)火溫度都是在Godbert-Greenwald爐中測(cè)定的

點(diǎn)火能量

粉塵云的最小點(diǎn)火能量是用已知能量的電容器放電來(lái)測(cè)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(jìn)行測(cè)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(cè)量在管頂部裝一個(gè)壓力傳感器，記錄爆炸壓力隨時(shí)間變化的過(guò)程，而最大壓力上升速率則以最大壓力除以從點(diǎn)火到出現(xiàn)最大壓力的時(shí)間得到。

爆炸壓力和壓力上升速率當(dāng)容器體積V≥0.04m3時(shí)，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(shí)，必須說(shuō)明試驗(yàn)容器的體積，未說(shuō)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(shí)驗(yàn)測(cè)量方法Hartmarm管不適于用來(lái)測(cè)量爆炸威力參數(shù)；因?yàn)樗谋ㄊ覟楣軤罱Y(jié)構(gòu)，火焰很快接觸冷管壁，會(huì)損失部分燃燒反應(yīng)熱。此外，它的點(diǎn)火方式和點(diǎn)火位置也都不利于爆炸過(guò)程的迅速成長(zhǎng)。因此，Hartmarm管實(shí)際測(cè)得的爆炸威力（Kst值）較低，不適于作為設(shè)計(jì)防爆措施的參考數(shù)據(jù)。（三）粉塵爆炸基本參數(shù)及其實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法在球形試驗(yàn)裝置中進(jìn)行的系統(tǒng)性粉塵爆炸試驗(yàn)表明，隨著容器體積的增加，測(cè)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(gè)與Kst極限值相應(yīng)的容器體積，超過(guò)此體積時(shí)，爆炸強(qiáng)度不再增加。

（三）粉塵爆炸基本參數(shù)及其實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法國(guó)際上普遍使用20L容器來(lái)測(cè)定粉塵爆炸基本參數(shù)。大量試驗(yàn)證實(shí)，以20L容器所測(cè)得的爆炸特性值Kst，與用1m3容器所測(cè)得的結(jié)果基本相同圖5-1420L粉塵爆炸試驗(yàn)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(jì)。

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(jìn)入容器中時(shí)，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(shí)，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(kuò)散控制，因此與表面積密切相關(guān)，表面積越大（粒度越?。?，反應(yīng)速率愈高。⑶燃料對(duì)大氣的稀釋

當(dāng)氣體燃料注入充滿空氣的容器中時(shí)，原始氧量相對(duì)減小，這種稀釋作用可能是相當(dāng)嚴(yán)重的。粉塵燃料進(jìn)入容器時(shí)，置換體積很小。⑷初始湍流和初始?jí)毫?/p>

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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(shí)；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(duì)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(shí)，氣體產(chǎn)物主要是CO和H2，還形成一些甲烷。⑺點(diǎn)火溫度

粉塵云點(diǎn)火溫度，粉塵層點(diǎn)火溫度粉塵層的點(diǎn)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(diǎn)火溫度除了Al、Mg因?yàn)橛蟹莱钡难趸げ灰c(diǎn)火外，一般粉塵層的點(diǎn)火溫度比低分子量的氣體的點(diǎn)火溫度低得多。低的點(diǎn)火溫度，排除了金屬粉塵是在氣化或揮發(fā)層點(diǎn)火的機(jī)制，而應(yīng)是固體粒子表面氧化反應(yīng)點(diǎn)火機(jī)制。

第六節(jié)爆炸溫度、壓力和強(qiáng)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(shí)），原始溫度為300K時(shí)，在空氣中爆炸，試求爆炸的最高溫度與壓力。

例5-2

計(jì)算甲烷在爆炸下限時(shí)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(qiáng)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(qiáng)度的尺度（即爆炸強(qiáng)度）。

二、爆炸強(qiáng)度壓力上升速度的定義是，在爆炸壓力-時(shí)間曲線的上升線段通過(guò)拐點(diǎn)引出的切線斜率，等于壓力差除以時(shí)間差的商。

二、爆炸強(qiáng)度最大壓力上升速度與點(diǎn)燃位置有關(guān)；在容器中心點(diǎn)燃爆炸性混合氣體，壓力上升速度為最大；點(diǎn)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(huì)減小，而爆炸壓力變化不大，略有下降。

圖5-20點(diǎn)燃位置對(duì)甲烷爆炸壓力上升速度的影響

二、爆炸強(qiáng)度在同樣條件下，不同的可燃?xì)猓ㄕ魵猓c(diǎn)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(shí)間過(guò)程（化學(xué)計(jì)算混合物）

二、爆炸強(qiáng)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(duì)爆炸強(qiáng)度有顯著的影響。圖5-22容器容積對(duì)丙烷爆炸的影響

“三次方定律”

氣體：粉塵：

表5-13靜止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)燃混合物時(shí)，幾種典型氣體的值（點(diǎn)燃能量E＝10J，pmax＝7.4×105Pa)

可燃?xì)怏w名稱值/105Pa?m?s-1可燃?xì)怏w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(lái)估計(jì)在一個(gè)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(diǎn)燃源能量的大小，對(duì)和均有影響，但當(dāng)這些條件相同時(shí)，則爆炸指數(shù)和可視為一個(gè)特定的物理常數(shù)。

二、爆炸強(qiáng)度最大壓力和最大壓力上升速率與初始?jí)毫Τ芍本€關(guān)系；當(dāng)初始?jí)毫Τ^(guò)常壓時(shí)，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(shí)，特性值將相應(yīng)地減少，直到爆炸不至傳播時(shí)為止。

圖5-23初始?jí)毫?duì)最大爆炸壓力和速率的影響

圖5-24過(guò)高的初始?jí)簳r(shí)，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(dòng)，其前面是沖擊波或壓力波前沿?？扇嘉镔|(zhì)消耗完后，反應(yīng)前沿終止，但是壓力波繼續(xù)向外移動(dòng)。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(cè)量如果壓力傳感器與沖擊波垂直，所測(cè)得的超壓被稱為側(cè)向(side-on)超壓，有時(shí)也稱為自由場(chǎng)(free-field)超壓。如果壓力傳感器面對(duì)著即將來(lái)臨的沖擊波放置，那么測(cè)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(dòng)的氣體與壓力傳感器撞擊時(shí)的減速。

沖擊波超壓的測(cè)量對(duì)于低的側(cè)向超壓，反射超壓大約是側(cè)向超壓的兩倍；對(duì)于強(qiáng)的沖擊波，反射超壓能達(dá)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(dá)到時(shí)，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(lái)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(shí)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(diǎn)的距離r來(lái)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(duì)發(fā)生在平整地面上的TNT爆炸有效。對(duì)于發(fā)生在敞開空氣中的遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(rèn)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(jì)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(jì)算離爆源30m處的超壓。

（三）沖擊比超壓的計(jì)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(jiǎn)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(duì)于可燃?xì)怏w，可用燃燒熱來(lái)替代爆炸能。對(duì)于大多數(shù)可燃?xì)庠?，爆炸效率估?jì)在1%至10%之間變化。對(duì)于丙烷、二乙醚和乙炔的可燃?xì)庠疲浔ㄐ史謩e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(jì)爆炸效率，使用方程5-22計(jì)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(guò)程設(shè)備所受的破壞。2．TNO多能法

TNO方法確定過(guò)程中的受限體積，給出相對(duì)的受限程度，然后確定該受限體積對(duì)于超壓的貢獻(xiàn)使用半經(jīng)驗(yàn)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(lái)選擇：泄漏物質(zhì)的活性，過(guò)程單元的火焰擴(kuò)展特性（這與約束和空間形狀有關(guān)），過(guò)程單元內(nèi)的障礙物密度。

Baker-Strehlow法TNO法傾向于預(yù)測(cè)近場(chǎng)處的高壓Baker-Strehlow法傾向于預(yù)測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)處的高壓但是TNO多能法和Baker-Strehlow法在本質(zhì)上是等價(jià)的。兩種方法比TNT當(dāng)量法需要更多的信息和詳細(xì)的計(jì)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(yán)重的人員受傷、建筑物和過(guò)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(gè)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(gè)工廠。這些碎片打擊儲(chǔ)罐、過(guò)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(duì)著火能源的控制是一個(gè)重要問(wèn)題。引起火災(zāi)爆炸事故的能源主要有以下幾個(gè)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(guò)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(wú)關(guān)的明火。一、明火及高溫表面對(duì)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(shí)可采用蒸氣或過(guò)熱水；較高溫度時(shí)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(duì)化工企業(yè)來(lái)說(shuō)動(dòng)火的含義應(yīng)該明確，凡是動(dòng)用明火或可能產(chǎn)生火花的作業(yè)都屬于動(dòng)火范圍，應(yīng)辦理動(dòng)火審批手續(xù)。

設(shè)立固定動(dòng)火區(qū)應(yīng)符合的條件

固定動(dòng)火區(qū)距易燃易爆設(shè)備、貯罐、倉(cāng)庫(kù)、堆場(chǎng)等應(yīng)符合國(guó)家防火規(guī)范的防火間距要求；區(qū)內(nèi)可燃?xì)怏w含量在可燃?xì)庠试S含量以下；在生產(chǎn)裝置正常放空時(shí)可燃?xì)獠恢聰U(kuò)散到動(dòng)火區(qū)；室內(nèi)動(dòng)火區(qū)，應(yīng)與防爆生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隔開，不準(zhǔn)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(dòng)火，必須填寫書面申請(qǐng)單，經(jīng)審查批準(zhǔn)。手續(xù)不齊，沒有批準(zhǔn)的動(dòng)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(dòng)火申請(qǐng)手續(xù)，強(qiáng)迫工人冒險(xiǎn)作業(yè)，是違法行為，必須對(duì)由此面造成的后果負(fù)全部責(zé)任。

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

在動(dòng)火前必須進(jìn)行動(dòng)火分析，一般不要早于動(dòng)火前半小時(shí)。如動(dòng)火中斷半小時(shí)以上，應(yīng)重做分析?；て髽I(yè)的動(dòng)火標(biāo)準(zhǔn)是，爆炸下限＜4％的，動(dòng)火地點(diǎn)可燃物濃度＜0.2％為合格；爆炸下限＞4％的，則現(xiàn)場(chǎng)可燃物含量＜0.5％為合格。國(guó)外動(dòng)火分析合格標(biāo)準(zhǔn)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(jī)里摩擦，而使棉花著火；機(jī)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(jī)、反應(yīng)器、提升機(jī)等設(shè)備內(nèi)，由于鐵器和機(jī)件的撞擊起火；防止火花生成的措施

機(jī)器上的軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)部件，應(yīng)保證有良好的潤(rùn)滑及時(shí)加油，并經(jīng)常清除附著的可燃污垢，機(jī)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(jī)里，在設(shè)備進(jìn)料前應(yīng)裝磁力離析器，不宜使用磁力離析器的如特危險(xiǎn)的硫、碳化鈣等的破碎，應(yīng)采用惰氣保護(hù)防止火花生成的措施輸送氣體或液體的管道，應(yīng)定期進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，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(jī)冀應(yīng)采用銅鋁合金等不發(fā)生火花的材料制做搬運(yùn)金屬容器，嚴(yán)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孛鎽?yīng)鋪不發(fā)火材料地坪吊裝盛有可燃?xì)夂鸵后w的金屬容器用吊車，應(yīng)經(jīng)常重點(diǎn)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(diǎn)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(shí)，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(diǎn)燃現(xiàn)象，在柴油機(jī)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(shí)，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(diǎn)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(jí)

礦井甲烷為Ⅰ級(jí)；工廠爆炸性氣體分成三級(jí)，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(jí)爆炸性粉塵（包括易燃纖維）按其物理性質(zhì)分為ⅢA、ⅢB兩級(jí)；按自燃溫度分為T1-1、T1-2、T1-3三組。氣體爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的分區(qū)

0級(jí)區(qū)域（簡(jiǎn)稱0區(qū)）：在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續(xù)地、短時(shí)間頻繁地出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所。1級(jí)區(qū)域（簡(jiǎn)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(chǎng)所。2級(jí)區(qū)域（簡(jiǎn)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(shí)間出現(xiàn)的場(chǎng)所。粉塵爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的分區(qū)10級(jí)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(shí)間內(nèi)頻繁地出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所。11級(jí)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(shí)間出現(xiàn)的場(chǎng)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(wú)火花型（n）防爆電氣設(shè)備的防爆標(biāo)志及選型

電氣設(shè)備I類隔爆型，標(biāo)志為dI；Ⅱ類隔爆型B級(jí)T3組其標(biāo)志為dⅡBT3；Ⅱ類本質(zhì)安全型Ia級(jí)B級(jí)T5組，其標(biāo)志為iaⅡBT5。主體為增安型，其他部件為隔爆型B級(jí)T4組，則其標(biāo)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(guò)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(duì)于可能存在可燃性蒸氣的操作，電荷積累超過(guò)0.1mJ就被認(rèn)為是危險(xiǎn)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(guò)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(dá)到或小于25×10-8cm時(shí)，在其接觸的界面上會(huì)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(fù)電。電子的轉(zhuǎn)移是靠“逸出功”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。“逸出功”

就是一個(gè)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(lái)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?fù)電（獲得電子），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(shuō)處于前者的物質(zhì)帶正電，后者帶負(fù)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(shí)，用表面電阻率研究液體帶靜電時(shí)，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(diǎn)；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(duì)介電常數(shù)超過(guò)20，不論是管道連續(xù)輸送還是貯運(yùn)，當(dāng)有接地裝置時(shí)都不會(huì)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(xiǎn)性愈大。通常取帶電體上靜電電量泄漏到原來(lái)一半所需要的時(shí)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(rèn)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(shí)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(duì)尖點(diǎn)的導(dǎo)電體（半徑為0.1—100mm）與另外一個(gè)導(dǎo)電體或帶電的絕緣體表面之間的放電。來(lái)自導(dǎo)電體的放電以像刷子的形狀發(fā)光。放電強(qiáng)度沒有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的火花放電強(qiáng)度強(qiáng)，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(lái)自粉塵上方空氣中的云團(tuán)放電。由實(shí)驗(yàn)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(huì)發(fā)生的。電暈放電

同電刷放電類似。電極導(dǎo)體有尖點(diǎn)。來(lái)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(dòng)電流

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

松弛時(shí)間是電荷被泄漏驅(qū)散所需要的時(shí)間五、靜電電壓差

圖6-4流體流動(dòng)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(jì)算：例6-1

如圖6-5中所示，計(jì)算的裝料噴嘴和接地儲(chǔ)罐間形成的電壓。另外，計(jì)算存儲(chǔ)在噴嘴中的能量和積累在液體中的能量。分析說(shuō)明在以下兩個(gè)流速條件下的潛在危害。（1）31gpm；（2）150gpm。已知軟管長(zhǎng)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(gè)進(jìn)、出口管線的容器六、電荷平衡

對(duì)于這類系統(tǒng)，需要用電荷平衡來(lái)建立電荷和積累的能量的時(shí)間函數(shù)。通過(guò)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(lái)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(shí)，計(jì)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(gè)內(nèi)嵌的汽水閥將水由過(guò)程流體中移走。請(qǐng)計(jì)算：（1）當(dāng)容器內(nèi)液體剛好達(dá)到溢出線時(shí)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(dá)到后就停止流動(dòng)，將積累的電荷減少到平衡電荷的一半所需的時(shí)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(dòng)速率=100gpm；流動(dòng)電流IS=1.5×10-7amp（由于管線內(nèi)的過(guò)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(kù)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(dá)到周圍可燃物的最小點(diǎn)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(shí)產(chǎn)生靜電，測(cè)得靜電壓為1000V，電容為1.0×10-9F，如發(fā)生靜電放電，問(wèn)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?，F(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(guò)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(dòng)儀器受干擾，甚至使無(wú)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(shí)。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(shí)。某些粉體在管道中輸送時(shí)。高電阻物料在攪拌、過(guò)濾、壓碎、研磨、過(guò)篩時(shí)。傳動(dòng)帶傳動(dòng)、皮帶輸送時(shí)。二物料壓緊、剝離，膠片涂片時(shí)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(jì)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(jì)與選材在有火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，設(shè)備管道盡可能光滑平整無(wú)棱角，管徑無(wú)驟變；皮帶傳動(dòng)應(yīng)用導(dǎo)電皮帶，運(yùn)轉(zhuǎn)速度要慢，要防止過(guò)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(guò)濾器，并安裝在管路的起端2.松弛

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

對(duì)于液體物料的輸送，通過(guò)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(guò)程中，當(dāng)油料帶有水分時(shí)，必須將流速限制在1m/s以下，否則，將會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的靜電。5.控制溫度

當(dāng)不同溫度油品混和時(shí)，由于溫差，出現(xiàn)擾動(dòng)也會(huì)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(duì)濕度可以降低靜電非導(dǎo)體的絕緣性。一般相對(duì)濕度在80％時(shí)幾乎不帶靜電，在70％時(shí)就能減少帶靜電的危險(xiǎn)。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(dòng)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(dá)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(guò)接地導(dǎo)線迅速引入大地，避免出現(xiàn)高電位，這是消除對(duì)地電位差的一個(gè)基本措施。但它只能消除帶電導(dǎo)體表面的自由電荷，對(duì)非導(dǎo)體的靜電荷，效果是不大的。應(yīng)靜電接地的一般對(duì)象

生產(chǎn)或加工易燃液體和可燃?xì)怏w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(guò)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(guò)濾器、壓縮氣、干燥器、吸收裝置、磨篩等；注油或有機(jī)溶劑設(shè)備和油槽車，包括注油棧橋、鐵軌機(jī)、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(xiǎn)場(chǎng)所，對(duì)平行管道間距小于10cm時(shí)，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(tái)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(gè)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(chǔ)罐和容器的連接和接地方法

圖6-9儲(chǔ)罐和容器的連接和接地方法

圖6-9儲(chǔ)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(guò)襯墊或金屬探針接地。當(dāng)操作具有低導(dǎo)電性的液體時(shí)，該技術(shù)無(wú)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(lái)自充裝操作中分離過(guò)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(dòng)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(shí)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(shí)的靜電積聚。然而當(dāng)使用浸漬管時(shí)，必須十分小心，要防止充裝停止時(shí)，液體因虹吸而倒流出來(lái)。5.靜置存放

裝料時(shí)液面電壓峰值常出現(xiàn)在停泵后5—10s時(shí)間內(nèi)，然后逐步衰減，其過(guò)程隨油品不同而異，因此停泵后不許馬上檢測(cè)、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(hào)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(shí)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(chǎng)所，應(yīng)有金屬接地棒，當(dāng)手接觸時(shí)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(chǎng)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(huì)由于誤觸動(dòng)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(shí)灑水方法使混凝土地面、嵌本地板濕潤(rùn)，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(duì)濕度在30％以下時(shí)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(chǎng)所不穿脫衣服鞋帽等。在有靜電危險(xiǎn)場(chǎng)所操作、巡視、檢查等活動(dòng)時(shí)，不得攜帶與工作無(wú)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(guò)程。惰性氣體通常是氮?dú)饣蚨趸?，有時(shí)也用水蒸汽。對(duì)于大多數(shù)氣體，LOC大約為10%，對(duì)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(diǎn)比LOC低4%，也就是說(shuō)，如果LOC為10%，那么控制點(diǎn)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?dú)膺M(jìn)行真空和壓力惰化吹掃惰化虹吸惰化1.真空惰化

對(duì)于大型儲(chǔ)罐不適用因?yàn)?，它們通常沒有針對(duì)真空來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常僅能承受幾十毫米水柱的壓力。反應(yīng)器通常是針對(duì)完全真空設(shè)計(jì)的，對(duì)反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，真空惰化是很普通的過(guò)程。

真空惰化的步驟對(duì)容器抽真空直到達(dá)到需要的真空為止用諸如氮?dú)饣蚨趸嫉榷栊詺怏w來(lái)消除真空，直到大氣壓力重復(fù)步驟⑴和⑵，直到達(dá)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(jì)算：1.真空惰化當(dāng)真空被純氮?dú)庀?，氧的摩爾?shù)與在真空狀態(tài)下的一樣，氮?dú)獾哪枖?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(guò)程重復(fù)進(jìn)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?dú)獾目偰枖?shù)為一常數(shù)。j次循環(huán)后，氮?dú)獾目偰枖?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(jì)算需要惰化的次數(shù)和所需要的氮?dú)鈹?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(dá)到20mmHg的絕對(duì)壓力，隨后真空被純氮?dú)庀?，直到壓力恢?fù)至1個(gè)絕對(duì)大氣壓。2.壓力惰化

容器通過(guò)添加帶壓的惰性氣體而得到壓力惰化。添加的氣體擴(kuò)散并遍及整個(gè)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?yàn)槿萜魇鞘褂眉兊獨(dú)饧訅?，因此，在加壓過(guò)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(guò)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(diǎn)是潛在的循環(huán)時(shí)間減少了。加壓過(guò)程比相對(duì)較慢的制造真空的過(guò)程要快的多。另外，隨著絕對(duì)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(jì)算使用壓力為80psig、溫度為75℉的純氮?dú)鈱⒀鯕鉂舛冉档椭?ppm所需要的惰化次數(shù)。另外，計(jì)算所需要的氮?dú)饪偭?。比較兩種惰化過(guò)程所需要的氮?dú)獾臄?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(shí)使用來(lái)惰化容器。計(jì)算過(guò)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(diǎn)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(diǎn)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?dú)膺M(jìn)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?dú)獾那闆r。如今的許多氮?dú)夥蛛x過(guò)程并不能提供純凈的氮?dú)?，它們提供的氮?dú)獾湫椭禐?8%及以上。4.使用不純的氮?dú)膺M(jìn)行真空和壓力惰化假設(shè)氮?dú)庵泻泻愣柊俜直葹閥oxy的氧氣。對(duì)于壓力惰化過(guò)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?dú)庵械难鯕獾哪枖?shù)，其值為：4.使用不純的氮?dú)膺M(jìn)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?dú)膺M(jìn)行真空和壓力惰化對(duì)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(guò)程的優(yōu)缺點(diǎn)

壓力惰化較快，因?yàn)閴毫Σ钶^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?yàn)檠鯕鉂舛戎饕沙檎婵諄?lái)減少。當(dāng)真空和壓力聯(lián)合惰化時(shí)，同壓力惰化相比，使用的氮?dú)廨^少，尤其是如果初始循環(huán)為真空循環(huán)時(shí)。6.吹掃惰化

吹掃惰化過(guò)程是在一個(gè)開口處將惰化氣體加入到容器內(nèi)，并從另外一個(gè)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(duì)壓力或真空劃分等級(jí)時(shí),通常使用該惰化過(guò)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(jìn)口氣流。容器周圍的物質(zhì)平衡為:6.吹掃惰化進(jìn)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(jì)算：對(duì)于許多系統(tǒng)，C0=0。

例6-7

某儲(chǔ)罐內(nèi)裝有體積百分比為100%的空氣，必須用氮?dú)膺M(jìn)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?dú)庵泻?.01%的氧氣，請(qǐng)問(wèn)必須添加多少氮?dú)猓?.虹吸惰化

如例6-7所說(shuō)明的，吹掃惰化過(guò)程需要大量的氮?dú)狻．?dāng)惰化大型容器時(shí)，代價(jià)會(huì)很高。使用虹吸惰化可使這種類型的惰化費(fèi)用降至最低。7.虹吸惰化虹吸惰化過(guò)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(shí)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(guò)程中，首先是將容器中充滿液體，然后，使用吹掃惰化過(guò)程將氧氣從剩余的頂部空間移走。使用該方法，對(duì)于額外的吹掃惰化，僅需要少許額外的費(fèi)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)純凈的氧氣純凈的氮?dú)饧儍舻娜剂蠚饧儍舻目諝馊龡l線空氣線LOC線化學(xué)劑量組成線一個(gè)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(diǎn)R和點(diǎn)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(duì)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(diǎn)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：