实验室安全讲义

第2章火灾、爆炸与防火防爆2.1燃烧2.2火灾与防火2.3爆炸与防爆2.1.1燃烧的定义燃烧就是可燃物质与氧或氧化剂发生剧烈氧化反应，而发光发热的现象。2.1.2燃烧应具备的条件燃烧必需同时具备以下三个条件：（1）可燃物凡是能与空气、氧气或其他氧化剂发生剧烈氧化反应的物质，称为可燃物。如汽油、木头、纸张、衣物等。（2）助燃物具有较强氧化性能，能与可燃物发生化学反应并引起燃烧的物质，称为助燃物或助燃剂。如空气、氧气、氯气等。（3）着火源具有一定温度和热量、能引起可燃物质着火的能源称为着火源。如明火、电火花、高温热体等。2.1.3燃烧的类型按照燃烧的特性不同，燃烧可分为三种类型：自燃闪燃着火（燃烧）1．自燃和自燃点（1）自燃和自燃点的定义：可燃物质受热升温而不需明火作用就能自行着火的现象称为自燃。引起物质自燃的最低温度称为自燃温度（引燃温度），简称自燃点。（2）自燃的类型，根据促使可燃物质升温的热量的来源的不同，自燃可分为受热自燃和本身自燃两类：受热自燃，可燃物质由于外部加热，温度升高到自燃点而发生自行燃烧的现象，称为受热自燃。如白炽灯附近的纸张，因受热温度升至333℃以上就会自行燃烧。本身自燃，可燃物质由于本身的化学、物理或生物作用等产生的热量，使温度升高到自燃点而发生自行燃烧的现象，称为本身自燃，简称自燃；引起物质自身发热的原因有分解热、吸附热、聚合热、发酵热等。由于可燃物质本身自燃不需要外来热源，所以在常温下、甚至在低温下也能发生自燃。能够发生本身自燃的可燃物质比其他可燃物质引起火灾的危险性更大。（3）影响自燃点的因素，物质的自燃点与大气中氧含量的高低、压力的高低、化学组成、有无催化剂、粒度大小、受热时间、气体析出量、分子结构等因素有关。氧含量的越高、压力的越高、化学组成越接近化学计量、有活性催化剂存在、粒度越小、受热时间越长、气体析出量越大，自燃点越低；有机物的自燃点与分子结构有密切关系，在同系物中，自燃点随分子量的增加而降低，如甲烷自燃点（540℃）乙烷自燃点（520℃）丙烷自燃点（440℃）丁烷自燃点（405℃）；对石油产品而言，密度越大，自燃越低，如汽油、煤油、轻柴油、重柴油、腊油、渣油的自燃点依次降低。从自燃点来看，重质油比轻质油的火灾危险性大。2．闪燃和闪点可燃液体因环境温度缘故，有可燃蒸汽蒸发出来，积存在液面上，液面上少量蒸汽与空气混合，遇明火一闪即灭（延续时间少于5s）的燃烧现象（短暂的燃烧过程）叫做闪燃。可燃液体发生闪燃的最低温度叫做闪点。闪燃是可燃液体发生着火的前奏，也是危险的警告。可燃液体的闪点越低，发生火灾、爆炸的危险性越大。如，石油醚的闪点为－50℃，煤油的闪点为28～45℃，石油醚比煤油的火灾危险性大得多。一般来说，沸点越低的可燃液体，闪点越低，越容易引起火灾。对于同系列的可燃液体，其闪点随分子量的增加而增高；随沸点的增高而增高；随蒸汽压的降低而增高。可燃液体混合物的闪点不具有加和性，高闪点液体中即使加入少量低闪点液体也会大大降低闪点，增加火灾的危险性。不同型号的油品不准混合使用，若要混合，必须重新测量有关指标。可燃液体按闪点高低，其火灾危险性可分为甲、乙、丙三类四种如下表：类别闪点/℃物质名称甲28汽油、原油乙28~60煤油、35号轻柴油丙A60~120重柴油、20号重油丙B120润滑油、变压器油、200号重油3．着火（燃烧）与燃点着火：着火是可燃物质与火源接触而能够燃烧，并且火源移去后仍能维持燃烧，持续时间在5s以上的现象。因为可燃物质在某一点引燃以后，该点燃烧所放出的热量足以把邻近的可燃物质的温度提高到燃烧所必须得温度，火焰就将蔓延开来，燃烧就能继续维持下去。燃点：可燃物质发生着火的最低温度，称为该物质的着火点或燃点。物质的燃点低于该物质的自燃点。不同的可燃物质处在相同火源条件下，燃点低的物质首先着火。燃点越低的物质，火灾的危险性越大。闪点与燃点的差别：闪点与其燃点是不同的，两者的区别是可燃液体在燃烧时，燃烧的不仅是蒸汽，而且还包括液体本身（即液体已达到燃烧温度，可以供给保持急性燃烧的蒸汽），移去火源，能继续维持燃烧。在闪燃时，移去火源后，闪燃即熄灭。一般石油产品燃点比闪点高1～5℃，闪点在100℃以上的油品的燃点比闪点高出30～40℃。控制可燃物质的温度在燃点以下，是预防发生火灾的重要措施之一。2.1.4燃烧的形式（气体的燃烧、液体的燃烧、固体的燃烧）1．气体的燃烧（1）气体的扩散燃烧可燃性气体由管中喷出，与周围空气接触，可燃性气体与空气中氧分子相互扩散，一边混合一边燃烧，这样的燃烧称为扩散燃烧。（2）可燃气体的混合燃烧可燃性气体与空气预先混合，然后进行的燃烧称为混合燃烧。混合燃烧反应迅速、传播速度快、温度高，具有冲击波效应，常常引起爆炸2．液体的燃烧可燃性液体燃烧时，通常液体本身并没有燃烧，而是由于液体蒸发产生的蒸气进行燃烧，这种形式的燃烧称为蒸发燃烧。3．固体的燃烧可燃性固体物质的燃烧室一个复杂的过程，它通常由传热、热分解、蒸发、气相化学反应和多相化学反应等组成。一般认为，固体燃烧可以有以下三种形式：（1）蒸发燃烧指类似石蜡的固体物质，受热后先溶化为液体，进一步受热产生燃料蒸气，再与空气混合燃烧。这种燃烧的速度受燃料的蒸发速度和空气中的氧与燃料蒸气之间的扩散速度控制。（2）分解燃烧指木材、纸张的纤维素类物质，受热后分解为挥发组分和固定碳，挥发性组分中可燃气体进行扩散燃烧，而碳则进行表面燃烧。在分解燃烧过程中，需要一定热量和温度，物质的传热速度是影响这种燃烧速度的主要因素。（3）表面燃烧指类似木炭、焦炭的固体物质，受热后不经过融化、蒸发、分解等过程，而直接燃烧，这种方式的燃烧速度受燃料表面的扩散速率和化学速度控制。表面燃烧又称为多相燃烧或置换燃烧。固体或不挥发液体，由于受热分解而产生可燃性气体，再进行燃烧，这种燃烧称为分解燃烧。2.1.5燃烧过程可燃物质从预热(受热)到着火的历程。简单可燃性气体在助燃介质中可直接点燃，氧化产生的热量使燃烧持续下去；复杂可燃性气体要经过受热、分解才能开始燃烧；可燃液体只有在一定的温度下产生出足够量的蒸气时才能被点燃；可燃固体的燃烧需要经过预热、熔化、蒸发、分解等过程才能被点燃。2.1.6燃烧的产物和后果1．燃烧产物燃烧产物是指由燃烧或热解作用产生的全部物质。燃烧产物包括：燃烧生成的气体、能量、可见烟等。燃烧生成的气体一般是指：一氧化碳、氢化氢、二氧化碳、二氧化硫、氯化氢、等。2．燃烧的后果人们希望的、可以控制的燃烧，可以服务于人类，为人民造福。人们不希望的、不可控制的燃烧，将会造成火灾或爆炸，给人们的生命财产造成巨大的危害。2.2火灾与防火2.2.1火灾的定义火灾是失去控制并对人身和财产造成危害的燃烧现象，它是一种事故。火灾是实验室中发生最多，危害最严重的事故。2.2.2火灾发生的条件火灾发生的条件为：同时具备可燃物、助燃物及火源；燃烧反应产生的热量大于燃烧反应必须消耗的热量；燃烧不可控制。2.2.3火灾发展的过程阴燃、轰然的概念阴燃一种只在气固相界面处的燃烧反应，而没有气相火焰的燃烧现象。特点：a氧化反应速度小、温度低、传播慢；b可以在较低的氧气浓度环境中传播；c产生较多的烟、有毒气体和可燃气体；d阴燃蔓延速度随氧气浓度增加而增加，达到一定浓度可转变为有焰燃烧。轰然室内发生火灾后，第一、第二着火物形成火势足够大引起室内绝大多数可燃物热解、汽化，其浓度达到着火极限形成全室气相火焰的现象。火灾发生的过程火灾的的发展一般经历由小到大，由阴燃、起火、蔓延、扩大成灾的过程。其发展过程可分为4个阶段：1）酝酿期（初期）：有阴燃和冒烟；2）发展期：一般指引燃第二着火物到轰然之间，火苗窜起，火势扩大；3）全盛期：发生轰然到火势衰减之前，全面着火，形成火灾；4）衰灭期：灭火见效或燃尽后，火势衰落、熄灭。火灾过程与房间的开口状况密切相关，火灾初期影响不大；火灾发展期，氧气消耗量增大，没有开口供氧不足，限制火势发展，是灭火的好时机。2.2.4火灾危险环境烟气是火灾的主要产物，它主要由气相燃烧产物、未燃烧的液固相分解物和冷凝物微粒组成。烟气的三种危害：1、高温烟气携带并辐射大量热量；人体皮肤温度约45℃即有痛感，吸入大于150℃的高温烟气会引起内部灼伤；2、烟气中氧含量低，形成缺氧环境；缺氧会导致肌肉活动能力下降，人脑缺氧3分钟就会损坏；3、烟气中携带一定的有害、有毒和腐蚀性物质。烟气的流动与蔓延，热烟气由浮力驱动，从火焰区直接上升形成羽流，遇到顶棚限制，改变流向，室内容积有限，随着热烟气的不断产生，将充满室内上层空间，并以一定的速度下降。烟气下降到人体的高度之前为安全逃生时间。之后人因缺氧中毒会失去逃生能力，导致伤亡。2．2．5建筑防火基础知识一、建筑防火性能1、建筑材料的耐火性能建筑材料的燃烧性能：非燃烧材料：不起火，不炭化难燃烧材料：难起火，难炭化燃烧材料：立即燃烧起火建筑构件的耐火极限：对任一建筑构件进行标准耐火试验，从受到火的作用时起，到构件失去稳定性或完整性或绝热性时止，这段抵抗火的作用时间称为耐火极限，一般以小时计。2、建筑物的耐火等级一级：钢筋混凝土结构或砖墙与钢筋混凝土结构组成的混合结构，属于非燃烧体二级：钢结构屋顶，钢筋混凝土柱或砖墙组成的混合结构，除吊顶为难燃烧体外，其余构件都是非燃烧体三级：木屋顶和砖墙组成的砖木结构，除木屋顶和承重构件是燃烧体，吊顶与隔墙是难燃烧体外，其余构件应为非燃烧体四级：木屋顶和难燃烧体墙壁组成的可燃结构，承重墙、隔墙、楼板等应为难燃烧体，吊顶和屋顶的承重构件、楼梯可为燃烧体3、防火间距三级与三级耐火耐火等级民用建筑之间可采用8m的防火间距四级与四级之间可采用12m的防火间距一般一、二级耐火等级建筑物之间的防火间距，最小可采用6m二、建筑物火灾蔓延的途径1、建筑物内火灾蔓延的途径内墙门：建筑物内某房间起火，最后蔓延到整个建筑物，原因大多是房间的门未能把火挡住，走廊内即使没有任何可燃物，从起火房间门口喷出的火焰、高温烟气的扩散，也能把火蔓延到较远的房间。外墙窗口：在全面燃烧阶段，大量高温烟气、火焰喷出窗口，直接通过上面楼层打开的窗户或者烧坏上面楼层的窗玻璃造成火势向上蔓延，还对邻近建筑物构成威胁。楼板上的孔洞和各种竖井管道：竖井或竖向开口部位，如楼梯间、电梯井、垃圾井等，贯穿若干楼层或全部楼层，在发生火灾时，会产生“烟囱效应”，抽拔烟火，造成火势向上蔓延。房间隔墙：隔墙采用可燃材料或采用非燃、难燃材料制作而耐火性很差时，在高温作用下会被破坏，使火蔓延到相邻房间。穿越楼板、墙壁的管线和缝隙：穿越楼板、墙壁的管线和缝隙很容易把火焰、高温气体传播出去，造成火势蔓延。穿过房间的金属线会通过热传导方式将热量传到相邻房间，使与管线接触的可燃物起火。闷顶：闷顶内往往没有防火分割墙，空间大，容易造成火灾水平蔓延，并通过闷顶内的孔洞向四周的房间蔓延。2、相邻建筑火灾蔓延的途径热辐射：建筑物发生火灾时，火场的温度高达1000℃左右，通过外墙开口部位向外发射很大的辐射热，对邻近建筑物构成火灾威胁。热对流：建筑物发生火灾时，火焰、高温烟气从外墙开口部位喷出后向上升腾，在建筑物周围形成强烈的热对流作用，当相邻建筑物相距很近且外墙面附近有可燃物时，就会构成火灾威胁。飞火：起火处飞离飘起的正在燃烧的可燃物。飞火能产生新的着火点使火灾蔓延扩大。延烧：往往出现在大风条件下的火场。强风作用下，使火焰沿水平方向偏斜，接触到下风向附近的建筑物，引起火灾蔓延。2.2.6火灾种类根据可燃物质种类及其燃烧特性，火灾种类分为五类：A类火灾：指含碳固体可燃物，如木材、棉、麻纸张等燃烧的火灾。B类火灾：指可燃液体，如汽油、煤油、乙醇、丙酮等燃烧的火灾。C类火灾：指可燃气体，如煤气、甲烷、氢气