第三章--防火防爆知识

第三章防火防爆知识本章学习要点了解燃烧的相关理论知识了解爆炸的相关理论知识掌握防火防爆技术掌握火灾扑救的措施建议培训学时：7学时第一节燃烧及其特性一、燃烧的概念燃烧是放热发光的氧化反应。最初氧化这个名词仅被理解为氧与物质的化合，但现在则被理解为被氧化物质失去电子，而还原则认为是被还原物质得到电子，并不一定要有氧参加反应。中国石化北京燕山分公司二、燃烧条件燃烧必须具备三个条件：有可燃物质存在(固体燃料如煤，液体燃料如汽油，气体燃料如甲烷)；有助燃物质的存在，通常的助燃物质有空气、氢、氯、氧等；有导致燃烧的能源，即点火源，如撞击、摩擦、明火、高温表面、发热自燃、绝热压缩、电火花、光和射线等。可燃物质、助燃物质和点火源也称为燃烧的三要素。三者只有同时存在，相互作用燃烧才有可能发生，缺少其中任一要素，燃烧都不能发生。燃烧的三要素只是燃烧的必要条件。要使燃烧能持续发生和蔓延，还必须达到另外两个条件。(1)可燃物质和助燃物质达到一定的数量和浓度。对于一般可燃物质，空气中氧的浓度小于14％时，通常不会发生燃烧。甲烷在空气中的浓度小于1．4％或是空气中的氧浓度小于12％时，甲烷中国石化北京燕山分公司都不会燃烧。对于固体物质，通常用氧指数来评价其可燃性。氧指数又称临界氧浓度(COC)，或极限氧浓度(LOC)。(2)点火源必须具备一定的强度。电焊火花的温度可达1200℃，能点燃可燃气体与空气的混合物、易燃液体和油面纱等，但却不能点燃木材、煤炭等，这说明了可燃物质不同，需要的引燃火源的强度也不同。引起一定浓度可燃物质燃烧的最小能量称为该物质的最小点火能量。如点火源的能量小于该物质的最小点火能量，就不能引燃该物质。最小点火能量是衡量可燃气体、蒸气或粉尘燃烧爆炸的主要危险参数。可燃物质、助燃物质和点火源必须同时存在、相互作用燃烧才有可能发生的基本理论，是防火技术的根本依据。一切防火技术措施都包括两个方面，一是防止燃烧必要条件的同时存在，二是避免其相互作用。中国石化北京燕山分公司三、燃烧过程可燃物质的聚集状态不同，其受热后所发生的燃烧过程也不同。除结构简单的可燃气体(如氢气)外，大多数可燃物质的燃烧并非是物质本身在燃烧，而是物质受热分解出的气体或液体蒸气在气相中的燃烧。由可燃物质燃烧过程可以看出，可燃气体最容易燃烧，其燃烧所需要热量只用于本身的氧化分解，并使其达到自燃点而燃烧。可燃液体首先蒸发成蒸气，其蒸气进行氧化分解后达到自燃点而燃烧。在固体燃烧中，如果是简单物质硫、磷等，受热后首先熔化，蒸发成蒸气进行燃烧，没有分解过程；如果是复杂物质，在受热时首先分解为气态和液态产物，其气态和液态产物的蒸气进行氧化分解着火燃烧。中国石化北京燕山分公司如木材在火源作用下，在110℃以下只放出水分，130~C开始分解，到150℃变色。在150～200℃时分解，其产物主要是水和二氧化碳，不能燃烧。在200℃以上分解出一氧化碳、氢和碳氢化合物，故木材的燃烧实际是从此时开始的。到300℃时分解出的气体产物最多，因此燃烧也最激烈。各种物质的燃烧过程如图3—1所示。从中可知，任何可燃物的燃烧必须经过氧化、分解和燃烧等过程。中国石化北京燕山分公司中国石化北京燕山分公司四、燃烧形式一般来讲，可燃性气体、液体或固体在助燃性气体中燃烧时，总是采取下列几种形式中的某一种。(1)气体的扩散燃烧。如同氢气、酒精蒸汽可燃性气体一边从管口流至空气中，一边燃烧那样，两种气体因为互相扩散而混合，进入燃烧范围的部分便形成局部的剧烈反应带(火焰)并继续燃烧。此时的火焰叫做扩散焰，这种燃烧形式的燃烧速度不决定于反应的本身，还决定于气体的扩散速度，因此比较缓慢。(2)液体的蒸发燃烧。像在醚、苯等易燃性气体的燃烧中所看到的那样，由于液体的蒸发而在液面上生成的蒸汽和空气因扩散而混合，进入燃烧组成范围的部分就形成火焰而燃烧。因此，在各种液体中达到固有的闪点以上的温度，就会发生这种形式的燃烧。此时一旦发火，由于所产生的火焰的温度引起液体表面的加热而中国石化北京燕山分公司促进其蒸发，因此其结果使燃烧持续到液体全部蒸发为止。即使像萘、硫这样常温下的固体，因加热而升华，或者熔融而蒸发时也同样会进行蒸发燃烧。(3)固体的分解燃烧。纸、木材、煤等固体可燃物或像脂肪油那样分子量较大的液体可燃物燃烧时，都伴随着这些物质的热分解，例如把木材在空气中加热时，首先失去水分而干燥，随后产生热分解，放出可燃性气体，它被点着就会产生火焰，如果一旦着火，由于生成火焰的温度会促进木材的热分解使燃烧持续下去。(4)固体的表面燃烧。像上述木材燃烧那样，热分解的结果产生炭化作用，在固体表面上生成的无定型碳与空气接触的部分着火，产生所谓“炭火”，燃烧就会持续下去，这种形式的燃烧特点是固体直接参与燃烧，不形成火焰，箔状和粉状的高熔点金属的燃烧也属此类。中国石化北京燕山分公司(5)非均相燃烧。可燃物质和氧化剂处于不同相态而非单一相态的燃烧。与均相燃烧相比，其机理复杂得多。当发生非均相燃烧时，可燃物质分子与氧化剂分子的接触必须依靠不同相之间的扩散作用。其燃烧速度在很大程度上取决于物理扩散速度，且受传热情况的影响较明显。所有固体、液体可燃物在空气中的燃烧都属非均相燃烧，即使是气体在空气中燃烧，也会因分解生成炭粒(烟粒)而形成异相火焰，其中炭粒的燃烧仍属非均相燃烧。非均相燃烧及其引起的事故广泛存在于一般工业生产过程之中。(6)扩散燃烧。指混合扩散因素起着控制作用的燃烧。扩散燃烧的主要特点：①可燃物与空气分别送入燃烧室，边混合、边燃烧；②可燃物与空气中的氧进行化学反应所需时间与通过混合扩散形成可燃混合气所需时间相比少到可以忽略不计的程度；中国石化北京燕山分公司③燃烧时产生的火焰较长，且多呈红黄色。此时，燃料燃烧所需的时间主要取决于与混合扩散有关的因素，包括气流速度、流动状况(层流或湍流)、气流流经的物体形状和大小等。炭粒、油滴或液体燃料自由液面的燃烧均属于扩散燃烧的范畴。(7)气体泄漏燃烧。气体泄露燃烧指可燃性气体或液化气体从生产、使用、贮存、运输等装置、设备、管线中泄漏引起的燃烧。可燃气体泄漏到环境中，是爆炸引起燃烧还是燃烧中导致爆炸，由泄漏与点火的先后顺序及燃烧中装置状态决定。如果气体在泄漏的同时被点燃，将会在泄漏处燃烧；如果泄漏到空气中达一定量与空气形成爆炸性混合系之后才遇到火源，将首先发生爆炸，泄漏部位在爆炸之后持续燃烧。气体如果被点燃，在一般情况下不会引起爆炸；但是如果火焰熄灭，而气体继续泄漏并分布在一定空间再次遇到火源或者系统气体突然大量泄漏时将会导致爆炸。中国石化北京燕山分公司泄漏燃烧有两种情况：气体泄漏速度大于或等于气体燃烧速度，则会喷射燃烧；泄漏速度小于燃烧速度，则会回火以致系统内爆炸。(8)绝热燃烧。绝热燃烧指燃烧形成的火焰未把热量传递给外界环境或周围其他物体的燃烧。因不存在传热、散热损失，故可燃物在绝热燃烧过程中所释出的燃烧生成热可全部用于加热燃烧产物本身，使之温度升达一般燃烧所无法达到的温度，在工程上有利于燃料的完全燃烧，使燃烧效率显著提高，而且还为燃烧生成热的充分利用创造了良好的热力学条件。绝热发动机之所以具有很高热经济性，其根本原因就在于基本上实现了绝热燃烧。为了使实际燃烧过程能大致接近绝热燃烧，要求燃烧室和其他耐热部件都必须采用耐热性能好、热导率小、膨胀系数低的高强度优质材料制造。事故状态下的绝热燃烧往往会导致爆炸。而由燃烧引中国石化北京燕山分公司起的爆炸现象均可视为绝热燃烧过程。燃烧的形式虽然多种多样，但并不是有害的。只要是在人的设计控制之中发生燃烧反应，就可以为生产、生活提供热能或转化为动力，为生产生活服务。因此，应该深入认识各种燃烧形式，加以控制利用。五、燃烧种类1．闪燃与闪点当火焰或炽热物体接近易燃或可燃液体时，液面上的蒸气与空气混合物会发生瞬间火苗或闪光，此种现象称为闪燃。由于闪燃是在瞬间发生的，新的易燃或可燃液体的蒸气来不及补充，其与空气的混合浓度还不足以构成持续燃烧的条件，故闪燃瞬间即熄灭。中国石化北京燕山分公司闪点是指易燃液体表面挥发出的蒸气足以引起闪燃时的最低温度。闪点与物质的饱和蒸气压有关，物质的饱和蒸气压越大，其闪点越低。如果易燃液体温度高于它的闪点，则随时都有触及火源而被点燃的危险。闪点是衡量可燃液体危险性的一个重要参数。可燃液体的闪点越低，其火灾危险性越大。2．自燃与自燃点自燃是可燃物质自发着火的现象。可燃物质在没有外界火源的直接作用下，常温中自行发热，或由于物质内部的物理(如辐射、吸附等)、化学(如分解、化合)、生物(如细菌的腐败作用)反应过程所提供的热量聚积起来，使其达到自燃温度，从而发生自行燃烧。中国石化北京燕山分公司可燃物质在没有外界火花或火焰的直接作用下能自行燃烧的最低温度称为该物质的自燃点。自燃点是衡量可燃性物质火灾危险性的又一个重要参数，可燃物的自燃点越低，越易引起自燃，其火灾危险性越大。一般说来，液体密度越小，闪点越低，而自燃点越高；液体密度越大，闪点越高，而自燃点越低。例如汽油、煤油、轻柴油、重柴油、蜡油、渣油、其闪点逐渐升高，但自燃点逐渐降低，如表3—1和表3—2所示。中国石化北京燕山分公司中国石化北京燕山分公司中国石化北京燕山分公司中国石化北京燕山分公司中国石化北京燕山分公司中国石化北京燕山分公司3.点燃与着火点点燃亦称强制着火。即可燃物质与明火直接接触引起燃烧，在火源移去后仍能保持继续燃烧的现象。物质被点燃后，先是局部(与明火接触处)被强烈加热，首先达到引燃温度，产生火焰，该局部燃烧产生的热量，足以把邻近部分加热到引燃温度，燃烧就得以蔓延开去。在空气充足的条件下，可燃物质的蒸气与空气的混合物与火焰接触而能使燃烧持续5秒钟以上的最低温度，称为燃点或着火点。对于闪点较低的液体来讲，其燃点只比闪点高1～5℃，而且闪点越低，二者的差别越小。通常闪点较高的液体的燃点比其闪点约高5～30℃，闪点在100℃以上的可燃液体的燃点要高出其闪点30℃以上，控制可燃液体的温度在其着火点以下，是预防发生火灾的主要措施。中国石化北京燕山分公司第二节爆炸及其特性一、爆炸的概念爆炸是指一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程，在此过程中，系统的内在势能转变为机械功及光和热的辐射等。爆炸做功的根本原因，在于系统爆炸瞬间形成的高温、高压气体或蒸气的骤然膨胀。爆炸的一个最重要的特征是爆炸点周围介质中发生急剧的压力突变，而这种压力突跃变化是产生爆炸破坏作用的直接原因。二、爆炸的分类1．按爆炸形成的原因(1)物理爆炸。由物理变化、物理过程引起的爆炸称为物理爆炸。物理爆炸的能量主要来自于压缩能、相变能、运动能、流体能、热能和电能等。气体的非化学过程的过压爆炸、液相的气化爆炸、中国石化北京燕山分公司液化气体和过热液体的爆炸、溶解热、稀释热、吸附热，外来热引起的超压爆炸、流体运动引起的爆炸、过流爆炸以及放电区引起的空气爆炸等都属于物理爆炸。(2)化学爆炸。物质发生高速放热化学反应，产生大量气体，并急剧膨胀做功而形成的爆炸现象称为化学爆炸。化学爆炸的能量主要来自于化学反应能。化学爆炸变化的过程和能力取决于反应的放热性、反应的快速性和生成的气体产物。2．按照爆炸时发生的化学变化(1)简单分解爆炸。发生简单分解爆炸的爆炸性物质，爆炸时所需要的能量是由爆炸物本身分解产生的，爆炸时并不一定伴随着燃烧现象。属于这类物质的有叠氮铅、雷汞、雷银、三氯化氮、三碘化氮、三硫化三氮、乙炔银、乙炔铜等，这类物质非常危险，受到轻微震动就会发生爆炸。中国石化北京燕山分公司(2)复分解爆炸。这类爆炸物质需要在外界强度较大的激发能源作用下，发生高速的放热反应并形成强烈压缩状态的气体作为引起爆炸的高温高压气体源。复分解爆炸伴有燃烧现象，燃烧所需要的氧由爆炸物质本身的分解产生，爆炸后可把附近的可燃物点燃，往往引起大面积的火灾。(3)气体混合物的爆炸。可燃气体、蒸汽或粉尘与空气或氧气形成的混合物发生的爆炸都属于此类爆炸。爆炸性混合物的爆炸需要一定的条件，可燃气体与空气或氧气的混合物要达到爆炸的极限范围，并具有一定的激发能量，才能发生爆炸。3．按照引起爆炸