防火防爆工程学_2.

第二章防爆基本原理•2.1防爆技术基本理论•2.2防爆基本技术措施2.1防爆技术基本理论一、可燃物质化学性爆炸的条件1.存在可燃物质2.可燃物质与空气（或氧气）混合并达到爆炸极限3.爆炸性混合物足够外界能量作用下二、燃烧和化学性爆炸的关系燃烧和化学性爆炸就其本质来说是相同的，都是可燃物质的氧化反应，而它们的主要区别在于氧化反应速度不同2.1防爆技术基本理论防止产生化学性爆炸的三个基本条件的同时存在，是预防可燃物质化学性爆炸的基本理论．也可以说，防止可燃物质化学性爆炸全部技术措施的实质，就是制止化学性爆炸三个基本条件的同时存在。现代用于生产和生活的可燃物种类繁多，数量庞大，而且生产过程情况复杂，因此需要根据不同的条件采取各种相应的防护措施．但从总体来说，预防爆炸的技术措施，都是在防爆技术基本理论指导下采取的。1、为了消除可燃物形成爆炸性混合物而采取的惰化措施，即利用惰性介质氮气、二氧化碳和水等，排除容器设备或管道内的可燃物，使其浓度保持大大小于爆炸下限。2、防止泄漏也是防爆的重要措施，除了预防可燃物质从旋转轴滑动面、接缝、腐蚀孔和小裂纹等处的跑、冒、滴、漏之外，特别需要注意预防从阀门、盖子或管子脱节等处的大量泄漏．3、为预防形成爆炸性混合物，可采取措施严格控制系统的氧含量，使其降至某一临界值(氧限值或极限含氧量)以下。为了保证上述防爆条件采取的监测措施和报警装置，以及消除着火源的各种措施等等都是在防爆技术基本理论指导下采取的措施。应用燃烧和化学性爆炸的感应期可燃物质和温度在达到自燃点或者着火点之后，并不立即发生自燃或着火，期间有段延滞的时间，称为感应期（或诱导期）可燃物质的燃烧和可燃性混合物的爆炸之所以存在感应期，是因为要使化学反应的活性中心发展到一定的数目需要一定的时间，也就是说，这类燃烧和爆炸都需要经过连续发展过程所必须的一定时间才能发生防爆技术基本理论及应用防止可燃物质化学性爆炸三个基本条件同时存在，就是防爆技术的基本理论首先，消除可燃物其次，消除可燃物与空气（或氧气）混合形成爆炸性混合物最后，控制火源2.2防爆基本技术措施一、爆炸发展过程的特点与预防原则1、爆炸发展过程的特点采取预防措施是战胜火灾和爆炸的根本办法。为此，应当分析有关火灾和爆炸发展过程的特点，从而采取相应的预防措施。可燃混合物的爆炸虽然发生于倾刻之间，但它还是有个发展过程。首先是可燃物与氧化剂的相互扩散，均匀混合而形成爆炸性混合物，并且由于混合物遇着火源，使爆炸开始；其次是由于连锁反应过程的发展，爆炸范围的扩大和爆炸威力的升级；最后是完成化学反应，爆炸力造成灾害性破坏。防爆的基本原则是根据对爆炸过程特点的分析，采取相应措施。阻止第一过程的出现，限制第二过程的发展，防护第三过程的危害。防爆基本原则有以下几点，1．防止爆炸混合物的形成；2．严格控制着火源，3．燃爆开始就及时泄出压力，4．切断爆炸传播途径；5．减弱爆炸压力和冲击波对人员、设备和建筑的损坏，6．检测报警。防爆的基本原则二、预防爆炸混合物的形成1.防止泄漏（设备密闭）：防止危险物品的跑，冒，滴，漏；2.惰性介质保护：N2,CO2,水蒸汽等；3.用难燃和不燃的溶剂代替可燃溶剂4.厂房通风5.危险物品的储存1设备密封系统密闭及负压操作在石油炼制和各种可燃气体的制取过程中，为防止可燃物与空气形成爆炸性混合物，工艺要求必须在密闭设备内进行。所以，要经常对设备进行检查，防止跑、冒、漏、滴的发生。在负压下生产的设备，应防止吸入空气。为此，在该系统中应尽量少用法兰连接，以保证系统密闭性。2惰性介质保护惰性气体用量的计算。惰性气体的需用量一般可以根据加入惰性气体后，氧的浓度降低到不致发生爆炸这样一个界限来计算。可根据表中数据用公式计算3用难燃和不燃的溶剂代替可燃溶剂化工生产中，对火灾爆炸危险性比较大的物质，应该采取安全措施。首先要考虑的是尽量通过工艺的改进，以危险性小的物质代替火灾爆炸危险性大的物质。在许多情况下，可以用不燃液体溶剂代替可燃液体，此类物质有甲烷的氯衍生物(二氯甲烷、四氯化碳、三氯甲烷)及乙烯的氯衍生物(三氯乙烯)。例如，为了溶解脂肪、油、树脂、土沥青、沥青、橡胶以及油漆生产，可以用四氯化碳来代替有燃烧危险的液体溶剂。选择危险性较小的液体时，沸点及蒸气压很重要。沸点在110℃以上的液体，常温下(18～20℃)不能形成爆炸浓度。4）厂房通风•完全依靠设备密闭，消除可燃物在厂房的存在是不大可能的，生产中，往往借助于通风来降低车间空气内可燃物的含量。•通风分为机械通风和自然通风。按换气方式，又可分为排风和送风。•对有火灾爆炸危险厂房的通风，由于空气中含有易燃易爆气体，所以不能循环使用，排送风设备应有独立分开的风机室。如通风机室设在厂房内，应有隔绝措施。排除、输送温度超过80℃的空气或其他气体以及有燃烧爆炸危险的气体、粉尘的通风设备，应用非燃烧材料制成。空气中含有易燃易爆危险物质的厂房，应采用不产生火花的通风机和调节设备。5)危险物品的储存•性质相互抵触的危险品如果储存不当，往往会酿成严重事故。不同危险品性质不同，储存条件也不同，为防止危险品相互抵触引起火灾和爆炸事故，应遵守危险品存储原则。表2-12、表2-13、表2-14三、消除着火源•内容同第一章第五节•明火•摩擦和撞击•电气设备–具有爆炸危险的厂房内，应根据危险程度的不同，采用防爆型电气设备。按照防爆结构和防爆性能的不同特点，防爆电气设备可分为增安型、隔爆型、充油型、充砂型、通风充气型、本质安全型、无火花型、特殊型。三、消除着火源•增安型（防爆安全型）•隔爆型–接线盒、电动机、起动器、变压器–煤矿井下非采掘工作面或工厂含有爆炸性气体混合物的作业场所•充油型•通风充气型•本质安全型–电缆、按钮指示箱、信号器•特殊型（防爆特殊型）三、消除着火源•Q:气体或蒸气爆炸性混合物场所•G：粉尘或纤维爆炸性混合物场所•H：火灾危险场所四、测爆仪•爆炸事故是在具备一定的可燃气、氧气和火源这三要素的条件下出现的．其中可燃气的偶然泄漏和积聚程度，是现场爆炸危险性的主要监测指标，相应的测爆仪和报警器便是监测现场爆炸性气体泄漏危险程度的重要工具。厂矿常用的可燃气测量仪表的原理有热催化、热导、气敏和光干涉等四种。•(一)热催化原理热催化检测原理如图4所示，在检测元件R1作用下，可燃气发生氧化反应，释放出燃烧热，其大小与可燃气浓度成比例。检测元件通常用铂丝制成。气样进入工作室后在检测元件上放出燃烧热，由灵敏电流计M指示出气样的相对浓度，这种仪表的满刻度值通常等于可燃气的爆炸下限。•(二)热导原理利用被测气体的导热与纯净空气的导热性的差异，把可燃气体的浓度转换为加热丝温度和电路的变化，在电阻温度计上反应出来。其检测原理与热催化原理的电路相同。•(三)气敏原理气敏半导体检测元件吸附可燃性气体后，电阻大大下降(可由50kΩ下降到10kΩ左右)，与检测元件串联的微安表可给出气样浓度的指示值，检测电路见图5。图中GS为气敏检测元件，由电源U1加热到200～300℃。气样经扩散到达检测元件，引起检测元件电阻下降，与气样浓度对应的信号电流在微安表M上指示出来。U2是测量检测元件电阻用的电源。•(四)光干涉原理干涉条纹产生移位，移位大小与待测气体浓度成比例关系，通过移位距离就可以测出待测气体的浓度。五、防爆安全装置•防爆安全装置主要有阻火装置、泄压装置和指示装置等．一、阻火装置作用原理：阻火装置的作用是防止火焰窜入设备、容器与管道内，或阻止火焰在设备和管道内扩展。其工作原理是在可燃气体进出口两侧之间设置阻火介质，当任一侧着火时，火焰的传播被阻而不会烧向另一侧。常用的阻火装置有安全水封、阻火器和单向阀。（1）安全液封安全液封的阻火原理是液体封在进出口之间，一旦液封的一侧着火，火焰都将在液封处被熄灭，从而阻止火焰蔓延。一般安装在气体管道与生产设备或气柜之间，一般用水作为阻火介质。常用的安全液封有敞开式和封闭式两种。水封井是安全液封的一种，使用在可燃气体和易燃液体蒸气管线与设备之间，可防止燃烧、爆炸沿管网蔓延扩展，水封井的水封液柱高度，不宜小于250mm。安全液封的设计计算水封井•阻火器的工作原理是：火焰在管中蔓延的速度随着管径的减小而减小，最后可以达到一个火焰不蔓延的临界直径。这一现象按照链式反应理论的解释是，管子直径减小，器壁对游离基(作用中心)的吸附作用的程度增加。按照热损失的观点来分析，管壁受热面积和混合气体积之比为：•当管径为10cm时，其比值等于0．4。当管径为2cm时；其比值等于2。由此可见，随着管子直径的减少，热损失就逐渐加大，燃烧温度和火焰传播速度就相应降低。当管径小到某个极限值时，管壁的热损失大于反应热，从而使火焰熄灭。阻火器就是根据上述原理制成的，即在管路上连接一个内装细孔金属网或砾石的圆筒，则可以阻止火焰从圆筒的一侧蔓延到另一侧。（2）阻火器金属网阻火器如图所示，是用若干具有一定孔径的金属网把空间分隔成许多小孔隙。对于一般有机溶剂采用4层金属网已可阻止火焰扩展，通常采用6—12层。金属网阻火器•（3）单向阀•亦称止逆阀、止回阀。生产中常用于只允许流体在一定的方向流动，阻止在流体压力下降时返回生产流程。•泄压装置包括安全阀和爆破片。(一)安全阀•安全阀的作用是为了防止设备和容器内压力过高而爆炸，包括防止物理性爆炸(如锅炉与压力容器、蒸馏塔等的爆炸)和化学性爆炸。当容器和设备内的压力升高超过安全规定的限度时，安全阀即自动开启，泄出部分介质，降低压力至安全范围内再自动关闭．从而实现设备和容器内压力的自动控制，防止设备和容器的破裂爆炸。安全阀在泄出气体或蒸气时，产生动力声响，还可起到报警的作用。二、泄压装置安全阀按其结构和作用原理分为静重式、杠杆式和弹簧式等。目前多用弹簧安全阀，其结构如图所示。它由弹簧1、阀杆2、阀芯3、阀体4和调节螺栓5等组成。•1、压力容器的安全阀最好直接装设在容器本体上。液化气体容器上的安全阀应安装于气相部分，防止排出液态物料，发生事故。•2．安全阀用于排泄可燃气体时，如直接排入大气，则必须引至远离明火或易燃物，而且是通风良好的地方，排放管必须逐段用导线接地以消除静电的作用。如果可燃气体的温度高于它的自燃点，应考虑防火措施或将气体冷却后再排入大气。•3．安全阀用于泄放可燃液体时，宜将排泄管接入事故贮槽、污油罐或其它容器；用于泄放高温油气或易燃、可燃液体等遇空气可能立即着火的物质时，宜接入密闭系统的放空塔或事故贮槽。•4．室内的设备如蒸馏塔、可燃气体压缩机的安全阀、放空口宜引出房顶，并高于房顶2m以上。设置安全阀时应注意下列几点爆破片又称防爆膜、泄压膜。是一种断裂型的安全泄压装置。它的一个重要作用是当设备发生化学性爆炸时，保护设备免遭破坏。其工作原理是根据爆炸发展过程的特点，在设备或容器的适当部位设置一定大小面积的脆性材料(如铝箔片)；构成薄弱环节。当爆炸刚发生时，这些薄弱环节在较小的爆炸压力作用下，首先遭受破坏，立即将大量气体和热量释放出去，爆炸压力也就很难再继续升高，从而保护设备或容器的主体免遭更大损坏，使在场的生产人员不致遭受致命的伤亡．(二)爆破片爆破片的安全可靠性决定于爆破片的厚度、泄压面积和膜片材料的选择。爆破片的厚度可按下式计算：S＝PD/K式中：S—爆破片厚度，mm；P—设计的爆破压力，Pa；D—泄压孔直径，mm；K—应力系数，根据不同材料选择：铝：2．4×103～2．9×103(温度＜100℃)铜：7．7×103～8．8×103(温度＜200℃)•用于指示系统的压力、温度和水位的装置为指示装置。它使操作者能随时观察了解系统的状态，以便及时加以控制和妥善处理。常用的指示装置有压力表、温度计和水位计(或水位龙头)。图12所示为弹簧管压力表，当气体流入弹簧弯管时，由于内压作用，使弯管向外伸展，发生角位变形，通过阀杆6和扇形齿轮7带动小齿轮8转动．小齿轮轴上装有指针，指示设备或系统内介质的压力。（三）、指示装置（四）抑爆装置