注册消防工程师《消防安全技术实务》燃烧

消防工程师消防安全技术实务精讲班第一篇消防基础知识第一章燃烧第一节燃烧条件燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。燃烧过程中，燃烧区的温度较高，使其中自炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光。发光的气相燃烧区就是火焰，它是燃烧过程中最明显的标志。由于燃烧不完全等原因，会使产物中产生一些小颗粒，这样就形成了烟。燃烧可分为有焰燃烧和无焰燃烧。通常看到的明火都是有焰燃烧；有些固体发生表面燃烧时，有发光发热的现象，但是没有火焰产生，这种燃烧方式则是无焰燃烧。燃烧的发生和发展，必须具备三个必要条件，即可燃物、助燃物（氧化剂）和引火源（温度）。但要导致燃烧的发生，不仅需要满足三要素条件，而且需要三者达到一定量的要求，并且存在相互作用的过程。因此，燃烧的充分条件可进一步表述为：具备足够数量或浓度的可燃物；具备足够数量或浓度的助燃物；具备足够能量的引火源；上述三者相互作用。一、可燃物凡是能与空气中的氧或其他氧化剂起化学反应的物质，均称为可燃物。二、助燃物凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，称为助燃物，如广泛存在于空气中的氧气。在一定条件下，各种不同的可燃物发生燃烧，均有本身固定的最低氧含量要求。氧含量过低，即使其他必要条件已经具备，燃烧仍不会发生。三、引火源使物质开始燃烧的外部热源（能源）称为引火源。常见的引火源有下列几种：（1）明火。明火是指生产、生活中的炉火、烛火、焊接火、吸烟火，撞击、摩擦打火，机动车辆排气管火星、飞火等。（2）电弧、电火花。电弧、电火花是指电气设备、电气线路、电气开关及漏电打火，电话、手机等通信工具火花，静电火花等。（3）雷击。雷击瞬间高压放电能引燃任何可燃物。（4）高温。高温是指高温加热、烘烤、积热不散、机械设备故障发热、摩擦发热、聚焦发热等。四、链式反应自由基自由基是一种高度活泼的化学基团，能与其他自由基和分子起反应，从而使燃烧按链式反应的形式扩展，也称游离基。大部分燃烧的发生和发展除了具备上述三个必要条件以外，其燃烧过程中还存在未受抑制的自由基作中间体。多数燃烧反应不是直接进行的，而是通过自由基团和原子这些中间产物瞬间进行的循环链式反应。自由基的链式反应是这些燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。因此，完整地论述，大部分燃烧发生和发展需要四个必要条件，即可燃物、助燃物、引火源和链式反应自由基，燃烧条件可以进一步用着火四面体来表示。例：用着火四面体来表示燃烧发生和发展的必要条件时，”四面体”是指可燃物、氧化剂、引火源和（）。（2015真题）A．氧化反应B．热分解反应C．链传递D．链式反应自由基世纪明德教育答案：D第二节燃烧类型及其特点一、按燃烧发生瞬间的特点分类可分为着火和爆炸。（一）着火可燃物在与空气共存的条件下，当达到某一温度时，与引火源接触即能引起燃烧，并在引火源离开后仍能持续燃烧，这种持续燃烧的现象叫着火。着火就是燃烧的开始，并且以出现火焰为特征。可燃物的着火方式一般分为下列几类：1．点燃（或称强迫着火）这种着火方式习惯上称为引燃。2．自燃（1）化学自燃。这类着火现象通常不需要外界加热，而是在常温下依据自身的化学反应发生的，因此习惯上称为化学自燃。例如火柴受摩擦而着火；炸药受撞击而爆炸；金属钠在空气中自燃；煤因堆积过高而自燃等。（2）热自燃。（二）爆炸爆炸最重要的一个特征是爆炸点周围发生剧烈的压力突变，这种压力突变就是爆炸产生破坏作用的原因。二、按燃烧物形态分类燃烧物按燃烧物形态分为气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧。绝大多数可燃物质的燃烧都是在蒸气或气体的状态下进行的，并出现火焰。而有的物质则不能变为气态，其燃烧发生在固相中，如焦炭燃烧时呈灼热状态。（一）气体燃烧根据燃烧前可燃气体与氧混合状况不同，其燃烧方式分为扩散燃烧和预混燃烧。1．扩散燃烧扩散燃烧即可燃性气体和蒸气分子与气体氧化剂互相扩散，边混合边燃烧。在扩散燃烧中，可燃气体与空气或氧气的混合是靠气体的扩散作用来实现的，混合过程要比燃烧反应过程慢得多，燃烧过程处于扩散区域内，整个燃烧速度的快慢由物理混合速度决定。扩散燃烧的特点为：燃烧比较稳定，火焰温度相对较低，扩散火焰不运动，可燃气体与气体氧化剂的混合在可燃气体喷口进行，燃烧过程不发生回火现象（火焰缩入火孔内部的现象）。2．预混燃烧预混燃烧是指可燃气体、蒸气预先同空气（或氧）混合，遇引火源产生带有冲击力的燃烧。预混燃烧一般发生在封闭体系中或在混合气体向周围扩散的速度远小于燃烧速度的敞开体系中，燃烧放热造成产物体积迅速膨胀，压力升高。预混燃烧的特点为：燃烧反应快，温度高，火焰传播速度快，反应混合气体不扩散，在可燃混合气体中引入一火源即产生一个火焰中心，成为热量与化学活性粒子集中源。预混气体从管口喷出发生动力燃烧，若流速大于燃烧速度，则在管口形成稳定的燃烧火焰，燃烧充分，燃烧速度快，燃烧区呈高温白炽状，如汽灯的燃烧；若可燃混合气体在管口流速小于燃烧速度，则会发生“回火”，如制气系统检修前不进行置换就烧焊，燃气系统于开车前不进行吹扫就点火，用气系统产生负压“回火”或漏气未被发现而用火时，往往形成动力燃烧，有可能造成设备损坏和人员伤亡。（二）液体燃烧易燃、可燃液体在燃烧过程中，并不是液体本身在燃烧，而是液体受热时蒸发出来的液体蒸气被分解、氧化达到燃点而燃烧，即蒸发燃烧。因此，液体能否发生燃烧、燃烧速率高低，与液体的蒸气压、闪点、沸点和蒸发速率等性质密切相关。1．闪燃闪燃是指可燃性液体挥发出来的蒸气与空气混合达到一定的浓度时或者可燃性固体加热到一定温度后，遇明火产生一闪即灭的燃烧。发生闪燃的原因是易燃或可燃液体在闪燃温度下蒸发的速度比较慢，蒸发出来的蒸气仅能维持一刹那的燃烧，来不及补充新的蒸气维持稳定的燃烧，因而一闪就灭了。但闪燃却是引起火灾事故的先兆之一。闪点则是指易燃或可燃液体表面产生闪燃的最低温度。2．沸溢以原油为例，其黏度比较大，并且都含有一定的水分，以乳化水和水垫两种形式存在。乳化水是原油在开采运输过程中，原油中的水由于强力搅拌成细小的水珠悬浮于油中而成。放置久后，油水分离，水因密度大而沉降在底部形成水垫。燃烧过程中，这些沸程较宽的重质油品产生热波，在热波向液体深层运动时，由于温度远高于水的沸点，因而热波会使油品中的乳化水汽化，大量的蒸汽就要穿过油层向液面上浮，在向上移动过程中形成油包气的气泡，即油的一部分形成了含有大量蒸汽气泡的泡沫。这必然使液体体积膨胀，向外溢出，同时部分未形成泡沫的油品也被下面的蒸汽膨胀力抛出罐外，使液面猛烈沸腾起来，这种现象叫沸溢。上述沸溢过程说明，沸溢形成必须具备三个条件:（1）原油具有形成热波的特性，即沸程宽，密度相差较大。(2)原油中含有乳化水，水遇热波变成蒸汽。(3)原油黏度较大，使水蒸气不容易从下向上穿过油层。3．喷溅在重质油品燃烧过程中，随着热波温度的逐渐升高，热波向下传播的距离也加大，当热波达到水垫时，水垫的水大量蒸发，蒸汽体积迅速膨胀，以至把水垫上面的液体层抛向空中，向罐外喷射，这种现象叫喷溅。一般情况下，发生沸溢要比发生喷溅的时间早得多。由于喷溅带出的燃油从池火燃烧状态转变为液滴燃烧状态，改变了燃烧条件，燃烧强度和危险性随之增加，并且油滴在飞溅过程中和散落后将继续燃烧，极易造成火灾的迅速扩大，影响周边其他可燃物及人员、设备等，造成伤亡和损失，所以，对油池火灾而言，要避免喷溅现象的发生。例：汽油闪点低，易挥发，流动性好，存有汽油的储罐受热不会发生（）现象。（2016真题）A．蒸汽燃烧及爆炸B．容器爆炸C．泄漏产生流淌火D．沸溢和喷溅世纪明德教育答案：D（三）固体燃烧1．蒸发燃烧硫、磷、钾、钠、蜡烛、松香、等可燃固体，在受到火源加热时，先熔融蒸发，随后蒸气与氧气发生燃烧反应，这种形式的燃烧一般称为蒸发燃烧。樟脑、萘等易升华物质，在燃烧时不经过熔融过程，但其燃烧现象也可看作是一种蒸发燃烧。2．表面燃烧可燃固体（如木炭、焦炭、铁、铜等）的燃烧反应是在其表面由氧和物质直接作用而发生的，称为表面燃烧。这是一种无火焰的燃烧，有时又称之为异相燃烧。3．分解燃烧可燃固体（如木材、煤、合成塑料、钙塑材料等）在受到火源加热时，先发生热分解，随后分解出的可燃挥发分与氧发生燃烧反应，这种形式的燃烧一般称为分解燃烧。4．熏烟燃烧（阴燃）可燃固体在空气不流通、加热温度较低、分解出的可燃挥发分较少或逸散较快、含水分较多等条件下，往往发生只冒烟而无火焰的燃烧现象，这就是熏烟燃烧，又称阴燃。很多固体材料（如纸张、锯末、纤维织物、胶乳橡胶等）都能发生阴燃。此外，阴燃的发生需要有一个供热强度适宜的热源，通常有自燃热源、阴燃本身的热源和有焰燃烧火焰熄灭后的阴燃等。需要指出的是，上述各种燃烧形式的划分不是绝对的，有些可燃固体的燃烧往往包含两种或两种以上的形式。例如，在适当的外界条件下，木材、棉、麻、纸张等的燃烧会明显地存在分解燃烧、阴燃、表面燃烧等形式。例：对于原油储罐，当罐内原油发生燃烧时，不会产生（）。（2016真题）A．闪燃B．热波C．蒸发燃烧D．阴燃世纪明德教育答案：D三、闪点、燃点、自燃点的概念（一）闪点1．闪点的定义闪点是指在规定的试验条件下，可燃液体和固体表面产生的蒸气在试验火焰作用下发生闪燃的最低温度。2．闪点的意义闪点是可燃性液体性质的主要标志之一，是衡量液体火灾危险性大小的重要参数。闪点越低，火灾危险性越大，反之则越小。闪点与可燃性液体的饱和蒸气压有关，饱和蒸气压越高，闪点越低。表1-1-1常见的几种易燃或可燃液体的闪点名称闪点／℃名称闪点／℃汽油一50二硫化碳一30煤油38—74甲醇11酒精12丙酮一18苯一14乙醛一38乙醚一45松节油35（二）燃点1．燃点的定义在规定的试验条件下，物质在外部引火源作用下表面起火并持续燃烧一定时间所需的最低温度称为燃点。2．常见可燃物的燃点在一定条件下，物质的燃点越低，越易着火。表1-1-2几种常见可燃物的燃点物质名称燃点／℃物质名称燃点／℃蜡烛190棉花210～255松香216布匹200橡胶120木材250～300纸张130—230豆油2203．燃点与闪点的关系易燃液体的燃点一般高出其闪点1～5℃，并且闪点越低，这一差值越小，特别是在敞开的容器中很难将闪点和燃点区分开来。因此，一般用闪点评定易燃液体火灾危险性大小，用燃点衡量固体的火灾危险性大小。（三）自燃点1．自燃点的定义在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度称为自燃点。在这一温度时，物质与空气（氧）接触，不需要明火的作用就能发生燃烧。2．常见可燃物的自燃点可燃物的自燃点越低，发生自燃的危险性就越大。表1-1-3某些常见可燃物在空气中的自燃点（单位：℃）物质名称自燃点物质名称自燃点氢气400丁烷405一氧化碳610乙醚160硫化氢260汽油530～685乙炔305乙醇4233．影响自燃点变化的规律不同的可燃物有不同的自燃点，同一种可燃物在不同的条件下自燃点也会发生变化。可燃物的自燃点越低，发生火灾的危险性就越大。对于液体、气体可燃物，其自燃点受压力、氧浓度、催化、容器的材质和表面积与体积比等因素的影响。而固体可燃物的自燃点，则受受热熔融、挥发物的数量、固体的颗粒度、受热时间等因素的影响。第三节燃烧产物一、燃烧产物的概念由燃烧或热解作用产生的全部物质称为燃烧产物，分为完全燃烧产物和不完全燃烧产物。完全燃烧产物是指可燃物中的C被氧化生成CO2（气）、H被氧化生成H2O（液）、S被氧化生成SO2（气）等，而CO、NH3、醇类、醛类、醚类等是不完全燃烧产物。燃烧产物的数量、组成等随物质的化学组成及温度、空气的供给情况等的变化而不同。三、燃烧产物的危害性二氧化碳和一氧化碳是燃烧产生的两种主要燃烧产物。其中，二氧化碳虽然无毒，但当达到一定的浓度时，会刺激人的呼吸中枢，导致呼吸急促、烟气吸入量增加，并且还会引起头痛、神志不清等症状。而一氧化碳是火灾中致死的主要燃烧产物之一，其毒性在于对血液中血红蛋白的高亲和性，其对血红蛋白的亲和力比氧气高出250倍，因而，它能够阻碍人体血液中氧气的输送，引