第一節(jié)　火災(zāi)爆炸事故機理

　　一、燃燒與火災(zāi)

　　(一)燃燒和火災(zāi)的定義、條件

　　1.燃燒定義：可燃物質(zhì)與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng);

　　【注】通常同時釋放出火焰或可見光。

　　2.火災(zāi)定義：在時間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害;

　　3.燃燒(火災(zāi))發(fā)生的必要條件

　　同時具備氧化劑、可燃物、點火源，即燃燒的三要素;

　　【注】在火災(zāi)防治中，阻斷三要素中任何一個即可撲滅火災(zāi)。

　　(二)燃燒(火災(zāi))過程和形式

　　1.燃燒過程

　　大多數(shù)可燃物質(zhì)的燃燒并非是物質(zhì)本身在燃燒，而是物質(zhì)受熱分解出的氣體或液體蒸汽在氣相中的燃燒;

　　【可燃物質(zhì)的燃燒過程】

　�、倏扇�?xì)怏w：燃燒所需要的熱量只用于自身氧化分解;

　　②可燃液體：蒸發(fā)成蒸汽，蒸汽氧化分解后達(dá)到自燃點;

　�、劭扇脊腆w：熔化蒸發(fā)或分解為氣、液態(tài)，隨后氧化分解;

　　【注】光和熱是燃燒產(chǎn)生的物理現(xiàn)象，焦炭只有熾熱無火焰。

　　通過自由基團和原子這些中間產(chǎn)物書劍進行的循環(huán)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是這些燃燒反應(yīng)的實質(zhì)。

　　【可燃物質(zhì)燃燒過程流程圖】

　　2.燃燒形式

　　(1)擴散燃燒

　　混合濃度達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi)的可燃?xì)怏w遇到火源即著火并能形成穩(wěn)定火焰的燃燒;

　　【應(yīng)用舉例】民用天然氣、煤氣管道出口端的正常燃燒。

　　(2)混合燃燒

　　可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w在有限的空間內(nèi)擴散混合，混合氣體的濃度在爆炸范圍內(nèi)，遇到火源后在其分布的空間快速進行的燃燒;

　　【應(yīng)用舉例】煤氣、液化石油氣泄漏后遇到明火發(fā)生的燃爆。

　　(3)蒸發(fā)燃燒

　　【應(yīng)用舉例】酒精、汽油、乙醚等易燃液體產(chǎn)生的燃燒;

　　(4)分解燃燒

　　【應(yīng)用舉例】木材、紙、油脂一類的高沸點固體可燃物的燃燒;

　　(5)表面燃燒

　　【應(yīng)用舉例】炭或粉狀金屬鋁或鎂的燃燒;

　　【注】上述的燃燒形式都依靠擴散方法相互接觸，其燃燒傳播的速度取決于兩種物質(zhì)的擴散速度。

　　(三)火災(zāi)的分類

　　(1)根據(jù)《火災(zāi)分類》(GB/T4968)按物質(zhì)燃燒特性分：

　　(2)火災(zāi)等級

　　根據(jù)《生產(chǎn)安全事故報告和調(diào)查處理條例》劃分：

　　《火災(zāi)事故調(diào)查規(guī)定》于2009年4月30日人民共和國公安部令第108號發(fā)布，根據(jù)2012年7月17日人民共和國公安部令第121號公布的《公安部關(guān)于修改的決定》修訂

　　(四)火災(zāi)基本概念及參數(shù)

　　1.引燃能(最小點火能)

　　指釋放能夠觸發(fā)初始燃燒化學(xué)反應(yīng)的能量，也叫最小點火能;

　　【影響其反應(yīng)發(fā)生因素】溫度、釋放能量、熱量和加熱時間。

　　2.著火延滯期(誘導(dǎo)期)

　　可燃性物質(zhì)和助燃?xì)怏w混合物在高溫下從開始暴露到起火的時間;

　　3.閃燃

　　一定溫度下，在液體表面上能產(chǎn)生足夠的可燃蒸氣，遇火能產(chǎn)生一閃即滅的燃燒現(xiàn)象;

　　4.閃點

　　可燃液體表面能夠蒸發(fā)產(chǎn)生足夠的蒸氣而發(fā)生閃燃的最低溫度;

　　【注】衡量火災(zāi)危險性的重要參數(shù)，閃點越低，危險性越大;

　　5.燃點(著火點)

　　燃點(著火點)是指可燃物質(zhì)發(fā)生著火的最低溫度;

　　【注】一般情況燃點越低，危險性越大。

　　6.自燃點

　　不用任何輔助引燃能源而達(dá)到引燃的最低溫度;

　　①液、固體可燃物受熱分解的可燃?xì)怏w揮發(fā)越多，自然點越低;

　�、诠腆w可燃物粉碎得越細(xì)，自燃點越低;

　　【注】一般情況，密度越大，閃點越高而自燃點越低;

　　(閃點↓)汽油<煤油<輕柴油<重柴油<蠟油<渣油(自燃點↓)

　　(五)典型火災(zāi)的發(fā)展規(guī)律

　　【發(fā)展階段規(guī)律】

　　①初起期：主要特征是冒煙、陰燃;

　　②發(fā)展期：隨時間平方遞增，轟然;

　　③最盛期：火勢由建筑物通風(fēng)決定;

　�、芟�滅期：燃料不足、滅火系統(tǒng)。

　　由于建筑物內(nèi)可燃物、通風(fēng)條件不同，建筑火災(zāi)有可能達(dá)不到最盛期，而是緩慢發(fā)展至熄滅。

　　(六)燃燒機理

　　1.活化能理論

　　物質(zhì)分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，首要的條件是相互碰撞。

　　【活化分子】具有一定能量相互碰撞發(fā)生反應(yīng)的分子;

　　【活化能】使普通分子變?yōu)榛罨�分子所必需的能量�?/P>

　�、贉囟仍礁�，氣體分子運動速度越快;

　�、趨⒓尤紵�的活化分子越多，燃燒越猛烈。

　　2.過氧化物理論

　　燃燒反應(yīng)中，首先氧分子在熱能作用下活化形成過氧鍵;

　　【注】過氧化物理論中強調(diào)過氧化物是燃燒持續(xù)的根本原因。

　　3.鏈反應(yīng)理論

　　【鏈反應(yīng)的流程】

　　(1)引發(fā)階段：第一批自由基，開始反應(yīng);

　　(2)鏈的發(fā)展：使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)得以持續(xù)下去;

　　(3)終止階段：自由基減少、消失、終止;

　　二、爆炸

　　(一)爆炸及其分類

　　1.爆炸的定義(參考教材P249-250)

　　一般來說，爆炸現(xiàn)象具有以下特征：

　　(1)爆炸過程高速進行;

　　(2)爆炸點附近壓力急劇升高，多數(shù)爆炸伴有溫度升高;

　　(3)發(fā)出或大或小的響聲;

　　(4)周圍介質(zhì)發(fā)生震動或鄰近的物質(zhì)遭到破壞;

　　【注】爆炸點附近壓力急劇升高是爆炸最主要的特征;

　　2.爆炸的分類

　　(1)按能量的來源劃分

　�、傥锢肀�炸：蒸汽鍋爐爆炸、輪胎爆炸、水的大量急劇氣化。

　�、诨瘜W(xué)爆炸：炸藥爆炸、可燃?xì)怏w及可燃粉塵爆炸;

　�、酆吮�炸：原子彈、氫彈爆炸;

　　(2)按照爆炸反應(yīng)相劃分

　　①氣相爆炸：混合氣體爆炸、噴霧爆炸、可燃粉塵爆炸;

　�、谝合啾�炸：混合危險物質(zhì)的爆炸、蒸汽爆炸;

　�、酃滔啾�炸：易爆化合物爆炸、導(dǎo)線爆炸、固相轉(zhuǎn)化爆炸;

　　(二)爆炸破壞作用

　　1.沖擊波

　　破壞程度與沖擊波能量、建筑物堅固程度、沖擊波中心距有關(guān);

　　2.碎片沖擊

　　3.震蕩作用

　　4.次生事故

　　5.有毒氣體

　　爆炸反應(yīng)中會生成一定量的CO、NO、H2S、S02等有毒氣體;

　　(三)可燃?xì)怏w爆炸

　　1.分解爆炸性氣體爆炸

　　某些氣體即使在沒有氧氣的條件下，也能被點燃爆炸;

　　【例如】乙炔、乙烯、環(huán)氧乙烷、四氟乙烯。

　　【注】乙炔易與銅、銀、汞生成乙炔鹽，輕微撞擊便可爆炸;

　　【舉例應(yīng)用】某化工廠一個乙炔發(fā)生器出氣接頭損壞后，焊工用紫銅做成接頭使用，因出氣孔被堵塞，工人用鐵絲去捅，結(jié)果發(fā)生爆炸，該工人當(dāng)場被炸死。

　　2.可燃性混合氣體爆炸

　　燃燒與化學(xué)爆炸區(qū)別在于燃燒反應(yīng)(氧化反應(yīng))速度不同;

　　【例如】煤氣由管道噴出在空氣中燃燒，是典型的擴散燃燒。

　　【注】是否經(jīng)歷擴散過程是決定燃燒和爆炸的主要條件。

　　3.可燃?xì)怏w爆炸反應(yīng)歷程

　　【舉例說明】

　　在溫度為500℃的環(huán)境下：

　　①所示a點壓力200pa

　　【爆炸下限】能夠爆炸的最低濃度;

　�、谒�示b點壓力6666pa

　　【爆炸上限】能夠爆炸的最高濃度;

　　【注】隨著溫度增加，爆炸極限變寬。

　　(四)物質(zhì)爆炸濃度極限

　　【爆炸極限的概念】

　　當(dāng)可燃性氣體、蒸氣或可燃粉塵與空氣(或氧)在一定濃度范圍內(nèi)均勻混合，遇到火源發(fā)生爆炸的濃度范圍稱為爆炸濃度極限。

　　一般用爆炸上限、下限之差與爆炸下限濃度比值表示危險度;

　�、貶(體積分?jǐn)?shù))=(L上一L下)/L下

　�、贖(質(zhì)量分?jǐn)?shù))=(Y上一Y下)/Y下

　　【注】H越大，可燃性混合物爆炸極限范圍越寬，危險性越大。

　　【爆炸極限的影響因素】

　　1.溫度影響：初始溫度越高，爆炸極限變大，危險性增加;

　　2.壓力影響：初始壓力增大，爆炸極限變大，危險性增加;

　　【注】對密閉設(shè)備進行減壓操作對安全是有利的。

　　3.惰性介質(zhì)的影響：惰性氣體含量增加，爆炸極限變小;

　　【注】當(dāng)惰性氣體的濃度增加到某一數(shù)值時，爆炸上下限趨于一致，使混合氣體不發(fā)生爆炸。

　　4.爆炸容器對爆炸極限的影響

　　材料傳熱性好，管徑越細(xì)，火焰越難傳播，爆炸極限變小;

　　【最大滅火間距(臨界直徑)】

　　使火焰不能傳播下去的容器直徑或火焰通道的數(shù)值。

　　(5)點火源的影響

　　能量越大，加熱面積越大，作用時間越長，爆炸極限變大;

　　【注】一般情況下，爆炸極限均在較高的點火能量下測得。

　　(五)粉塵爆炸

　　1.粉塵爆炸的機理

　　粉塵爆炸是瞬間的連鎖反應(yīng)，屬于不穩(wěn)定的氣固二相流反應(yīng);

　　2.粉塵爆炸的特點

　　(1)粉塵爆炸速度或壓力上升速度比氣體爆炸小，燃燒時間長，產(chǎn)生的能量大，破壞程度大;

　　(2)爆炸感應(yīng)期較長;

　　(3)有產(chǎn)生二次爆炸的可能性;

　　(4)粉塵有不完全燃燒的現(xiàn)象;

　　3.粉塵爆炸的條件

　　(1)粉塵本身具有可燃性;

　　(2)粉塵虛浮在空氣中并達(dá)到一定濃度;

　　(3)有足以引起粉塵爆炸的起始能量;

　　4.粉塵爆炸過程

　　【粉塵爆炸過程與可燃?xì)獗�炸的區(qū)別】

　　(1)粉塵爆炸所需的發(fā)火能更大;

　　(2)可燃?xì)獗�炸中，促使穩(wěn)定上升的傳熱方式主要是熱傳導(dǎo);

　　(3)在粉塵爆炸中，熱輻射的作用大;

　　5.粉塵爆炸的特性及影響因素

　　評價粉塵爆炸危險性的主要特征參數(shù)有：爆炸極限、最小點火能量、最低著火溫度、粉塵爆炸壓力及壓力上升速率;

　　(1)影響爆炸極限的因素

　　可能造成爆炸極限范圍變大的因素主要有兩類：

　�、俜稚⒍取⒖扇�?xì)怏w、氧、火源強度、初始溫度的增加;

　　②粉塵粒度、濕度，惰性粉塵、灰分的減少;

　　(2)粉塵粒度越細(xì)，比表面越大，反應(yīng)速度越快，爆炸上升速率就越大;

　　粒度越細(xì)，比表面越大，反應(yīng)速度越快，爆炸上升速率越大

　　(六)燃燒、爆炸的轉(zhuǎn)化

　　固體或液體炸藥燃燒轉(zhuǎn)化為爆炸的主要條件：

　　(1)密閉狀態(tài)，高溫氣體增大了壓力，燃燒轉(zhuǎn)化為爆炸;

　　(2)燃燒面積擴大，燃速加快形成沖擊波，燃燒轉(zhuǎn)化為爆炸;

　　(3)藥量較大時，炸藥燃燒形成的高溫反應(yīng)區(qū)將熱量傳給了尚未反應(yīng)的炸藥，使其余的炸藥受熱爆炸;

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