燃烧与爆炸的基础知识

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1、 燃烧与爆炸的基础知识燃烧与爆炸的基础知识 一、燃烧一、燃烧 (1)氧化与燃烧 根据化学定义，凡是使被氧化物质失 去电子的反应都属于氧化反应。强烈的氧化反应，并伴随有 热和光同时发出，则称为燃烧。物质不仅与氧的化合反应属 燃烧，并且在一定条件下，与氯气、硫的蒸气等的化合反应 也属燃烧。但是物质和空气中的氧所起的反应是最普遍的， 也是焊接发生火灾爆炸事故的主要原因。我们将着重讨论这 一形式的燃烧。 燃烧俗称着火。如果只有放热发光而没有氧化反应的不 能叫做燃烧，如灼热的钢材虽然放热发光，但这是物理现 象，不是燃烧；而放热或不发光的氧化反应，如金属生锈、 生石灰遇水放热等现象，也不能叫作燃烧。 (2

2、)燃烧的必要条件 发生燃烧必须同时具备三个条件， 即可燃物质、助燃物质和着火源。亦即发生燃烧的条件必须 是可燃物质和助燃物质共同存在，并有能导致着火的火源 例如火焰、电火花、灼热的物体等。 1可燃物质 凡能与氧和其它氧化剂发生剧烈氧化反应的物质，都 称为可燃物质。就其存在的状态可分为固态可燃物、液态可 燃物、气态可燃物三类；按其组成的不同又可分为无机可燃 物质(如氢气、 一氧化碳等)和有机可燃物质(如甲烷、 乙炔等) 两类。 物质的可燃性质是随着条件的变化而变化，大块的铝、 镁可看作是不燃物，但在纯氧中就是可燃物。铝粉、镁粉不 但能自燃，而且还有爆炸性。 2助燃物质 凡是能与可燃物质发生化学反

3、应并起助燃作用的物质 称为助燃物，如空气、氧气、氟和溴等。 可燃物质完全燃烧，必须要有充足的空气(氧在空气中 约占 21)，如燃烧1kg 石油需要 1012m3 空气。 如果缺乏 空气，燃烧就不完全。 3着火源 凡能引起可燃物质燃烧的热能，都叫着火源。要使可燃 物质起化学变化而发生燃烧，需要有足够的热量和温度， 各种不同的可燃物质燃烧时所需要的温度和热量各不相同。 着火源主要有下列几种： (1)明火。 如火柴和打火机的火焰、 油灯火、 炉火、 喷灯火、 烟头火以及焊接、气割时的动火等(包括灼热铁屑和高温金 属)。 (2)电气火，电火花(电路开启、切断、保险丝熔断等)， 电器线路超负荷、 短路，

4、接触不良；电炉丝、 电热器、 电灯泡、 红外线灯、电熨斗等。 (3)摩擦、冲击产生的火花。 (4)静电荷产生的火花。电介质相互摩擦、剥离或金属摩 擦生成的。如液体、气体，沿导管流动，气体高速喷出 产生静电。 (5)雷电产生的火花，分直接雷击和感应雷电。 (6)化学反应热，包括本身自燃、 遇火燃烧与其他抵触性 物质接触起火。 可燃物、助燃物和着火源构成燃烧的三个要素，缺少其 中任何一个要素便不能燃烧。 燃烧反应在浓度、 压力、 组成和 着火源等方面都存在着极限值，如果可燃物未达到一定浓 度，或助燃物数量不足，或着火源不具备足够的温度或热 量，那么，即使具备了三个条件，燃烧也不会发生。对于已 进行

5、着的燃烧，若消除其中任何一个要素，燃烧便会终止 这就是灭火的基本理论。 (三)燃烧的过程及类型 1燃烧的过程 可燃物质的燃烧一般是在蒸汽或气体状态下进行。由于 可燃物质的状态不同，其燃烧的特点也不同。 气体容易燃烧，只要达到其本身氧化分解所需的热量 便能迅速燃烧，在极短的时间内全部烧光。 液体在火源作用下，首先使其蒸发，然后蒸汽氧化分 解进行燃烧。 固体燃烧，如果是简单物质，如硫、磷等受热时首先熔 化，然后蒸发、燃烧，没有分解过程。若是复杂物质，在受 热时首先分解成气态和液态产物，然后气态产物和液态产 物的蒸气着火燃烧。 各种物质的燃烧过程如图 101 所示，从中可知任何可 燃物的燃烧必须经过

6、氧化、分解和燃烧等阶段。 图图101 物质燃烧的过程物质燃烧的过程 2燃烧的类型 (1)闪燃与闪点 各种液体的表面都有一定量的蒸汽存在，蒸汽的浓度 取决于该液体的湿度。可燃液体表面或容器内的蒸汽与空气 混合而形成混合可燃气体或可燃液体，遇明火会发生一闪 即灭的瞬间火苗或闪光，这种现象叫闪燃。引起闪燃时的最 低温度叫做闪点(闪点的概念主要适用于可燃性液体)。当可 燃性液体温度高于其闪点时，则随时都有被火点燃的危险。 不同的可燃液体有不同的闪点，闪点越低，火险越大。 它是评定液体火灾危险性的主要依据。几种常见液体的闪点 见表 101。 表表101 几种常见液体的闪点几种常见液体的闪点 液体名称闪点

7、()液体名称闪点() 汽油5810丙酮17 苯15二乙醚45.5 甲醇9.5乙酸乙酯5 乙醇11松节油35 煤油2845桐油239 萘86樟脑65.5 (2)着火与燃点 所谓着火，则是可燃物质与火源接触能燃烧，并且在 火源移去后仍能保持继续燃烧的现象。可燃性物质发生着火 的最低温度，称为着火点或燃点，几种物质的燃点见表 10 2。 表表102 几种物质的燃点几种物质的燃点 物质名称燃点物质名称燃点 蜡烛190松节油53 硫207樟脑70 豆油220煤油86 赛璐珞100 (3)受热自燃与自燃点 可燃物质在外部条件作用下，温度升高，当达到其自 燃点时，即着火燃烧，这种现象称为受热自燃。自燃点是指

8、 物质(不论是固态、液态或气态)在没有外部火花和火焰的条 件下，能自动引燃和继续燃烧的最低温度。 物质的自燃点越低，发生火灾的危险越大。物质受热自 燃是发生火灾的一种主要原因，掌握物质的自燃点，对防 火工作有重要实际意义。几种物质的自燃点见表103。 表表103 几种物质的自燃点几种物质的自燃点 物质名称自燃点()物质名称自燃点() 木材300350煤油240290 煤炭450乙醚180 豆油460二硫化碳112 桐油410松香240 赛璐珞150亚麻仁油343 黄磷3445重油380420 赤磷200250柴油350380 (4)本身自燃 能自燃的植物有：稻草、 麦杆、 木屑、 仔棉、 麻等

9、。 植物的 自燃是由于生物、物理和化学作用引起的。 植物油有较大的自燃性，动物油次之，纯粹的矿物油 不能自燃，引起油脂自燃的内因是油脂中含有不饱和脂肪 酸、甘油酯，其不饱和程度越大，含量越多，则油脂的自燃 能力越大，这种不饱和化合物在空气中容易发生氧化发热 作用。 引起油脂自燃的外因：有较大的氧化表面(如浸油的纤 维物质)、有空气、具备蓄热的条件。 烟煤、褐煤、泥煤和硫化铁等也能自燃。 燃烧的几种类型参见图102。 图图102 燃烧类型概略图燃烧类型概略图 (四)燃烧的产物 燃烧产物是燃烧时生成的气体、 蒸汽和液体、 固体物质。 燃烧产物的成分取决于可燃物质的化学组成和燃烧条件。燃 烧产物主要

10、有二氧化碳、 一氧化碳、 水蒸气、 二氧化硫、 五氧 化二磷以及灰粉等。空气不足的条件下燃烧时，还生成碳粒 等。火灾时的烟雾实际上就是不完全燃烧时的产物。空气中 的氧在燃烧时大部分消耗了，剩下的氮和燃烧产物混合在 一起。燃烧产物一般有窒息性和一定毒性，人在火场中有引 起窒息中毒的危险；火场中烟雾会影响视线，妨碍消防人 员行动；灼热的燃烧产物和不完全燃烧产物能使人烫伤或 造成新的火源，甚至能与空气形成爆炸混合物。 燃烧产物在一定条件下(密闭的场所)，有阻碍继续燃烧 的作用，还可从燃烧产物的颜色、气味和烟雾气流的温度、 浓度和流动方向，帮助判断火灾原因、火势蔓延及发展情况。 二、爆炸二、爆炸 爆炸

11、，是物质在瞬间以机械功的形式释放出大量气体 和能量的现象。通常将爆炸可以分为物理性爆炸和化学性爆 炸两大类。 (一)物理性爆炸与化学性爆炸 物理性爆炸，是由于物理变化引起的。如蒸气锅炉的爆 炸，是由于过热的水迅速变化为蒸汽，且蒸汽压力超过锅 炉强度的极限而引起的，其破坏程度取决于锅炉蒸汽压力。 发生物理爆炸的前后，爆炸物质的性质及化学成份均不改 变。 化学性爆炸，是由于物质在极短时间内完成的化学变 化，形成其它物质，同时放出大量热量和气体的现象。例如 用来制作炸药的硝化棉在爆炸时放出大量的热量，同时产 生大量的气体(CO、 CO2、 H2和水蒸汽等)。 爆炸时的体积会突 然增大 47 万倍，在

12、几万分之一秒内完成燃烧。由于一方面 生成大量气体和热量，另一方面燃烧的速度又极快，在瞬 间内生成的大量气体来不及膨胀和扩散开，仍然被约束在 原有的较小的空间内。众所周知，气体的压力同体积成反比， 即 PVK(常数)，气体的体积越小，则压力就越大，而且这 个压力产生极快，即使坚固的钢板、坚硬的岩石也承受不住。 同时，爆炸还产生强大的冲击波，这种冲击波不仅能推倒 建筑物，对在场人员还具有杀伤作用。化学反应的高速度， 同时产生大量气体和热量，这是化学性爆炸的三个基本要 素。 发生化学性爆炸的物质，按其特性可分为两类：一类 是炸(火)药；另一类是可燃物质与空气形成爆炸性混合物。 可燃气体、蒸气及粉尘的

13、爆炸性混合物都属于后一类。 (二)爆炸极限 可燃性物质与空气的混合物，在一定的浓度范围内才 能发生爆炸。可燃物质在混合物中发生爆炸的最低浓度称为 爆炸下限；反之，则为爆炸上限。在低于下限和高于上限的 浓度时，是不会发生着火爆炸的。爆炸下限和爆炸上限之间 的范围，称为爆炸极限。 爆炸极限，一般用可燃性气体或蒸汽在空气或氧气混 合物中的体积百分数来表示，有时也用单位体积气体中可 燃物的含量来表示(gm3)。 爆炸性混合物的温度、 压力、 含氧 量及火源能量等数量的增大，都会使爆炸极限范围扩大。从 爆炸极限的大小和范围，可以评定可燃气体、蒸汽或粉尘的 火灾及爆炸危险性。爆炸下限较低的可燃气体、蒸汽或

14、粉尘， 危险性较大；爆炸极限的幅度越宽，其危险性就越大。 容器直径越小，则爆炸极限范围也越小。 为了帮助大家理解和记忆“爆炸极限”的概念和影响 因素，我们可以把它总结成四句话：“上上下下保安全， 中间范围最危险，温度压力有影响，氧气火源能拓宽。” 几种可燃液体和气体的爆炸极限见表104。 表表104 可燃液体和气体的爆炸极限可燃液体和气体的爆炸极限 爆炸浓度极限()气体、 液体 名称 爆炸温度极限() 下限上限下限上限 3.518酒 精1140 1.27甲 苯131 0.862松 节 油 3253 0.795.16车 用 汽 油 39 8 1.47.5灯 用 煤 油 4086 1.8536.5

15、乙 醚4513 1.59.5苯1412 475氢 2.281乙 炔 几种可燃物质粉尘的爆炸极限见表105。 表表105 可燃物质粉尘的爆炸极限可燃物质粉尘的爆炸极限 粉尘名称自燃点()爆炸下限 (gm3) 爆炸压力 (kPa) 铝 粉47064540607.6 镁 粉60065010548.8 煤 粉6103545303.8 硫磺粉5752.3273.4 木 粉43012.625754.6 面 粉3809.7656.6 (三)化学性爆炸的必要条件 凡是化学性爆炸，总是在下列三个条件同时具备时才 能发生：a、可燃易爆物；b、可燃易爆物与空气混合并达到 爆炸极限，形成爆炸性混合物；c、爆炸性混合物

16、在火源的 作用下。防止化学性爆炸的全部措施的实质，即是制止上述 三个条件的同时存在。 (四)爆炸性混合物的特性 1直接与空气形成爆炸性混合物的特性 (1)可燃气体的特性 可燃气体(如乙炔、氢)由于容易扩 散流窜，而又无形迹可察觉，所以不仅在容器设备内部， 而且在室内通风不良的条件下，容易与空气混合，浓度能 够达到爆炸极限。因此在生产、贮存和使用可燃气体的过程 中，要严防容器、管道的泄漏。厂房内应加强通风，严禁明 火。 (2)可燃蒸汽的特性 闪点低的易燃液体(如汽油、丙烷) 在室温条件下能够蒸发较多的可燃蒸汽。闪点高的可燃液体 在加热升温超过闪点时，也能蒸发较多的可燃蒸汽。因此在 液体燃料容器、管道以及厂房、室内通风不良的条件下，可 燃蒸汽与空气混合的浓度往往可达到爆炸极限。所以在生产、 贮存和使用可燃液体过程中要严防跑、 冒、 滴、 漏，室内应加 强通风换气。在暑热夏天贮存闪点低的易燃液体时，必须采 取隔热降温措施，严禁明火。 (3)可燃粉尘的特性