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1、第七章化工生产防火防爆技术 第一节燃烧与爆炸 第二节防火防爆的基本措施 第三节消防灭火技术 一 燃烧概述 燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应 a 有可燃物存在 b 有助燃物存在 c 有点火源 1 燃烧 2 燃烧条件 必要 第一节燃烧的基础知识 放热燃烧特征 发光生成新物质 燃烧充分条件 三个必要条件达到足够的量才能发生 1 气体的燃烧情况简单 比较容易燃烧 第一节燃烧的基础知识 2 液体的燃烧通常先蒸发成气态 而后蒸气氧化分解开始燃烧 3 固体的燃烧熔化蒸发或分解燃烧 蒸气燃烧分解燃烧 二 燃烧的过程 物质燃烧时的温度变化 诱导期越短物质越易燃烧 氢的诱导期只有0 01秒 三 燃烧类型 1
2、 闪燃和闪点 各种可燃液体的表面空间由于温度的影响 都有一定量的蒸气存在 这些蒸气与空气混合后 一旦遇到点火源就会出现瞬间火苗或闪光 这种现象称为闪燃 引起闪燃的最低温度称为闪点 闪点是液体可以引起火灾危险的最低温度 液体的闪点越低 它的火灾危险性越大 表1 1某些可燃液体的闪点 2 自燃和自燃点 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 化合等 生物 如细菌的腐蚀作用 反应过程所提供的热量聚积起来 使其达到自燃温度 从而发生自行燃烧的现象 叫做自燃 自燃时可燃物由于受到外界热源间接加热 受热比较均匀 发生燃烧时可燃物整体温度较高
3、燃烧几乎是在整个可燃物或相当大的范围内同时发生 自燃的最低温度 称为自燃点 响液体 气体可燃物自燃点的主要因素 压力 压力越高 自燃点越低 氧浓度 混合气中氧浓度越高 自燃点越低 催化 活性催化剂能降低自燃点 钝性催化剂能提高自燃点 容器的材质和内径 器壁的不同材质有不同的催化作用 容器直径越小 自燃点越高 影响固体可燃物自燃点的主要因素 受热熔融 熔融后可视液体 气体的情况 挥发物的数量 挥发出的可燃物越多 其自燃点越低 固体的颗粒度 固体颗粒越细 其比表面积就越大 自燃点越低 受热时间 可燃固体长时间受热 其自燃点会有所降低 自然可分为受热自然和自热自然 受热自然 如生产中可燃物由于接触高
4、温表面 加热和烘烤过度 冲击摩擦等导致燃烧 自热自然 是由于本身的 1 氧化发热 2 分解放热 3 聚合放热 4 吸附放热 5 发酵放热 6 活性物质遇水 7 可燃物与强氧化剂的混合 致使物质温度升高达到自然点而燃烧的现象 大体可分为4类 1 自然点低的物质 如磷 磷化物 2 与空气 氧发热自然 如油脂类 金属粉尘及金属硫化物 活性炭 木炭等 3 分解发热物质 如硝化棉 4 产生聚合热 发酵热的物质 如干草 湿木屑 表1 2某些可燃物质的自燃点 3 着火和着火点 足够的可燃物质在有足够的助燃物质存在下 遇明火而引起持续燃烧的现象 称为着火 使可燃物发生持续燃烧的最低温度 称为着火点 又叫燃点
5、表1 3某些可燃物质的燃点 问题讨论物质在燃烧过程中 温度将发生什么样的变化 人为控制燃烧的关键在什么时期 燃烧产物 燃烧产物不少是毒害气体 往往会通过呼吸道侵入或刺激眼结膜 皮肤黏膜使人中毒甚至死亡 据统计 火灾中死亡的人约80 是由于吸入毒性气体中毒而致死的 燃烧速度 一 气体燃烧速度由于气体的燃烧不需要象固体 液体那样经过熔化 蒸发等过程 所以燃烧速度很快 气体的燃烧速度随物质的组成不同而异 简单气体燃烧如氢气只需受热 氧化等过程 而复杂的气体如天然气 乙炔等则要经过受热 分解 氧化过程才能开始燃烧 因此 简单的气体比复杂的气体燃烧速度快 在气体燃烧中 扩散燃烧速度取决于气体扩散速度 而
6、混合燃烧速度则取决于本身的化学反应速度 在通常情况下混合燃烧速度高于扩散燃烧速度 气体的燃烧性能也常见火焰传播速度来衡量 一些气体与空气的混合物在25 4毫米直径的管道中火焰传播速度的试验数据见表 二 液体燃烧速率 液体燃烧速率取决于液体的蒸发 其燃烧速率有下面两种表示方法 1 质量速率质量速率指每平方米可燃液体表面 每小时烧掉的液体的质量 2 直线速率直线速率指每小时烧掉可燃液层的高度 液体的燃烧过程是先蒸发而后燃烧 易燃液体在常温下蒸气压就很高 因此有火星 灼热物体等靠近时便能着火 之后 火焰会很快沿液体表面蔓延 另一类液体只有在火焰或灼热物体长久作用下 使其表层受强热大量蒸发才会燃烧 故
7、在常温下生产 使用这类液体没有火灾或爆炸危险 这类液体着火后 火焰在液体表面上蔓延得也很慢 为了维持液体燃烧 必须向液体传人大量热 使表层液体被加热并蒸发 火焰向液体传热的方式是辐射 故火焰沿液面蔓延的速率决定于液体的初温 热容 蒸发潜热以及火焰的辐射能力 表7 7列出了几种常见易燃液体的燃烧速率 三 固体燃烧速率 固体燃烧速率 一般要小于可燃液体和可燃气体 不同固体物质的燃烧速率有很大差异 萘及其衍生物 三硫化磷 松香等可燃固体 其燃烧过程是受热熔化 蒸发气化 分解氧化 起火燃烧 一般速率较慢 而另外一些可燃固体 如硝基化合物 含硝化纤维素的制品等 燃烧是分解式的 燃烧剧烈 速度很快 可燃固
8、体的燃烧速率还取决于燃烧比表面积 即燃烧表面积与体积的比值越大 燃烧速率越大 反之 则燃烧速率越小 二 爆炸 1 爆炸的定义 爆炸是物质发生急剧的物理 化学变化 在瞬间释放出大量的能量并伴有巨大声响的过程 爆炸现象一般具有如下特征 1 爆炸过程进行得很快 2 爆炸点附近压力急剧升高 产生冲击波 3 发出或大或小的响声 4 使周围建筑物或者装置发生震动或遭受破坏 2 爆炸的分类 1 物理爆炸物理爆炸是指物质的物理状态发生急剧变化而引起的爆炸 物质的化学成分和化学性质在物理爆炸后均不发生变化 2 化学爆炸化学爆炸是指物质发生急剧化学反应 产生高温 高压而引起的爆炸 化学爆炸又可以进一步分为爆炸物分
9、解爆炸 爆炸物与空气的混合爆炸两种类型 爆炸物分解爆炸是爆炸物在爆炸时分解为较小的分子或其组成元素 爆炸物的组成元素中如果没有氧元素 爆炸时则不会有燃烧反应发生 爆炸所需要的热量是由爆炸物本身分解产生的 属于这一类物质的有叠氮铅 乙炔银 乙炔铜 碘化氮 氯化氮等 爆炸物质中如果含有氧元素 爆炸时则往往伴有燃烧现象发生 各种氮或氯的氧化物 苦味酸即属于这一类型 爆炸性气体 蒸气或粉尘与空气的混合物爆炸 需要一定的条件 如爆炸性物质的含量或氧气含量以及激发能源等 因此其危险性较分解爆炸为低 但这类爆炸更普遍 所造成的危害也较大 一 按性质分类 二 按爆炸速度分类 1 轻爆爆炸传播速度在每秒零点几米
10、至数米之间的爆炸过程 2 爆炸爆炸传播速度在每秒十米至数百米之间的爆炸过程 3 爆轰爆炸传播速度在每秒1千米至数千米以上的爆炸过程 实际上任何可燃物质 当其成粉尘形式与空气以适当比例混合时 被热 火花 火焰点燃 都能迅速燃烧并引起严重爆炸 许多粉尘爆炸的灾难性事故的发生 都是由于忽略了上述事实 谷物 面粉 煤的粉尘以及金属粉末都有这方面的危险性 化肥 木屑 奶粉 洗衣粉 纸屑 可可粉 香料 软木塞 硫磺 硬橡胶粉 皮革和其他许多物品的加工业 时有粉尘爆炸发生 为了防止粉尘爆炸 维持清洁十分重要 所有设备都应该无粉尘泄漏 爆炸卸放口应该通至室外安全地区 卸放管道应该相当坚固 使其足以承受爆炸力
11、真空吸尘优于清扫 禁止应用压缩空气吹扫设备上的粉尘 以免形成粉尘云 屋顶下裸露的管线 横梁和其他突出部分都应该避免积累粉尘 三 粉尘爆炸 影响粉尘爆炸的因素 提问 案例1 1 2004年 浙江省台州市某制药厂 发生甲苯反应釜爆炸事故 造成二人死亡 一人受伤 事故的主要原因是某车间的液氨 甲苯等化工原料泄漏遇高温而引发爆炸 2 爆炸极限 1 爆炸极限可燃气体 可燃液体的蒸气或可燃粉尘 纤维与空气形成的混合物遇火源会发生爆炸的极限浓度称为爆炸极限 爆炸下限 在空气中能引起爆炸的最低浓度称为爆炸下限 爆炸上限 在空气中能引起爆炸的最高浓度称为爆炸上限 混合物中可燃物浓度低于爆炸下限时 因含有过量的空
12、气 空气的冷却作用阻止了火焰的蔓延 混合物中可燃物浓度高于上限时由于空气量不足 火焰也不能蔓延 所以 浓度低于下限或高于上限时都不会发生爆炸 只有在爆炸下限和爆炸上限范围之间才有爆炸危险 表 某些常见物质的爆炸极限 注 根据爆炸极限可以知道它们的危险程度 2 危险度 可燃气体或蒸汽的危险度的计算公式为 H 危险度 爆炸上限 爆炸下限 爆炸下限 所以只需要查出一种物质的爆炸上下限即可算出其爆炸危险度 2 爆炸极限的影响因素爆炸极限不是固定的数值 而是受一系列因素的影响而变化 影响爆炸极限的因素主要有以下几点 初始温度混合物初始温度越高 爆炸极限范围增大 初始压力系统初始压力增高 爆炸极限范围也扩
13、大 惰性气体含量爆炸性混合物中惰性气体含量增加 其爆炸极限范围缩小 当惰性气体含量增加到某一值时 混合系不再发生爆炸 容器容器的材质和尺寸对物质爆炸极限均有影响 若容器材质的传热性能好 则由于器壁的热损失大 混合气体的热量难于积累 而导致爆炸范围变小 容器或管道直径越小 爆炸极限范围越小 点火源火花能量 热表面的面积 火源与混合物的接触时间等 对爆炸极限均有影响 光对爆炸极限也有影响 在黑暗中 氢与氯的反应十分缓慢 在光照下则会发生连锁反应引起爆炸 其他因素 第二节防火防爆技术 1 物料的火灾危险性的评价 1 气体爆炸极限和自燃点是评价气体火灾爆炸危险的主要指标 2 液体闪点和爆炸温度极限是评
14、价液体火灾爆炸危险性的主要指标 3 固体固体的火灾爆炸危险性评价主要指标取决于固体的熔点 着火点 燃点 自燃点 比表面积及热分解性能等 燃点是评价固体物质火灾危险性的主要指标 2 非互溶性危险物 1 毒性危险 2 反应危险 3 水敏性危险如 钾 钠 碳化钙 3 工艺装置的火灾爆炸危险化工装置的火灾和爆炸事故 主要原因可以归纳为以下五项 各项中都包含一些小的条目 1 装置有隐患 高压装置中高温 低温部分材料选型不适当 接头结构和材料选型不适当 有易使可燃物着火的电热装置 防静电措施不够完善 装置开始运转时无法预料的影响 2 操作失误 阀门的误开或误关 燃烧装置点火不当 违规使用明火 3 装置故障
15、 贮罐容器 配管的破损 泵和机械的故障 测量和控制仪表的故障 4 不停产检修设备 带压力切断配管连接部位时发生无法控制的泄漏 破损配管没有修复 在压力下降的条件下恢复运转 升压后物料泄漏 不知装置中有压力 而误将配管从装置上断开 在加压条件下 某一物体掉到装置的脆弱部分而发生破裂 5 异常化学反应 反应物质匹配不当 不正常的聚合 分解等 安全装置配备不合理或不齐全 第三节防火防爆的技术措施 案例1 3 2004年 吉林市某商厦发生特大火灾 造成54人死亡 70余人受伤 火灾是由商厦伟业电器行雇员于某在仓库吸烟引发 一个小小的烟头上演了一场特大火灾事故 致使54人的生命死于火海 由此可见 禁止和
16、控制点火源 是防止燃烧的必要条件的形成是万分重要的 1 点火源的安全控制 1 明火 2 摩擦与撞击产生的高温与火花 3 高温热表面 4 电气火花 2 防爆电气设备的选用 1 爆炸火灾危险场所的分类 2 防爆电器设备类型隔爆型 充沙型 g 增安型 浇封型 m 正压型 本安型 特殊型 充油型 3 化工工艺参数的安全控制 学生讲 1 温度控制正确选用传热介质 有效除去反应热 并要防止搅拌中断 2 压力控制 3 进料控制 控制进料速度 控制进料配比 控制进料顺序 控制原料纯度 控制进料量 4 火灾爆炸危险物质的控制 1 根据物质的物理化学性质采取措施 改进工艺 尽量不使用或少使用可燃物料 以不燃物料或难燃物料代替易燃物料 对自燃性物质及遇水燃爆物质 应采取隔绝空气 防水防潮 遇酸碱有分解 爆炸燃烧的物质 应避免与酸碱接触 易燃 可燃气体和液体蒸气 采取相应的耐压容器和密封手段以及保温 降温措施 对于易产生静电的物质 应采取接地等防静电措施 2 防爆惰化技术惰性介质作为保护性介质 可以阻止可燃物质形成爆炸条件 易燃固体物质的粉碎 筛选处理及粉体输送 采用惰性气体隔离保护 在可燃气体或蒸气物料系统
