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1、2014年全国注册安全工程师资格考试辅导讲座安全生产技术,张兴容,第四章 防火防爆安全技术,本章基本要求：掌握火灾、爆炸机理, 运用防火防爆安全相关技术和标准, 辨识和分析火灾、爆炸安全隐患, 采取相应预防和控制措施, 预防火灾、爆炸事故的发生。 第一节火灾爆炸事故机理 本节主要内容为6大火灾机理、5大爆炸机理 一、燃烧与火灾 ( 一 )燃烧和火灾的定义、条件,1.燃烧的定义 燃烧是物质与氧化剂之间的放热反应，它通常同时释放出火焰或可见光。 2.火灾定义 消防基本术语：第一部分(GB5907-1986)将火灾定义为：在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。以下情况也列入火灾的统计范围： (1
2、)民用爆炸物品引起的火灾。 (2)易燃或可燃液体、可燃气体、蒸气、粉尘以及其他化学易燃易爆物品爆炸和爆炸引起的火灾(地下矿井部分发生的爆炸，不列入火灾统计范围)。,( 二 )燃烧和火灾过程和形式,1.燃烧过程 可燃气体最容易燃烧，其燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解，并使其达到自燃点而燃烧。可燃液体首先蒸发成蒸气，其蒸气进行氧化分解后达到自燃点而燃烧。在固体燃烧中，如果是简单物质硫、磷等，受热后首先熔化，蒸发成蒸气进行燃烧，没有分解过程；如果是复杂物质，在受热时首先分解为气态或液态产物，其气态和液态产物的蒸气进行氧化分解着火燃烧。有的可燃固体如焦炭等，不能分解为气态物质，在燃烧时则呈炽热状态
3、，没有火焰产生。 在燃烧发生的整个过程中，热量通过热传导、热辐射和热对流三种方式进行传播。,2.燃烧形式,气态可燃物通常为扩散燃烧，即可燃物和氧气边混合边燃烧：液态可燃物(包括受后先液化后燃烧的固态可燃物)通常先蒸发为可燃蒸气，可燃蒸气与氧化剂发生燃烧；固态可燃物先是通过热解等过程产生可燃气体，可燃气体与氧化剂再发生燃烧。,根据可燃物质的聚集状态不同，燃烧可分为以下4种形式：,(1) 扩散燃烧。可燃气体(氢、甲炔、乙炔以及苯、酒精、汽油蒸气等)从管道、容器的裂缝流向空气时，可燃气体分子与空气分子互相扩散、混合，混合浓度达到爆炸限范围内的可燃气体遇到火源即着火并能形成稳定火焰的燃烧，称为扩散燃烧
4、。,(2)混合燃烧。可燃气体和助燃气体在管道、容器和空间扩散混合，混合气体的浓度在爆炸范围内，遇到火源即发生燃烧，混合燃烧是在混合气体分布的空间快速进行的，为混合燃烧。煤气、液化石油气泄漏后遇到明火发生的燃烧爆炸即是混合燃烧，失去控制的混合燃烧往往能造成重大的经济损失和人员伤亡。 (3)蒸发燃烧。可燃液体在火源和热源的作用下，蒸发出的蒸气发生氧化分解而进待的燃烧，称为蒸发燃烧。 (4)分解燃烧。可燃物质在燃烧过程中首先遇热分解出可燃性气体，分解出的可燃性气体再与氧进行的燃烧，称为分解燃烧。,( 三 )火灾的分类,1.火灾分类(GB/T4968-2008)按物质的燃烧特性将火灾分为6类： A类火
5、灾：指固体物质火灾，这种物质通常具有有机物质，一般在燃烧时能产生灼热灰烬，如木材、棉、毛、麻、纸张火灾等； B类火灾：指液体火灾和可熔化的固体物质火灾，如汽油、煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾等； C类火灾：指气体火灾，如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气火灾等； D类火灾：指金属火灾，如钾、钠、镁、钦、错、铿、铝镁合金火灾等； E类火灾：指带电火灾，是物体带电燃烧的火灾，如发电机、电缆、家用电器等； F类火灾：指烹饪器具内烹饪物火灾，如动植物油脂等。,2.按照一次火灾事故造成的人员伤亡、受灾户数和财产直接损失金额，火灾划分为： (1)具有以下情况之一的为特大火灾：死亡10人以上
6、(含本数，下同)；重伤20人；死亡、重伤20人以上；受灾户数50户以上；烧毁财物损失100万元以上。 (2)具有以下情况之一的为重大火灾：死亡3人以上；重伤10人以上；死亡、重伤10人以上；受灾户30户以上；烧毁财产损失30万元以上。 (3)不具有前两项情形的燃烧事故，为一般火灾。,( 四 )火灾基本概念及参数,1.闪燃 可燃物表面或可燃液体上方在很短时间内重复出现火焰一闪即灭的现象。闪燃往往是燃烧的先兆。 2.阴燃 没有火焰和可见光的燃烧。 3.爆燃 伴随爆炸的燃烧波，以亚音速传播。 4.自燃 是指可燃物在空气中没有外来火源的作用下，靠自热或外热而发生燃烧的现象。根据热源的不同，物质自燃分为
7、自热自燃和受热自燃两种。,5.闪点 在规定条件下，材料或制品加热到释放出的气体瞬间着火并出现火焰的最低温度。闪点：是衡量物质火灾危险性的重要参数。一般情况下闪点越低，火灾危险性越大。 6.燃点 在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度。燃点对可燃固体和闪点较高的液体具有重要意义，在控制燃烧时，需将可燃物的温度降至其燃点以下。一般情况下燃点越低火灾危险性越大。 7.自燃点 在规定条件下，不用任何辅助引燃能源而达到引燃的最低温度。,8.引燃能、最小点火能 引燃能是指释放能够触发初始燃烧化学反应的能量，也叫最小点火能影响其反应发生的因素包括温度、释放的能量、热量和加热时间。 9.着火延滞期(诱导期
8、) 对着火延滞期时间一般有下列2种描述：着火延滞期时间指可燃性物质和助燃气体的混合物在高温下从开始暴露到起火的时间；混合气着火前自动加热的时间称为诱导期，在燃烧过程中又称为着火延滞期或着火落后期，单位用ms 表示。,( 五 )典型火灾的发展规律,通过对大量的火灾事故的研究分析得出，典型火灾事故的发展分为初起期、发展期、最盛期、减弱期和熄灭期。初起期是火灾开始发生的阶段，这一阶段可燃物的热解过程至关重要，主要特征是冒烟、阴燃；发展期是火势由小到大发展的阶段，一般采用T平方特 征火灾模型来简化描述该阶段非稳态火灾热释放速率随时间的变化，即假定火灾热释放速率与时间的平方成正比，轰燃就发生在这一阶段；
9、最盛期的火灾燃烧方式是通风控制火灾，火势的大小由建筑物的通风情况决定；熄灭期是火灾由最盛期开始消减直至熄灭的阶段，熄灭的原因可以是燃料不足、灭火系统的作用等。由于建筑物内可燃物、通风等条件的不同，建筑火灾有可能达不到最盛期，而是缓慢发展后就熄灭了。,( 六 )燃烧机理,燃烧作为一种化学反应，对反应物的组分浓度、引燃能的大小及反应的温度和压力均有一定的要求。在这些情况下，若可燃物没有达到一定浓度，或氧化剂的量不足，或引燃能不够大，燃烧反应也不会发生。 1.活化能理论 物质分子间发生化学反应。首要的条件是相互碰撞。但相互碰撞的分子不一定发生反应，而只有少数具有 一定能量的分子相互碰撞才会发生反应,
10、 这种分子称为活化分子。活化分子所具有的能量要比普通分子高，这一能量超出值可使分子活化并参加反应。使普通分子变为活化分子所必需的能量称为活化能。,2.过氧化物理论 气体分子在各种能量(例如热能、辐射能、电能、化学反应能等)作用下可被活化。在燃烧反应中，首先是氧分子在热能作用下活化，被活化的氧分子形成过氧键 -O -O -， 这种基因加在被氧化物的分子上成为过氧化物，过氧化物在受热、撞击、摩擦等情况分解甚至引起燃烧或爆炸。 3.链反应理论（P179-180）,二、爆炸,( 一 ) 爆炸及其分类 广义地讲，爆炸是物质系统的一种极为迅速的物理的或化学的能量释放或转化过程，是系统蕴藏的或瞬间形成的大量
11、能量在有限的体积和极短的时间内，骤然释放或转化的现象。在这种释放和转化的过程中，系统的能量将转化为机械功以及光和热的辐射等。,一般说来，爆炸现象具有以下特征： 爆炸过程高速进行； 爆炸点附近压力急剧升高，多数爆炸伴有温度升高； 发出或大或小的响声； 周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏。 爆炸最主要的特征是爆炸点及其周围压力急剧升高。,爆炸可以由不同的原因引起，但不管是何种原因引起的爆炸，归根结底必须有一定的能量。按照能量的来源，爆炸可分为三类：物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。按照爆炸反应相的不同，爆炸可分为以下 3 类。 1.气相爆炸 包括可燃性气体和助燃性气体混合物的爆炸；气体的分解爆炸；液体
12、被喷成雾状物在剧烈燃烧时引起的爆炸，称喷雾爆炸；飞扬悬浮于空气中的可燃粉尘引起的爆炸等。气相爆炸的分类见表 4-1。,表 4-1 气相爆炸类别,2.液相爆炸 包括聚合爆炸、蒸发爆炸以及由不同液体混合所引起的爆炸。例如硝酸和油脂，液氧煤粉等混合时引起的爆炸；熔融的矿渣与水接触或钢水包与水接触时，由于过热发生快速 蒸发引起的蒸汽爆炸等。 3.固相爆炸 包括爆炸性化合物及其他爆炸性物质的爆炸(如乙快铜的爆炸)；导线因电流过载，由于过热，金属迅速气化而引起的爆炸等。,( 二 )爆炸破坏作用,1.冲击波 2.碎片冲击 爆炸的机械破坏效应会使容器、设备、装置以及建筑材料等的碎片，在相当大的范围内飞散而造成
13、伤害。碎片的四处飞散距离一般可达数十道到数百米。,3.震荡作用 爆炸发生时，特别是较猛烈的爆炸往往会引起短暂的地震波。 4.次生事故 发生爆炸时，如果车间、库房(如制氢车间、汽油库或其他建筑物)里存放有可燃物，会造成火灾；高空作业人员受冲击波或震荡作用，会造成高处坠落事故；粉尘作业场所轻微的爆炸冲击波会使积存在地面上的粉尘扬起，造成更大范围的二次爆炸等。,( 三 )可燃气体爆炸,1.分解爆炸性气体爆炸 某些气体如乙炔、乙烯、环氧乙烧等，即使在没有氧气的条件下，也能被点燃爆炸，其实质是一种分解爆炸。除上述气体外，分解爆炸性气体还有臭氧、联氨、丙二烯、甲基乙炔、乙烯基乙炔、一氧化氮、二氧化氮、氧化
14、氢、四氟乙烯等。 分解爆炸性气体在温度和压力的作用下发生分解反应时，可产生相当数量的分解热，这为爆炸提供了能量。 由此可知，如果在此过程中能设法及时导出大量的热，则可避免分解爆炸的发生。 乙炔是常见的分解爆炸气体，因火焰、火花引起分解爆炸情况较多，也有因开关阀门所伴随的绝热压缩产生热量或其他情况下发火爆炸的案例。当乙炔压力较高时，应加入氮气等惰性气体加以稀释。此外。乙炔易与铜、银、汞等重金属反应生成爆炸性的乙炔盐， 这些乙炔盐只需轻微的撞击便能发生爆炸而使乙炔着火。,2.可燃性混合气体爆炸,一般说来，可燃性混合气体与爆炸性混合气体难以严格区分。由于条件不同，有时发生燃烧；有时发生爆炸，在一定条
15、件下两者也可能转化。 燃烧与化学爆炸的区别在于燃烧反应(氧化反应)的速度不同。那么决定反应速度的条件是什么呢 ? 燃烧反应过程一般可以分为三个阶段： (1)扩散阶段。可燃气分子和氧气分子分别从释放源通过扩散达到相互接触。所需时间称为扩散时间；,(2)感应阶段。可燃气分子和氧化分子接受点火源能量，离解成自由基或活性分子。所需时间称为感应时间； (3)化学反应阶段自由基与反应物分子相互作用。生成新的分子和新的自由基，完成燃烧反应。所需时间称为化学反应时间。 三段时间相比，扩散阶段时间远远大于其余两阶段时间，因此是否需要经历扩散过程， 就成了决定可燃气体燃烧或爆炸的主要条件。 在工业生产及日常生产中
16、，很多爆炸事故都是由可燃气体与空气形成爆炸性混合物引 起的。如可燃气体从工艺装置、设备管线泄漏到空气中；或空气渗入存有可燃气体的设备管线中，都会形成爆炸性混合物，遇到点火源就会发生爆炸事故。这类爆炸事故应当作为预防工作的重点。 3.爆炸反应历程（P184）,(四)、物质爆炸浓度极限,1.爆炸极限的基本理论及其影响因素 当可燃性气体、蒸气或可燃粉尘与空气（或氧）在一定浓度范围内均匀混合，遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限，简称爆炸极限。 最低浓度称为爆炸下限；最高浓度称为爆炸上限。用爆炸上限与下限浓度之差与爆炸下限浓度之比值表示其危险度H，即： H = ( L上 - L下 ) / L下 H值越大，爆炸极限范围越宽，危险性越大。,温度的影响，温度越高，爆炸极限范围越宽。 压力的影响，在0.12.0MPa的压力下，对爆炸下限影响不大；当大于2.0MPa时，爆炸下限变小，爆炸上限变大。 惰性介质的影响，随着惰性气体含量的增加，爆炸极限范围缩小。 爆炸容器对爆炸极限的影响。 5点火源的影响：活化能量越大加热面积越大、作用时间越长、爆炸极限范围越大。,2.爆炸反应
