压力容器与管道安全评价 教学课件 ppt 作者 杨启明 3.1 燃烧

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1、第一节 燃烧,一、概述 二、燃烧形式、类别、类型及其特征参数 三、燃烧过程和燃烧理论,一、概述,1、燃烧与氧化的关系 燃烧是一种同时有光和热发生的剧烈的氧化还原反应。 氧化反应并不限于同氧的反应。 如金属镁的燃烧，镁有两个电子转移到氧原子上，此时镁失去电子而氧则获得电子。 MgMg2+ + 2e- (氧化) O2 + 2e O2- (还原),镁原子失去电子，故镁被氧化，是还原剂；而氧气获得电子，被还原，是氧化剂，其反应式为： 2Mg+O22Mg,同理，可列出许多反应式，如氢、碳与氧反应可写成： 2H2+O2 2H2O C+O2CO2 从化学原理看，一切燃烧现象均是氧化还原反应，但氧化还原反应并

2、不都属于燃烧反应。,燃烧反应必须具有如下3个特征： 1)是一个剧烈的氧化还原反应 2)放出大量的热； 3)发出光 根据这三个特征，可以把燃烧和其他现象区别开来。,在日常生活和生产中常见的燃烧现象，大都是可燃物和空气中的氧进行的剧烈的氧化还原反应，但燃烧反应并非都要有氧参加。 如铁或氢在氯气中燃烧 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 H2 +Cl2 2HCl,此时，氯得到电子被还原而铁和氢失去电子被氧化，在反应过程中同时有光和热发生，故属燃烧反应 可是下列铜与硝酸的反应， 3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO 就不能称为燃烧反应 因为反应虽属氧化还原反应，但由于在

3、反就中没有同时产生光和热。,2、燃烧要素 （1）燃烧的三个条件 燃烧现象中，除自燃外，都需要用点火源引发燃烧。 下面分别讨论这三个条件及其影响因素： 1)燃料 防火的一个重要内容是考虑燃烧的物质，即燃料本身。 液体的闪点是火险的标志。,2)氧和热 虽然在某些不寻常的情况下，比如氯或磷，与物质能够产生燃烧状的化学反应，但是几乎所有的燃烧都需要氧 。而且，反应气氛中氧的浓度越高，燃烧得就越迅速。 因此工业上通常需要处理的只是在常温下暴露在空气中就会起火的物料，把这些物料与空气隔绝是可采取的必要的安全措施。,3)火源 下面给出的是常见火源以及与之有关的安全措施。,明火 在易燃液体装置附近，必须核查这

4、一类火源。 如喷枪、火柴、电灯、焊枪、探照灯、手灯、手炉等，必须考虑裂解气或油品管线成为火炬的可能性。,电源 电源在这里指的是电力供应和发电装置，以及电加热和电照明设施。 过热 过热是指超出所需热量的温度点。 热表面 如果运行设备可能达到高过一引起材料自燃点的温度，应该仔细地监视和维护，防止偶发的过热。,自燃 许多火灾是由物质的自燃引起的。 火花 火花是起火的潜在因素 ，应该尽可能地应用防火花或无火花的器具和材料 静电 在碾压、印刷等工业操作中，常由于摩擦而在物质表面产生电荷即所谓静电。橡胶和造纸工业中的许多火灾大都是以这种方式引发的。,摩擦 许多起火是由机械摩擦引发的。 2、燃烧条件 燃烧必

5、须具备三个基本条件或称三要素： (1)有可燃物存在 可以是固态的或是液态的，也可以是气态的。,(2)有助燃物存在 即有氧化剂存在，常见的氧化剂有空气(其中的氧)、纯氧或其他具有氧化性的物质 (3)有能导致着火的能源 如高温灼热体、撞击或摩擦所产生的热量或火花、电气火花、静电火花、明火、化学反应热、绝热压缩产生的热能等。,上述三点是燃烧的必要条件，犹如三角形的三条边，缺少任一条边，就不能组成三角形。同理，缺少上述三条中的任一条，也就不能导致燃烧，所以人们也称燃烧的三个必要条件为燃烧三角形。,有时虽然已具备了这三个条件，燃烧也不一定发生。这是因为燃烧还必须有充分的条件。 可燃物与助燃物要达到一定的

6、比例，才能引起燃烧。 近代燃烧理论用连锁反应来解释物质燃烧的本质，认为燃烧是一种自由基的连锁反应，并由此提出了燃烧四面体学说。,燃烧四面体学说指出，燃烧除了具备上述三条要素外，还必须使连锁反应不受抑制，即自由基反应能继续下去，这是燃烧的第四个要素，并由此而奠定了某些灭火技术的理论基础。,结 论,必要条件三要素: 有可燃物存在； 有助燃物存在； 又存在导致燃烧的能源。 充分条件： 定比例、氧的充分供应、点火源强度,燃烧要素: 燃料液体的闪点是火险的标志； 氧和热一般氧是必要条件之一，热是燃烧伴生的一个重要结果； 火源明火、电源、过热、热表面、自燃、火花、静电、摩擦。,二、燃烧形式、类别、类型及其

7、特征参数,1、燃烧形式 （1）均相燃烧和非均相燃烧 均相燃烧是指可燃物与助燃物间的燃烧反应在同一相中进行。 非均相燃烧则与均相燃烧相反 （2）混合燃烧和扩散燃烧,混合燃烧可燃气体预先与空气或氧气混合的燃烧 特点:速度快、温度高 混合气体爆炸属这类燃烧。 扩散燃烧可燃气体分子与空气中的氧分子通过互相扩散,边混合边燃烧 特点：由管道或其他储藏物中放出并点燃。,气体燃烧:最易发生两类混合燃烧和扩散燃烧。 （3）蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧 蒸发燃烧：可燃液体蒸发出的可燃蒸气的燃烧 特点：通常液体本身不燃烧，而是蒸发出的蒸气发生燃烧。,分解燃烧：固体或不挥发性液体经热分解后产生可燃气体的燃烧。 表面燃

8、烧：当可燃固体燃烧至分解不出可燃气体时便没有火焰，燃烧继续在所剩表面进行，称为表面燃烧。 液体燃烧:通常为蒸发燃烧在热源作用下液体蒸发成蒸汽,然后与氧发生反应直到着火燃烧。,固体燃烧：可分为火焰型燃烧和表面燃烧两大类。 木材燃烧是分解燃烧和表面燃烧交替进行。 可燃固体和液体的蒸发燃烧和分解燃烧，均有火焰产生，属火焰型燃烧。 蒸发燃烧固体液化，蒸发成气体而燃烧。 分解燃烧固体受热分解，然后蒸发，再氧化燃烧。,金属燃烧属表面燃烧。 如铝、镁燃烧是表面燃烧 特点：无气化过程，无需吸收蒸发热，燃烧温度较高。 燃烧时的特点：温度变化复杂分自燃点、诱导期（着火延滞期） 自燃点是随着火延滞时间而变化的参数。

9、,2、燃烧类别 依据可燃物质的性质，一般可划分为四个基本类别，而每一类别还包含着不同类型的燃烧。 （1）A类燃烧 如木材、纤维织品、纸张等普通可燃物质的燃烧。 （2）B类燃烧,易燃石油制品或其他易燃液体、油脂等的燃烧 注意：工业中易燃气体不属于任何燃烧类别，但应作B类物质处理。 （3）C类燃烧 供电设备的燃烧 （4）D类燃烧 可燃金属的燃烧,3、燃烧特征参数 如果按照燃烧起因，燃烧可分为闪燃、点燃和自燃三种类型。 闪点、着火点和自燃点分别是上述三种燃烧类型的特征参数。 （1）闪燃和闪点 可燃液体表面的蒸气与空气形成的混合气体与火源接近时会发生瞬间燃烧，出现瞬间火苗或闪光。这种现象称为闪燃。,闪

10、燃的最低温度称为闪点。 闪点这个概念主要适用于可燃液体。 (2) 点燃和着火点 可燃物质在空气充足的条件下，达到一定温度与火源接触即行着火，移去火源后仍能持续燃烧达5min以上，这种现象称为点燃。 点燃的最低温度称为着火点。,注意:易燃液体的闪点和着火点相差不大，可燃液体则相差较大。 闪点虽然由液体定义,但对某些在室温或与略高于室温下能挥发或升华的固体,其蒸汽在空气中的浓度达到闪燃的浓度也称为闪点。 特点:闪点随浓度变化而变化。,互溶的二元可燃混合液体的闪点一般介于两液体闪点之间、闪点与组分不一定呈线性关系。 影响闪点的主要因素： 点火源距离、 加热速率、 试样的均匀程度、纯度、 测试容器、

11、大气压力等。,(3) 自燃和自燃点 定义:可燃物在无外界火源的条件下，物质自行引发的燃烧称为自燃。 自燃的最低温度称为自燃点。 1)受热自燃 受热自燃:在外界热源作用下,由于传热使可燃物温度升高达到自燃点而着火燃烧。 条件:要有外部热源、要有热量积蓄。,2)自热自燃：无外界热源时,因自身内部物理、化学或生化过程产生热量,导致温升达到自燃点而着火燃烧现象。 三个条件: 必须是易产生反应热的物质 该类物质要具有较大比表面积或呈多孔隙状 热量产生速度大于向环境散发速度,类型： 由氧化热积蓄引起的 由分解发热引起的 由聚合热、发酵热引起的 由化学品混合接触引起的 影响自燃的因素 热量生成速率是影响自燃

12、的重要因素 热量积累是影响燃的另一重要因素,自燃点温度量值 压力、组成和催化剂性能对可燃物质自燃点的温度量值都有很大影响。 有机化合物的自燃点呈现下述规律性： 同系物中自燃点随其相对分子质量的增加而降低； 直链结构的自燃点低于其异构物的自燃点；,饱和链烃比相应的不饱和链烃的自燃点为高； 芳香族低碳烃的自燃点高于同类碳数脂肪烃的自燃点； 较低级脂肪酸、酮的自燃点较高； 较低级醇类和醋酸酯类的自燃点较低；,可燃性固体粉碎得越细、粒度越小，其自燃点越低。固体受热分解，产生的气体量越大，自燃点越低。对于有些固体物质，受热时间较长，自燃点也较低。,三、燃烧过程和燃烧理论,1、燃烧过程 各种物质的燃烧过程

13、如图3-1所示。从中可知，任何可燃物质的燃烧都经历氧化分解、着火、燃烧等阶段。 物质燃烧过程的温度变化如图3-2所示。,T初为可燃烧物质开始加热的温度。 初始阶段，加热的大部分热量用于可燃物质的熔化或分解，温度上升比较缓慢； 达到T氧，可燃物质开始氧化； 由于温度较低，氧化速度不快，氧化产生的热量尚不足以抵消向外界的散热，此时若停止加热，尚不会引起燃烧。,如继续加热，温度上升很快，达到T自，即使停止加热，温度仍自行升高，达到T自就着火燃烧起来。 T自是理论上的自燃点 T自是开始出现火焰的温度，为实际测量得的自燃点。 T燃为物质的燃烧温度 T自到T自间时间间隔称为燃烧诱导期，在安全上有一定实际意

14、义。,2、燃烧理论 (1)燃烧的活化能理论 燃烧是化学反应，而分子间发生化学反应的必要条件是互相碰撞。 活化分子:并不是所有碰撞的分子都能发生化学反应，只有少数具有一定能量的分子互相碰撞才会发生反应。这少数分子称为活化分子。,活化分子的能量要比分子平均能量超出一定值，这超出分子平均能量的定值称为活化能。 活化分子碰撞发生化学反应，故称为有效碰撞。 (2)燃烧的过氧化物理论 在燃烧反应中，氧首先在热能作用下被活化而形成过氧键OO，可燃物质与过氧键加和成为过氧化物。,过氧化物是强氧化剂，不仅能氧化可形成过氧化物的物质，也能氧化其他较难氧化的物质 如氢和氧的燃烧反应，首先生成过氧化氢，而后过氧化氢与

15、氢反应生成水。其反应过程如下： H2 + O2 H2O2 H2O2 + H2 2H2O,(3)燃烧的连锁反应理论 在燃烧反应中，气体分子间相互作用，往往不是两个分子直接反应生成最后产物，而是活性分子自由基与分子间的作用。活性分子自由基与另一个分子作用产生新的自由基，新自由基又迅速参加反应，如此延续下去形成一系列连锁反应。,连锁反应通常分为直链反应和支链反应两种类型。 直链反应的特点 直链反应的特点是:自由基与价饱和的分子反应时活化能很低，反应后仅生成一个新的自由基。,氯和氢的反应是典型的直链反应。在氯和氢的反应中，只要引入一个光子，便能生成上万个氯化氢分子，这正是由于连锁反应的结果。 氯和氢的

16、反应过程包括： 链的引发、链的传递,支链反应的特点 氢和氧的反应是典型的支链反应 支链反应的特点是，一个自由基能生成一个以上的自由基活性中心。 任何链反应均由三个阶段构成： 链的引发； 链的传递（包括支化）； 链的终止；,链的引发需有外来能源激发，使分子键破坏生成第一个自由基，链的传递(包括支化)是自由基与分子反应，链的终止为导致自由基消失的反应。 3）连锁反应速度表达式 连锁反应的速度与反应物浓度、能量、传播速度、链的生成和销毁速度等有关。,在链反应中，反应系统所处的条件，包括温度、压力、杂质、容器材质、形状和大小等都影响反应速度。 3、燃烧的特征参数与安全评价 (1)燃烧温度 可燃物质燃烧所产生的热量在火焰燃烧区域释放出来，火焰温度即是燃烧温度。,(2)燃烧速度 燃烧速度本质由可燃物与氧发生反