第一节 火灾爆炸事故机理

第一节 火灾爆炸事故机理

　　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，通常同时释放出火焰或可见光。
　　2、火灾的定义。在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。
　　不包括：地下矿井部分发生爆炸；飞机因飞行事故而导致本身燃烧；
　　3、燃烧与火灾发生的必要条件。即火的三要素：氧化剂、可燃物、点火源。
　　（二）燃烧与火灾的过程和形式
　　2、燃烧的4种形式：
　　1）扩散燃烧。可燃气体与氧气边混合边燃烧；
　　2）混合燃烧。可燃气体和阻燃气体，先混合，遇点火源即发生燃烧。往往能造成重大损失。
　　3）蒸发燃烧。可燃液体遇热蒸发，蒸气氧化分解而进行的燃烧。
　　4）分解燃烧。可燃物质在燃烧过程中首先遇热分解出可燃气体，与氧气进行的燃烧。
　　（三）、火灾的分类
　　1、按物质的燃烧特性将火灾分为6类：
　　A类：固体物质火灾；B类：液体火灾和可熔化的固体物质火灾；C类：气体火灾；D类：金属火灾；
　　E类：物体带电燃烧的火灾；F：烹饪器具内烹饪物火灾。
　　2、按损失规模分：
　　1）特大火灾：死亡≥10人；死亡+重伤≥20人；受灾户数≥50户；财物损失≥100万元。
　　2）重大火灾：死亡≥3人；死亡+重伤≥10人；受灾户数≥30户；财物损失≥30万元；
　　3）一般火灾：除上述外。
　　（四）、火灾的基本概念及参数
　　1、闪燃：可燃物表面或上方在很短时间内重复出现火焰一闪即灭的现象。闪燃往往是持续燃烧的先兆。
　　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：分为自热自燃和受热自燃。
　　5、闪点：在规定条件下，物质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。
　　6、燃点：在规定条件下，可燃物质产生自燃的最低温度。燃点对可燃物质和闪点较高的液体有重要意义。
　　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。一般情况下，密度越大，闪点越高，而自燃点越低。如：汽、煤、（轻、重）柴、蜡、渣油的密度依次增大，闪点升高，自燃点降低。
　　8、引燃能（最小点火能）：是指能够触发初始燃烧化学反应的能量。影响因素：温度、释放的能量、热量和加热时间。
　　9、着火延滞期时间：是指可燃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。混合气体着火前自动加热的时间称为诱导期。
　　（五）典型火灾的发展规律。分为初起期、发展期、最盛期、减弱期和熄灭期。
　　初起期：此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：轰然发生在这一阶段；最盛期的火灾燃烧方式是通风控制火灾。
　　（六）燃烧的机理。活化能理论、过氧化物理论、链反应理论。
　　氢气在空气中的浓度低于4%就不能点燃；空气中的氧气低于14%，常见可燃物就不会燃烧。
　　当可燃物和氧化剂开始发生燃烧后，为使化学反应能够持续下去，反应区内还必须能够不断生成活性基团。如果除去活性基团，链反应中断，连续的燃烧也会停止。
　　链反应一般可以分为：链的引发、链的发展和链的终止三阶段。

二、爆炸
　　（一）爆炸及其分类
　　爆炸主要特征是爆炸点及其周围压力急剧升高。按能量来源分为：物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。
　　按爆炸反应相不同分为三类：气相爆炸、液相爆炸和固相爆炸。
　　气相爆炸分：混合气体爆炸、气体的分解爆炸、粉尘爆炸、喷雾爆炸。
　　液相爆炸：如硝酸和甘油，液氧和煤粉，熔融的矿渣或钢水包与水接触。
　　固相爆炸：如乙炔铜的爆炸，导线过载过热引起的金属气化爆炸。
　　不管何种能源引起的爆炸，都具备两个特征：能源具有极大的密度和极大的能量释放速度。
　　（二）爆炸的破坏作用：冲击波、碎片冲击、震荡作用和次生事故。
　　（三）可燃气体爆炸
　　1、分解爆炸性气体爆炸
　　乙炔、乙烯、环氧乙烷等，即使在没有氧气的条件下，也能被点燃爆炸，其实质是分解爆炸。
　　乙炔是常见的分解爆炸气体，此外，乙炔与铜、银、汞等反应生成爆炸性乙炔盐。安全规程规定：不能用含铜量超过70%的铜合金做乙炔容器；在用乙炔焊接时，不能使用含银焊条。
　　分解爆炸的敏感性与压力有关。
　　乙烯分解爆炸所需发火能比乙炔大。压力200MPa时，很危险。环氧乙烷分解爆炸的临界压力为40KPa。
　　2、可燃性混合气体爆炸
　　燃烧反应过程分三个阶段：扩散阶段、感应阶段、化学反应阶段。其中扩散阶段时间远大于其余两个阶段。
　　（四）物质爆炸的浓度极限
　　1、爆炸极限的基本理论及其 影响因素
　　危险度H=(L上-L下)/L下，一般情况下，H越大，爆炸极限范围越宽，爆炸危险性越大。
　　1）温度的影响。混合爆炸性气体的初始温度越高，爆炸极限范围越宽，下限越低，上限越高。
　　2）压力的影响。在0.1-2.0MPa，对爆炸下限影响不大，对爆炸上限影响较大。大于2.0MPa时，同时影响。
　　当初始压力降到某一数值时，下限与上限重合，此压力成为爆炸的临界压力。
　　3）惰性气体的影响。随着惰性气体含量的增加，爆炸极限范围缩小。当惰性气体的浓度增加到某一数值时，爆炸上下限趋于一致，使混合气体不发生爆炸。惰性气体浓度对爆炸上限影响较大。
　　4）爆炸容器对爆炸极限的影响。爆炸容器的材料和尺寸对爆炸极限有影响。若容器材料的传热性好，管径越细，火焰在其中越难传播，爆炸极限范围变小。当小到某一数值，火焰就不能传播下去，称为临界直径或最大灭火间距。如甲烷的0.4-0.5mm，氢和乙炔为0.1-0.2mm。目前一般采用直径为50mm的爆炸管或球形爆炸容器。
　　5）点火源的影响。点火源的活化能量越大，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限范围也越大。
　　多种可燃气体组成爆炸极限的计算：Lm=100/(V1/L1+V2/L2+V3/L3)
　　（五）粉尘爆炸。是一个瞬间的连锁反应，属于不稳定的气固二相流反应。
　　1、粉尘爆炸的机理与特点
　　粉尘爆炸的特点：
　　1）粉尘爆炸速度和爆炸压力上升速度比气体爆炸小，但燃烧时间长，产生的能量大，破坏程度大；
　　2）爆炸感应期较长；3）有产生二次爆炸的可能性。
　　2、粉尘爆炸的条件及爆炸过程
　　1）条件：粉尘本身具有可燃性；粉尘虚浮在空气中并达到一定浓度；有足以引起粉尘爆炸的初始能量。
　　2）爆炸过程
　　粉尘爆炸过程与可燃气体爆炸相似，但有两点区别：
　　一是粉尘爆炸所需的发火能更多；二是气体爆炸以热传导为主，而粉尘爆炸的热辐射的作用大。
　　3、粉尘爆炸的特性及影响因素。评价粉尘爆炸危险性的主要特征参数是：爆炸极限、最小点火能量、最低着火温度、粉尘爆炸压力及压力 速率。
　　（六）燃烧爆炸的转化
　　爆炸的主要特征是压力急剧上升，并不一定着火；燃烧一定有发光放热现象，但与压力无特别关系。
　　固体或液体炸药燃烧转化为爆炸的主要三条件：
　　1、炸药处于密封状态，燃烧产生的高温气体增大了压力，使燃烧转化为爆炸；
　　2、燃烧面积不断扩大，使燃速加快，形成冲击波，从而使燃烧转化为爆炸；
　　3、药量较大时，炸药燃烧形成的高温反应区将热量传给尚未反应的炸药，使其余的炸药受热爆炸。

　爆炸的主要特征是压力急剧上升，并不一定着火；燃烧一定有发光放热现象，但与压力无特别关系。