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(2)链传递。
游离基炸用于其他参与反应的化合物,产生新的游离基。
(3)链终止。
即游离基的消毁;
使连锁反应终止。
(在链式反应中,存在着链的增长速度和链的中断速度。
当链的增长速度等于或大于链的中断速度时,燃烧才能产生和持续;
当链的中断速度大于链的增长速度时,燃烧则不会发生或正在进行的燃烧停止。
(链式反应有分支连锁反应(每一个游离基都进行自己的连锁反应,而且每次反应只引出一个新的游离基氯和氢)和不分支连锁反应(一个活性粒子(自由基)能生成一个活性粒子以上的中心氢和氧)两种)
第2节燃烧的类型
燃烧可分为闪燃、自燃和着火等类型,每一种类型的燃烧都有其各自的特点。
当温度不高时,可燃液体的液面上少量的可燃蒸气与空气混合后,遇着火源发生一闪即灭(延续时间少于5秒)的燃烧现象,称为闪燃。
可燃液体蒸发出的可燃蒸气与空气构成一种混合物,并在与火源接触时发生闪燃的最低温度,称为该液体的闪点。
可燃液体的闪点可采用仪器测定,测定仪器有两种:
(1)开口式闪点测试仪闪点较高的可燃液体
(2)闭口式闪点测试仪通常用于测定常温下能闪燃的液体对同一物质,所测得的数据是有区别的,开口闪点总是稍高于闭口闪点数据
可燃物质受热升温而不需明火作用就能自行燃烧的现象称为自燃。
引起物质发生自燃的最低温度称为自燃点。
根据促使可燃物质升温的热量来源不同,自燃可分为受热自燃和自热自燃两种。
自热自燃与受热自期的区别在于:
(1)热的来源不同
(2)起火特点不同(3)危险程度不同
着火就是可燃物质与火源接触而能燃烧,并且在火源移去后仍能保持继续燃烧的现象。
可燃物质发生着火的最低温度称为着火点或燃点。
可燃液体的着火点都高于闪点,而且闪点越低的可燃液体,其着火点与闪点的差数越小。
绝大多数液态和固态可燃物质是在受热后气化或分解成为气态,它们的燃烧是在气态下进行的,并产生火焰。
有的可燃固体(如焦炭等)不能成为气态的物质,在燃烧时则虽如热状态,而不呈现出火焰。
根据可燃物质燃烧时的状态不同,燃烧有气相和固相燃烧两种情况。
气相燃烧是指在进行燃烧反应过程中,可燃物和助燃物均为气体,这种燃烧的特点总是有火焰产生。
固相燃烧是指在燃烧反应过程中,可燃物质为固态,这种燃烧亦称表面燃烧。
热传播除了火焰直接接触外,还有三个途径,即:
(1)热传导
(2)热对流(3)热辐射
热量通过直接接触的物体,从温度较高的部位传递到温度较低的部位称为热传导。
以电磁波形式传递热量的现象称为热辐射。
通过流动介质将热量由空间的一处传到另一处的现象称为热对流。
就引起对流的原因,有自然对流和强制对流两种。
燃烧产物的组成
(1)不能再燃烧的生成物。
如二氧化碳、二氧化硫、水蒸气、二氧化氮等;
(2)能继续燃烧的生成物。
如一氧化碳、未烧尽的炭和醇类、酮类、醛类等(3)看得见的烟雾。
是由悬浮于空气中的未燃尽的炭粒、炭粉以及微小液滴等组成的气溶胶。
第三节防火技术基本理论
物质的氧化反应现象是普遍存在的,由于反应速度不同,可以体现为一般的氧化现象、燃烧现象以及化学爆炸。
火灾发生的条件:
火三角燃烧必须是可燃物,助燃物(氧化剂),着火源三个基本条件同时具备,并且相互作用(即构成燃烧系统),才能发生。
火三角也称为火灾三要素:
可燃物、助燃物、着火源
燃烧的条件
必要条件:
燃烧是有条件的,必须是可燃物、氧化剂和火源这三个基本条件同时存在并且相互作用才能发生。
充分条件:
>
一定的可燃物浓度。
可燃气体或蒸汽只有达到一定的浓度才会发生燃烧。
>
一定量的助燃物。
一定的火源能量,即能引起可燃物燃烧的最小能量。
相互作用。
燃烧的三个基本条件须相互作用,燃烧才能发生和持续进行。
根据GB4968-1985《火灾分类》,按照物质燃烧特性
A类火灾:
固体可燃物
B类火灾:
液体火灾
C类火灾:
可燃气体
D类火灾:
可燃金属
E类火灾:
指带电物体和精密仪器等物质的火灾
根据2007年6月26日,公安部下发的《关于调整火灾等级标准的通知》
生产安全事故等级标准,特别重大、重大、较大和一般火灾的等级标准分别为:
特别重大火灾是指造成30人以上死亡,或者100人以上重伤,或者1亿元以上直接财产损失的火灾;
重大火灾是指造成10人以上30人以下死亡,或者50人以上100人以下重伤,或者5000万元以上1亿元以下直接财产损失的火灾;
较大火灾是指造成3人以上10人以下死亡,或者10人以上50人以下重伤,或者1000万元以上5000万元以下直接财产损失的火灾;
一般火灾是指造成3人以下死亡,或者10人以下重伤,或者1000万元以下直接财产损失的火灾。
注:
“以上”包括本数,“以下”不包括本数
防止燃烧三个基本条件同时存在或者避免它们的相互作用,这就是防火技术的基本理论
防火技术的基本措施
1.消除火源
2.控制可燃物
3.隔绝空气
4.防止形成新的燃烧条件,阻止火灾范围的扩大
隔离法冷却法窒息法抑制法
第四节热值与燃烧温度
燃烧热:
1mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热,单位为kJ/mol。
热值:
完全燃烧单位质量或单位体积的可燃物释放出的热量。
单位为J/kg(J/m3)。
(1)气态可燃物热值的计算
可燃气体的热值,J/m3
可燃物的燃烧热,J/mol
(2)液态或固态可燃物热值的计算
可燃液体或固体的摩尔质量,g/mol
(3)组成复杂的可燃物热值计算
高热值:
燃料完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。
低热值:
燃料完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,但烟气中的水蒸气仍为蒸气状态时所放出的热量。
分别为可燃物质的高热值和低热值,kcal/kg计算时质量分数不带百分号
1kcal=4.184x10³
kJ
燃烧温度:
气相燃烧产物(烟气)的平均温度
火焰温度:
绝热条件下,可燃物与氧化剂的量处于化学
当量比,且发生完全燃烧时,火焰面能达到的最高温度。
第二章防爆基本原理
第一节爆炸机理
按照爆炸反应的相的不同,爆炸可以分为:
气相爆炸
液相爆炸
固相爆炸
按照爆炸的瞬时燃烧速度的不同,爆炸可以分为:
轻爆:
爆炸时的燃烧速度为每秒数米,爆炸时无多大破坏力,声响也不太大。
爆炸:
爆炸时的燃烧速度为每秒十几米至数百米,爆炸时能在爆炸点引起压力激增,有较大的破坏力,有震耳的声响。
爆轰:
爆炸时的燃烧速度为1000~7000m/s。
爆轰时的特点是突然引起极高压力并产生超音速的“冲击波”。
殉爆:
物质爆轰时产生的冲击波引起其他爆炸性气体混合物或炸药爆炸的现象,叫做“殉爆”。
为防止殉爆的发生,应保持使空气冲击波失去引起殉爆能力的距离,其安全距离按下式计算式中:
S为不引起殉爆的安全距离,m;
g为爆炸物的质量,kg;
K为系数,平均值取1~5(有围墙去1,无围墙取5)
爆炸的破坏作用1.冲击波2.碎片冲击3.震荡作用4.造成二次事故
分解爆炸1.气体的分解爆炸2.简单分解的爆炸性物质3.复杂分解的爆炸性物质
可燃性混合物爆炸
1.爆炸极限
可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合,形成预混气,遇着火源才会发生爆炸,这个浓度范围称为爆炸极限(或爆炸浓度极限)。
可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度,分别称为爆炸下限和爆炸上限。
可燃气体和蒸气爆炸极限的单位,是以其在混合物中所占体积的百分比来表示。
可燃粉尘的爆炸极限是以其在单位体积混合物中的质量数(g/m3)来表示的
燃烧:
速度较慢、破坏力小,持续时间较长
化学爆炸:
速度极快、破坏力极大,瞬间完成
两者可以随条件变化可以转化
爆炸反应历程
可燃气体、蒸气或粉尘预先与空气均匀混合并达到爆炸极限,这种混合物称为爆炸性混合物。
爆炸性混合物发生爆炸有热反应和链式反应两种不同的机理。
当然燃烧在某一定空间内进行时,如果散热不良会使反应温度不断提高,温度的提高有会促使反应速度加快,如此循环进行而导致爆炸发生。
此种爆炸的机理为热反应,也称为热爆炸。
连锁反应速度v可用下式表示:
式中:
F(c)为反应物浓度函数;
fs为链在器壁上销毁因数;
fc为链在气相中销毁因数;
A为与反应物浓度有关的函数;
a为链的分支数,在直链反应中a=1,支链反应中a>
1。
第2节爆炸极限计算
第3节
爆炸完全反应浓度
爆炸混合物中的可燃物质和助燃物质完全反应的浓度,也就是理论上完全燃烧时在混合物中可燃物的含量。
根据化学反应方程式可以计算
可燃气体或蒸气分子式一般用CαHβOγ表示,设燃烧1mol气体所需的氧的物质的量为n,则燃烧反应式为:
在空气中在氧气中
其中(n为氧分子数)完全燃烧时的浓度
爆炸极限的影响因素
⑴初始温度升高,爆炸极限范围变宽⑵初始压力增大,爆炸极限的范围变宽。
⑶容器管道直径减小,爆炸极限的范围变小⑷火源能量越高,爆炸极限范围愈宽。
⑸含氧量越高,爆炸极限变宽。
⑹惰性介质含量越高,爆炸极限范围变窄,危险性小
根据完全燃烧反应所需的氧原子数计算有机物的爆炸下限和上限的体积分数
爆炸下限公式:
LX为可燃性混合物爆炸下限,%;
LS为可燃性混合物爆炸上限,%;
爆炸上限公式:
N为每摩尔可燃气体完全燃烧所需的氧原子数,mol。
爆炸性混合气体完全燃烧时的浓度,可以用来确定链烷烃的爆炸下限和上限
爆炸上限公式:
多种可燃气体组成混合物的爆炸极限计算
由多种可燃气体组成爆炸性混合气体的爆炸极限,可根据各组分的爆炸极限进行计算。
Lm为爆炸性混合气体的爆炸极限,%;
L1、L2、Lm为组成混合气体各组分的爆炸极限,%;
V1、V2、Vm为组成混合气体各组分的浓度,%;
V1+V2+…+Vm=100。
爆炸性混合物中含有惰性气体时,爆炸极限的计算方法有两种:
1.图表法;
2.经验公式法
图表法的计算步骤:
1.求出混合物中由可燃气体和惰性气体分别组成的混合比;
2.从相应的比例图中查出它们的爆炸极限;
3.利用混合物爆炸极限的计算公式计算。
经验公式法:
L’X,L’S为含惰性气体的可燃混合气体的爆炸下限和上限,%;
x为惰性气体的摩尔分数。
(先不考虑惰性气体,求出混合可燃气体爆炸极限
然后再考虑x)
第3节防爆技术基本理论
可燃物质发生化学性爆炸的条件:
1.存在可燃物质,包括可燃气体、蒸气或粉尘;
2.可燃物质与空气(或氧气)混合并达到爆炸极限,形成爆炸性混合物;
3.爆炸性混合物在火源的作用下。
燃烧和化学性爆炸的感应期
感应期:
可燃物质的温度在达到自然点或着火点之后,并不立即发生自燃或着火,其间有段延滞的时间,称为感应期(或诱导期)
防爆技术的基本理论:
防止可燃物质化学性爆炸三个基本条件的同时存在。
防止可燃物质化学性爆炸全部技术措施的实质,就是制止化学性爆炸三个基本条件的同时存在:
1.防止可燃物的泄漏
2.防止可燃物与空气形成混合气。
正压操作、惰性保护等
3.控制点火源。
防爆电器、静电保护、严禁明火、避雷等
第4节爆炸温度和爆炸压力
爆炸温度的计算
1.根据反应热计算爆炸温度
可燃物燃烧热=生成物各自摩尔定容热容与摩尔数之和
2.7×
10^9=[(688.4+0.0967t)×
103]×
t=4×
[(9.0+0.00058t)×
4186.8]+5×
[(4.0+0.00215t)×
4186.8]+22.6×
[(4.8+0.00045t)×
4186.8]=(688.4+0.0967t)×
103J/(kmol•℃)
2.根据燃烧反应方程式与气体的内能计算爆炸温度
可燃气体或蒸气的爆炸温度可利用能量守恒的规律估算,即根据爆炸后各生成物内能之和与爆炸前各种物质内能及物质的燃烧热的总和相等的规律进行计算。
用公式表达为:
式中,∑u2——燃烧后产物的内能之总和;
∑ul——燃烧前物质的内能之总和;
∑Q——燃烧物质的燃烧热之总和。
(注意应用“内插法”)空气21%氧气79氮气
爆炸压力的计算
可燃性混合物爆炸产生的压力与初始压力、初始温度、浓度、组分以及容器的形状、大小等因素有关。
爆炸时产生的最大压力可按压力与温度及摩尔数成正比的规律确定,根据这个规律有下列关系式:
p、T和n——爆炸后的最大压力、最高温度和气体摩尔数;
p0、T0和m——爆炸前的初始压力、初始温度和气体摩尔数。
由此可以得出爆炸压力计算公式:
当可燃物质的浓度等于或稍高于完全反应的浓度时,爆炸产生的压力最大,所以计算时应采用完全反应的浓度。
一氧化碳与空气混合物的最大爆炸压力
第3章化学危险品燃爆特性
危险化学品分类
凡具有爆炸、易燃、毒害、腐蚀、放射性等性质,在运输、装卸和贮存保管过程中,容易造成人身伤亡和财产损毁而需要特别防护的货物,均属危险货物。
第1类:
爆炸品
第2类:
气体本类气体指满足下列条件之一的物质:
a)约在50℃时,蒸气压力大于300kPa的物质;
b)20℃时在101.3kPa标准压力下完全是气态的物质。
本类货物分为三项:
第1项:
易燃气体;
第2项:
非易燃无毒气体;
第3项:
毒性气体。
第3类:
易燃液体本类包括易燃液体和液态退敏爆炸品。
易燃液体,是指易燃的液体或液体混合物,或是在溶液或悬浮液中有固体的液体,其闭杯试验闪点不高于60℃,或开杯试验闪点不高于65.6℃。
易燃液体还也指满足下列条件之一的液体:
a)在温度等于或高于其闪点的条件下提交运输的液体;
b)以液态在高温条件下运输或提交运输、并在温度等于或低于最高运输温度下放出易燃蒸气的物质。
液态退敏爆炸品,是指为抑制爆炸性物质的爆炸性能,将爆炸性物质溶解或悬浮在水中或其他液态物质后,而形成的均匀液态混合物。
第4类:
易燃固体、易于自燃的物质、遇水放出易燃气体的物质
第1项:
易燃固体、自反应物质和固态退敏爆炸品;
a)易燃固体:
易于燃烧的固体和摩擦可能起火的固体;
b)自反应物质:
即使没有氧气(空气)存在,也容易发生激烈放热分解的热不稳定物质;
c)固态退敏爆炸品:
为抑制爆炸性物质的爆炸性能,用水或酒精湿润爆炸性物质、或用其他物质稀释爆炸性物质后,而形成的均匀固态混合物。
第2项:
易于自燃的物质;
a)发火物质:
即使只有少量与空气接触,不到5min时间便燃烧的物质,包指混合物相溶液
(液体或固体);
b)自热物质:
发火物质以外的与空气接触便自己发热的物质。
第3项:
遇水放出易燃气体的物质。
本项物质是指遇水放出易燃气体,且该气体与空气混合能够形成爆炸性混合物的物质。
第5类:
氧化性物质和有机过氧化物
氧化性物质;
氧化性物质是指本身未必燃烧,但通常因放出可能引起或促使其他物质燃烧的物质。
有机过氧化物。
有机过氧化物是指含有两价过氨基(-O-O-)结构的有机物质。
第6类:
毒性物质和感染性物质
第7类:
放射性物质
第8类:
腐蚀性物质
第9类:
杂项危险物质和物品,包括危害环境物质
第一节可燃气体
凡是遇火、受热或与氧化剂接触能着火或爆炸的气体,统称为可燃气体。
气体燃烧形式
(1)扩散燃烧(与空气边混合边燃烧)
(2)动力燃烧(与空气在燃烧之前就已混合)
可燃气体按照爆炸极限分为两级:
(1)一级可燃气体的爆炸下限<
10%,如氢气、甲烷、乙烯等;
(2)二级可燃气体的爆炸下限≥10%,如氨气、一氧化碳、发生炉煤气灯
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。
(1)简单的气体比复杂的气体燃烧速度快。
(2)在气体燃烧中,扩散燃烧速度取决于气体扩散速度,而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。
气体的燃烧性能常以火焰传播速度来衡量
可燃气体混合物的火焰传播速度受多种因素的影响:
1.可燃气体的浓度。
2.惰性气体的浓度。
3.混合物的初始温度。
4.测试管道的直径。
影响气体混合物爆炸极限的因素:
温度、氧含量、惰性介质、压力、容器或管道直径、能源等。
(1)温度混合物的原始温度越高,则爆炸下限越低,上限提高,爆炸极限范围扩大,爆炸危险性增加。
(2)氧含量混合物中含氧量增加,爆炸极限范围扩大,尤其爆炸上限提高得更多。
(3)惰性介质如若在爆炸混合物中掺入不燃烧的惰性气体(如氮、二氧化碳、水蒸气、氩、氦等),随着惰性气体的百分数增加,爆炸极限范围则缩小,惰性气体的浓度提高到某一数值,亦可以使混合物变成不可爆炸。
一般情况下,惰性气体对混合物爆炸上限的影响较之对下限的影响更为显著
(4)压力混合物的原始压力对爆炸极限有很大影响,压力增大,爆炸极限范围也扩大,尤其是爆炸上限显著提高。
当混合物的原始压力减小时,爆炸极限范围缩小,压力降至某一数值时,下限与上限合成一点,压力再降低,混合物即变成不可爆。
爆炸极限范围缩小为零的压力称为爆炸的临界压力。
(5)容器或管道直径容器或管道直径越小,火焰在其中越难蔓延,混合物的爆炸极限范围则越小。
当容器直径小到某一数值时,火焰不能蔓延,可消除爆炸危险,这个直径称为临界直径。
(6)能源能源的性质对爆炸极限范围的影响是:
能源强度越高,加热面积越大,作用时间越长,爆炸极限范围越宽。
各种爆炸性混合物都有一个最低引爆能量,即点火能量,它是指能引起爆炸性混合物发生爆炸的最小火源所具有的能量,爆炸性混合物的点火能量越小,其燃爆危险性就越大。
评价生产与生活中广泛使用的各种可燃气体火灾爆炸危险性,主要依据以下技术参数:
(1)爆炸极限爆炸极限范围越宽,爆炸下限浓度越低,爆炸上限浓度越高,则爆炸危险性越大。
(2)爆炸危险度可燃气体或蒸气的爆炸危险性也可以用爆炸危险度来表示,爆炸危险度即是爆炸浓度极限范围与爆炸下限浓度之比值:
(3)传爆能力传爆能力是爆炸性混合物传播燃烧爆炸能力的一种度量参数,用最小传爆断面表示。
缝隙隔爆爆炸性混合物的火焰尚能传播而不熄灭的最小断面称为最小传爆断面。
能阻止将爆炸传至外部的可燃混合气的最大间隙,称为最大试验安全间隙。
(4)爆炸压力和威力指数可燃性混合物爆炸时产生的压力为爆炸压力气体爆炸的破坏性还可以用爆炸威力来表示,它与爆炸形成的最大压力有关,同时还与爆炸压力的上升速度有关。
这两者的乘数为爆炸威力指数
(5)自燃点不是固定不变的数值,而是受压力、密度、容器直径、催化剂等因素的影响。
一般规律是:
受压越高、自燃点越低;
密度越大,自燃点越低;
容器直径越小,自燃点越高;
在氧气中测定时,所得自燃点数值一般较低,而在空气中测定则较高
(6)化学活波性
(7)相对密度气体的相对密度是指对空气质量之比,可通过下式计算:
式中
,M为气体的摩尔质量;
29为空气的平均摩尔质量。
(8)扩散性气体的扩散速度取决于扩散系数的大小。
(9)可压缩性和受热膨胀性
第二节可燃液体
可燃液体:
凡遇火、受热、或与氧化剂接触能着火或爆炸的液体。
燃烧形式:
受热形成蒸气后,按气体燃烧方式燃烧(扩散燃烧或动力燃烧)
液体火灾:
沸溢火灾、喷溅火灾、喷流火灾。
可燃液体按闪点分类:
(1)低闪点液体闪点<
一18℃
(2)中闪点液体闪点≥一18℃至<
23℃(3)高闪点液体闪点为23℃~61℃
液体燃烧速度取决于液体的蒸发。
液体燃烧速度有两种表示方法:
(1)燃烧直线速度,单位时间燃烧消耗的液层厚度(cm/h、mm/min);
(2)燃烧质量速度,单位时间内单位面积上燃烧消耗的液体的质量(g/cm2·
min、或kg/m2·
h)。
液体的燃烧速度受以下因素影响:
液体的状态(雾状比液态燃烧快)
液体的初温(温度高,燃烧快)
液位的高低(液位低比液位高燃烧快)
液体的含水量(含水少燃烧快)
风速(风速大燃烧快)
贮罐直径(直径很小时(<
20cm),近似成反比;
很大时(>
100cm),无关)
可燃液体的爆炸极限有两种表示方法:
(1)爆炸浓度极限,有上下限之分(以体积分数表示)
(2)爆炸温度极限,有上下限之分(以℃表示)
评价液体燃爆危险性的主要技术参数
1.饱和蒸气压
饱和蒸气:
在单位时间内从液体蒸发出来的分子数等于回到液体里的分子数的蒸气
饱和蒸气所具有的压力叫做饱和蒸气压力,简称蒸气压力,以Pz表示。
在密闭容器中,液体都能蒸发成饱和蒸气。
根据可燃液体的蒸气压力,就可以求出蒸气在空气中的浓度式中:
C为混合物中的蒸气浓度,%;
pz为在给定温度下的蒸气压力,Pa;
pH为混合物的压力,Pa。
2.爆炸极限
可燃液体的着火和爆炸是蒸气而不是液体本身。
可燃液体的爆炸温度极限可以用仪器测定,也可以利用饱和蒸气压公式,通过爆炸浓度极限计算。
3.闪点两种可
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