第五章  防火防爆安全技术
本章学习要点
·了解燃烧的相关理论知识。
·了解爆炸的相关理论知识。
·掌握防火防爆技术。
·掌握火灾扑救的措施。
第一节  燃烧及其特牲
一、燃烧的概念
燃烧是放热发光的氧化反应。最初氧化这个名词仅被理解为氧与物质的化合，但现在则被理解为被氧化物质失去电子，而还原则认为是被还原物质得到电子，并不一定要有氧参加反应。
二、燃烧机理
燃烧反应可以分为三个阶段：
（1）扩散混合阶段。能够发生燃烧反应的物质分子分别从释放源通过扩散相互接触而混合达到可以发生燃烧反应的浓度。
（2）感应阶段。燃烧混合物中物质分子接受点火源的能量，离解成自由基或活性分子。
（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。如此循环完成燃烧反应。
三、燃烧条件
燃烧必须具备三个条件：有可燃物质存在（固体燃料如煤，液体燃料如汽油，气体燃料如甲烷）；有助燃物质的存在，通常的助燃物质有空气、氢、氯、氧等；有导致燃烧的能源，即点火源，如撞击、摩擦、明火、高温表面、发热自燃、绝热压缩、电火花、光和射线等。可燃物质、助燃物质和点火源也称为燃烧的三要素。三者只有同时存在，相互作用燃烧才有可能发生，缺少其中任一要素，燃烧都不能发生。燃烧的三要素只是燃烧的必要条件。要使燃烧能持续发生和蔓延，还必须达到另外两个条件。
（1）可燃物质和助燃物质达到一定的数量和浓度。对于一般可燃物质，空气中氧的浓度小于14%时，通常不会发生燃烧。甲烷在空气中的浓度小于1.4%或是空气中的氧浓度小于12%时，甲烷都不会燃烧。对于固体物质，通常用氧指数来评价其可燃性。氧指数又称临界氧浓度（COC），或极限氧浓度（LOC）。
（2）点火源必须具备一定的强度。电焊火花的温度可这1200℃，能点燃可燃气体与空气的混合物、易燃液体和油面纱等，但却不能点燃木材、煤炭等，这说明了可燃物质不同，需要的引燃火源的强度也不同。引起一定浓度可燃物质燃烧的最小能量称为该物质的最小点火能量。如点火源的能量小于该物质的最小点火能量，就不能引燃该物质。最小点火能量是衡量可燃气体、蒸气或粉尘燃烧爆炸的主要危险参数。
可燃物质、助燃物质和点火源必须同时存在、相互作用燃烧才有可能发生的基本理论，是防火技术的根本依据。一切防火技术措施都包括两个方面，一是防止燃烧必要条件的同时存在，二是避免其相互作用。
四、燃烧过程
可燃物质的聚集状态不同，其受热后所发生的燃烧过程也不同。除结构简单的可燃气体（如氢气）外，大多数可燃物质的燃烧并非是物质本身在燃烧，而是物质受热分解出的气体或液体蒸气在气相中的燃烧。
由可燃物质燃烧过程可以看出，可燃气体最容易燃烧，其燃烧所需要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和液态产物，其气态和液态产物的蒸气进行氧化分解着火燃烧。
如木材在火源作用下，在110℃以下只放出水分，130℃开始分解，到150℃变色。在150～200℃时分解，其产物主要是水和二氧化碳，不能燃烧。在200℃以上分解出一氧化碳、氢和碳氢化合物，故木材的燃烧实际是从此时开始的。到300℃时分解出的气体产物最多，因此燃烧也最激烈。各种物质的燃烧过程如图5-1所示。从中可知，任何可燃物的燃烧必须经过氧化、分解和燃烧等过程。
五、燃烧形式
一般来讲．可琳性气体、液体或固体在助燃性气体中燃烧时，总是采取下列几种形式中的某一种。
（1）气体的扩散燃烧。如同氢气、酒精蒸汽可燃性气体一边从管口流至空气中，一边燃烧那样，两种气体因为互相扩散而混合，进入燃烧范围的部分便形成局部的剧烈反应带（火焰）并继续燃烧。此时的火焰叫做扩散焰，这种燃烧形式的燃烧速度不决定于反应的本身，还决定于气体的扩散速度，因此比较缓慢。
（2）液体的蒸发燃烧。像在醚、苯等易燃性气体的燃烧中所看到的那样，由于液体的蒸发而在液面上生成的蒸汽和空气因扩散而混合，进入燃烧组成范围的部分就形成火焰而燃烧。因此，在各种液体中达到固有的闪点以上的温度，就会发生这种形式的燃烧。此时一旦发火，由于所产生的火焰的温度引起液体表面的加热而促进其蒸发，因此其结果使燃烧持续到液体全部蒸发为止。即使像萘、硫这样常温下的固体，因加热而升华，或者熔融而蒸发时也同样会进行蒸发燃烧。
（3）固体的分解燃烧。纸、木材、煤等固体可燃物或像脂肪油那样分子量较大的液体可燃物燃烧时，都伴随着这些物质的热分解，例如把木材在空气中加热时，首先失去水分而干燥，随后产生热分解，放出可燃性气体，它被点着就会产生火焰，如果一旦着火，由于生成火焰的温度会促进木材的热分解使燃烧持续下去。
（4）固体的表面燃烧。像上述木材燃烧那样，热分解的结果产生炭化作用，在固体表面上生成的无定型碳与空气接触的部分着火，产生所谓“炭火”，燃烧就会持续下去，这种形式的燃烧特点是固体直接参与燃烧，不形成火焰，箔状和粉状的高熔点金属的燃烧也属此类。
（5）非均相燃烧。可燃物质和氧化剂处于不同相态而非单一相态的燃烧。与均相燃烧相比，其机理复杂得多。当发生非均相燃烧时，可燃物质分子与氧化剂分子的接触必须依靠不同相之间的扩散作用。其燃烧速度在很大程度上取决于物理扩散速度，且受传热情况的影响较明显。所有固体、液体可燃物在空气中的燃烧都属非均相燃烧，即使是气体在空气中燃烧，也会因分解生成炭粒（烟粒）而形成异相火焰，其中炭粒的燃烧仍属非均相燃烧。非均相燃烧及其引起的事故广泛存在于一般工业生产过程之中。
（6）扩散燃烧。指混合扩散因素起着控制作用的燃烧。扩散燃烧的主要特点：①可燃物与空气分别送入燃烧室，边混合、边燃烧；②可燃物与空气中的氧进行化学反应所需时间与通过混合扩散形成可燃混合气所需时间相比少到可以忽略不计的程度；③燃烧时产生的火焰较长，且多呈红黄色。此时，燃料燃烧所需的时间主要取决于与混合扩散有关的因素，包括气流速度、流动状况（层流或湍流）、气流流经的物体形状和大小等。炭粒、油滴或液体燃料自由液面的燃烧均属于扩散燃烧的范畴。
（7）气体泄漏燃烧。气体泄露燃烧指可燃性气体或液化气体从生产、使用、贮存、运输等装置、设备、管线中泄漏引起的燃烧。可燃气体泄漏到环境中，是爆炸引起燃烧还是燃烧中导致爆炸，由泄漏与点火的先后顺序及燃烧中装置状态决定。如果气体在泄漏的同时被点燃，将会在泄漏处燃烧；如果泄漏到空气中达一定量与空气形成爆炸性混合系之后才遇到火源，将首先发生爆炸，泄漏部位在爆炸之后持续燃烧。气体如果被点燃，在一般情况下不会引起爆炸；但是如果火焰熄灭，而气体继续泄漏并分布在一定空间再次遇到火源或者系统气体突然大量泄漏时将会导致爆炸。泄漏燃烧有两种情况：气体泄漏速度大于或等于气体燃烧速度，则会喷射燃烧；泄漏速度小于燃烧速度，则会回火以致系统内爆炸。
（8）绝热燃烧。绝热燃烧指燃烧形成的火焰未把热量传递给外界环境或周围其他物体的燃烧。因不存在传热、散热损失，故可燃物在绝热燃烧过程中所释出的燃烧生成热可全部用于加热燃烧产物本身，使之温度升达一般燃烧所无法达到的温度，在工程上有利于燃料的完全燃烧，使燃烧效率显著提高，而且还为燃烧生成热的充分利用创造了良好的热力学条件。绝热发动机之所以具有很
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