第三章 可燃液體和固體的燃燒與爆炸

1、第三章 可燃液體和固體的燃燒 第一節(jié)第一節(jié) 可燃液體的燃燒和爆炸可燃液體的燃燒和爆炸 可燃液體凡遇火、受熱或與氧化劑接觸， 能夠著火和爆炸的液體。 易燃性液體是指易燃、易爆、閃點(diǎn)低于 45，在常溫常壓下為液體的物質(zhì)。 可燃液體在一定溫度下能蒸發(fā)出可燃蒸氣， 有時(shí)還能發(fā)生化學(xué)分解產(chǎn)生新的可燃?xì)怏w。 這些可燃蒸氣或可燃?xì)怏w，在一定條件 下會發(fā)生燃燒。 大部分低沸點(diǎn)液體的燃燒是由于受熱氣化形 成蒸氣后，按可燃性氣體的燃燒方式(擴(kuò)散燃燒 或混合燃燒)進(jìn)行。 液面上的蒸氣點(diǎn)燃后產(chǎn)生火焰并出現(xiàn)熱量的傳遞， 火焰向液體傳熱的方式主要是對流和傳導(dǎo)。 絕大多數(shù)的易燃液體是相對分子質(zhì)量較小的 有機(jī)化合物，這些分子

2、易于揮發(fā)，特別是受 熱時(shí)揮發(fā)得更快，所揮發(fā)出的蒸氣遇到火花 就與空氣中的氧發(fā)生劇烈反應(yīng)而燃燒或爆炸， 燃燒時(shí)速度較快。 一、可燃液體的燃燒過程一、可燃液體的燃燒過程 不同液體的燃燒過程具有下述不同情況： 1、氧滲入：氧分子滲透到液體的表面，與 液體分子化合，產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物在高溫作用 下飛離液體，暴露出的新液面與氧氣接觸。 2、噴吹和沖擊破碎： 由噴管噴出的液滴與氧化合，這時(shí)由于液塊分散， 表面積加大，燃速也較快。在燃燒過程中，熱膨脹 波還會把液滴進(jìn)一步?jīng)_碎而加快燃燒。若液滴 中含有水份，這水份被火焰激烈加溫而發(fā)生爆炸性 蒸發(fā)，將液滴炸碎，從而使液滴分子與氧氣接觸更 充分，燃燒就變得更完全，能大

3、大提高燃燒效率 所以燃油摻水能夠省油。 3、蒸發(fā)：形成可燃蒸氣而燃燒。 如酒精噴燈是把酒精預(yù)熱蒸發(fā)后再進(jìn)行燃燒。 4、熱分解：有些復(fù)雜化合物通過熱分解的中間過 程，再同氧氣化合燃燒 蠟燭的石蠟大分子，在火焰溫度烘烤下發(fā)生分 解，產(chǎn)生分子量較小的可燃?xì)夂笈c氧化合。 二、閃點(diǎn)二、閃點(diǎn) 在一定的溫度下，可燃液體蒸發(fā)出的飽和蒸 氣與空氣組成的混合氣，在與火焰接觸時(shí)能 閃出火花，但隨即熄滅。 這種瞬間燃燒的過程叫做閃燃， 發(fā)生閃燃的最低液體溫度叫閃點(diǎn)。 閃點(diǎn)對可燃液體的防火工作意義很大，根據(jù)物質(zhì) 閃點(diǎn)可以區(qū)別各種可燃液體的火災(zāi)危險(xiǎn)性。 例如煤油的閃點(diǎn)是40，它在室溫(一般為15 左右)情況下與明火接近是

4、不能立即發(fā)火的，因?yàn)?這個(gè)溫度比閃點(diǎn)低，蒸發(fā)出來的油蒸氣很少，不 能閃火，更不能燃燒。只有把煤油加熱到40時(shí) 才能閃燃，繼續(xù)加熱到燃點(diǎn)溫度時(shí)，才會燃燒。 這就是說，低于閃點(diǎn)溫度時(shí)，在液面上不會形 成油蒸氣與空氣的可燃混合氣，因而遇到火種 的瞬間作用并不會燃燒，在閃點(diǎn)溫度以上才有 著火的危險(xiǎn)。 閃點(diǎn)是液體易燃性分級的依據(jù)。液體的閃點(diǎn)越 低，火災(zāi)危險(xiǎn)性越大。 易燃和可燃液體的易燃性分級標(biāo)準(zhǔn)易燃和可燃液體的易燃性分級標(biāo)準(zhǔn) 類 別閃點(diǎn)/舉 例 易燃液體 一級28汽油、苯、酒精 二級2845煤油、松節(jié)油 可燃液體 三級45120柴油、硝基苯 四級120潤滑油、甘油 GB69441986按照閃點(diǎn)的不同，將

5、可燃液體分為： 1、低閃點(diǎn)液體閃點(diǎn)低于18； 2、中閃點(diǎn)液體閃點(diǎn)為18至低于23； 3、高閃點(diǎn)液體閃點(diǎn)為2361。 在室溫超過某種液體閃點(diǎn)時(shí)，耍嚴(yán)格控制該 種液體的敞口操作。 例如使用汽油(閃點(diǎn)小于-20)洗手、洗工 作服或擦地板等都是造成火災(zāi)爆炸事故的常 見原因，必須嚴(yán)格禁止。 閃點(diǎn)可以通過實(shí)驗(yàn)測定： 目前，常用閃點(diǎn)測定方法： 克利夫蘭開口杯法（GB/T3536） 采用煤氣燈、酒精燈或適當(dāng)?shù)碾姞t加熱（測定閃 點(diǎn)高于200時(shí)，必須使用電爐）。 賓斯基馬丁閉口杯法（GB/T261） 采用電爐加熱，也可選用煤氣加熱。 克利夫蘭開口杯克利夫蘭開口杯易燃液體閃點(diǎn)測定示意圖易燃液體閃點(diǎn)測定示意圖 賓斯基

6、賓斯基馬丁閉口杯馬丁閉口杯易燃液體閃點(diǎn)測定示意圖易燃液體閃點(diǎn)測定示意圖 由于試驗(yàn)儀器不同，對同一物質(zhì)，所測得的數(shù)據(jù)也 是有區(qū)別的，開口閃點(diǎn)總是稍高于閉口閃點(diǎn)數(shù)據(jù)， 因此有必要指明是用哪一類方法測量的，通常閃點(diǎn) 數(shù)據(jù)標(biāo)有“OC”(Open Cup)是指開口法閃點(diǎn)，標(biāo) 有“CC”(Close Cup)是指閉口法閃點(diǎn)。 對于具有較高閃點(diǎn)的物質(zhì)選用開口閃點(diǎn)試驗(yàn)較為準(zhǔn) 確。 此外，對于碳?xì)浠衔锏拈W點(diǎn)可用下述經(jīng)驗(yàn) 公式進(jìn)行推測： tf=0.6946tb-73.7 式中 tf化合物的閃點(diǎn)()； tb該化合物的沸點(diǎn)()。 各種液體的閃點(diǎn)可查有關(guān)手冊。有些固體，如樟腦 和萘等，也能在室溫下?lián)]發(fā)或緩慢蒸發(fā)，因此

7、也有 閃點(diǎn)。 在石油貯運(yùn)的一切作業(yè)中，必須按易燃液體和可 燃液體的易燃等級確定運(yùn)輸、使用及管理的制度和 安全措施。 三、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)三、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn) 可燃液體的燃點(diǎn)或著火點(diǎn)：可燃液體被加熱到超 過閃點(diǎn)溫度時(shí)，其蒸氣與空氣的混合氣與火焰接 觸而能發(fā)生連續(xù)燃燒5s以上的最低液體溫度 燃點(diǎn)比閃點(diǎn)通常高520，閃點(diǎn)在100以下時(shí)， 兩者往往相差不大。 在沒有閃點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，也可用燃點(diǎn)表示物質(zhì) 的火災(zāi)危險(xiǎn)性。 在燃點(diǎn)溫度時(shí)能形成連續(xù)燃燒，是因?yàn)樵谌键c(diǎn)溫 度下的液體蒸發(fā)速度比閃點(diǎn)時(shí)的稍快，蒸氣量足 以供給連續(xù)不斷地燃燒。 在連續(xù)燃燒的最初瞬間，火焰周圍的液體溫度可 能剛剛達(dá)到燃點(diǎn)，但隨后溫度不斷升高，促

8、使蒸 發(fā)進(jìn)一步加快，火勢逐漸擴(kuò)大，形成穩(wěn)定的連續(xù) 燃燒。 自燃：可燃物質(zhì)在沒有明火作用的情況下發(fā)生的燃 燒 自燃溫度或自燃點(diǎn)：發(fā)生自燃時(shí)的溫度。 除已隔絕空氣可靠密封者外，可燃物質(zhì)的貯存溫度 必須嚴(yán)格控制在自燃溫度以下，必要時(shí)要采取低溫 貯存。 若生產(chǎn)裝置中的溫度高于物料的自燃溫度，則在裝 置的出入口和可能有泄漏的地方，要采取相應(yīng)的安 全措施。 各種液體的自燃溫度可查有關(guān)手冊。 區(qū)別 閃點(diǎn)是由液體表面的蒸氣壓力決定的，其測量值 的精度常常按物理常數(shù)處理即可。 而自燃點(diǎn)和燃點(diǎn)還必須給出能量條件才能決定， 所得結(jié)果與能量的給予方式不同相差很大，因此， 燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)沒有閃點(diǎn)那樣的物理常數(shù)的精度， 四

9、、液體理化性質(zhì)與火災(zāi)的四、液體理化性質(zhì)與火災(zāi)的 關(guān)系關(guān)系 易燃和可燃液體的沸點(diǎn)越低，其閃點(diǎn)也就越低， 火災(zāi)危險(xiǎn)性也越大。 易燃和可燃液體的比重越小，其蒸發(fā)速度越快， 閃點(diǎn)越低，火災(zāi)危險(xiǎn)性也就越大。但比重越小， 自燃點(diǎn)卻越高，例如各種油類比重，汽油煤油 輕柴油重柴油蠟油渣油，其閃點(diǎn)依次升 高，而自燃點(diǎn)依次降低。 大部分易燃和可燃液體，如汽油、煤油、苯、醚、 酯等是高電阻率的電介質(zhì)，所以都有摩擦產(chǎn)生靜 電放電發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。醇類、醛類和羧酸不是 電介質(zhì)，電阻率低，其靜電火花危險(xiǎn)性很小。 同一類有機(jī)化合物中，一般是分子量越小的火 災(zāi)危險(xiǎn)性越大(閃點(diǎn)越低)，但自燃點(diǎn)越高。如在 醇類化合物中，甲醇的火災(zāi)

10、危險(xiǎn)性要比分子量較 大的乙醇、丙醇的大。 在脂肪族碳?xì)浠衔镏?，醚的火?zāi)危險(xiǎn)性最大，醛、 酮、酯類次之，醇類又次之，酸類最小。 在芳香族碳?xì)浠衔镏?，以氯基、氫氧基、胺基等?團(tuán)取代了苯環(huán)中的氫而形成的各種衍生物，其火災(zāi)危 險(xiǎn)性都是較小的，取代的基團(tuán)數(shù)越多，則火災(zāi)危險(xiǎn)性 越??；含碳酸基的化合物不易著火；相反，含硝基的 化合物則很易著火，且所含硝基越多，爆炸危險(xiǎn)性越 大。 由于不飽和羧酸構(gòu)成的可燃液體(如干性植物油)分 子中具有不飽和的共軛鏈結(jié)構(gòu)，在室溫下易被空氣 中的氧所氧化，并逐漸積累熱量，因此具有自燃能 力。這些不飽和羧酸的不飽和程度越大，自燃能力 也越強(qiáng)，存放時(shí)的火災(zāi)危險(xiǎn)性也越大。此外，

11、飽和 碳?xì)浠衔锏淖匀键c(diǎn)比相當(dāng)于它的不飽和碳?xì)浠?物的自燃點(diǎn)為高，如乙烷乙烯乙炔。 正位結(jié)構(gòu)的自燃點(diǎn)低于其異構(gòu)物的自燃點(diǎn)，如正丙 醇異丙醇。 五、液體火災(zāi)的形式五、液體火災(zāi)的形式 1.沸溢火災(zāi) （1）貯槽內(nèi)的液體在燃燒過程中，如果延續(xù)的時(shí)間 較長，除了表面被加熱外，其里層也會逐漸被預(yù)熱。 對于沸騰溫度比貯槽側(cè)壁溫度高的可燃液體，其里 層的加熱是以傳導(dǎo)方式進(jìn)行的，隨著離開液面距離 的加大，里層的溫度很快下降。因此，這類液體燃 燒時(shí)里層預(yù)熱的情況是不嚴(yán)重的。 （2）對于沸騰溫度比貯槽側(cè)壁溫度低的可燃液體，是 以對流的方式沿整個(gè)深度進(jìn)行加熱的。這種在較大 深度內(nèi)進(jìn)行的加熱，可造成該液體(尤其是含有

12、水分 時(shí))由于劇烈沸騰而溢出或?yàn)R落在附近地面，使火蔓 延。 油罐沸溢火災(zāi)示意圖油罐沸溢火災(zāi)示意圖 在燃燒的作用下，使靠近液面的在燃燒的作用下，使靠近液面的 油層溫度上升油層溫度上升，油品粘度變小油品粘度變小， 在水滴向下沉積的同時(shí)，受熱油在水滴向下沉積的同時(shí)，受熱油 的作用而蒸發(fā)變成蒸氣泡，于是的作用而蒸發(fā)變成蒸氣泡，于是 呈現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。如圖呈現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。如圖a所示所示 蒸氣泡被油膜包圍形成大量蒸氣泡被油膜包圍形成大量 油泡群，體積膨脹，溢出罐油泡群，體積膨脹，溢出罐 外，形成如圖外，形成如圖b所示的沸溢所示的沸溢 （3） （4）由多種成分組成的液體在燃燒時(shí)液相和氣相的成分 發(fā)生變化。 重油、

13、黑油等石油產(chǎn)品的燃燒，由于分餾的結(jié)果， 液相上層逐漸積累起瀝青質(zhì)、樹脂質(zhì)及焦炭的產(chǎn)物。 這些產(chǎn)物的密度都大于液體本身，因而就往下沉并加 熱深處的液體。如果油中含有水分，則有可能使水沸 騰而使石油產(chǎn)品從槽中溢出，擴(kuò)大火災(zāi)的危險(xiǎn)性。 從沸溢過程來說，沸溢形成必備三個(gè)條件： （1）原油具有形成熱波的特性，即沸程寬，密 度相差較大； （2）原油中含有乳化水，水遇熱波變成水蒸氣； （3）原油粘度較高，使水蒸氣不容易從下向上 穿過油層。 油罐噴濺火災(zāi)示意圖油罐噴濺火災(zāi)示意圖 1 1高溫層；高溫層；2 2水蒸氣；水蒸氣；3 3水墊水墊 n當(dāng)貯槽內(nèi)有水墊時(shí)，上述沸騰溫度當(dāng)貯槽內(nèi)有水墊時(shí)，上述沸騰溫度 比貯槽溫

14、度低的可燃液體，或者由比貯槽溫度低的可燃液體，或者由 多種成分組成的可燃液體的分餾產(chǎn)多種成分組成的可燃液體的分餾產(chǎn) 物，將以對流的方式使高溫層物，將以對流的方式使高溫層1在在 較大深度內(nèi)加熱水墊較大深度內(nèi)加熱水墊 水便氣化產(chǎn)生大量蒸汽，隨著水便氣化產(chǎn)生大量蒸汽，隨著 蒸汽壓力的逐漸增高，達(dá)到蒸蒸汽壓力的逐漸增高，達(dá)到蒸 汽壓力足以把其上面的油層拋汽壓力足以把其上面的油層拋 向上空，而向四周噴濺向上空，而向四周噴濺 2噴濺火災(zāi) 發(fā)生時(shí)間 噴濺時(shí)發(fā)生的征兆 油罐火災(zāi)發(fā)生沸溢或噴濺時(shí)，使大量燃燒著的油液 涌出罐外，四處流散，不但會迅速擴(kuò)大火災(zāi)范圍， 而且還會威脅撲救人員的安全和毀壞滅火器材，具 有很

15、大的危險(xiǎn)性。 3噴流火災(zāi) （1）處于壓力下的可燃液體，燃燒時(shí)呈噴流式燃 燒。如油井井噴火災(zāi)，高壓燃油系統(tǒng)從容器、管道 噴出的火災(zāi)等。 （2）噴流式燃燒速度快，沖力大，火焰?zhèn)鞑パ杆伲?在火災(zāi)初期階段如能及時(shí)切斷原料來源（如關(guān)閉閥 門等），較易撲滅；若未能及早撲救，則隨著燃燒 時(shí)間延長，能造成熔孔擴(kuò)大、窯門或井口裝置被嚴(yán) 重?zé)龘p等，會迅速擴(kuò)大火勢，較難撲救。 4、池火災(zāi) 可燃液體（如汽油、柴油等）泄露后流到地面 形成液池，或流到水面并覆蓋水面，遇到火源 燃燒而成池火。大多數(shù)液體火災(zāi)屬于此種情況 池火災(zāi)的大小是由單位時(shí)間有多少燃料被點(diǎn)燃 來決定的。單位時(shí)間內(nèi)的燃料消耗量稱為燃燒 速度，通常以液面下降

16、速度或燃料消耗重量來 表示。 （1）燃燒速度 當(dāng)液池中的可燃液體的沸點(diǎn)高于周圍環(huán)境溫度時(shí)， 液體表面上單位面積的燃燒速度dm/dt為： HTTC H dt dm bp c 0 001. 0 dmdt單位表面積燃燒速度，kgm2s； Hc液體燃燒熱，Jkg； Cp液體的定壓比熱，JkgK； Tb液體的沸點(diǎn)，K； T0環(huán)境溫度，K； H液體的氣化熱，Jkg。 當(dāng)液體的沸點(diǎn)低于環(huán)境溫度時(shí)，如加壓液化氣 或冷凍液化氣，其單位面積的燃燒速度dmdt 為： H H dt dmc 001. 0 （2）火焰高度 設(shè)液池為一半徑為r的圓池子，其火焰高度可按 下式計(jì)算： 6 . 0 2 / 2/1 0 84 gr

17、 dtdm rh h火焰高度，m； r液池半徑，m； 0周圍空氣密度，kgm3； g重力加速度，9.8ms。； dmdt燃燒速度，kgm2s。 由池火災(zāi)產(chǎn)生的火焰，一般其火焰高度近于容 器直徑的兩倍。 池火災(zāi)的規(guī)模不僅取決于液體燃料的量， 而且取決于油的面積，油的面積越大，則火災(zāi) 規(guī)模越大。 要減小火災(zāi)必須防止油面的擴(kuò)大。 （3）熱輻射通量 當(dāng)液池燃燒時(shí)放出的總熱輻射通量為： 172/2 61. 0 2 dt dm cdt dm HrhrQ Q總熱輻射通量，W； 效率因子，可取0.130.35； （4）目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度 假設(shè)全部輻射熱量由液池中心點(diǎn)的小球面輻射 出來，則在距液池中心某一距離(

18、R)處的入射 輻射強(qiáng)度為： 2 4 R Qtc I I熱輻射強(qiáng)度，Wm2； Q總熱輻射通量，W； tc熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無相對理想的數(shù)據(jù)時(shí)，可取值為1； R目標(biāo)點(diǎn)到液池中心距離，m。 六、液體的燃燒速度六、液體的燃燒速度 液體燃燒速度取決于液體的蒸發(fā)速度。 液體在其自由表面上進(jìn)行燃燒時(shí)，燃燒速度 有兩種表示方法： 一種是液體的燃燒直線速度，即單位時(shí)間被燃燒 消耗的液層厚度，單位為mm/min或cmh； 一種是液體的燃燒質(zhì)量速度，即單位時(shí)間內(nèi)每單 位面積上被燃燒消耗的液體質(zhì)量，單位為g (cm2min)或kg(m2h)。 影響因素 為加快液體的燃燒速度和提高燃燒效率，可采用噴霧燃燒噴霧燃燒， 即通過

19、噴嘴將液體噴成霧滴，從而擴(kuò)大液體蒸發(fā)的表面積， 促使提高燃燒速度和燃燒效率。若在油中摻水，即為乳化 燃燒。 提高液體的初始溫度，會加快燃燒速度。例如：苯在初溫 為16時(shí)，燃燒速度為3.15mmmin，70時(shí)則為 4.07mmmin；甲苯在初溫為17時(shí)，燃燒速度為 2.68mmmin，60時(shí)則為4.01mmmin。 液體在貯罐內(nèi)液面的高低，燃燒速度亦不同， 貯罐中低液位燃燒比高液位燃燒的速度快。 含有水分比不含水分的石油產(chǎn)品燃燒速度慢。 風(fēng)速對火焰蔓延速度也有很大影響 液體燃燒速度還與貯罐直徑有關(guān) （考慮熱量傳遞的三種途徑） 直徑很小時(shí)（1m），火焰為湍流狀態(tài)，以火焰 的輻射傳熱為主。燃燒速度趨

20、于定值。 七、可燃液體的爆炸極限七、可燃液體的爆炸極限 可燃液體的爆炸極限有兩種表示方法： 一是可燃蒸氣蒸氣的爆炸濃度極限，有上、下限之分， 以“”（體積分?jǐn)?shù)）表示； 二是可燃液體液體的爆炸溫度極限，也有上、下限之 分，以“”表示。 因?yàn)榭扇颊魵獾臐舛仁窃诳扇家后w一定的溫 度下形成的，因此爆炸溫度極限就體現(xiàn)著一 定的爆炸濃度極限，兩者之間有相應(yīng)的關(guān)系。 表表1 液體的爆炸溫度極限和爆炸濃度極限液體的爆炸溫度極限和爆炸濃度極限 液體名稱 爆炸濃度極限 /% 爆炸溫度極限 / 酒 精3.3181140 甲 苯1.27.75131 松節(jié)油0.8623253 車用汽油0.795.1639 8 燈用煤油

21、1.47.54086 乙 醚1.8535.54513 苯1.59.51412 八、評價(jià)液體燃爆危險(xiǎn)性的主要八、評價(jià)液體燃爆危險(xiǎn)性的主要 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 評價(jià)可燃液體火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性的主要技術(shù)參數(shù)是閃 點(diǎn)、飽和蒸氣壓和爆炸極限。 此外，還有液體的其他性能，如相對密度、流動(dòng)擴(kuò) 散性、沸點(diǎn)和膨脹性等。 1飽和蒸氣壓 飽和蒸氣是指在一定溫度下，液體和它的 蒸氣處于平衡狀態(tài)，蒸氣所具有的壓力，簡 稱蒸氣壓，以Pa表示。在密閉容器中，液體 都能蒸發(fā)成飽和蒸氣。 可燃液體的蒸氣壓力越大，則蒸發(fā)速度越快， 閃點(diǎn)越低，所以火災(zāi)危險(xiǎn)性越大。 蒸氣壓力是隨著液體溫度而變化的，即隨著 溫度的升高而增加，超過沸點(diǎn)時(shí)的蒸

22、氣壓力， 能導(dǎo)致容器爆裂，造成火災(zāi)蔓延。 下表列舉了一些常見可燃液體的飽和蒸氣壓 力。 表表 2 幾幾 種種 易易 燃燃 液液 體體 的的 飽飽 和和 蒸蒸 氣氣 壓壓 根據(jù)可燃液體的蒸氣壓力，就可以求出蒸氣在 空氣中的濃度，其計(jì)算式為： H z p p C C混合物中的蒸氣濃度，； PZ在給定溫度下的蒸氣壓力，Pa； PH混合物的壓力，Pa。 如果PH等于大氣壓力即101 325 Pa（760 mmHg）， 則可將計(jì)算式改寫為： C= Pz/ 101325 例1 桶裝甲苯的溫度為20，而大氣壓力為101325Pa。試 求甲苯的飽和蒸氣濃度，并確定是否有爆炸危險(xiǎn)？ 解 從表2查得甲苯在20時(shí)飽

23、和蒸氣壓力Pz為2973Pa， 代入公式即得： C=2973/101 325=2.93 答：桶裝甲苯在20時(shí)的飽和蒸氣濃度為2.93。從表1中 可以查出甲苯的爆炸極限為1.277.75，比較例題中求 得甲苯的蒸氣濃度，即可說明甲苯在20時(shí)具有爆炸危險(xiǎn)。 由于可燃液體的蒸氣壓力是隨溫度而變化的，因此可以利用 飽和蒸氣壓來確定可燃液體在貯存和使用時(shí)的安全溫度和壓 力。 例2 有一個(gè)苯罐的溫度為10，確定是否有爆炸 危險(xiǎn)？如有爆炸危險(xiǎn)，請問應(yīng)選擇什么樣的貯存溫 度比較安全? 解 先求出苯在10時(shí)的蒸氣壓力為5960Pa， 代入公式，則 C= Pz /101325=5960/101325=5.89 苯

24、的爆炸極限為1.59.5，故苯在10時(shí)具 有爆炸危險(xiǎn)。 消除形成爆炸濃度的溫度有兩個(gè)可能：一是低于閃點(diǎn) 的溫度；二是高于爆炸上限的溫度。本例中采用后者， 即安全貯存溫度應(yīng)采取高于爆炸上限的溫度。 已知苯的爆炸上限為9.5，代入下式： Pz=101325C=（101 3250.095）Pa=9625.8Pa 從表2查得苯的蒸氣壓力為9625.8Pa時(shí)，處于10 20范圍內(nèi)，用內(nèi)插法求得： 10+（9 625.8-5966）10/（9972-5966） =（10+9）=19 答：貯存苯的安全溫度應(yīng)高于19。 例3 某廠在車間中使用丙酮作溶劑，操作壓力為 500kPa，操作溫度為25。請問丙酮在該壓

25、力和溫 度下有無爆炸危險(xiǎn)？如有爆炸危險(xiǎn)，應(yīng)選擇何種操 作壓力比較安全？ 解 先求出丙酮的蒸氣濃度。從表34查得丙酮 在25時(shí)的蒸氣壓力為30931Pa， 代入式（33）得出丙酮在500kPa下的蒸發(fā)濃度： C= Pz/ PH=30931/500000=6.2 丙酮的爆炸極限為213，說明在500kPa壓 力下丙酮是有爆炸危險(xiǎn)的。 如果溫度不變，那么為保證安全則操作壓力可以考 慮選擇常壓或負(fù)壓。如選擇常壓，則濃度為： C= Pz/101325 =30931/101325 = 30.5 如選擇負(fù)壓，假設(shè)真空度為39997Pa，則濃度為： C=Pz/PH=30931/（10132539997）=50

26、.4 顯然在常壓或負(fù)壓的兩種壓力下，丙酮的蒸氣濃度 都超過爆炸上限，無爆炸危險(xiǎn)。但相比之下，負(fù)壓 生產(chǎn)比較安全。 2爆炸極限 可燃液體的著火和爆炸是蒸氣而不是液體本身， 因此爆炸極限對液體燃爆危險(xiǎn)性的影響和評價(jià)同可 燃?xì)怏w。 可燃液體的爆炸溫度極限可以用儀器測定，也可 利用飽和蒸氣壓公式，通過爆炸濃度極限進(jìn)行計(jì)算。 例4 已知甲苯的爆炸濃度極限為1.277.75， 大氣壓力為101325Pa。試求其爆炸溫度極限。 解 先求出甲苯在101325Pa下的飽和蒸氣壓： Pz=1.27101325/100 Pa = 1286.83Pa 表2查得甲苯在1286.83Pa蒸氣壓力下，處于0 10之間; 利

27、用內(nèi)插法求得甲苯的爆炸溫度下限： (1286.83-901)10/(1693-901) = 3858.3/792 = 4.87 再利用公式求甲苯的爆炸溫度上限： Pz = 7.75101325/100 = 7852.69Pa 從表2查得甲苯在6839.43Pa蒸氣壓力下處于 3040之間，利用內(nèi)插法求得甲苯的爆炸溫度 上限： 30 +（7582.69-4 60）10/（7906- 4960）=30+ 26226.9/2946 =38.9 答：在101325Pa大氣壓力下，甲苯的爆炸溫 度極限為4.8738.9。 表表3 幾種常見可燃液體的閃點(diǎn)幾種常見可燃液體的閃點(diǎn) 物質(zhì)名稱 閃點(diǎn)/物質(zhì)名稱閃點(diǎn)

28、/物質(zhì)名稱閃點(diǎn)/ 甲醇7苯-14醋酸丁酯13 乙醇11甲苯4醋酸戊酯25 乙二醇112氯苯25二硫化碳-45 丁醇35石油-21二氯乙烷8 戊醇46松節(jié)油32二乙胺26 乙醚-45醋酸40飛機(jī)汽油-44 丙酮-20醋酸乙酯1煤油18 甘油160車用汽油-39 3閃點(diǎn) 可燃液體的閃點(diǎn)越低，則表示越易起火燃燒。 因?yàn)樵诔厣踔猎诙镜蜏貢r(shí)。只要遇到明 火就可能發(fā)生閃燃，所以具有較大的火災(zāi)爆 炸危險(xiǎn)性。 可燃液體的閃點(diǎn)隨其水溶液濃度的降低而升 高。因此對水溶性液體的火災(zāi)，可用大量水 撲救，降低可燃液體的濃度可減弱燃燒強(qiáng)度， 使火熄滅。 其他影響因素：沸點(diǎn)、密度、蒸氣壓等 兩種可燃液體混合物的閃點(diǎn)，一

29、般是位于原來兩液 體的閃點(diǎn)之間，并且低于這兩種可燃液體閃點(diǎn)的平 均值。例如，車用汽油的閃點(diǎn)為-39，照明用煤油 的閃點(diǎn)為40，如果將汽油和煤油按1：1的比例混 合，那么混合物的閃點(diǎn)應(yīng)低于 （-36+40）/2 =2 這部分內(nèi)容見書204頁混合液體閃點(diǎn) 在易燃的溶劑中摻入四氯化碳，其閃點(diǎn)即提高， 加入量達(dá)到一定數(shù)值后，不能閃燃。 例如，在甲醇中加入41的四氯化碳，則不會 出現(xiàn)閃燃現(xiàn)象，這種性質(zhì)在安全上可加以利用。 各種可燃液體的閃點(diǎn)可用專門儀器測定，也可用 計(jì)算法求定。 可燃液體的閃點(diǎn)利用飽和蒸氣壓力進(jìn)行計(jì)算時(shí)， 可有以下幾種計(jì)算方法: （1）利用爆炸濃度極限求閃點(diǎn)和 爆炸溫度極限。 例5 已知

30、乙醇的爆炸濃度極限為3.318，試求乙 醇的閃點(diǎn)和爆炸溫度極限。 解 乙醇在爆炸濃度下限（3.3）時(shí)的飽和蒸氣壓為： 由：PZ=（101 3250.033）Pa =3343.73Pa 從表2查得乙醇蒸氣壓力為3343.73Pa時(shí)，其溫度處于 1020之間，并且在 10和20時(shí)的蒸氣壓分別為3173Pa和5866Pa?？捎脙?nèi) 插法求得閃點(diǎn)和爆炸溫度下限： 10+（3343.73-3173）10/（5866-3173） =（10+0.6）=10.6 再按式求出乙醇的爆炸溫度上限： C = Pz/101325 Pz=0.18101325Pa=18238.5Pa 從表2中查得乙醇在18238.5Pa蒸

31、氣壓力時(shí)的 溫度約等于40。 答：乙醇的閃點(diǎn)約為10.6，其爆炸溫度極 限為10.640。 （2）多爾恩頓公式 Ps= PH/1+(n-1)4.76 式中： Ps與閃點(diǎn)相適應(yīng)的液體飽和蒸氣壓，Pa； PH液體蒸氣與空氣混合物的總壓力，通常等 于101325Pa： n燃燒1mol液體所需氧的原子數(shù)，可通過燃 燒反應(yīng)式確定（常見可燃液體的n值見表4）。 表表4 常見可燃性液體的常見可燃性液體的 值值n 液體名稱 分子量n值液體名稱分子量n值 苯C6H615甲醇CH3OH3 甲苯C6H5CH318乙醇C2H5OH6 二甲苯C6H4（CH3）220丙醇C3H7OH9 乙苯C6H5C2H521丁醇C4H

32、9OH12 丙苯C6H5C3H724丙酮CH3COCH38 己烷C6H1419二硫化碳CS26 庚烷C7H1622乙酸乙酯CH3COOC2H510 例6 試計(jì)算苯在101325Pa大氣 壓下的閃點(diǎn)。 解 根據(jù)燃燒反應(yīng)式求出n值： C6H6+7.5O26CO2+3H2O n=15 根據(jù)公式，計(jì)算在閃燃時(shí)的飽和蒸氣壓： Ps= PH/1+（n-1）4.76 = 101325Pa 1+(15-1)4.76=1498Pa 從表2查得苯在1498Pa蒸氣壓力下處于-20-10之間，用 內(nèi)插法求得其閃點(diǎn)： -20+（1498-991）10/（1951-991） = -14.7 Ps= PH/1+(n-1)

33、4.76 （3）布里諾夫公式 Ps=APH / D0 式中：Ps與閃點(diǎn)相適應(yīng)的液體飽和蒸氣壓，Pa； PH液體蒸氣與空氣混合的總壓力，通常等于 101325Pa； A儀器的常數(shù)； 燃燒1rno1液體所需氧氣的物質(zhì)的量； D0液體蒸氣在空氣中標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的擴(kuò)散系數(shù)。 常見液體蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)（D0）見表5。 運(yùn)用布里諾夫公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需首先根據(jù)已知某一某一 液體的閃點(diǎn)求出液體的閃點(diǎn)求出A值值，然后再進(jìn)行計(jì)算。 表表5 常見液體蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)常見液體蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D0 液體名稱 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的擴(kuò)散系數(shù)液體名稱在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的擴(kuò)散系數(shù) 甲醇0.1325乙醚0.0778 乙醇0.1

34、02乙酸0.1064 丙醇0.085乙酸乙酯0.0715 丙醇0.0703乙酸丁酯0.085 戊醇0.0589二硫化碳0.0892 苯0.077丙酮0.086 甲苯0.0079 例7 已知甲苯的閃點(diǎn)為5.5，大氣壓為101325Pa， 試求苯的閃點(diǎn)。 解 先根據(jù)甲苯的閃點(diǎn)求出A值。 從表2中查出甲苯在5.5時(shí)的蒸氣壓力為 1333.22Pa。值等于n2， 即182=9，D0值為0.0079，代入布里諾夫式： A=PsD0/101325=1333.220.07099/101325 0.0084 再按布里諾夫公式求苯在閃燃時(shí)的蒸氣壓力： 由：Ps = APH/D0=0.0084101325/0.0

35、777.5Pa 1 473.8Pa 從表2查得苯在1473.8Pa蒸氣壓力下， 處于-20-10之間，用內(nèi)插法求得苯的閃點(diǎn)為： -20+（1473.8-991） 10/1951991-15 答：在大氣壓力為101325Pa時(shí)苯的閃點(diǎn)為-15。 4受熱膨脹性 熱脹冷縮是一般物質(zhì)的共性，可燃液體貯存于密閉容器中， 受熱時(shí)由于液體體積的膨脹，蒸氣壓也會隨之增大，有可能造 成容器的鼓脹，甚至引起爆炸事故?？扇家后w受熱后的體積膨 脹值，可用下式計(jì)算： Vt=V0（1+t） 式中：Vt，V0液體在t和0時(shí)的體積，L； t液體受熱后的溫度，； 體積膨脹系數(shù)，即溫度升高1時(shí)，單位體積的增量。 幾種液體在010

36、0的平均體積膨脹系數(shù)見表6。 表表6 液體在液體在0100的平均體積膨脹系數(shù)的平均體積膨脹系數(shù) 液體名稱 體積膨脹系數(shù)液體名稱體積膨脹系數(shù) 乙醚0.00160戊烷0.00160 丙酮0.00140煤油0.00090 苯0.30120石油0.00070 甲苯0.00110醋酸0.00140 二甲苯0.00095氯仿0.00140 甲醇6.00140硝基苯0.00083 乙醇0.00110甘油0.00050 二硫化碳0.00120苯酚0.00089 例8 玻璃瓶裝乙醚，存放在暖氣片旁，試問這樣放乙 醚玻璃瓶有無危險(xiǎn)？(玻璃瓶體積為24L，并留有5的 空間。暖氣片的散熱溫度平均為60) 解 從表6查

37、得乙醚的體積膨脹系數(shù)為0.0016，根據(jù) 公式求出乙醚受熱達(dá)到60時(shí)的總體積 Vt=V0(1+t)=(24245)(1+0.0016060)L = 22.8(1+0.096)L=24.988L Vt=V0(1+t） 乙醚的原體積為22.8L，實(shí)際增加的體積應(yīng)為： (24.988-22.8)L2.19L 而乙醚玻璃瓶原有5的空間，體積為24L5 =1.2L，顯然膨脹增加的體積已超過預(yù)留空間： (2.19-1.2)L=0.99L。同時(shí)，乙醚在60時(shí)的蒸氣 壓已達(dá)到230008Pa。 答：乙醚玻璃瓶存放在暖氣片旁有爆炸危險(xiǎn)， 應(yīng)移放在其他安全地點(diǎn)。 5其他燃爆性質(zhì) (1)沸點(diǎn)。液體沸騰時(shí)的溫度(即蒸

38、氣壓等 于大氣壓時(shí)的溫度)稱為沸點(diǎn)沸點(diǎn)。沸點(diǎn)低的可 燃液體，蒸發(fā)速度快，閃點(diǎn)低，因而容易與 空氣形成爆炸性混合物。所以，可燃液體的 沸點(diǎn)越低，其火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)性越大。 (2)相對密度。 可燃蒸氣的相對密度是其摩爾質(zhì)量和空氣 摩爾質(zhì)量之比。大多數(shù)可燃蒸氣都比空氣重， 能沿地面漂浮，遇著火源能發(fā)生火災(zāi)和爆炸。 同體積的液體和水的質(zhì)量之比，稱為相對密 度?？扇家后w的相對密度大多小于1。相對密 度越小，則蒸發(fā)速度越快，閃點(diǎn)也越低，因 而其火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)性越大。 比水輕且不溶于水的液體著火時(shí)，不能用直 流水撲救。 (3)流動(dòng)擴(kuò)散性。流動(dòng)性強(qiáng)的可燃液體著火時(shí)，會促使火勢 蔓延，擴(kuò)大燃燒面積。液體流動(dòng)性的強(qiáng)

39、弱與其粘度有關(guān)，粘 度以厘泊表示。粘度越低，則液體的流動(dòng)擴(kuò)散性越強(qiáng)，反之 就越差。 可燃液體的粘度與自燃點(diǎn)有這樣的關(guān)系：粘稠液體的自燃 點(diǎn)比較低，不粘稠液體的自燃點(diǎn)比較高。 例如，重質(zhì)油料瀝青是粘稠液體，其自燃點(diǎn)為280；苯 是不粘稠透明液體，自燃點(diǎn)為580。粘稠液體的自燃點(diǎn)比 較低是由于其分子間隔小，蓄熱條件好的原因。 (4)帶電性。大部分可燃液體是高電阻率的電介質(zhì)(電阻率在 1015cm范圍內(nèi))，具有帶電能力，如醚類、酮類、酯類、 芳香烴類、石油及其產(chǎn)品等。有帶電能力的液體在灌注、運(yùn) 輸和流動(dòng)過程中，都有因摩擦產(chǎn)生靜電放電而發(fā)生火災(zāi)的危 險(xiǎn)。 醇類、醛類和羧酸類不是電介質(zhì)，電阻率低，一般都

40、沒有 帶電能力，其靜電火災(zāi)危險(xiǎn)性較小。 (5)分子量。同一類有機(jī)化合物中，一般是分子量越小， 沸點(diǎn)越低，閃點(diǎn)也越低，所以火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性也越大。分子 量大的可燃液體，其自燃點(diǎn)較低，易受熱自燃，如甲醇、乙 醇(見表7)。 表表7 幾種醇類同系物分子量與閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)的關(guān)系幾種醇類同系物分子量與閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)的關(guān)系 醇類同系物 分子式分子量沸點(diǎn) 閃點(diǎn) 自燃點(diǎn) 熱值kJkg-1 甲醇CH3OH3264.7744523865 乙醇C2H5OH4678.4114143099l 丙醇C3H7OH6097.823.540434792 第二節(jié)第二節(jié) 可燃固體的燃燒可燃固體的燃燒 凡遇火、受熱、撞擊、摩擦或與氧化劑接

41、觸能著火的 固體物質(zhì)，統(tǒng)稱為可燃固體。 一、固體燃燒概述一、固體燃燒概述 1.1.固體燃燒的形式（固體燃燒的形式（5 5種）種） （1 1）蒸發(fā)燃燒）蒸發(fā)燃燒 燃燒過程：受到火源加熱時(shí)，先熔融蒸發(fā)，其蒸氣與氧氣發(fā)燃燒過程：受到火源加熱時(shí)，先熔融蒸發(fā)，其蒸氣與氧氣發(fā) 生燃燒反應(yīng)。生燃燒反應(yīng)。 可燃固體：硫、磷、鉀、鈉、蠟燭、松香、瀝青、可燃固體：硫、磷、鉀、鈉、蠟燭、松香、瀝青、樟腦、萘樟腦、萘 1.1.固體燃燒的形式（固體燃燒的形式（5 5種）種） （2）表面燃燒 燃燒過程：可燃固體的燃燒反應(yīng)是在其表面由氧和物 質(zhì)直接作用而發(fā)生的。 可燃固體：木材、焦炭、鐵、銅等 無火焰，又稱為異相燃燒。 （

42、3）分解燃燒 燃燒過程：受到火源加熱時(shí)發(fā)生熱分解，隨后分解出的可燃性 揮發(fā)份與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)。 可燃固體：木材、煤、合成塑料等 1.1.固體燃燒的形式（固體燃燒的形式（5 5種）種） （4）熏煙燃燒（陰燃） 燃燒過程：可燃固體在空氣不流通、加熱溫度較低、 分解出的可燃揮發(fā)份較少或逸散較快、含 水分較多等條件下，往往發(fā)生只冒煙而無 火焰的燃燒現(xiàn)象。 可燃固體：香煙等 1.1.固體燃燒的形式（固體燃燒的形式（5 5種）種） （5）動(dòng)力燃燒（爆炸） 燃燒過程：可燃固體或其分解析出的可燃揮發(fā)分遇火 源所發(fā)生的爆炸式燃燒，主要包括可燃粉 塵爆炸、炸藥爆炸、轟燃等幾種情況。 從防火角度出發(fā)，以木材的燃燒

43、最值得注意。 木材的燃燒除了產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物的有火焰燃燒外， 還有木炭的無火焰燃燒。 木材的有火焰燃燒階段對火災(zāi)發(fā)展起著決定的作 用，這階段所占的時(shí)間雖短，但所放出的熱量大， 火焰的高溫與熱輻射促使火災(zāi)蔓延。因此，在滅 火工作中，與木材的有火焰燃燒作斗爭最為重要。 木材的燃燒 固體按燃燒的難易程度分為易燃固體和可燃 固體兩類。 在危險(xiǎn)物品的管理上，對于熔點(diǎn)較高的可燃性 固體，通常以燃點(diǎn)300作為劃分易燃固體和可 燃固體的界線。 燃點(diǎn)在300以上，稱為可燃固體； 燃點(diǎn)在300以下，稱為易燃固體； 2. 2. 固體的分類固體的分類 易燃固體的分類易燃固體的分類 根據(jù)易燃固體的燃點(diǎn)高低以及燃燒時(shí)的猛烈程

44、度， 將易燃固體分為以下二級： （一）一級易燃固體 這類物質(zhì)燃點(diǎn)低，易燃燒，燃燒速度快，并能放 出有毒氣體。按化學(xué)組成可以分為如下三類： 1赤磷及含磷化合物赤磷及含磷化合物，如赤磷、三硫化磷、五 硫化磷等。這類物質(zhì)還都具有一定的毒性。 2硝基化合物硝基化合物，如二亞硝基戊次甲基四胺(發(fā)泡 劑H)、二硝基苯、二硝基萘等，這些物質(zhì)因含有 硝基或亞硝基而很不穩(wěn)定，因此燃燒過程中常發(fā) 生爆炸。 3其它易燃固體其它易燃固體，如閃光粉(鎂粉與氯酸鉀的混 合物)、氨基化鈉、重氮胺基苯等。這些物質(zhì)除 易燃外，大多有毒或有腐蝕性。 （二）二級易燃固體 這些物質(zhì)的燃燒性比一級易燃固體差一些，燃燒速 度略慢些，燃燒

45、產(chǎn)物的毒性也比較小。按化學(xué)組分 可分為如下五類： 1、堿金屬氨基化合物，如氨基化鋰LiNH2、氨基化 鈣等。 2、硝基化物，如2，4二亞硝基間苯二酚等。 3、萘及其衍生物，如萘、甲基萘等。 4、可燃粉塵，如煤粉、木炭粉、硫磺粉、棉花、鋁可燃粉塵，如煤粉、木炭粉、硫磺粉、棉花、鋁 粉等。粉等。這些粉末呈堆積狀態(tài)時(shí)可引起燃燒，而當(dāng)這 些粉塵懸浮在空氣中時(shí)，將可能發(fā)生粉塵爆炸。這 些粉塵爆炸不需要特殊物質(zhì)，普通的可燃固體粉末 即可發(fā)生爆炸。這些粉塵稱為可燃性粉塵。 此外，象麥粉、玉米粉、可可粉、乳粉末等，不 屬于可燃性粉塵，但也可形成粉塵爆炸。 5、其它，如硫磺、生松香、聚甲醛等。 二、固體著火燃燒

46、機(jī)理二、固體著火燃燒機(jī)理 主要討論：受熱時(shí)能釋放出可燃?xì)怏w的固體 1、固體引燃條件和引燃時(shí)間 能被引燃的條件：單位固體表面上凈熱速率S S0，被引燃 S0，臨界條件 S的確定 引燃與否取決于固體釋放出的可燃?xì)怏w能否保持一定的 濃度，可用平衡方程判斷： 例1： 用一溫度為1300度的火焰緊靠表面照射一厚度為50mm 的有機(jī)玻璃板，如果表面溫度達(dá)到燃點(diǎn)（約需6s）后立 即移走火焰，判斷該玻璃板能否被引燃。 解 查資料得到 27. 0 )/(2 . 3 /62. 1 /2 .26 )/(19. 0 /m101 . 1 2 27 smgG gkJL gkJH kmWk s cr V C ）（ 公式得：

47、由 。后立即移走火焰，所以由于表面溫度達(dá)到燃點(diǎn) 代入公式得： 2 224 7 48 1 0 /k93.444 .622 . 3)62. 12 .2627. 0( 0 )/(4 .62)/(1024. 6 6101 . 1 293543 19. 05431067. 58 . 0 , 8 . 0),(29327320 6),(543273270 mWS S Q mkWmW Q KT stKTT E iS 能否被引燃？能否被引燃？ 引燃時(shí)間 集總熱熔分析法，適用于畢渥數(shù)較小的窗簾、幕布之類的薄 物體 假設(shè)一薄物體的厚度、密度、比熱容和它與周圍環(huán)境間的 對流換熱系數(shù)分別為 ；薄物體的燃點(diǎn)和環(huán)境溫度 （

48、或物體初溫）分別為Ti和T0。 （1）當(dāng)薄物體兩邊同時(shí)受溫度為 的熱氣流加熱時(shí)，在時(shí)間 間隔dt內(nèi)，能量平衡方程可寫成： h和、c )ln( 2 )()(2 0 i i TT TT h c t cdTAdtTTAh 則引燃時(shí)間 T A薄物體受熱面積；T薄物體在時(shí)刻t的溫度； dT薄物體經(jīng)dt后的溫度變化 （2）如果物體單面受溫度為 的熱氣流加熱，另一 面絕熱，引燃時(shí)間為： （3）如果物體單面受溫度為 的熱氣流加熱，另一 面不絕熱，引燃時(shí)間為： )ln( 0 i i TT TT h c t ) 2 ln( 2 0 0 i i TTT TT h c t T T （4）物體一面受熱通量為 的輻射加熱

49、，另一面絕熱時(shí)， 假設(shè)物體吸收率為a，在時(shí)間間隔dt內(nèi)，能量平衡方程 可寫成 （5）如果一面受輻射熱，另一面不絕熱，則 r Q ) )( ln( )()( 0 0 TThQa Qa h c t cdTATThAdtQaA ir r i r 引燃時(shí)間為： ) )(2 ln( 2 0 TThQa Qa h c t ir r i 物體兩面同時(shí)受輻射加熱的情況不多見，故不在此討論。 例2 一塊厚度為0.8mm的幕布，密度、比熱容和它與周圍空氣的 對流換熱系數(shù)分別為 初始溫度為20度，燃點(diǎn)為260度。當(dāng)幕布垂直懸掛在300度的 熱空氣中后，求幕布的引燃時(shí)間。 解 已知 )/(15)/(2 . 1/3 .

50、 0 23 KmWKkgkJcmg和、 )(19) 533573 293573 ln( 152 102 . 1300108 .533,293,573,/15 )/(102 . 1,/300,m108 34 0 2 334 st KTKTKTmWh KkgJcmkg i i 則引燃時(shí)間為： 若單面受若單面受300度熱空氣作用，另一面熱損失，則引燃時(shí)間？度熱空氣作用，另一面熱損失，則引燃時(shí)間？ 如果該幕布一面受熱通量為20kw/m2的輻射加熱，兩邊 熱損失，幕布的吸收率為0.8，則引燃時(shí)間為： )(6 )293533(15210208 . 0 10208 . 0 ln 152 102 . 1300

51、108 3 334 s ti 2.固體火焰?zhèn)鞑ダ碚?在該理論中，用“燃燒起始表面”的概念統(tǒng)一所有類型 的火焰?zhèn)鞑セ蚧饎萋樱A(yù)混火焰?zhèn)鞑ァ㈥幦紓鞑サ龋?燃燒起始表面指固體火焰?zhèn)鞑r(shí)正在燃燒的火焰和未燃 物質(zhì)之間的界面，穿過這個(gè)界面的傳熱速率決定了火焰 傳播或火災(zāi)蔓延的速度。 根據(jù)能量守恒方程，火焰?zhèn)鞑サ幕痉匠虨椋?時(shí)的焓變上升到燃點(diǎn)單位質(zhì)量的固體從初溫 固體的密度 穿過界面的傳熱速率 火焰?zhèn)鞑ニ俣仁街?i0 TTh Q Qh 3、固體著火和燃燒的影響因素 （1）外界火源或外加熱源 一般，引火源必須處于可燃揮發(fā)分的氣流之內(nèi)才能使 固體引燃，固體單位表面面積上的加熱速率 越大, 越易引燃. 外加

52、熱源使固體穩(wěn)定燃燒速度和其表面火焰?zhèn)鞑ニ俣?加快. 原因:預(yù)熱火焰鋒前的材料未燃部分+加快了火焰鋒后 的燃燒速度提供附加的向前傳播 E Q (2)固體材料性質(zhì) n熔點(diǎn)、熱分解溫度和汽化熱（LV）越低，而燃燒熱越高的可 燃固體釋放可燃?xì)怏w的速度越快，越容易被引燃，且引燃后 穩(wěn)定燃燒速度越快。 n對于厚固體材料，熱慣性（ ）低的材料容易被引燃，而 且燃燒迅速。 n固體材料的 值能很好的反映固體穩(wěn)定燃燒特性。 n烴類聚合物比相應(yīng)的含氧衍生物的 大，因此，前者的穩(wěn)定 燃燒性能較后者好。 ck VC LH / VC LH / （3）固體材料的形狀尺寸及表面位置 n相同的材料，比表面積大的往往容易被引燃，

53、而且穩(wěn)定 燃燒性能好。（原因：比表面積越大，材料與空氣中氧接 觸的機(jī)會越多，氧化作用越容易、越普遍。） n薄物體比厚物體容易著火燃燒。（熱量從薄物體表面向內(nèi)部 傳導(dǎo)的能力較強(qiáng)） n相同的材料，在相同的外界條件下 n倒著向上比順著向下更容易被火源引燃； n豎直表面的穩(wěn)定燃燒速度比水平表面的快； n豎直向上（+90度）的固體表面火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?n豎直向下（-90度）的最慢。 （固體表面位置不同，火焰和熱產(chǎn)物對未燃固體部分的預(yù)熱作用的程度 不同） 不同方位的火焰?zhèn)鞑ゼ盎鹧婧蜔岙a(chǎn)物與固體之間的相互作用 （4）外界環(huán)境因素 n氧濃度 外界環(huán)境中的氧濃度增大，物質(zhì)著火燃燒能力顯著 提高。 n風(fēng) 外來空氣

54、流動(dòng)助長火焰鋒處可燃揮發(fā)分與空氣的混 合，同時(shí)風(fēng)導(dǎo)致火焰傾斜增加了向前傳熱的速率， 有助于燃燒，但過大能吹熄火焰。 n環(huán)境壓力 較高壓力有助于火焰穩(wěn)定地附著在材料的表面上， 因此環(huán)境壓力增加，將得到較快的燃燒速度。 風(fēng)速及氧濃度對硬質(zhì)纖維板風(fēng)速及氧濃度對硬質(zhì)纖維板 水平火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懰交鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?壓力及氧濃度對硬質(zhì)纖維板壓力及氧濃度對硬質(zhì)纖維板 水平火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懰交鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?環(huán)境溫度（即物質(zhì)的初始溫度） 環(huán)境溫度升高，燃燒速度加快 （物質(zhì)的初始溫度較高時(shí)，火焰鋒前物質(zhì)的未燃部分溫度上升 到燃點(diǎn)所需要的熱量較少；外加輻射熱將引起燃燒速度的增 加。） 輻射熱對豎直有機(jī)

55、玻璃由上向下火焰?zhèn)鞑サ挠绊戄椛錈釋ωQ直有機(jī)玻璃由上向下火焰?zhèn)鞑サ挠绊?三、幾類典型固體的燃燒 （一）聚合物的燃燒 n燃燒過程 加熱熔融熱分解著火燃燒 高聚物燃燒普遍特點(diǎn) 發(fā)熱量較高、燃燒速度較快、火焰溫度高； 發(fā)煙量較大、影響能見度； 燃燒（分解）產(chǎn)物的危害性較大。 不同類型高聚物的燃燒特點(diǎn) （二）木材的燃燒 1、木材組成： 有機(jī)組成：纖維素、半纖維、木質(zhì)素和水 元素組成：C+O 8090%；N、H 2、木材熱分解過程： 130，水分和極少量樹脂； 150，水分和CO2； 220250，纖維素分解,產(chǎn)物為co,H2和碳?xì)浠衔?270380，劇烈熱分解，得到3038%的碳。 3、木材燃燒過程

56、（1）有焰燃燒：可燃?xì)馊紵?特點(diǎn)：燃燒速度快，燃燒量大，火焰溫度高， 火勢蔓延快。 （2）無焰燃燒：木炭表面燃燒。 4、木材的燃燒速度的影響因素 （1）紋理方向 （三）煤的燃燒 1、煤的成分： 主要由C、H、O、N、S等元素的高聚物組成。 主要可燃成分：C、H以及由O、N、S與C和H所構(gòu)成的化合物。 惰性成分：灰分、水分 2、煤的分類 根據(jù)其碳化程度，可分為泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤四大類。 n泥煤 碳化程度最低、最年輕。 古代沼澤環(huán)境特有的產(chǎn)物，在多水且缺少 空氣的條件下，死亡后的松軟的有機(jī)堆積層； 這種泥炭的氮和灰分元素含量較低 ，持水量高達(dá)40%以上。 褐煤 又名柴煤，一種介于泥炭與瀝青煤

57、之間的棕黑色、無光 澤的低級煤； 由泥煤經(jīng)過進(jìn)一步碳化后生成； 化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)，極易氧化和自然，在空氣中容易風(fēng)化， 不易儲存和遠(yuǎn)運(yùn)。 煙煤 燃燒時(shí)火焰較長而有煙的煤，煤化程度較大的煤。 外觀呈灰黑色至黑色，粉末從棕色到黑色。 與褐煤相比，揮發(fā)份較少，相對密度較大，約為1.21.5， 吸水性較小，碳含量增加。 煤炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7590，大部分煙煤具有粘結(jié)性， 發(fā)熱量較高。 用作煉焦、煉油、氣化、低溫干餾及化學(xué)工業(yè)等的原料， 也可直接用作燃料。還可用于作燃料、燃料電池、催化 劑或載體、土壤改良劑、過濾劑、建筑材料、吸附劑處 理廢水等。 無煙煤 俗稱白煤或紅煤。是煤化程度最大的煤。 無煙煤固定碳含量高

58、，揮發(fā)分產(chǎn)率低，密度大，硬度大， 燃點(diǎn)高，燃燒時(shí)不冒煙。 一般含碳量在90%以上，揮發(fā)物在10%以下。揮發(fā)物含 量特大的稱為半無煙煤，特小的稱為高無煙煤。 無煙煤為煤化程度最深的煤，含碳量最多，灰分不多， 水分較少，發(fā)熱量很高 ，無煙煤可達(dá)2500032500kJ/kg 揮發(fā)分釋出溫度較高，其焦炭沒有黏著性，著火和燃盡 均比較困難。 無煙煤塊煤主要應(yīng)用是化肥（氮肥、 合成氨）、陶瓷、制造鍛造等行業(yè)； 無煙粉煤主要應(yīng)用在冶金行業(yè)用于 高爐噴吹（高爐噴吹用煤主要包括 無煙煤、貧煤、瘦煤和氣煤）。 3、燃燒過程： 煤被加熱和干燥，揮發(fā)分開始分解析出； 若爐內(nèi)溫度高、有氧氣，則揮發(fā)份著火燃燒，形成火焰

59、 氧氣消耗于揮發(fā)份的燃燒，達(dá)不到焦炭表面，所以其表 面為陰暗狀態(tài)，焦炭中心溫度不過600700度； （揮發(fā)份燃燒阻礙焦炭燃燒） 另一方面由于揮發(fā)份在煤粒附近燃燒，焦炭被加熱，揮 發(fā)份燃盡后，焦炭能劇烈燃燒。 （揮發(fā)份能促進(jìn)焦炭后期的燃燒） 碳的燃燒反應(yīng) 分為初級反應(yīng)和次級反應(yīng)兩個(gè)階段。 n初級反應(yīng) n次級反應(yīng) 22 2 22 2 COOCO COCCO 木炭和焦炭燃燒區(qū)別 4、煤燃燒的影響因素 （1）揮發(fā)份對煤粒燃燒過程的影響 n揮發(fā)份組分及含量 主要取決于煤的碳化程度和溫度： 碳化程度加深加深，揮發(fā)分析出量減少，但其中可燃組分 含量卻增多； 加熱溫度越高，揮發(fā)份逸出量就越多。 揮發(fā)份對煤粒燃

60、燒的積極影響 揮發(fā)份與空氣混合物先于焦炭著火燃燒，在煤粒 周圍形成包絡(luò)火焰，提高了焦炭的溫度，為其著 火燃燒提供了有利條件，而焦炭溫度的升高也促 進(jìn)了揮發(fā)份的析出。 揮發(fā)分析出后，焦炭內(nèi)部將形成眾多空洞，從而 增加了焦炭反應(yīng)的總表面積，使燃燒速度有所提 高。 揮發(fā)份對煤粒燃燒的消極影響 揮發(fā)份的燃燒消耗了大量的氧氣，造成擴(kuò)散到焦炭表面 的氧氣顯著減少，從而降低了煤粒的燃燒速度，特別是 燃燒初期，揮發(fā)份燃燒對整個(gè)煤粒燃燒的抑制作用尤為 明顯。 （2）灰分對煤粒燃燒過程的影響 （3）焦炭對煤粒燃燒過程的影響 焦炭在煤中所占的份額最大，焦炭的發(fā)熱量占煤的 發(fā)熱量的主要部分，著火最遲，燃盡時(shí)間最長，因