燃燒與爆炸試題答卷參考答案

1、2013年工程碩士燃燒與爆炸災(zāi)害及其防治試卷（無(wú)錫班）工程領(lǐng)域：安全工程姓名： 魏旭東 成績(jī)： 一、填空題（每空1分，共15分）1 .加壓氣體和/或液體由泄漏口釋放到非受限空間（自由空間）并立即被點(diǎn)燃，就會(huì)形成噴射 火災(zāi)。2 .陰燃的結(jié)構(gòu)包括熱解區(qū) 、 碳化區(qū) 和殘余灰/炭三部分。3. BLEVE是指沸騰液體擴(kuò)展蒸氣爆炸。4 .爆炸屬于一種特殊的燃燒形式，但爆炸又不同于燃燒， 其主要區(qū)別在于爆炸的能量的釋放速度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于燃燒。5 .謝苗諾夫熱自燃理論適用于解釋 預(yù)混氣體的熱自燃過(guò)程。6 .在經(jīng)審查批準(zhǔn)可以在禁火區(qū)動(dòng)火后，動(dòng)火前必須進(jìn)行動(dòng)火分析，一般不要早于動(dòng)火前 30分鐘。化工企業(yè)的動(dòng)火標(biāo)準(zhǔn)是

2、， 爆炸下限小于4%的，動(dòng)火地點(diǎn)可燃物濃度小于0.2% 為合格，爆炸下限大于 4%的，則現(xiàn)場(chǎng)可燃物含量小于0.5%為合格。7 .滅火劑要具有低的導(dǎo)熱系數(shù)和高的熱容。8 .物質(zhì)溫度雖已達(dá)到理論上的自燃點(diǎn)，但并不立即著火，而要經(jīng)過(guò)若干時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)火焰， 這段時(shí)間稱為 誘導(dǎo)期 。9 .可燃性圖表中的可燃性區(qū)域與氧氣軸的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的燃料氣的濃度代表可燃?xì)怏w在氧氣中的燃燒極限。10 .衡量爆炸強(qiáng)度強(qiáng)弱的指標(biāo)是壓力上升速度（dp/dt）。11. “三次方定律”的作用是用來(lái)估計(jì)在一個(gè)有限空間內(nèi)、如建筑物或容器中爆炸所造成的后果。二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共40分）1 .抑制法滅火的原理是什么答：抑制法滅火的原理

3、是使滅火劑參與到燃燒反應(yīng)中去，它可以銷毀燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的游離基， 形成穩(wěn)定分子或活性游離基，從而使燃燒反應(yīng)終止。2 .什么是燃燒的鏈鎖反應(yīng)理論并以氫氣在氧氣中的燃燒為例進(jìn)行說(shuō)明。答：燃燒的鏈鎖反應(yīng)理論認(rèn)為氣態(tài)分子間的作用，不是兩個(gè)分子直接作用得出最后產(chǎn)物， 而是活性分析自由基與另一分子起作用，作用結(jié)果產(chǎn)生新基，新基又迅速參與反應(yīng)，如此延續(xù)下去而形成一 系列的鏈鎖反應(yīng)。鏈鎖反應(yīng)都由三個(gè)階段構(gòu)成，即鏈引發(fā)、鏈傳遞和鏈終止。氫氣在氧氣中的燃燒機(jī)理為：鏈的引發(fā)H 2 O2 2HO ?H 2 M 2H ? MHO? H2 H ? H2OH ? O2 O? HO?鏈的傳遞O? H2 H ? ?OHH ?

4、02 MHO2 ? MHO2 H2 H2O HO?2H? H2 鏈的終止 H ? ?OH H2O H ? H? H23 .正?；鹧?zhèn)鞑ズ捅Z各自有什么特點(diǎn)答：正常的火焰?zhèn)鞑サ奶攸c(diǎn)：(1)燃燒后氣體壓力要減少或接近不變；(2)燃燒后氣體密度要減少；(3)燃燒波以亞音速(即小于音速)進(jìn)行傳播。爆轟的特點(diǎn)：(1)燃燒后氣體壓力要增加；(2)燃燒后氣體密度要增加；(3)燃燒波以超音速進(jìn)行傳播。4 .簡(jiǎn)述火焰?zhèn)鞑サ臒崂碚摵蛿U(kuò)散理論。答：(1)火焰?zhèn)鞑サ臒崂碚撜J(rèn)為火焰能在混氣中傳播是由于火焰中化學(xué)反應(yīng)放出的熱量傳播到新鮮 冷混氣中，使冷混氣溫度升高，化學(xué)反應(yīng)加速的結(jié)果。(2)火焰?zhèn)鞑サ臄U(kuò)散理論認(rèn)為凡是燃燒

5、都屬于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，火焰能在新鮮混氣中傳播是由于火焰中的自由基向新鮮冷混氣中擴(kuò)散，使新鮮冷混氣發(fā)生鏈鎖反應(yīng)的結(jié)果。5 .解釋原油在燃燒過(guò)程中發(fā)生沸溢現(xiàn)象的原因。答：(1)由于原油的沸程較寬，組分之間的比重相差較大，因此在燃燒時(shí)能形成熱波；(2)當(dāng)熱波遇到原油中乳化水后使乳化水汽化形成水蒸汽，體積膨脹；(3)水蒸氣由于密度小，向上升，而原油粘度較大，水蒸汽不容易穿過(guò)油層進(jìn)入環(huán)境，在原油內(nèi)部形成油包水，導(dǎo)致原油體積不斷膨脹，最終導(dǎo)致沸溢的發(fā)生。6 .簡(jiǎn)述陰燃向有焰燃燒轉(zhuǎn)變的本質(zhì)。答：當(dāng)碳化區(qū)的溫度增加是，由于熱傳導(dǎo)使得熱解區(qū)溫度上升，熱分解速率加快，揮發(fā)物增多，這 時(shí)熱解區(qū)附近空間的可燃?xì)怏w濃度加大，

6、 當(dāng)這個(gè)濃度達(dá)到某一值時(shí)，若有明火即可引燃；如果沒(méi)有 明火，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，可以自燃著火。這就完成了陰燃想有焰燃燒的轉(zhuǎn)變。7 .粉塵爆炸的機(jī)理是什么答：(1)粉塵粒子表面通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射，從點(diǎn)火源獲得點(diǎn)火能使粉塵表面溫度急劇升高。(2)粒子加速熱分解或干儲(chǔ)，在粒子周圍產(chǎn)生氣體。(3)氣體與空氣混合，發(fā)生火焰面而燃燒。(4)燃燒產(chǎn)生的熱量，進(jìn)一步促進(jìn)粉塵分解，不斷放出可燃性氣體，使火焰?zhèn)鞑ァ?.靜電火花引起火災(zāi)爆炸所必須具備的條件是什么答：靜電火花引起火災(zāi)爆炸事故必須具備下列條件：(1)要具備產(chǎn)生靜電的條件。(2)要具備產(chǎn)生火花放電的電位。(3)有能產(chǎn)生火花放電的條件；(4)放電火花有足夠的

7、能量；(5)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有易燃易爆混合物。此5個(gè)條件缺一不可，因此要達(dá)到預(yù)防目的，只要消除其中一條即可防止火災(zāi)爆炸。三、計(jì)算題(每題15分，共45分)1.某混合物中各組分所占體積百分比以及燃燒極限如下表，試判斷如果存在引燃源，該混合氣能否爆炸表1混合氣體的組成及其燃燒極限物質(zhì)體積百分比，%LFL, %UFL, %乙烷0.81.17.5甲烷2.05.016乙烯0.52.736.0空氣96.7答：根據(jù)上表可知:混合氣中可燃物質(zhì)乙烷、甲烷、乙烯的摩爾百分比分別為：0.24、0.61、0.15;由于混合氣含有3.3%的可燃物質(zhì)，在該混合氣的燃燒極限內(nèi)，因此，若在存在點(diǎn)燃源的情況下,該混合氣可以發(fā)生爆炸。2

8、.試計(jì)算CO-空氣混合物在CO濃度為20%時(shí)爆炸的理論最高溫度與壓力。已知 To=300K, P0=0.1MPa, CO的燃燒熱Qco=285.35kJ/mol。計(jì)算中需用到的氣體的部分熱力學(xué)能見(jiàn)下表。表2氣體的熱力學(xué)能(X 4.18kJmol-1)K02N2COCO23001.4861.4891.4891.658220013.66412.85113.00422.655240015.10514.19514.35925.231260016.56515.54915.72227.798280018.04916.91317.09330.382答：當(dāng)CO-空氣混合物中的CO的濃度為20%時(shí)，燃燒反應(yīng)方程

9、式如下:0.2CO+0.168C2+0.632N2=0.2CO2+0.068O2+0.0632N2當(dāng) T0=300K, P0=0.1MPa時(shí)Uco=1.489kcal/mol, Uo2=1.486kcal/mol, UN2=i.489kal/molU 反二(0.2X 1.489+0.168X 1.486+0.632X 1.489) X 4.184=6.228kJU 產(chǎn)= U 應(yīng) +nQco=6.228+0.2X 285.35=63.298kJ假設(shè) Tmax=2400KUco=15.105kcal/mol, Uo2=25.231kcal/mol, UN2=l4.195kal/molU反二(0.2

10、X 25.231+0.068X 15.105+0.632X 14.195) X 4.184=62.946kJ因?yàn)?63.298>62.946,所以，Tmax>2400K假設(shè) Tmax=2600KUco=16.565kcal/mol, Uo2=27.798kcal/mol, UN2=l5.549kal/molU 反=(0.2X27.798+0.068X 16.565+0.632X 15.549) X 4.184=69.09kJ因?yàn)?62.946<63.298<69.09,所以 2400<Tmaxv2600K63.298 62.946Tmax=2400+ (2600

11、2400) 2411.5KPmax=P0Tmax-n=0.1XT0169.09 62.9462411.5 ( 0.2 0.068 0632)- “一c =0.723MPa300(0.2 0168 0632) 3,使用真空惰化技術(shù)將100m3容器內(nèi)的氧化濃度降低至1ppm。計(jì)算需要惰化的次數(shù)和所需要的氮?dú)鈹?shù)量。溫度為25C,容器剛開(kāi)始是在周圍環(huán)境條件下充入空氣，使用真空泵達(dá)到20mmHg的絕對(duì)壓力，隨后真空被純氮?dú)庀?，直到壓力恢?fù)至1個(gè)絕對(duì)大氣壓。答：根據(jù)題意得知：該容器的體積為 100m3=100 x 264gal=26400gal;溫度為(T) =32+25 C X 1.8=77 °F ；因此，初始和終止?fàn)顟B(tài)的氧氣濃度為：y0=0.21yf=1ppm=1 x 10-6所需要的循環(huán)次數(shù)應(yīng)由如下方程計(jì)算：PL jyf= y0 Phln 么二jin豆V。Phln(10 6/0.21) in (20/760) - .惰化次數(shù)j=3.37。需要4次循環(huán)才能將氧氣