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文檔簡(jiǎn)介
爆炸基礎(chǔ)知識(shí)
爆炸由于破壞力強(qiáng),危害性大,往往還伴隨著火災(zāi)及其它災(zāi)害的發(fā)生,
因而需要引起消防工的特別重視。本章主要介紹爆炸的基本概念、分
類及爆炸極限、爆炸危險(xiǎn)源等知識(shí)。了解爆炸發(fā)生的條件和機(jī)理,是
理解和應(yīng)用防火防爆技術(shù)的必要理論基礎(chǔ),對(duì)于防范爆炸發(fā)生、處置
爆炸事故尤為重要。爆炸的概念及分類爆炸是物質(zhì)從一種狀態(tài)迅速
轉(zhuǎn)變成另一狀態(tài),并在瞬間放出大量能量,同時(shí)產(chǎn)生聲響的現(xiàn)象。火
災(zāi)過(guò)程有時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸,從而對(duì)火勢(shì)的發(fā)展及人員安全產(chǎn)生重大影響,
爆炸發(fā)生后往往又易引發(fā)大面積火災(zāi)。一、爆炸的定義由于物質(zhì)急劇
氧化或分解反應(yīng)產(chǎn)生溫度、壓力增加或兩者同時(shí)增加的現(xiàn)象,稱為爆
炸。爆炸是由物理變化和化學(xué)變化引起的。在發(fā)生爆炸時(shí),勢(shì)能(化
學(xué)能或機(jī)械能)突然轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能,有高壓氣體生成或者釋放出高壓氣
體,這些高壓氣體隨之做機(jī)械功,如移動(dòng)、改變或拋射周圍的物體。
一旦發(fā)生爆炸,將會(huì)對(duì)鄰近的物體產(chǎn)生極大的破壞作用,這是由于構(gòu)
成爆炸體系的高壓氣體作用到周圍物體上,使物體受力不平衡,從而
遭到破壞。二、爆炸的分類爆炸有著不同的分類,按物質(zhì)產(chǎn)生爆炸的
原因和性質(zhì)不同,通常將爆炸分為物理爆炸、化學(xué)爆炸和核爆炸三種。
物理爆炸和化學(xué)爆炸最為常見(jiàn)。(一)物理爆炸物質(zhì)因狀態(tài)或壓力發(fā)
生突變而形成的爆炸叫物理爆炸。物理爆炸的特點(diǎn)是前后物質(zhì)的化學(xué)
成分均不改變。如蒸汽鍋爐因水快速汽化,容器壓力急劇增加,壓力
超過(guò)設(shè)備所能承受的強(qiáng)度而發(fā)生的爆炸;壓縮氣體或液化氣鋼瓶、油
1
桶受熱爆炸等。物理爆炸本身雖沒(méi)有進(jìn)行燃燒反應(yīng),但它產(chǎn)生的沖擊
力可直接或間接地造成火災(zāi)。(二)化學(xué)爆炸化學(xué)爆炸是指由于物質(zhì)
急劇氧化或分解產(chǎn)生溫度、壓力增加或兩者同時(shí)增加而形成的爆炸現(xiàn)
象。化學(xué)爆炸前后,物質(zhì)的化學(xué)成分和性質(zhì)均發(fā)生了根本的變化。這
種爆炸速度快,爆炸時(shí)產(chǎn)生大量熱能和很大的氣體壓力,并發(fā)出巨大
的聲響?;瘜W(xué)爆炸能直接造成火災(zāi),具有很大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。各種炸
藥的爆炸和氣體、液體蒸氣及粉塵與空氣混合后形成的爆炸都屬于化
學(xué)爆炸,特別是后一種爆炸幾乎存在于工業(yè)、交通、生活等各個(gè)領(lǐng)域,
危害性很大,應(yīng)特別注意。1.炸藥爆炸炸藥是為了完成可控制爆炸
而特別設(shè)計(jì)制造的物質(zhì),其分子中含有不穩(wěn)定的基團(tuán),絕大多數(shù)炸藥
本身含有氧,不需要外界提供氧就能爆炸,但炸藥爆炸需要外界點(diǎn)火
源引起。其爆炸一旦失去控制,將會(huì)造成巨大災(zāi)難。(1)炸藥爆炸的
特點(diǎn)。炸藥爆炸與屬于分散體系的氣體或粉塵爆炸不同,它屬于凝聚
體系爆炸。化學(xué)反應(yīng)速度極快,可在萬(wàn)分之一秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)完
成爆炸,能放出大量的熱。爆炸時(shí)的反應(yīng)熱達(dá)到數(shù)千到上萬(wàn)千焦,溫
度可達(dá)數(shù)千攝氏度并產(chǎn)生高壓,能在瞬間由固體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅康臍?/p>
體產(chǎn)物,使體積成百倍的增加。(2)炸藥爆炸的破壞作用。炸藥在空
氣中爆炸時(shí),對(duì)周圍介質(zhì)的破壞作用主要有三部分:一是爆炸產(chǎn)物的
直接作用,指高溫、高壓、高能量密度產(chǎn)物的直接膨脹沖擊作用,一
般爆炸產(chǎn)物只在爆炸中心的近距離內(nèi)起作用;二是沖擊波的作用,空
氣沖擊波是一種具有巨大能量的超音速壓力波,是爆炸時(shí)起主要破壞
作用的物質(zhì),離爆炸中心越近,破壞作用越強(qiáng);三是外殼破片的分散
2
殺傷作用。2.可燃?xì)怏w爆炸指物質(zhì)以氣體、蒸氣狀態(tài)所發(fā)生的爆炸。
氣體爆炸由于受體積能量密度的制約,造成大多數(shù)氣態(tài)物質(zhì)在爆炸時(shí)
產(chǎn)生的爆炸壓力分散在5-10倍于爆炸前的壓力范圍內(nèi),爆炸威力相
對(duì)較小。按爆炸原理,氣體爆炸包括混合氣體爆炸、單一分解爆炸兩
種。(1)混合氣體爆炸。指可燃?xì)猓ɑ蛞后w蒸汽)和助燃性氣體的混
合物在點(diǎn)火源作用下發(fā)生的爆炸,較為常見(jiàn)。可燃?xì)馀c空氣組成的混
合氣體遇火源能否發(fā)生爆炸,與混合氣體中的可燃?xì)鉂舛扔嘘P(guān)??扇?/p>
氣與空氣組成的混合氣體遇火源能發(fā)生爆炸的濃度范圍稱為爆炸極
限(見(jiàn)本章第二節(jié))。(2)氣體單分解爆炸。指單一氣體在一定壓力
作用下發(fā)生分解反應(yīng)并產(chǎn)生大量反應(yīng)熱,使氣態(tài)物膨脹而引起的爆炸。
氣體單分解爆炸的發(fā)生需要滿足一定的壓力和分解熱的要求。能使單
一氣體發(fā)生爆炸的最低壓力值稱為臨界壓力。單分解爆炸氣體物質(zhì)壓
力高于臨界壓力且分解熱足夠大時(shí),才能維持熱與火焰的迅速傳播而
造成爆炸。3.可燃粉塵爆炸粉塵是指分散的固體物質(zhì)。粉塵爆炸是
指懸浮于空氣中的可燃粉塵觸及明火或電火花等火源時(shí)發(fā)生的爆炸
現(xiàn)象??扇挤蹓m爆炸應(yīng)具備三個(gè)條件,即粉塵本身具有爆炸性、粉塵
必須懸浮在空氣中并與空氣混合到爆炸濃度、有足以引起粉塵爆炸的
火源。(1)粉塵爆炸的過(guò)程。粉塵的爆炸可視為由以下三步發(fā)展形成
的:第一步是懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地干偶或氣化而產(chǎn)生出可
燃?xì)怏w;第二步是可燃?xì)怏w與空氣混合而燃燒;第三步是粉塵燃燒放
出的熱量,以熱傳導(dǎo)和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚(yáng)起來(lái)
的粉塵,這些粉塵受熱氣化后使燃燒循環(huán)地進(jìn)行下去。隨著每個(gè)循環(huán)
3
的逐次進(jìn)行,其反應(yīng)速度逐漸加快,通過(guò)劇烈的燃燒,最后形成爆炸。
這種爆炸反應(yīng)以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸壓力等將持續(xù)加
快和升高,并呈跳躍式的發(fā)展。(2)粉塵爆炸的特點(diǎn)。主要有以下幾
點(diǎn):①連續(xù)性爆炸是粉塵爆炸的最大特點(diǎn),因初始爆炸將沉積粉塵
揚(yáng)起,在新的空間中形成更多的爆炸性混合物而再次爆炸;②粉塵
爆炸所需的最小點(diǎn)火能量(見(jiàn)本章第三節(jié))較高,一般在幾十毫焦耳
以上,而且熱表面點(diǎn)燃較為困難;③與可燃?xì)怏w爆炸相比,粉塵爆
炸壓力上升較緩慢,較高壓力持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),釋放的能量大,破壞力強(qiáng)。
(3)影響粉塵爆炸的因素。各類可燃性粉塵因其燃燒熱的高低、氧
化速度的快慢、帶電的難易、含揮發(fā)物的多少而具有不同的燃燒爆炸
特性。但從總體看,粉塵爆炸受下列條件制約:①顆粒的尺寸。顆
粒越細(xì)小其比表面積越大,氧吸附也越多,在空中懸浮時(shí)間越長(zhǎng),爆
炸危險(xiǎn)性越大;②粉塵濃度。粉塵爆炸與可燃?xì)怏w、蒸氣一樣,也
有一定的濃度極限,即也存在粉塵爆炸的上、下限,單位用g/m,表
示。粉塵的爆炸上限值很大,例如糖粉的爆炸上限為13500g/m3,如
此高的懸浮粉塵濃度只有沉積粉塵受沖擊波作用才能形成;③空氣
的含水量??諝庵泻吭礁?,粉塵的最小引爆能量越高;④含氧
量。隨著含氧量的增加,爆炸濃度極限范圍擴(kuò)大;⑤可燃?xì)怏w含量。
有粉塵的環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí),會(huì)大大增加粉塵爆炸的危險(xiǎn)性。(三)
核爆炸由于原子核裂變或聚變反應(yīng),釋放出核能所形成的爆炸,稱為
核爆炸。如原子彈、氫彈、中子彈的爆炸都屬核爆炸。爆炸極限爆
炸極限一般認(rèn)為是物質(zhì)發(fā)生爆炸必須具備的濃度或溫度范圍,根據(jù)物
4
質(zhì)的不同形態(tài)和不同需要,通常將爆炸極限分為爆炸濃度極限和爆炸
溫度極限兩種。一、爆炸濃度極限可燃?xì)怏w、液體蒸氣和粉塵與空氣
混合后,遇火源會(huì)發(fā)生爆炸的最高或最低的濃度范圍,稱為爆炸濃度
極限,簡(jiǎn)稱爆炸極限。能引起爆炸的最高濃度稱爆炸上限,能引起爆
炸的最低濃度稱爆炸下限,上限和下限之間的間隔稱爆炸范圍??扇?/p>
氣體、液體蒸氣和粉塵與空氣混合后形成的混合物遇火源不一定都能
發(fā)生爆炸,只有其濃度處在爆炸極限范圍內(nèi),才發(fā)生爆炸。濃度高于
上限,助燃物數(shù)量太少,不會(huì)發(fā)生爆炸,也不會(huì)燃燒;濃度低于下限,
可燃物的數(shù)量不夠,也不會(huì)發(fā)生爆炸或燃燒。但是,若濃度高于上限
的混合物離開(kāi)密閉的空間或混合物遇到新鮮空氣,遇火源則有發(fā)生燃
燒或爆炸的危險(xiǎn)。(一)氣體和液體的爆炸(濃度)極限氣體和液體
的爆炸極限通常用體積百分比%表示。不同的物質(zhì)由于其理化性質(zhì)不
同,其爆炸極限也不同;即使是同一種物質(zhì),在不同的外界條件下,
其爆炸極限也不同。如在氧氣中的爆炸極限要比在空氣中的爆炸極限
范圍寬,下限會(huì)降低。部分可燃?xì)怏w在空氣和氧氣中的爆炸極限如表
1-3-1所示。表1-3-1部分可燃?xì)怏w和蒸氣的爆炸極限物質(zhì)名稱在空氣
中(%)在氧氣中(%)下限上限下限上限氫氣4.075.04.794.0乙快
2.582.02.893.0甲烷5.015.05.460.0乙烷3.012.453.066.0丙烷
2.19.52355.0乙烯2.7534.03.080.0丙烯2.011.02.153.0氨
15.028.013.579.0環(huán)丙烷2.410.42.563.0一氧化碳12.574.015.594.0乙
酸1.940.02.182.0丁烷1.58.51.849.0二乙烯酸1.727.01.8585.5除助燃
物條件外,對(duì)于同種可燃?xì)怏w,其爆炸極限還受以下幾方面影響。(1)
5
火源能量的影響。引燃混氣的火源能量越大,可燃混氣的爆炸極限范
圍越寬,爆炸危險(xiǎn)性越大。(2)初始?jí)毫Φ挠绊??;鞖獬跏級(jí)毫υ黾樱?/p>
爆炸范圍增大,爆炸危險(xiǎn)性增加。
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