消防燃燒學(xué)（第2版）課件：可燃?xì)怏w燃燒

消

防

燃

燒

學(xué)

可燃?xì)怏w燃燒目錄

contents氣體的特性01可燃?xì)怏w的燃燒過(guò)程和燃燒形式02可燃?xì)怏w的燃燒速度03可燃?xì)怏w的爆炸04預(yù)防火災(zāi)爆炸基本措施05氣體的特性011、氣體具有高度擴(kuò)散性。一、流動(dòng)擴(kuò)散性2、同溫同壓下遵循格拉漢姆擴(kuò)散定律（氣體的擴(kuò)散速度與其密度的平方成反比）。3、相同條件下，不同氣體擴(kuò)散速度：一、流動(dòng)擴(kuò)散性二、可壓縮性和可液化性二、可壓縮性和可液化性1、氣體可以被壓縮，在一定的溫度和壓力條件下甚至可以被壓縮成液態(tài)。臨界溫度臨界壓力2、氣體液化的兩種方式，一是加壓，二是降溫。通常臨界溫度高的氣體常溫下加壓即可液化，臨界溫度低的氣體需降溫并加壓才可液化?？扇?xì)怏w的燃燒過(guò)程和燃燒形式02一、可燃?xì)怏w燃燒過(guò)程可燃?xì)怏w可燃混合氣體產(chǎn)物、熱量擴(kuò)散火源燃燒分子碎片、游離基二、可燃?xì)怏w燃燒形式1、擴(kuò)散燃燒指可燃?xì)怏w從噴口（管口或容器泄漏口）噴出，在噴口處與空氣中的氧相互擴(kuò)散，一邊混合、一邊燃燒的現(xiàn)象，一般為穩(wěn)定燃燒。二、可燃?xì)怏w燃燒形式2、預(yù)混燃燒是指可燃?xì)怏w與氧在燃燒之前混合，并形成一定濃度的可燃混合氣體，被火源點(diǎn)燃所引起的燃燒，即通常所說(shuō)的氣體爆燃。二、可燃?xì)怏w燃燒形式3、如何判斷？氣體泄漏燃燒，兼具擴(kuò)散燃燒和預(yù)混燃燒的特征。若泄漏氣體為單純的可燃?xì)?，則可化歸到擴(kuò)散燃燒一類，否則可劃歸到預(yù)混燃燒。

若已形成爆炸性混合氣體還可產(chǎn)生脫火、吹熄和回火等不穩(wěn)定的燃燒現(xiàn)象。課后思考題1．根據(jù)可燃?xì)怏w燃燒過(guò)程的控制因素不同，可燃?xì)怏w的燃燒形式有哪幾種？2．簡(jiǎn)述擴(kuò)散燃燒與預(yù)混燃燒的特點(diǎn)。3．根據(jù)氣體泄露速率與燃燒速率的不同會(huì)產(chǎn)生哪幾種后果？4．簡(jiǎn)述氣體的層流狀態(tài)燃燒與湍流狀態(tài)燃燒是如何相互轉(zhuǎn)換的？可燃?xì)怏w燃燒速率031、擴(kuò)散燃燒速率一、可燃?xì)怏w燃燒速率的表示方法

低壓設(shè)備中無(wú)相變或不發(fā)生劇烈相變介質(zhì)的泄漏量，可用不可壓縮流體的流量公式推算。

壓力小于1.5MPa的氣體，在單位時(shí)間、單位面積上的流出速率也可用下式計(jì)算：1、擴(kuò)散燃燒速率一、可燃?xì)怏w燃燒速率的表示方法【

例題】某壓力為9ⅹ105Pa的氣體儲(chǔ)罐發(fā)生裂口噴出火焰，已知該氣體密度為1.96kg/m3，環(huán)境壓力約為1ⅹ105Pa。求氣體的流出速率。答：氣體的流出速率為1.75m/s。解：1、擴(kuò)散燃燒速率一、可燃?xì)怏w燃燒速率的表示方法

高壓條件下氣體的噴出速率計(jì)算，可按壓縮流體的等熵流動(dòng)處理。即：1、擴(kuò)散燃燒速率一、可燃?xì)怏w燃燒速率的表示方法

液化氣體噴出速率估算2、預(yù)混燃燒速率一、可燃?xì)怏w燃燒速率的表示方法

燃燒前沿正常傳播速率當(dāng)已知火焰高度L和可燃混合物的流量時(shí)，亦可用下式計(jì)算：2、預(yù)混燃燒速率一、可燃?xì)怏w燃燒速率的表示方法

多種可燃?xì)怏w混合物的火焰?zhèn)鞑ニ俾识⒖扇細(xì)怏w燃燒速率的主要影響因素1、可燃?xì)怏w的性質(zhì)和濃度

可燃?xì)怏w的還原性越強(qiáng)，氧化劑的氧化性越強(qiáng)，則燃燒反應(yīng)的活化能越小，燃燒速率就越快?？扇?xì)怏w和氧化劑濃度越大，分子碰撞機(jī)會(huì)越多，反應(yīng)速率越快。惰性氣體的影響。二、可燃?xì)怏w燃燒速率的主要影響因素2、氣體的初始溫度

按范特霍夫規(guī)則估算，溫度每升高10℃，反應(yīng)速率大約為原來(lái)速率的2～4倍。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出，燃燒速率與可燃?xì)怏w初始溫度的關(guān)系為：一氧化碳混合物溫度對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俾实挠绊懚?、可燃?xì)怏w燃燒速率的主要影響因素3、燃燒體系與環(huán)境的熱交換

一般說(shuō)來(lái)，火焰?zhèn)鞑ニ俾孰S管徑的增大而增大，但當(dāng)增大到臨界直徑后，火焰?zhèn)鞑ニ俾什辉僭黾?。不同管徑時(shí)甲烷-空氣混合物的火焰?zhèn)鞑ニ俾剩╟m/s）二、可燃?xì)怏w燃燒速率的主要影響因素3、燃燒體系與環(huán)境的熱交換

可燃性氣體在與環(huán)境熱交換比表面積相同的情況下，發(fā)生燃燒的管道、容器材質(zhì)的導(dǎo)熱性越好，燃燒體系向環(huán)境的散熱量越大，熱量的損失必然造成燃燒速率的降低和火焰?zhèn)鞑ニ俾实臏p慢，甚至燃燒停止。課后思考題1．可燃?xì)怏w的燃燒速率可如何表示？2．可燃?xì)怏w的燃燒速率估算方法有哪些？3．影響可燃?xì)怏w燃燒速率的主要因素有哪些？可燃?xì)怏w的爆炸04一、爆炸的定義和分類1、爆炸的定義

爆炸是指在周?chē)橘|(zhì)中瞬間形成高壓的化學(xué)反應(yīng)或狀態(tài)變化，通常伴有強(qiáng)烈放熱、發(fā)光和聲響。

爆炸是一種以系統(tǒng)壓力快速升高、產(chǎn)生破壞性壓力為特征的氣體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。

爆炸還可以定義為物質(zhì)從一種狀態(tài)經(jīng)物理或化學(xué)變化突變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，伴隨著巨大的能量快速釋放，產(chǎn)生聲、光、熱或機(jī)械功等，使爆炸點(diǎn)周?chē)橘|(zhì)中的壓力發(fā)生驟增的過(guò)程。一、爆炸的定義和分類2、爆炸的特征

內(nèi)部特征：

發(fā)生爆炸時(shí)，大量氣體和能量在有限的體積內(nèi)突然釋放或急劇轉(zhuǎn)化，并在極短時(shí)間內(nèi)、有限空間中積聚，造成高溫高壓等非常態(tài)對(duì)鄰近介質(zhì)形成急劇的壓力突躍和隨后的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，顯示出不尋常的移動(dòng)或機(jī)械破壞效應(yīng)。

外部特征：

爆炸將能量以一定的方式轉(zhuǎn)變?yōu)樵镔|(zhì)或產(chǎn)物的壓縮能，隨后物質(zhì)由壓縮態(tài)膨脹，在膨脹過(guò)程中作機(jī)械功，進(jìn)而引起附近介質(zhì)的變形、破壞和移動(dòng)。同時(shí)由于介質(zhì)振動(dòng)而發(fā)生一定的聲響效應(yīng)。一、爆炸的定義和分類3、爆炸發(fā)生的條件

條件一：反應(yīng)的放熱性

條件二：反應(yīng)的快速性

√×

16700kJ1Kg1Kg

4200kJ一、爆炸的定義和分類3、爆炸發(fā)生的條件

條件三：生成或存在氣體物質(zhì)

鋁熱反應(yīng)：×鋁熱劑粉塵爆炸：√研細(xì)的大量鋁熱劑在空氣中燃燒時(shí)，由于鋁熱劑及周?chē)諝馐軣崤蛎?，也?huì)發(fā)生爆炸。但是，這種爆炸是空氣受熱后產(chǎn)生的，并不是鋁熱劑本身發(fā)生的。一、爆炸的定義和分類4、爆炸的分類

（1）按爆炸的原因和性質(zhì)分類

物理爆炸

由物理變化引起的爆炸，物質(zhì)因狀態(tài)或壓力發(fā)生突變而形成的爆炸現(xiàn)象。

化學(xué)爆炸

由化學(xué)變化引起的爆炸。

核爆炸

由核裂變、核聚變反應(yīng)所放出的巨大核能引起的。一、爆炸的定義和分類4、爆炸的分類

（2）按照爆炸反應(yīng)相分類

氣相爆炸

氣相是指空間，除氣體外，固體粉塵和噴霧狀的液體也可存在于空間。

液相爆炸

物質(zhì)在爆炸前主要以液體態(tài)存在。

固相爆炸

物質(zhì)在爆炸前主要以固體態(tài)存在。

一、爆炸的定義和分類4、爆炸的分類

（3）按照爆炸傳播速度分類

爆燃：亞音速傳播的燃燒，通常指爆炸速率在每秒數(shù)米以下的爆炸，這種爆炸的破壞力不大，聲響也不大。

爆炸：音速傳播的燃燒，通常指速率為每秒十幾米到數(shù)百米的爆炸。

爆轟：超音速傳播的燃燒，通常指爆炸速率為每秒千米的爆炸。一、爆炸的定義和分類5、爆炸的破壞作用

（1）爆炸產(chǎn)生的沖擊波

（2）震蕩作用

（3）爆炸碎片

（4）造成次生事故江蘇響水“3.21”爆炸二、可燃?xì)怏w的爆炸1、單一氣體分解爆炸

該氣體能發(fā)生分解，并且可以產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的熱量。例如：

（1）乙炔熱分解爆炸

（2）乙烯分解爆炸

（3）氮氧化合物分解爆炸

（4）環(huán)氧乙烷（EO）分解爆炸二、可燃?xì)怏w的爆炸2、混合氣體分解爆炸

可燃?xì)怏w或蒸氣與助燃性氣體混合時(shí)發(fā)生的爆炸。例如：

（1）可燃?xì)怏w（蒸氣）/空氣混合氣

（2）可燃?xì)怏w（蒸氣)）/氧氣混合氣

（3）可燃?xì)怏w（蒸氣)）/其他助燃性氣體混合氣

二、可燃?xì)怏w的爆炸3、氣云的爆炸

（1）氣云爆炸的條件

泄漏物必須可燃且具備適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件（保證能氣化而形成蒸氣云團(tuán)）。必須在點(diǎn)燃之前即擴(kuò)散階段形成一個(gè)足夠大的云團(tuán)。產(chǎn)生的足夠數(shù)量的云團(tuán)處于該物質(zhì)的爆炸極限范圍內(nèi)才能產(chǎn)生顯著的超壓。（2）氣云爆炸物理機(jī)制

關(guān)鍵在于蒸氣云是否存在從低速燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^高速度的爆燃過(guò)程。

二、可燃?xì)怏w的爆炸3、氣云的爆炸

（2）氣云爆炸物理機(jī)制

實(shí)驗(yàn)表明，紊流是其中的關(guān)鍵因素。紊流發(fā)生的方式主要有以下三種:源激發(fā)產(chǎn)生的紊流。比如，噴射型泄漏或?yàn)?zāi)難性的容器爆裂導(dǎo)致的劇烈擴(kuò)散中，云團(tuán)與周?chē)目諝猱a(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流?；鹧嬖谑芗s束的空間傳播產(chǎn)生的紊流。如隧道、橋梁、設(shè)備裝置密集的廠房，擁擠的停車(chē)場(chǎng)等。初始點(diǎn)火能量產(chǎn)生的紊流。

三、爆炸極限和爆轟極限1、爆炸極限

定義：可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵與空氣混合后，遇火源能發(fā)生爆炸的最低濃度和最高濃度范圍，叫做可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵的爆炸濃度極限（又稱爆炸極限）。對(duì)應(yīng)的最低濃度叫做爆炸下限，最高濃度叫做爆炸上限。氣體、蒸氣的爆炸極限，通常用體積百分比（%）表示；粉塵通常用單位體積中的質(zhì)量（g/m3）表示。

三、爆炸極限和爆轟極限2、爆轟極限

定義：

可燃性氣體、蒸氣或粉塵與空氣混合后，遇火會(huì)發(fā)生爆轟的最高和最低的濃度范圍。

與爆炸極限的關(guān)系：爆轟下限更高；

爆轟上限更低；

爆轟范圍更窄。

三、爆炸極限和爆轟極限3、爆炸危險(xiǎn)度

意義：下限越低，上限越高，爆炸危險(xiǎn)性越大。

名稱爆炸危險(xiǎn)度Ha名稱爆炸危險(xiǎn)度Ha氨氣0.87汽油4.84甲烷2.00辛烷5.50乙烷3.17苯5.67乙醇4.76乙酸丁酯5.33丙烷3.50氫17.30丁烷3.47乙炔31.80一氧化碳4.90二硫化碳49.00四、爆炸極限和爆炸壓力的估算1、爆炸極限的估算（1）經(jīng)驗(yàn)公式法式中：A—1mol有機(jī)物完全燃燒所需氧氣的物質(zhì)的量。（注：用上述公式計(jì)算爆炸濃度上限誤差較大）

四、爆炸極限和爆炸壓力的估算1、爆炸極限的估算（1）經(jīng)驗(yàn)公式法[例題]求乙酸乙酯的爆炸濃度極限？解：乙酸乙酯分子式為，在空氣中完全燃燒反應(yīng)式為：根據(jù)上述燃燒反應(yīng)方程式可知：A=5分別代入公式得：

四、爆炸極限和爆炸壓力的估算1、爆炸極限的估算（1）經(jīng)驗(yàn)公式法[例題]求乙酸乙酯的爆炸濃度極限？分別代入公式得：（注：《滅火手冊(cè)》中有關(guān)值為2.20%~11.50%）

答：乙酸乙酯的爆炸濃度極限為2.28~7.75%。

四、爆炸極限和爆炸壓力的估算1、爆炸極限的估算（2）通過(guò)化學(xué)計(jì)量濃度估算

[例題]試估算丙烷（C3H8

）的爆炸極限？解：根據(jù)燃燒反應(yīng)式可知丙烷所需氧氣的物質(zhì)的量A=5，代入公式（3-17），則化學(xué)計(jì)量濃度為：

四、爆炸極限和爆炸壓力的估算1、爆炸極限的估算

[例題]試估算丙烷（C3H8

）的爆炸極限？解：接上頁(yè)：

已知丙烷的x0=4.03%，將有關(guān)數(shù)值代入公式，則其爆炸濃度極限為：

答：丙烷的爆炸下限為2.22%，爆炸上限為9.64%。

四、爆炸極限和爆炸壓力的估算1、爆炸極限的估算（3）可燃?xì)怏w混合物爆炸濃度極限近似計(jì)算[例題]制水煤氣的化學(xué)反應(yīng)為：H2O+C（熾熱）=CO+H2，經(jīng)干燥的水煤氣所含CO和H2均為50%，求經(jīng)干燥的水煤氣的爆炸濃度極限？解：查表得CO爆炸極限為12.5~74.2%；H2爆炸極限為4.1~75.0%，將有關(guān)數(shù)值代入公式，則得：

四、爆炸極限和爆炸壓力的估算1、爆炸極限的估算（3）可燃?xì)怏w混合物爆炸濃度極限近似計(jì)算[例題]制水煤氣的化學(xué)反應(yīng)為：H2O+C（熾熱）=CO+H2，經(jīng)干燥的水煤氣所含CO和H2均為50%，求經(jīng)干燥的水煤氣的爆炸濃度極限？

答：該水煤氣爆炸濃度極限為6.17～74.60%。

=四、爆炸極限和爆炸壓力的估算2、爆炸壓力的計(jì)算

[例題]1mol丙烷與空氣按化學(xué)計(jì)量比混合成為可燃?xì)怏w，存放在密閉的耐壓容器中，假設(shè)爆炸前可燃混合氣體的壓力為98kPa，溫度為18℃，爆炸溫度為1977℃，試求該反應(yīng)體系的最大爆炸壓力。解：1mol丙烷在空氣中完全燃燒的反應(yīng)式為：

四、爆炸極限和爆炸壓力的估算2、爆炸壓力的計(jì)算[例題]1mol丙烷與空氣按化學(xué)計(jì)量比混合成為可燃?xì)怏w，存放在密閉的耐壓容器中，假設(shè)爆炸前可燃混合氣體的壓力為98kPa，溫度為18℃，爆炸溫度為1977℃，試求該反應(yīng)體系的最大爆炸壓力。解：爆炸前反應(yīng)物的物質(zhì)的量n0=24.5mol，爆炸后產(chǎn)物的物質(zhì)的量n爆炸=25.8mol，將已知數(shù)據(jù)代入（3-21）中，即可求出該反應(yīng)體系的最大爆炸壓力為：答：該反應(yīng)體系的最大爆炸壓力788kPa。

四、爆炸極限和爆炸壓力的估算3、爆炸極限在消防中的應(yīng)用（1）評(píng)定可燃?xì)怏w爆炸危險(xiǎn)性大小可燃?xì)怏w、可燃液體的爆炸下限越低，爆炸范圍越廣，爆炸危險(xiǎn)性就越大。（2）選擇電氣防爆類型作為評(píng)定可燃?xì)怏w分級(jí)和確定其火災(zāi)類別的標(biāo)準(zhǔn)，以選擇電氣防爆型式:爆炸下限小于10%的可燃?xì)怏w的火災(zāi)危險(xiǎn)類別為甲類，應(yīng)選用隔爆型電氣設(shè)備。爆炸下限大于或等于10%的可燃?xì)怏w的火災(zāi)危險(xiǎn)類別為乙類，可選用任一防爆型電氣設(shè)備。四、爆炸極限和爆炸壓力的估算3、爆炸極限在消防中的應(yīng)用（3）確定建筑物耐火等級(jí)、防火墻間占地面積及安全疏散距離（4）確定安全生產(chǎn)操作規(guī)程例如：惰性氣體稀釋保護(hù)、密封設(shè)備、加強(qiáng)通風(fēng)、定期檢測(cè)、開(kāi)停車(chē)前后吹洗置換設(shè)備系統(tǒng)、建立檢修動(dòng)火制度等防火安全措施等。爆炸下限（%）火災(zāi)危險(xiǎn)類別廠房建筑最遠(yuǎn)疏散距離（m）耐火等級(jí)防火墻間最大占地面積（m2）單層廠房多層廠房單層廠房多層廠房＜10甲一級(jí)400030003025≥10乙一級(jí)二級(jí)50004000400030007550五、爆炸極限的主要影響因素1、初始溫度爆炸性混合物在遇到點(diǎn)火源之前的初始溫度升高，使爆炸極限范圍增大，即爆炸下限降低，上限增高，爆炸危險(xiǎn)性增加。五、爆炸極限的主要影響因素2、初始?jí)毫Χ鄶?shù)爆炸性混合物的初始?jí)毫υ黾訒r(shí)，爆炸極限范圍變寬，爆炸危險(xiǎn)性增加。五、爆炸極限的主要影響因素3、混合物中的含氧量可燃混合物中氧含量增加，一般對(duì)爆炸下限影響不大，但會(huì)使上限顯著增高。五、爆炸極限的主要影響因素4、惰性氣體含量及雜質(zhì)若在混合物中加入惰性氣體（氮?dú)?、二氧化碳等），將使其爆炸極限范圍縮小，一般是對(duì)上限的影響比對(duì)下限的影響顯著。5、容器的直徑和材質(zhì)充裝混合物的容器直徑越小，火焰在其中的蔓延速率越小，爆炸極限的范圍就越小。6、最低引爆能量爆炸性混合物的點(diǎn)火能量越小，其燃爆危險(xiǎn)性就越大，低于該能量，混合物就不爆炸。課后思考題1．影響爆炸極限的因素主要有哪些？2．簡(jiǎn)述化學(xué)爆炸發(fā)生的條件和爆炸的破壞作用。3．試計(jì)算丁烷的爆炸極限及危險(xiǎn)度。4．試計(jì)算丙酮的爆炸極限及危險(xiǎn)度。5．在相同的條件下試比較丙酮與丁烷的爆炸危險(xiǎn)性大小。預(yù)防火災(zāi)爆炸基本措施05一、嚴(yán)格控制點(diǎn)火源

1、明火源：

加熱用火、檢修用火、吸煙及機(jī)動(dòng)車(chē)輛的排氣管火星等2、摩擦和撞擊：3、高溫表面：生產(chǎn)的加熱、干燥裝置，高溫物料輸送管線，高壓蒸汽管路及某些反應(yīng)設(shè)備的金屬表面等4、電氣設(shè)備：電氣設(shè)備或線路出現(xiàn)危險(xiǎn)溫度、電火花和電弧時(shí)，是成為引起可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵著火、爆炸的一個(gè)主要點(diǎn)火源。一、嚴(yán)格控制點(diǎn)火源5、靜電火花：

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中、撕裂、剝離、拉伸、撞擊物體、粉碎、篩分滾壓、攪拌、輸送、噴涂和過(guò)濾物料，以及氣、液、粉體的流動(dòng)、濺潑、噴射等操作，都有可能產(chǎn)生靜電，也有可能因靜電火花導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸。6、雷電火花：雷電是自然界中的靜電放電現(xiàn)象。雷電所產(chǎn)生的火花溫度之高可以熔化金屬，也是引起火災(zāi)爆炸事故的原因之一。一、嚴(yán)格控制點(diǎn)火源【案例一】2022年6月8日，中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司化工分部芳烴車(chē)間中間罐區(qū)的乙烯輸送泵發(fā)生泄漏起火事故，造成2人死亡、1人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失925.55萬(wàn)元。經(jīng)調(diào)查，事故的直接原因是，茂名石化公司化工分部在芳烴車(chē)間乙烯輸送泵P-8000S出口軌道球閥加裝氣動(dòng)馬達(dá)過(guò)程中，軌道球閥原有閥桿利用銅套壓蓋的防脫結(jié)構(gòu)被改為螺栓緊固的結(jié)構(gòu)。事發(fā)當(dāng)天芳烴車(chē)間外輸乙烯準(zhǔn)備過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)人員在管道帶壓狀況下，拆卸P-8000S泵出口軌