防爆基本原理.ppt

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1、防火防爆吕淑然第二章第二章 防爆基本原理防爆基本原理l第一节第一节 爆炸及其种类爆炸及其种类l一、爆炸概述一、爆炸概述l 爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化。也是大量能量爆炸是物质的一种非常急剧的物理、化学变化。也是大量能量在短时间内迅速释放或急剧转化成机械功的现象，它通常借助于在短时间内迅速释放或急剧转化成机械功的现象，它通常借助于气体的膨胀来实现。气体的膨胀来实现。l 从物质运动的表现形式来看，爆炸就是物质剧烈运动的一种表从物质运动的表现形式来看，爆炸就是物质剧烈运动的一种表现。现。物质运动急剧增速，由一种状态迅速地转变成另一种状态，物质运动急剧增速，由一种状态迅速地转变成另一种状态

2、，并在极短时间内释放出大量能量的现象就是爆炸。并在极短时间内释放出大量能量的现象就是爆炸。l 一般说来，爆炸现象具有以下特征：一般说来，爆炸现象具有以下特征：l （l）爆炸过程进行得很快；爆炸过程进行得很快；l （2）爆炸点附近压力急剧升高；爆炸点附近压力急剧升高；l （3）发出或大或小的响声；发出或大或小的响声；l （4）周围介质发生震动或邻近物质遭到破坏。周围介质发生震动或邻近物质遭到破坏。l整个爆炸过程，一般地说，可以分为两个阶段：第一阶整个爆炸过程，一般地说，可以分为两个阶段：第一阶段，物质的能量以一定的形式（定容、绝热）转变为强段，物质的能量以一定的形式（定容、绝热）转变为强压缩能；

3、第二阶段，强压缩能急剧绝热膨胀对外做功，压缩能；第二阶段，强压缩能急剧绝热膨胀对外做功，引起被作用介质的变形、移动和破坏。引起被作用介质的变形、移动和破坏。l二、爆炸分类二、爆炸分类l研究石油化工生产的防火防爆技术，一般以物理爆炸和研究石油化工生产的防火防爆技术，一般以物理爆炸和化学爆炸为主。化学爆炸为主。l1.物理爆炸物理爆炸l 物理爆炸就是物质状态参数（温度、压力、体积）迅物理爆炸就是物质状态参数（温度、压力、体积）迅速发生变化，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。速发生变化，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象。它的特点是，在爆炸现象发生过程中，造成爆炸发生的它的特点是，在爆炸现象发生过程

4、中，造成爆炸发生的介质的化学性质不发生变化，发生变化的仅是该介质的介质的化学性质不发生变化，发生变化的仅是该介质的状态参数（如温度、压力、体积）。例如各种气体或液状态参数（如温度、压力、体积）。例如各种气体或液化气体钢瓶、锅炉和压力容器的超压爆炸化气体钢瓶、锅炉和压力容器的超压爆炸。l2.化学爆炸化学爆炸l 化学爆炸是物质由一种化学结构迅速转变为另一化学爆炸是物质由一种化学结构迅速转变为另一种化学结构，在瞬间放出大量能量并对外做功的现种化学结构，在瞬间放出大量能量并对外做功的现象，如炸药的爆炸，可燃气体、蒸气或粉尘与空气象，如炸药的爆炸，可燃气体、蒸气或粉尘与空气形成的爆炸性混合物的爆炸，均属

5、化学爆炸。化学形成的爆炸性混合物的爆炸，均属化学爆炸。化学爆炸的本质与燃烧相同，区别在于：燃烧是稳定的爆炸的本质与燃烧相同，区别在于：燃烧是稳定的和连续的，而爆炸则是瞬间完成的。化学爆炸的特和连续的，而爆炸则是瞬间完成的。化学爆炸的特点是，爆炸发生过程中介质的化学性质发生了变化，点是，爆炸发生过程中介质的化学性质发生了变化，形成爆炸的能源来自物质迅速发生化学变化时所释形成爆炸的能源来自物质迅速发生化学变化时所释放的能量。放的能量。l化学爆炸按爆炸时所发生的化学变化的形式又可分为三化学爆炸按爆炸时所发生的化学变化的形式又可分为三类。类。l （1）简单分解爆炸简单分解爆炸 引起简单分解爆炸的爆炸物

6、在爆引起简单分解爆炸的爆炸物在爆炸时并不一定发生燃烧反应，爆炸所需能量是由爆炸物炸时并不一定发生燃烧反应，爆炸所需能量是由爆炸物本身分解时产生的，属于这一类的有乙炔银、叠氮化铅本身分解时产生的，属于这一类的有乙炔银、叠氮化铅等。这类物质受震动即可引起爆炸，是较危险的。等。这类物质受震动即可引起爆炸，是较危险的。l 某些气体由于分解时产生很大热量，在一定条件下某些气体由于分解时产生很大热量，在一定条件下（尤其是在受压的情况下）可能产生分解爆炸。例如：（尤其是在受压的情况下）可能产生分解爆炸。例如：乙炔在受压下的分解爆炸即属此类情况。乙炔在受压下的分解爆炸即属此类情况。l （2）复杂分解爆炸复杂分

7、解爆炸 这类爆炸物质爆炸时伴有燃烧现这类爆炸物质爆炸时伴有燃烧现象，燃烧所需之氧由本身分解时产生。这类爆炸物质的象，燃烧所需之氧由本身分解时产生。这类爆炸物质的危险性较简单分解爆炸物稍低。危险性较简单分解爆炸物稍低。l （3）爆炸性混合物的爆炸爆炸性混合物的爆炸 如所有可燃气体、蒸气、如所有可燃气体、蒸气、雾滴、粉尘同空气或氧气的混合物所发生的爆炸。石油雾滴、粉尘同空气或氧气的混合物所发生的爆炸。石油化工企业中发生的爆炸多属此类。化工企业中发生的爆炸多属此类。l三、分解爆炸性气体爆炸三、分解爆炸性气体爆炸l 具有分解爆炸特性的气体一般是指该气体分解可以产具有分解爆炸特性的气体一般是指该气体分解

8、可以产生相当数量的热量。当分解热达到生相当数量的热量。当分解热达到 84126kJmol 的的物质在一定条件下点火后，火焰就能传播开来。分解热物质在一定条件下点火后，火焰就能传播开来。分解热在这个范围以上的气体，其爆炸是很激烈的。在这个范围以上的气体，其爆炸是很激烈的。l在高压下容易引起分解爆炸的物质，当压力降至某数值在高压下容易引起分解爆炸的物质，当压力降至某数值时，火焰便不再传播，这个压力叫做分解爆炸的临界压时，火焰便不再传播，这个压力叫做分解爆炸的临界压力。例如：乙炔的临界压力是力。例如：乙炔的临界压力是1.3l05 Pa（即（即1.4kgfcm2），当压力高于该值时，乙炔就会发生分解爆

9、炸。），当压力高于该值时，乙炔就会发生分解爆炸。l 除此之外，乙炔类化合物也同样具有分解爆炸性能，除此之外，乙炔类化合物也同样具有分解爆炸性能，乙烯基乙炔分解爆炸的临界压力是乙烯基乙炔分解爆炸的临界压力是1.08 105 Pa（即（即1.1kgfcm2），甲基乙炔温度为），甲基乙炔温度为 20 时分解爆炸临界时分解爆炸临界压力是压力是 4.3105 Pa，120时是时是 3.04l06 Pa（3.1kgfcm2）。）。l单一气体分解爆炸和其他混合气体爆炸情况一样，单一气体分解爆炸和其他混合气体爆炸情况一样，根据火焰传播速度不同有燃烧和爆炸两种状态。根据火焰传播速度不同有燃烧和爆炸两种状态。在燃

10、烧的情况下，可由分解热导致分解的气体膨在燃烧的情况下，可由分解热导致分解的气体膨胀而产生爆炸压力。此时初压对爆炸压力有很大胀而产生爆炸压力。此时初压对爆炸压力有很大影响。环氯乙烷在影响。环氯乙烷在125下，当初压由下，当初压由9.8l04Pa（即（即1kgfcm2）增至）增至1.18l06Pa（即（即12kgfcm2）时，最大爆炸压力）时，最大爆炸压力pm和初压和初压p1之比，由之比，由2倍增至倍增至5.6倍以上。倍以上。l乙炔分解爆炸产生的热量是乙炔分解爆炸产生的热量是 226kJmol，假定没，假定没有热损失，火焰温度可达有热损失，火焰温度可达3100。在容积。在容积 l.2L 的的容器中

11、，测定出乙炔分解爆炸产生的压力是初压容器中，测定出乙炔分解爆炸产生的压力是初压的的 11倍。倍。达到最高压力的时间，初压为达到最高压力的时间，初压为 1.96l05Pa（即（即2kgfcm2）时，时间是）时，时间是0.18s；初；初压为压为 9.8l05Pa（即（即10kgfcm2）时，时间是）时，时间是0.03s。l分解爆炸的诱导距离也与压力有关，在分解爆炸的诱导距离也与压力有关，在一定的管径里试验，压力越高，诱导距一定的管径里试验，压力越高，诱导距离就越短，表离就越短，表2-14 为乙炔分解爆炸初压为乙炔分解爆炸初压与诱导距离的关系。与诱导距离的关系。l四、爆炸性混合物爆炸四、爆炸性混合物

12、爆炸l 如果可燃性气体或蒸气预先按一定比例与空气均匀混如果可燃性气体或蒸气预先按一定比例与空气均匀混合，然后点燃、则因比较缓慢的气体扩散过程已经在燃合，然后点燃、则因比较缓慢的气体扩散过程已经在燃烧以前完成，燃烧的速度即取决于化学反应速度。在这烧以前完成，燃烧的速度即取决于化学反应速度。在这样的条件下，气体的燃烧就有可能达到爆炸的程度。这样的条件下，气体的燃烧就有可能达到爆炸的程度。这种气体或蒸气与空气的混合物，称为爆炸性混合物。种气体或蒸气与空气的混合物，称为爆炸性混合物。l在一般的燃烧中，可燃气体或蒸气与助燃气体的混合是在一般的燃烧中，可燃气体或蒸气与助燃气体的混合是在燃烧过程中逐渐形成的

13、，这时燃烧的速度取决于扩散在燃烧过程中逐渐形成的，这时燃烧的速度取决于扩散的速度，作用比较缓慢，所进行的燃烧是扩散燃烧。若的速度，作用比较缓慢，所进行的燃烧是扩散燃烧。若令可燃气体或蒸气预先与空气混合并达到适当的比例，令可燃气体或蒸气预先与空气混合并达到适当的比例，燃烧的速度就不再取决于气体或蒸气扩散的速度，而取燃烧的速度就不再取决于气体或蒸气扩散的速度，而取决于化学反应的速度，后者速度比前者速度大得多，这决于化学反应的速度，后者速度比前者速度大得多，这就成为爆炸。所以可燃性混合物的爆炸和可燃性气体的就成为爆炸。所以可燃性混合物的爆炸和可燃性气体的燃烧之不同点就在于爆炸是在瞬间完成的化学反应。

14、燃烧之不同点就在于爆炸是在瞬间完成的化学反应。l1燃爆特性燃爆特性l 粉尘与空气粉尘与空气(或氧气或氧气)组成的混合物均属此类。例如组成的混合物均属此类。例如,一一氧化碳与空气混合的爆炸反应氧化碳与空气混合的爆炸反应:l2CO+02+3.76N2=2C02+3.76N2+Ql这类爆炸实际上是在火源作用下的一种瞬间燃烧反应。这类爆炸实际上是在火源作用下的一种瞬间燃烧反应。l通常称可燃性混合物为有爆炸危险的物质通常称可燃性混合物为有爆炸危险的物质,它们只是在它们只是在适当的条件下才变为危险的物质。这些条件包括可燃适当的条件下才变为危险的物质。这些条件包括可燃物质的含量、氧化剂含量以及点火源的能量等

15、。可燃物质的含量、氧化剂含量以及点火源的能量等。可燃性混合物的爆炸危险性较低性混合物的爆炸危险性较低,但较普遍但较普遍,工业生产中遇到工业生产中遇到的主要是这类爆炸事故。因此的主要是这类爆炸事故。因此,下面将着重讨论可燃性下面将着重讨论可燃性混合物的危险性及其安全措施。混合物的危险性及其安全措施。l2.2.爆炸极限爆炸极限l可燃气体、可燃蒸气或可燃粉尘与空气可燃气体、可燃蒸气或可燃粉尘与空气构成的混合物构成的混合物,并不是在任何混合比例之并不是在任何混合比例之下都有着火和爆炸的危险下都有着火和爆炸的危险,而必须是在一而必须是在一定的比例范围内混合才能发生燃爆。混定的比例范围内混合才能发生燃爆。

16、混合的比例不同合的比例不同,其爆炸的危险程度亦不相其爆炸的危险程度亦不相同。例如同。例如,由一氧化碳与空气构成的混合由一氧化碳与空气构成的混合物在火源作用下的燃爆实验情况见下表。物在火源作用下的燃爆实验情况见下表。l表 CO与空气混合在火源作用下的燃爆情况 l表所列的混合比例及其相对应的燃爆情况表所列的混合比例及其相对应的燃爆情况,清楚地说清楚地说明可燃性混合物有一个发生燃烧和爆炸的浓度范围明可燃性混合物有一个发生燃烧和爆炸的浓度范围,亦即有一个最低浓度和最高浓度亦即有一个最低浓度和最高浓度,混合物中的可燃物混合物中的可燃物只有在这两个浓度之间只有在这两个浓度之间,才会有燃爆危险。才会有燃爆危

17、险。l可燃物质可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘可燃气体、蒸气和粉尘)与空气与空气(或氧气或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合必须在一定的浓度范围内均匀混合,形成预混气形成预混气,遇遇着火源才会发生爆炸着火源才会发生爆炸,这个浓度范围称为爆炸极限这个浓度范围称为爆炸极限(或爆炸浓度极限或爆炸浓度极限)。l可燃气体和蒸气爆炸极限的可燃气体和蒸气爆炸极限的单单位位,是以其在混合物中是以其在混合物中所占体所占体积积的百分比来表示的。如上面所列一氧化碳的百分比来表示的。如上面所列一氧化碳与空气混合物的爆炸极限与空气混合物的爆炸极限为为12.5%12.5%80%80%。l可燃粉可燃粉尘尘的爆炸极限是以其在

18、的爆炸极限是以其在单单位体位体积积混合物中的混合物中的质质量数量数(g/m(g/m3 3)来表示的来表示的,例如例如铝铝粉的爆炸极限粉的爆炸极限为为40g/m40g/m3 3,可燃性混合物能可燃性混合物能够发够发生爆炸的最低生爆炸的最低浓浓度和最高度和最高浓浓度度,分分别别称称为为爆炸下限和爆炸上限爆炸下限和爆炸上限,如上述如上述的的.和和。两者也可称为着火下限和着火上限。在两限。两者也可称为着火下限和着火上限。在两限制外既不发火也不爆炸。制外既不发火也不爆炸。l 可燃性混合物的爆炸极限范可燃性混合物的爆炸极限范围围越越宽宽,其爆炸危其爆炸危险险性越性越大大,这这是因是因为为爆炸极限越爆炸极限

19、越宽宽,则则出出现现爆炸条件的机会就爆炸条件的机会就多。爆炸下限越低多。爆炸下限越低,少量可燃物少量可燃物(如可燃气体稍有泄漏如可燃气体稍有泄漏)就会形成爆炸条件就会形成爆炸条件;爆炸上限越高爆炸上限越高,则则有少量空气渗有少量空气渗入容器入容器,就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件。就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件。l生产过程中生产过程中,应根据各种可燃物所具有爆应根据各种可燃物所具有爆炸极限的不同特点炸极限的不同特点,采取严防跑、冒、滴、采取严防跑、冒、滴、漏和严格限制外部空气渗入容器与管道漏和严格限制外部空气渗入容器与管道内等安全措施。内等安全措施。l应当指出应当指出,可燃性混合物的

20、浓度高于爆炸可燃性混合物的浓度高于爆炸上限时上限时,虽然不会着火和爆炸虽然不会着火和爆炸,但当它从但当它从容器或管道里逸出容器或管道里逸出,重新接触空气时却能重新接触空气时却能燃烧燃烧,因此仍有发生着火的危险。因此仍有发生着火的危险。l从机理上来说，爆炸性混合物与火源接触，便有原从机理上来说，爆炸性混合物与火源接触，便有原子或自由基生成而成为连锁反应的作用中心。爆炸子或自由基生成而成为连锁反应的作用中心。爆炸混合物在一点上着火后，热以及连锁载体都向外传混合物在一点上着火后，热以及连锁载体都向外传播，促使邻近的一层爆炸混合物起化学反应，然后播，促使邻近的一层爆炸混合物起化学反应，然后这一层又成为

21、热和连锁载体的源泉，而引起另一层这一层又成为热和连锁载体的源泉，而引起另一层爆炸混含物的反应。火焰以一层层同心圆球面的形爆炸混含物的反应。火焰以一层层同心圆球面的形式向各方面蔓延。火焰的速度在距离着火地点式向各方面蔓延。火焰的速度在距离着火地点 0.5lm 处是固定的，为每秒若干米或者还要小一些，但处是固定的，为每秒若干米或者还要小一些，但以后即逐渐加速，可达每秒数百米（爆炸）以至数以后即逐渐加速，可达每秒数百米（爆炸）以至数千米（爆轰）。若在火焰扩散的路程上有遮挡物，千米（爆轰）。若在火焰扩散的路程上有遮挡物，则由于气体温度的上升，以及由此引起的压力的急则由于气体温度的上升，以及由此引起的压

22、力的急剧增加，可造成极大的破坏作用。剧增加，可造成极大的破坏作用。l可燃气体或蒸气与空气的混合物中，火焰蔓延可燃气体或蒸气与空气的混合物中，火焰蔓延速度主要取决于混合物的组成，但其他因素也速度主要取决于混合物的组成，但其他因素也有影响。例如，同一组分的混合物，在狭窄的有影响。例如，同一组分的混合物，在狭窄的管子内着火后，管子内着火后，火焰只是缓慢地蔓延，但若在火焰只是缓慢地蔓延，但若在一定大小的密闭容器内着火，燃烧可以加速到一定大小的密闭容器内着火，燃烧可以加速到使压力急剧提高而呈现出爆炸的特征。使压力急剧提高而呈现出爆炸的特征。l五、常见爆炸类型五、常见爆炸类型l 1.混合气体爆炸l 混合气

23、体爆炸指在可燃性气体中，除了氮气、混合气体爆炸指在可燃性气体中，除了氮气、天然气、乙炔、液化石油气等外，还包括由汽油、天然气、乙炔、液化石油气等外，还包括由汽油、苯、甲苯、醇类、醚类等可燃性液体蒸发出的蒸苯、甲苯、醇类、醚类等可燃性液体蒸发出的蒸气。在助燃性气体中，除了有空气、氧气外，还气。在助燃性气体中，除了有空气、氧气外，还包括氧化亚氮、包括氧化亚氮、氧化氮、二氧化氮、氯气、氟等。氧化氮、二氧化氮、氯气、氟等。在密封的容器内发生爆炸时，生成气体的压力可在密封的容器内发生爆炸时，生成气体的压力可达到最初压力的达到最初压力的710 倍。硫酸铵厂、聚乙烯厂、倍。硫酸铵厂、聚乙烯厂、液化石油气装置

24、、油轮等处发生的爆炸事故，液化石油气装置、油轮等处发生的爆炸事故，多多数是由混合气体爆炸所引起的。数是由混合气体爆炸所引起的。l 在石油化工企业中，在石油化工企业中，以下以下 8 种情况应当引起十分关注。种情况应当引起十分关注。l 容器内的可燃性气体，液化气体及易燃液体泄漏容器内的可燃性气体，液化气体及易燃液体泄漏于空气中，形成爆炸性混含气体；于空气中，形成爆炸性混含气体；l 容器内的可燃性液体遇高温（如邻近设备火灾的容器内的可燃性液体遇高温（如邻近设备火灾的辐射热）变为蒸气雾进入大气；辐射热）变为蒸气雾进入大气；l 负压容器密封不严，外部空气被吸人而与可燃气体负压容器密封不严，外部空气被吸人

25、而与可燃气体混合；混合；l 容器内残存易燃液体的蒸发，可燃性物质的热分容器内残存易燃液体的蒸发，可燃性物质的热分解，洗涤用盐酸和铁制容器的化学反应等产生可燃性气解，洗涤用盐酸和铁制容器的化学反应等产生可燃性气体；体；l 贮存在密闭容器中的易燃液体，在高于闪点和达贮存在密闭容器中的易燃液体，在高于闪点和达到爆炸温度上限之间的危险温度下保持蒸气压平衡时；到爆炸温度上限之间的危险温度下保持蒸气压平衡时；l 在容器内的混合气体，因某一成分被液化或是在容器内的混合气体，因某一成分被液化或是被反应掉而进入爆炸范围的（如当混入氢气中的被反应掉而进入爆炸范围的（如当混入氢气中的氯气被液化，或是被熟石灰吸收时，

26、则氢气浓度氯气被液化，或是被熟石灰吸收时，则氢气浓度上升上升 而进入爆炸范围）；而进入爆炸范围）；l 因容器的内压降低，而使被其他物质吸附或因容器的内压降低，而使被其他物质吸附或溶解的可燃性气体释放时溶解的可燃性气体释放时（有时因降压而使容器（有时因降压而使容器的内压下降）的内压下降）；l 容器内由于空气量的减少而减压，使可燃性容器内由于空气量的减少而减压，使可燃性液体的蒸气分压在整个混液体的蒸气分压在整个混 合气体中占的比例增大合气体中占的比例增大而达到爆炸范围（如煤油、轻油在负压空气中也而达到爆炸范围（如煤油、轻油在负压空气中也能形成能形成 爆炸性混合气体）。爆炸性混合气体）。l 2.气体

27、分解爆炸气体分解爆炸l 气体分子分解过程中（即使是单一成分的气体），有气体分子分解过程中（即使是单一成分的气体），有时会发热而发生分解时会发热而发生分解 爆炸。例如，乙炔和空气混合极爆炸。例如，乙炔和空气混合极易形成爆炸性混合气体、遇火源就会发生爆炸，即使不易形成爆炸性混合气体、遇火源就会发生爆炸，即使不与空气混合，压缩纯净的乙炔气，若有火源，则分解成与空气混合，压缩纯净的乙炔气，若有火源，则分解成氧气和二氧化碳，同时也会发热而发生爆炸。氧气和二氧化碳，同时也会发热而发生爆炸。l 除乙炔外，环氧乙烷、乙烯、丙二烯、甲基乙炔、乙除乙炔外，环氧乙烷、乙烯、丙二烯、甲基乙炔、乙烯基乙炔、叠氮化氢、烯

28、基乙炔、叠氮化氢、臭氧等，也有分解爆炸的性质。臭氧等，也有分解爆炸的性质。l3.粉尘爆炸粉尘爆炸l 粉尘爆炸指可燃性固体的微细粉尘分散在空气等助燃粉尘爆炸指可燃性固体的微细粉尘分散在空气等助燃性气体中，当达到一定浓度时，被着火源点着引起的爆性气体中，当达到一定浓度时，被着火源点着引起的爆炸，粉尘爆炸的燃烧速度和压力上升速度没有混合气体炸，粉尘爆炸的燃烧速度和压力上升速度没有混合气体爆炸时的速度那么快。爆炸时的速度那么快。l氧化反应中放热较多的金属，如镁、铝、硅化氧化反应中放热较多的金属，如镁、铝、硅化钙、硅等粉尘爆炸时，形成灼热熔融的氟化物钙、硅等粉尘爆炸时，形成灼热熔融的氟化物（MgO、Al

29、2O3、CaO、SO2）微粒，可成为其）微粒，可成为其他可燃物的火源，如触及皮肤，就会造成深度他可燃物的火源，如触及皮肤，就会造成深度烧伤，其他粉尘，如煤粉、面粉、木粉、塑料烧伤，其他粉尘，如煤粉、面粉、木粉、塑料粉、硫磺粉等爆炸时，由于生成物都为粉、硫磺粉等爆炸时，由于生成物都为 CO2、H 2O、CO、SO2 等气体，其伤害程度较金属等气体，其伤害程度较金属粉尘爆炸为小。粉尘爆炸为小。l可燃性粉尘爆炸所造成的事故，虽然不如可燃可燃性粉尘爆炸所造成的事故，虽然不如可燃性气体和液体造成的事故那样引人注意，但造性气体和液体造成的事故那样引人注意，但造成的损失也是惊人的，这种事故的特点是常发成的损

30、失也是惊人的，这种事故的特点是常发生在不引人注目的地方。根据日本生在不引人注目的地方。根据日本1952 年年1 月月至至1979 年年12 月的统计，粉尘爆炸事故共发生月的统计，粉尘爆炸事故共发生了了209 件，死伤达件，死伤达 546 人人（其中死亡（其中死亡 86 人），人），每次事故的受害人平均是每次事故的受害人平均是 3人。构成爆炸原因人。构成爆炸原因的粉尘中，金属粉最多，特别是铝粉更多，死的粉尘中，金属粉最多，特别是铝粉更多，死伤人数每起伤人数每起4人（死亡人（死亡1人），是最严重的。人），是最严重的。l（1）粉尘爆炸的特殊性）粉尘爆炸的特殊性 考查粉尘燃烧爆炸的危险考查粉尘燃烧爆炸

31、的危险性时，要把粉尘在空气中漂浮与建筑物内堆积的情况性时，要把粉尘在空气中漂浮与建筑物内堆积的情况分开。但任何一种情况的粉尘都是可燃性的，即都能分开。但任何一种情况的粉尘都是可燃性的，即都能与空气中的氧反应，具有放热性质。粉尘可以认为是与空气中的氧反应，具有放热性质。粉尘可以认为是细分了的可燃性固体，颗粒非常小。细分了的可燃性固体，颗粒非常小。l引起粉尘爆炸，粉尘与空气充分混合的浮游状态是必引起粉尘爆炸，粉尘与空气充分混合的浮游状态是必要条件。引起爆炸的是某种程度的微粒子，它们必须要条件。引起爆炸的是某种程度的微粒子，它们必须在某一时刻从外部获得机械性的移动作用、生成粉尘在某一时刻从外部获得机

32、械性的移动作用、生成粉尘云。漂浮的粉尘本身具有像气体或蒸气那徉的扩散性。云。漂浮的粉尘本身具有像气体或蒸气那徉的扩散性。而不具有扩散性的粉尘，而不具有扩散性的粉尘，就会沉降堆积。这种堆积就会沉降堆积。这种堆积粉尘是含有大量空气的凝胶体，亦称凝胶。因此，堆粉尘是含有大量空气的凝胶体，亦称凝胶。因此，堆积粉尘同样存在着火危险。积粉尘同样存在着火危险。l粉尘发生着火爆炸危险的条件是：从外部给予机粉尘发生着火爆炸危险的条件是：从外部给予机械性的作用，如可燃性块体的粉碎、输送、细分、械性的作用，如可燃性块体的粉碎、输送、细分、搅拌等，另外在粉体物质的干燥、混合、分级、搅拌等，另外在粉体物质的干燥、混合、

33、分级、计量等过程中也容易生成。计量等过程中也容易生成。l除了在常温下物体本身氧化发热的一部分金属类除了在常温下物体本身氧化发热的一部分金属类粉尘外，粉尘着火爆炸也必须存在点火源。粉尘外，粉尘着火爆炸也必须存在点火源。l因此，因此，粉尘着火爆炸的条件是：可燃性；微粉状粉尘着火爆炸的条件是：可燃性；微粉状态；在助燃性气体（空气）中搅拌和流动；存在态；在助燃性气体（空气）中搅拌和流动；存在点火源。点火源。l 此外，粉尘长时间被加热产生干馏气体时也有此外，粉尘长时间被加热产生干馏气体时也有爆炸危险，也是粉尘爆炸的原因之一。爆炸危险，也是粉尘爆炸的原因之一。l可燃性粉尘的燃烧爆炸机理：可燃性粉尘的燃烧爆

34、炸机理：粉尘爆炸是氧气与粉尘粉尘爆炸是氧气与粉尘粒子表面反应产生结果。与氧化剂（空气）和可燃物均粒子表面反应产生结果。与氧化剂（空气）和可燃物均匀混合引起反应而发生的气体爆炸不同，它是在聚集可匀混合引起反应而发生的气体爆炸不同，它是在聚集可燃物的某一范围、因氧化剂存在的不均匀状态而发生反燃物的某一范围、因氧化剂存在的不均匀状态而发生反应，正好介于气体爆炸和火药爆炸中间，爆炸所放出的应，正好介于气体爆炸和火药爆炸中间，爆炸所放出的能量以最高值比较，可为气体爆炸的数倍。粉尘爆炸与能量以最高值比较，可为气体爆炸的数倍。粉尘爆炸与气体爆炸、火药爆炸另一不同点是，要求的点火能量大。气体爆炸、火药爆炸另一

35、不同点是，要求的点火能量大。l粉尘爆炸原理是：粒子表面得到热解，表面温度上升；粉尘爆炸原理是：粒子表面得到热解，表面温度上升；粒子表面的分子发生热分解或干馏作用。变成气体在粒粒子表面的分子发生热分解或干馏作用。变成气体在粒子周围放出；这种气体与空气混合生成爆炸性混合气体、子周围放出；这种气体与空气混合生成爆炸性混合气体、点火产生火焰；火焰产生的热更进一步促进粉尘分解，点火产生火焰；火焰产生的热更进一步促进粉尘分解，逐渐地放出气相可燃气体，并与空气混合点火传播。逐渐地放出气相可燃气体，并与空气混合点火传播。l总之，粉尘爆炸本质上也是一种气体爆炸，因而不妨也可把粉尘总之，粉尘爆炸本质上也是一种气体

36、爆炸，因而不妨也可把粉尘本身作为可燃性气体。在粉尘爆炸过程中，前述第一点使温度上本身作为可燃性气体。在粉尘爆炸过程中，前述第一点使温度上升的手段不仅仅是热传导，辐射热也起很大作用，这是与气体爆升的手段不仅仅是热传导，辐射热也起很大作用，这是与气体爆炸的不同点。炸的不同点。l（3）粉尘爆炸的特征粉尘爆炸的特征l 燃烧速度、爆炸压力虽比气体爆炸小，但是燃烧时间长，产燃烧速度、爆炸压力虽比气体爆炸小，但是燃烧时间长，产生的能量大，所以破坏力和烧毁程度大。用最高值比较时，产生生的能量大，所以破坏力和烧毁程度大。用最高值比较时，产生的能量是气体爆炸的数倍，温度可上升到的能量是气体爆炸的数倍，温度可上升到

37、20003000左右，这左右，这是因为单位体积内的碳氧化合物多。粉尘爆炸首先出现爆炸，过是因为单位体积内的碳氧化合物多。粉尘爆炸首先出现爆炸，过0.l0.2s 后，形成火焰，在常温常压下，火焰波初期速度为后，形成火焰，在常温常压下，火焰波初期速度为 23ms，因燃烧粉尘的膨胀，继而压力上升，其速度以加速度增，因燃烧粉尘的膨胀，继而压力上升，其速度以加速度增加。由爆炸引起的冲击波传播速度约为加。由爆炸引起的冲击波传播速度约为 300ms，并且随火焰速，并且随火焰速度的上升而上升、比火焰速度快得多。度的上升而上升、比火焰速度快得多。l 爆炸粒子四面飞散燃烧，受其作用的可燃物产生局爆炸粒子四面飞散燃

38、烧，受其作用的可燃物产生局部性的严重炭化，特别是碰到人体时会造成严重烧伤。部性的严重炭化，特别是碰到人体时会造成严重烧伤。l 最初局部性爆炸产生的爆炸冲击波使周围粉尘飞舞，最初局部性爆炸产生的爆炸冲击波使周围粉尘飞舞，会造成二次、三次爆炸，增大了损害。会造成二次、三次爆炸，增大了损害。l 与气体相比，粉尘易引起不完全燃烧，含不完全燃与气体相比，粉尘易引起不完全燃烧，含不完全燃烧的气体里，存在大量一氧化碳，最后有引起一氧化碳烧的气体里，存在大量一氧化碳，最后有引起一氧化碳中毒的危险。中毒的危险。l粉尘由于粒子大小、形状的不均一性等，几乎不可能得粉尘由于粒子大小、形状的不均一性等，几乎不可能得到一

39、定浓度条件下的爆炸极限，即使在下限浓度，也是到一定浓度条件下的爆炸极限，即使在下限浓度，也是形成不完全燃烧，对于最小点火能量，无论测定方法或形成不完全燃烧，对于最小点火能量，无论测定方法或实验条件如何，均不能得出绝对值，所以用相对值来比实验条件如何，均不能得出绝对值，所以用相对值来比较是比较合适的。较是比较合适的。l点火温度的测定也很困难，通常粉尘云的点火温度大点火温度的测定也很困难，通常粉尘云的点火温度大体上是粉尘层点火温度的体上是粉尘层点火温度的 2 倍。即对粉尘层取为倍。即对粉尘层取为 250的话、那么粉尘云为的话、那么粉尘云为 500。l 因而，测定堆积粉尘的点火温度是重要的，因为粉因

40、而，测定堆积粉尘的点火温度是重要的，因为粉尘层的厚薄会出现很大的温度差别，通常采用尘层的厚薄会出现很大的温度差别，通常采用 5mm 厚。厚。l4）影响粉尘爆炸的因素影响粉尘爆炸的因素l 粉尘的化学性质和组成。粉尘的化学性质和组成。与粉尘爆炸性有关的因与粉尘爆炸性有关的因素中，粉尘本身的化学结构、反应性能具有极大的意素中，粉尘本身的化学结构、反应性能具有极大的意义。发热量大的粉尘爆炸性大。义。发热量大的粉尘爆炸性大。l 其次，除炭尘以外的其他粉尘，含挥发性成分其次，除炭尘以外的其他粉尘，含挥发性成分（VM）的多少也对爆炸性有很大影响，）的多少也对爆炸性有很大影响，VM越大越易越大越易爆炸。爆炸。

41、l 粒度及粒度分布。粒度及粒度分布。平均粒子直径越小，密度越小，平均粒子直径越小，密度越小，比表面积越大，表面能越大，爆炸性越大。但粒度比表面积越大，表面能越大，爆炸性越大。但粒度太小时，粉尘依据种类不同而互相吸引，造成分散太小时，粉尘依据种类不同而互相吸引，造成分散不良，反倒使爆炸性减小，这一点与粒子的电性也不良，反倒使爆炸性减小，这一点与粒子的电性也有关系。有关系。l 粒子形状和表面状态。粒子形状和表面状态。即使平均粒径是同样的即使平均粒径是同样的粉尘，形状或表面的状态不同，对爆炸性也有很大粉尘，形状或表面的状态不同，对爆炸性也有很大影响。对比表面积来说，形状系数具有很大的影响，影响。对比

42、表面积来说，形状系数具有很大的影响，球状粒子最小，球状粒子最小，6；针状的；针状的6；扁平状的可达；扁平状的可达50。l 水分。水分。粉尘中存在的水分对爆炸性有影响，粉尘中存在的水分对爆炸性有影响，即它抑制了粉尘的浮游性。对疏水性的粉尘来即它抑制了粉尘的浮游性。对疏水性的粉尘来说，水对浮游性影响虽然不太大，但是水分蒸说，水对浮游性影响虽然不太大，但是水分蒸发使点火有效能量减小，蒸发出来的蒸汽起着发使点火有效能量减小，蒸发出来的蒸汽起着惰性气体作用，具有减少带电性的作用，锰、惰性气体作用，具有减少带电性的作用，锰、铝等与水反应生成氧，往往增加危险性。铝等与水反应生成氧，往往增加危险性。l 4.危

43、险性混合物质的爆炸危险性混合物质的爆炸l 危险性混合物质的爆炸指两种或两种以上物质混合危险性混合物质的爆炸指两种或两种以上物质混合或接触时（如氧化性物质与还原性物质相互混合后），或接触时（如氧化性物质与还原性物质相互混合后），由于受到冲击或加热，或是混合物相互进行化学反应由于受到冲击或加热，或是混合物相互进行化学反应而发生的爆炸。如黑色炸药（硝酸钾、硫磺、木炭粉）而发生的爆炸。如黑色炸药（硝酸钾、硫磺、木炭粉）、液氧炸药（液氧、炭粉），照相用闪光剂（硝酸钾、液氧炸药（液氧、炭粉），照相用闪光剂（硝酸钾、镁粉）等物质。镁粉）等物质。l 5.爆炸性化合物的爆炸爆炸性化合物的爆炸l 爆炸性化合物爆炸

44、指化学合成炸药在制造、加工或爆炸性化合物爆炸指化学合成炸药在制造、加工或使用过程中发生的爆炸。此外，也有在反应过程中生使用过程中发生的爆炸。此外，也有在反应过程中生成敏感的副产品，蓄积在反应釜内而引起爆炸的。例成敏感的副产品，蓄积在反应釜内而引起爆炸的。例如，在氧化反应釜内残留过氧化物蓄积时就是这样。如，在氧化反应釜内残留过氧化物蓄积时就是这样。l6.蒸气爆炸蒸气爆炸l蒸气爆炸指液体（包括液化气体）处于过热状态蒸气爆炸指液体（包括液化气体）处于过热状态时，瞬间急剧蒸发汽化引起的爆炸。蒸气爆炸是时，瞬间急剧蒸发汽化引起的爆炸。蒸气爆炸是所有液体都可能发生的现象，它不需要火源引爆。所有液体都可能发

45、生的现象，它不需要火源引爆。不论是水，还是有机液体或液化碳酸气，都可产不论是水，还是有机液体或液化碳酸气，都可产生蒸气爆炸。生蒸气爆炸。l液体的过热状态有两种，一种是当液体接触高温液体的过热状态有两种，一种是当液体接触高温物体时，两者的温差使大量热从高温物体的表面物体时，两者的温差使大量热从高温物体的表面移至液体，后者瞬间变为过热状态；另一种是高移至液体，后者瞬间变为过热状态；另一种是高压容器内的液体，由于泄漏而使内压急剧下降时，压容器内的液体，由于泄漏而使内压急剧下降时，打破了液体的蒸气压平衡，瞬时变成不稳定的过打破了液体的蒸气压平衡，瞬时变成不稳定的过热状态容易引起蒸气爆炸。热状态容易引起

46、蒸气爆炸。l 7.雾滴爆炸雾滴爆炸l 可燃液体的雾滴出现，在石油化工生产中并不罕见。可燃液体的雾滴出现，在石油化工生产中并不罕见。垫片破裂，尾气带料，垫片破裂，尾气带料，紧急排空等均可能形成可燃液紧急排空等均可能形成可燃液体的雾滴。因此，研究可燃液体雾滴的形成和其特性是体的雾滴。因此，研究可燃液体雾滴的形成和其特性是有现实意义的。有现实意义的。l （1）雾滴的形成）雾滴的形成 用雾化液体或者把热的液体闪蒸，用雾化液体或者把热的液体闪蒸，接着用冷的气体骤冷，便可获得分散在空气中的液相微接着用冷的气体骤冷，便可获得分散在空气中的液相微滴。滴。l（2）点燃）点燃 在讨论雾滴燃烧的影响因素之前，先介绍

47、一在讨论雾滴燃烧的影响因素之前，先介绍一下燃烧波的概念。下燃烧波的概念。l“燃烧波燃烧波”这个词应被理解为，一种在燃烧区域内热量和这个词应被理解为，一种在燃烧区域内热量和质量的交换过程，在可燃介质中以比音速小的速度进行质量的交换过程，在可燃介质中以比音速小的速度进行的传播。从反应区向预热区连续地传递热量而把未燃烧的传播。从反应区向预热区连续地传递热量而把未燃烧的燃料升至着火温度，从而维护燃烧波的持续传递。的燃料升至着火温度，从而维护燃烧波的持续传递。l通常在敞开系统中处理可燃液体而温度低于闪点时通常在敞开系统中处理可燃液体而温度低于闪点时被认为是安全的。一般都没有认识到，温度远低于被认为是安全

48、的。一般都没有认识到，温度远低于其闪点的可燃液体雾滴，会完全像油气同空气混合其闪点的可燃液体雾滴，会完全像油气同空气混合物一样发生爆炸。通过充分的燃烧试验，其结果足物一样发生爆炸。通过充分的燃烧试验，其结果足以说明当可燃液体的雾滴温度远低于闪点时，可以以说明当可燃液体的雾滴温度远低于闪点时，可以传播火焰。传播火焰。l（3）雾滴燃烧特点）雾滴燃烧特点 一般可燃液体的燃烧速度取决一般可燃液体的燃烧速度取决于蒸气压力，但是，大量的研究表，粒子的燃烧速于蒸气压力，但是，大量的研究表，粒子的燃烧速度不是取决于蒸气压力，相反，几乎完全取决于以度不是取决于蒸气压力，相反，几乎完全取决于以下因素。下因素。l

49、使微滴达到其沸点和液体蒸发所需要的热量。使微滴达到其沸点和液体蒸发所需要的热量。因此，在沸点下的蒸发热，而不是液体的蒸气压力，因此，在沸点下的蒸发热，而不是液体的蒸气压力，在雾滴爆炸中其有重要意义。辛普生对单独粒子燃在雾滴爆炸中其有重要意义。辛普生对单独粒子燃烧所做的工作同样地指出，在蒸气着火之前有相当烧所做的工作同样地指出，在蒸气着火之前有相当大的汽化反应。大的汽化反应。l 当雾滴表面接近沸点时才发生燃烧，燃烧粒子当雾滴表面接近沸点时才发生燃烧，燃烧粒子的质量变化率与粒子直径成比例。的质量变化率与粒子直径成比例。l 在雾滴燃烧中，较大的粒子比较小的粒子燃烧在雾滴燃烧中，较大的粒子比较小的粒子

50、燃烧速率大得多速率大得多。但是，燃烧粒子的寿命与它的最初直径的平方成正比，因此，实际上小粒子是在大粒子之前消失了。l 在雾滴燃料燃烧过程中，燃烧蒸发用的大多数热在雾滴燃料燃烧过程中，燃烧蒸发用的大多数热量（量（95）是通过对流作用过程，）是通过对流作用过程，而不是辐射作用传递给粒子。l 人们熟悉的易燃性蒸气可燃性区域，只是在对人们熟悉的易燃性蒸气可燃性区域，只是在对闪点以上的温度是重要的。但是，雾滴的可燃范围闪点以上的温度是重要的。但是，雾滴的可燃范围可延伸至这种温度以下。因此，可燃液体的雾滴即可延伸至这种温度以下。因此，可燃液体的雾滴即使在远比其闪点为低的温度下，也可以是一种危害。使在远比其