防火防爆理论与技术

防火防爆理论与技术
名词解释
1. 受热自燃：可燃物质由于外界的加热，温度升高至自燃点，而发生的自行燃烧的现
象。

2. 自热自燃：可燃物质由于本身的化学反应，物理或生物作用等所产生的热量使温度
升高至自燃点，而发生自行燃烧的现象。

3. 蒸发潜能（热）:单位重量的液体在温度保持不变的情况下转化为蒸气时所吸收的热
量
4. 可燃液体燃烧饱和蒸汽压：单位时间内，溢出液面的蒸气和回到液面的蒸气量相等
时，其所形成的蒸气压力。

5. 爆炸极限：在一定的压力和温度下，只有当可燃物在混合气体中的浓度处于一定的
范围内才发生燃烧或爆炸，即存在着火浓度极限，或爆炸浓度极限。

6. 最小传播断面：爆炸性混合物的火焰尚能传播而不熄灭的最小断面为最小传播断
面。

7. 感度：炸药在外界能量作用下发生爆炸的难易程度
8. 扩散燃烧：边混合边燃烧，燃烧谏度受扩散谏度控制。

扩散燃烧可以是单相的，亦
可以是多相的
9. 预混燃烧：可燃气体和氧化剂两者先混合再燃烧称为预混燃烧。

10. 标准燃烧热:1298K O.IMPa
11. 直链反应：每消耗一个活性基团同时又生成一个活性基团，直到链终止。

就是链传
递过程中，活性基团的数目保持不变。

12. 支链反应：一个活性基团在链传递过程中，除了生成最终产物外，还将产生2个或2
个以上的活性基团，即活性基团的数目在反应过程中时逐渐增加的
13. 爆热：单位质量的炸药爆炸时所放出的热量
14. 爆温:指炸药在爆炸瞬间所放出的热量将产物加热到的最高温度
15. 爆压：炸药在一定的容积内爆炸后，其气体产物的热容不再变化时的压力。

16. 殉爆: 一装药爆炸后能引起与其相隔一定距离的另一装药爆炸的现象
17. 氧指数：刚好维持物质燃烧时的混合气体中最低氧含量的体积百分数。

氧指数越小
的高聚物，火灾危险性越大。

（22,22—27，27）
18. 闪燃：可燃液体蒸发出少量可燃蒸气，遇到火源产牛一闪即灭（延续时间小于5S）
的燃烧现象。

二、简答题
1■谢苗诺夫热自然理论着火理论的条件.
着火条件的函数表达式：丰c
q仙
-
f (T o, h , P , d , u ：：)二0
T O--环境温度；h--对流换热系数;
P--预混气压力；
d--容器直径；u®--环境气流速度
T01 T 02 T 03
热生成速率q厂QVk o C A C B e — E/RT
散热速率q，2二S (T -T o)
在反应初期CA，CB与反应开始前的最初浓度CA0，CB0很相近，Q、V、K0 均为常数，因此放热速度q1和混合气温度T之间的关系是指数函数关系，散热速度q2与混合气温度之间是直线函数关系。

着火的临界条件：2条曲线相切于B点。

放热和散热曲线相切于B点一一自燃的临界状态
T B――自燃温度(自燃点) T02――自燃临界环境温度T a,cr
2. 爆炸极限影响因素
爆炸下限：能使火焰蔓延的最低浓度。

爆炸上限： .............. 高……。

(1)初始温度：爆炸性混合物的初始温度越高，则爆炸极限范围越大，即爆炸下限降低而爆炸上限增高
(2)初始压力：一般压力增大，爆炸极限扩大。

压力降低，贝燧炸极限范围缩小
(3)惰性介质即杂质：若混合物中含惰性气体的百分数增加，爆炸极限的范围缩小，惰性气体的浓度提高到某一数值，可使混合物不爆炸
(4)容器：容器管子直径越小、爆炸极限范围越小。

当管径(或火焰通道)小到一定程度时，火焰不能通过
(5)点火能源：火花的能量、热表面的面积、火源与混合物的接触时间等，对爆炸极限均有影响
3. 氢氧着火半岛
着火半岛现象：对氢氧的混合气体，氢氧反应有三个着火极限
在第一、二极限之间的爆炸区内有一点P
(1)保持系统温度不变而降低压力，P点则向下垂直移动，自由基器壁消毁速度加快，当压力下降到某一数值后，f < g, ©< 0 ,
第一极限
提高混合气的温度，可使临界着火压力降低，谢苗诺夫把这一关系归纳为
q i 二q2
dT
dq 2
dT
P j = Ae i
A和B都是常数，与活化中心、反应的物质和不可燃添加剂的性质以及器壁形状、尺寸等有关。

(2)保持系统温度不变而升高压力，P点则向上垂直移动自由基气相消毁速
度加快，当压力身高到某一数值后，f < g, © < 0 , ----------------------------- 第二极限同样，谢苗诺夫把该界限表达为
B
A'和B'都是常数。

P j二A e T i
(3)压力再增高，又会发生新的链锁反应
H 02 M > H02 M
H02H2》H20 OH
导致自由基增长速度增大，于是又能发生爆炸，------------------- 第三极限
4■影响液体燃烧速度的因素
(1)液体的初温影响；
(2)容器直径大小的影响；
(3)容器中液体高度的影响；随着容器中液位的下降，直线燃烧速度相应降低.这是因为随着液位下降，液面到火焰底部的距离加大，所以火焰向液面的传热速度降低。

(4)液体中的含水量的影响；液体中含水时，由于从火焰传递出的热量有一部
分要消耗于水分蒸发，因此液体的燃烧速度下降。

而且含水量越多，燃烧速度越慢。

(5)风的影响，风速增大到某个程度，风有利于空气和液体蒸气的混合，可使燃烧速度加快。

燃烧速度趋于一个固定值。

5. 着火分析
(1)采取那些方法可使不自燃的体系达到临界着火条件，并用示意图表示。

(2) 说明采用不同方法时体系的自燃点是否相同？比较其大小
解：体系不自燃时，欲使体系达到临界着火条件，采用方法为
(1) 提高器壁温度
(2) 减少对流换热系数或减少表面积
(3) 增大体系压力或提高反应物浓度
降低活化能
T I>T3>T2,说明自然点不是常数。

6. 灭火分析
根据热自燃理论，正在稳定燃烧的体系, 几种灭火的可能措施？使之熄灭的条件是什么？用图示法表示
1
1
1）降低环境温度
2）增加散热
3）降低氧气或可燃物浓度
7■简述链式反应理论
链式着火理论：在氧化反应体系
中，一方面，随着热量的积累反应自
动加速，但也可以通过分枝的链锁反应，迅速增加活化中心（自由基）来使反应不断加速直至着火爆炸。

链反应一般包括链引发，链传递，链终止三个阶段。

一个自由基H?参加反应后，经过一个链传递形成最终产物H20的同时产生三个H?
分为两大类：直链反应、支链反应
链锁着火临界条件：自由基的生成速度等于自由基销毁速度
8.粉尘爆炸影响因素
（一）粉尘的物理化学性质
含可燃挥发份越多的粉尘，爆炸的危险性越大，且其爆炸压力和升压速度越高（二）粉尘的粒度和浓度
粒度越小的粉尘，比表面积越大，在空气中的分散度越大且悬浮的时间越长，吸附氧的活性越强，氧化反应速度越快，因此就越容易发生爆炸，即其最小点火能和爆炸浓度下限越小；可燃粉尘必须在其浓度处于爆炸浓度极限范围内才能发生爆炸。

粉尘浓度越高，着火温度越低，
（三）可燃气体和惰性成分的含量
可燃气体，降低粉尘爆炸最小点火能和爆炸下限降低，爆炸压力及升压速度
惰性气体，不但会缩小粉尘爆炸的浓度范围，而且会降低粉尘爆炸的压力及升压速度。

（四）粉尘的爆炸环境条件
（五）火源强度或点火方式
火源温度越高、火源越强时，粉尘的爆炸下限较低。

（六）容器的容积
同可燃气体爆炸一样，容积越大，粉尘爆炸的最大升压速度越小。

9■动蒸发的的影响因素
（1）燃料的沸点和饱和蒸气压：沸点越低，蒸发性越高；蒸汽压越大，蒸发性越高（2）扩散系数：扩散系数愈大，蒸气的扩散速率愈大，液体蒸发性越高。

（3）蒸发潜热：当外界条件相同时，液体的蒸发潜热愈高，蒸发的速度也愈低＜（4）粘度：粘度小，雾化时摩擦小，颗粒细，蒸发面积大，蒸发速度快。

（5） 表面张力：表面张力较小的燃料，雾化容易，蒸发表面增加，蒸发更为完 善。

（6） 空气温度：温度愈高，液体的蒸发速度愈大
（7） 蒸发表面：液体的蒸发表面愈大，单位时间内的蒸发量也愈大。

三、论述题
1■雨果尼奥曲线（自己去找老师第一章
PPT31页左右，图和公式很多复制太麻
烦） 2■激波的形成（见第四章 PPT60页往后里，自己看吧，复制太麻烦） 3■爆轰
爆轰的发生
（a 正常火焰传播0— 0前面形成一系列压缩波d —d,d '— d',d 〃一d 〃……
（b ） 正常火焰传播0—0前方爆轰波U — U 已形成，并使未燃混合气着火； （c ） 正常火焰传播与爆轰波引起的燃烧合二为一 爆轰形成条件
1 •初始正常火焰传播能形成压缩扰动
初始正常火焰传播能否形成压缩扰动，是能否产生爆轰波的关键。

2 •管子要足够长或自由空间的预混气体积要足够大 3 •可燃气浓度要处于爆轰极限范围内
爆轰极限范围一般比爆炸极限范围要窄 4 •管子直径大于爆轰临界直径
管子能形成爆轰的最小直径称爆轰临界直径，约为 12〜15mm 。

四、计算题
1■爆炸极限的计算
例1■有燃气体含C2H6 40%, C4H10 60%,取1m3该燃气与19m3空气混合。

该 混合气体遇明火是否有爆炸危险？ （ C2H6和C4H10在空气中的爆炸上限分别为 12.5%、8.5%，下限为 3.0%、1.6%）
空）
O * & d _______
O d r d
爆轰形成过程示意图
解:
乙烷：P 仁40% 丁烷：P2=60%
100
% = 2.0% x± = 40 60 —+ ------- 3 1.6
混合气中可燃气浓度：1/ （1+19） =5% 故，该混
合气体遇火爆炸。

100
% 40 60
------- + -------
12.5 8.5
2.0% < 5% < 9.7% 二
9.7%
2■燃烧温度的计算
例：已知木材的质量百分数组成：C —40%，
6%，
（1） （2） （3）
（4）
H —10%，0—41%, N —
2%，
A — 1% 1kg 木材完全燃烧理论空气量，烟气的组成，体积 （a = 1）
木材的高低热值 =1.5， =1.5 完全燃烧所需的空气量, 燃烧温度 烟气的组成，体积 ［解］: （1）
V
0 ,O 2
<12
32 V
0 ,air
烟气的组成: 0 ,CO 2
V
0, N 2 V 0,H 20
40 12 1 .02 10
4 3
m
— 22 .4 10 -2 32 \ 二 22 .4 10 -
41 32
0,02
0.21
CO 2, H 2O, N
22 .4 12 C 100 1 .02 0 .21
4 .86
2 22 12 .4 100
0.747 m 3
22 .4 28 N 100 0.79 V 0,air 22^ 28
孟 0.79
4.86 3
-3 .855 m
——+ 22 4 工 x -M
- 100 ' 18 100 丝4过如+22处丄x
2 100 18
—二 1.195 m 3
100
V 0,CO 2
V 0,yq （2）木材的高低热值
+ V 0,N2 +V 0,H2O = 0.747 + 3.855 + 1.195 = 5.797m 3
Q H - 4.18 '81C 300H - 26 O - S
丨
二
4.18 81 40 300 10- 26 4V 2 1
二
21409.96KJ
Q L =Q H - 6 9H W 4.18
9 10 6 4.18
二21409 .96 - 6
二19002 .28 KJ
(3) a= 1.5完全燃烧所需的空气量，烟气的组成，体积a= 1.5
烟气的组成：CO 2, H 2O, N 2 ,02
3 m V H2O - 1 .195 m 3
V CO 2
二0.747
V N2二3 .8550.79 1 .53
-1 )V°,air = 5 .775 m
V02二0.21 1 .5-1V0, air二0.51 m 3
V yq=V°,yq+© _1)V°,ai「= 5.797 + (1.5 _1尸4.86 = 8.227 m3
3■爆炸三角形
例题：已知乙烯在氧气中的爆炸浓度极限为3〜80%，氮气惰化时的爆炸临界点为(氧气10%，氮气87%，乙烯3%)。

(1)请绘出乙烯一氧气一氮气体系的爆炸浓度极限图。

(2)用图解法计算乙烯在空气中的爆炸浓度极限。

(3)在1m3的混合气(乙烯20%，其余为空气)中，至少掺入多少m3的氮气后遇明火不
会爆炸。

乙慌
2) 乙烯在空气中的
L' =3%
U' =35%
3) 若要遇明火不爆炸则氮气浓度
大于75%
设加入氮气x m3，
有：
1 80% 79% x =
1 x
解之，得x=0.472m3
补：第二题第四问：
(4) a = 1.5 燃烧温度
V CO2= 0.747m3V H2O =1.195m3V N^ 5.775m3 V°2= 0.51m3
Q L 二 19002 .28 KJ
设t i =1500C
查表得
C PC °2
二 2.3354,C pH 2。

= 1.8527,0卩2 = 1.444,C p6 = 1.5294
(0.747 沢 2.3354 +1.195^1.8527 、
= 1500 江
=19617 KJ 严 5.775 汇 1.444 + 0.51 江 1.5294
/
Q I Q 11 t t 1
设t2=1400C
查表得
C PCO 2 二
2.3136 , C PH 2 o = 1 . 8280 , C PN 2 二
1 . 4348 , C p°
2 二
1 . 5202
f 0.747 x 2.3136 + 1.195 x 1 .8280 、
Q l2 = 1400
汉
=18162 KJ
i+ 5.775 x 1 .4348
+ 0.51 汉
1.5202
/
Q I 2 Q I Q I 1 12 t 11
特别重大火灾
> 30 > 100 > 1 重大火灾 > 10 > 50 > 0.5 重大火灾 > 3 > 10 > 0.1 一般火灾
V 3
V 10
V 0.1
燃烧：有强烈放热和发光的速度较快氧化还原反应 &生成新物质。

看看下列反应是否属于燃烧？
1. 点亮灯泡中的钨丝
2. 放在惰性介质中的灼热铁块
3. 金属生锈
4. 食物腐烂
5. 生石灰遇水反应
以上均不属于燃烧 燃烧的分类 按着火方式：
（1） 强制着火（点燃）：可燃物直接接触外部能源（点火源）引起的燃烧；
t 二 1400 1500 - 1400
19617 - 18162
19002 .28 - 18162 二 1458 ( C)
五、可能的填空题（老师画的重点 PPT 里的内容没有出现在简答、论述、计算 里的内容，可能有些遗漏）
火灾等级划分
（2）自发着火（自燃）：受热自燃---- 点火源不与可燃物直接接触，可燃液体在
安一的兄弟姐妹们我已经尽力了，可能有遗漏就自己看看吧！真的蛮累的
容器内加热；自热自燃——不需要外界提供能量按燃烧过程的控制因素
（1）扩散燃烧边混合边燃烧，燃烧速度受扩散速度控制
（2）动力燃烧已均匀混合后气相燃烧或爆炸，燃烧速度取决于化学反应速度按燃烧时可燃物的状态
（1）气相燃烧有火焰产生
（2）液相燃烧并非液体本身燃烧，而是蒸发出可燃气体的燃烧
（3）固相燃烧没有火焰只有光和热，如阴燃燃烧的类型
闪燃与闪点
闪燃：可燃液体蒸发出少量可燃蒸气，遇到火源产生一闪即灭（延续时间小于
5S）的燃烧现象。

闪点：可燃液体发生闪燃的最低温度。

闪燃是液体燃烧的前奏，闪点是衡量可燃液体危险性的一个重要参数，液体的闪点越低，它的火灾危险性越大。

闪点的判定
a. 有机同系物中，分子量越高的液体，其闪点也越高。

b. 汽油是由烷烃的同系物组成的，汽油馏分的温度越高，则烷烃的碳链越长，其闪点也就越高。

c. 同系物中异构体比正构体的闪点低。

d. 能溶于水的易燃液体的闪点，随含水量的增加而提高。

e. 两种燃烧液体混合物的闪点一般低于这两种液体闪点的算术平均值。

自燃与自燃点
着火与着火点
闪点是鉴别火灾危险性的重要依据，大致可以分成四级二类。

四级闪点，两种分类，易燃和可燃
正构体和异构体是指有机物构架中的碳骨架的结构是直连结构还是含有支链。

凡是骨架含有碳支链的有机物都是异构体。

凡是直连结构没有其他碳支链的是正构体。

女口：CH3CH（CH3）CH3 和CH3CH2CH2CH3
可燃物在空气中的自燃：
（1）氧化放热自燃
黄磷、磷化氢、煤、橡胶粉末、浸油脂物品
（2）分解放热自燃
硝化棉、塞璐璐、硝化纤维素电影胶片、硝化甘油
（3）聚合放热自燃
有机物质单体在生产、储存中因阻聚剂失效或加量不足使单体原料自行聚合放热，引起暴聚、冲料或火灾爆炸
（4）吸附放热自燃一一活性炭、还原镍、还原铁等粉末
（5）发酵放热自燃
稻草、麦秸、杂草、树叶等植物大量堆积受潮时易发酵放热、氧化放热，导致自燃爆炸的分类：物理性、化学性、核爆炸。

安一的兄弟姐妹们 我已经尽力了，可能有遗漏就自己看看吧！真的蛮累的
陈瑛安全B101 11
物质的扩散
J A = -
D AB — -- J s - -D s by dy
对于气体，质量分数fA= p A/ p 傅立叶定律
在不均匀温度场中，由于导热所形成的某地点的热流密度正比于该时刻同 一地点
的温度梯度•
dT
在一维温度场中其数学表达式为：4%''=*忌
热通量，W/m2; dT/dx,温度梯度，C /m;
k, 导热系数，W/ (m?K )
导热系数k 即为单位温度梯度时的热通量。

不同的物质其导热系数不同，同 种物质的导热系数也会因材料的结构、密度、湿度、温度等因素的变化而变化。

在燃烧现象中，气体是多组分的，比如有燃料气、氧化剂、燃烧产物、惰性气体 以及各种自由基等。

因此，从连续介质力学角度看，研究燃烧问题，就是 研究多 组分带化学反应的流体力学问题。

多组分反应流体主要指多组分反应气体。

多组分反应流体问题比经典的流体力学 问题要复杂的多。

费克(Fick)扩散定律
汀A J A = - : D AB
f A ■y。