防火防爆理论与技术第5章

1
n0
N
RT
2
2
li
e RT
单位时间单位面积上蒸发出的液体的质量ω为
1
1
n0
N
1
RT
2
2
e
li RT
RT
2
2
e
li RT
假定液体表面每平方厘米气相层有C0个蒸气分子，
则单位时间内在单位面积液面上所发生的蒸气分子
撞击次数Z为：
1
RT 2
Z
C0
j
2
假定每ξ次撞击有一次被吸回液面，则在单位时间
v1
4k d
TF
T1
h TF
T1 FFTF4 1T14 1 LV cpl T1 T
c
pl
H
T1
T
第四节 可燃液体火灾蔓延
液面火 ➢ 如果在大面积的水面上有一层较薄的浮油，这层浮油燃烧时的火就称为 液面火； ➢ 液面火有一个不断扩大的过程，一旦着火，会很快在整个油面上形成火 焰；而油池火主要集中于有限的范围内。
第四节 可燃液体火灾蔓延
含油固面火 ➢ 油泄漏到地面，地面就成了含有可燃性液体的固面，如果着火燃烧就形 成了含油固面火。 ➢ 粒径、初温、倾角、砂层导热系数对蔓延速度影响
第五节 油罐火灾燃烧
液体的燃烧速度 ➢ 可燃液体一旦着火并完成液面上的火焰传播之后，就进入了稳定燃烧阶 段； ➢ 可燃液体的燃烧速度取决于液体的蒸发速度； ➢ 直线燃烧速度 单位时间内燃烧掉的液层厚度。
原油燃烧时热量在液层中的传播特点 ➢ 沸程较宽的混合液体 ➢ 热波的形成 ➢ 热波传播速度
第五节 油罐火灾燃烧
沸溢和喷溅火灾 ➢ 沸溢形成的原因 ➢ 沸溢形成条件 具有形成热波的条件，沸程宽，密度相差大； 原油中含有浮化水； 原油黏度大。 ➢ 喷溅形成的原因 ➢ 沸溢及喷溅的危害
感谢下 载
第三节 闪燃与爆炸温度极限
爆炸温度极限 ➢ 饱和蒸气浓度与温度为一一对应关系； ➢ 已知液体温度可以求得它表面的蒸气浓度
pz C ➢ pH为混合物的压力，Pa。大气压力101325Pa
pH
第三节 闪燃与爆炸温度极限
爆炸温度极限 ➢ 例1：有一个储存苯的罐温度为10℃，请确定是否有爆炸危险，如有在什 么温度下存储较安全？
第四节 可燃液体火灾蔓延
油池火 ➢ 盛装于圆柱形立式容器中的液体燃烧 ➢ 用液面下降速度表示燃烧速度
第四节 可燃液体火灾蔓延
油池火焰向液体内传热主要有： ➢ 容器器壁向液体的热传导：
q k d T T ➢ 液面上高温气体与液面的热对流： cd
F1
➢ 火焰和高温气体向液体的热辐射：
qcv h
d2 4
TF T1
qra
d2
4
FFTF4 1T14
三个热量的总和应该等于液体蒸发和升 温所需热量，即
qcd
qcv qra
d2
4
v11LV
c pl
M1
d
4
2
v11
T1 T
则液面的下降速度为：
v1
qcd qcv qra
d2
4
1
LV
cpl M1 cpl T1
T1 T T
第二节 液体燃料蒸发
蒸发的动力学基础 ➢ 液体表面层的分子由于热运动克服了相邻分子对它的引力而离开液面。 即分子热运动的速度必须大到一定程度 ➢ m表示分子的质量，ux表示垂直于液面的x轴上分子运动的速度分量，ε表 示液体分子逸出表面层所做的功，则液体蒸发必须的条件为：
mu
2 x
≥
2
u
≥
x
2
m
假定真空条件下液体自由蒸发的速度：
1mol液体的蒸发潜热与该液体的沸点成 正比。
H K T
K 8.754 57 lgT
第三节 闪燃与爆炸温度极限
同类液体闪点变化规律 ➢ 随分子量增加而升高； ➢ 随沸点升高而升高； ➢ 随比重增大而升高； ➢ 随蒸气压降低而升高； ➢ 正构体比异构体闪点高。
第三节 闪燃与爆炸温度极限
混合液体闪点 ➢ 完全互溶的可燃性液体闪点：低于算术平均值，接近于含量大的组分的 闪点。
456
901 1 693 2 973 4 960 7 906 12 399 18 598
4 686 8 279 13 972 22 638 35 330
1 720 3 226 5 840 9 706 15 825 24 491 37 637 55 369
可燃气体与蒸气在20℃及101 325 Pa下的爆炸极限
12.80 47.00 —— 15.60 11.40 —— 74.00 80.00 27.00 50.00 45.50 28.50 18.70 14.50 ——
第三节 闪燃与爆炸温度极限
可燃液体闪点的直接计算 ➢ 利用液体分子中的碳原子数求闪点
t ➢ 利用波道查公式f 10410nC 277.3
第二节 液体燃料蒸发
液体蒸发概述 ➢ 汽化：由液态变为气态的过程 蒸发：低于沸点，在液体表面进行的汽化 沸腾：沸点时，在液体表面和内部同时进行的汽化 ➢ 蒸发：液体表面分子运动的宏观表现 汽化过程； 扩散过程； 凝结过程。 ➢ 气液动态平衡：逸出的分子数＝返回的分子数 ➢ 饱和蒸气：液相和气相平衡时为饱和状态，此时的蒸气为饱和蒸气，饱 和蒸气产生的压力为饱和蒸气压
内每平方厘米表面上被吸回液面的分子数为
1
n0
C0
j
RT
2
2
当蒸发继续进行，直到平衡状态，即蒸发出去的分
子数等于被吸回的分子数，此时蒸气达到饱和状态，
饱和状态下的蒸气浓度为饱和蒸气浓度Cs，压力为
ps：
1
n0
n0
Cs
j
RT
2
2
由前面n0的计算公式，可得
Cs
N
li
e RT
j
1
N
li
A ps p0
第二节 液体燃料蒸发
静蒸发
➢ 蒸发与外界压力成反比 ➢ 与表面积成正比
A pex
ps
p0
➢ 蒸发损耗
AS pex
ps
p0
➢ 小呼吸
第二节 液体燃料蒸发
动蒸发 ➢ 液体在流动的气流中分散为细小颗粒的蒸发。 ➢ 大呼吸 ➢ 动蒸发的速度远超过静蒸发。
第二节 液体燃料蒸发
动蒸发的影响因素 ➢ 沸点和饱和蒸气压； ➢ 扩散系数：越大，蒸发速度越快 ➢ 蒸发潜热：越大，蒸发速度越慢 ➢ 黏度：越大，蒸发速度越慢 ➢ 表面张力：越大，蒸发速度越慢 ➢ 空气温度：越高，蒸发速度越快 ➢ 蒸发表面：越大，蒸发速度越快
沸点及饱和蒸气压：沸点越低，饱和蒸 气压越高，蒸发性越好。
➢ 质量燃烧速度
H
v 单位时间内单位面积上燃烧掉的液体质量。
t
G g st
第五节 油罐火灾燃烧
液体燃烧速度的影响因素 ➢ 液体初温的影响：
➢ 容器直径的影响：
G
LV
Q
cp t2
t1
第五节 油罐火灾燃烧
液体燃烧速度的影响因素 ➢ 容器中液面高度的影响 ➢ 液体中含水量的影响 ➢ 风的影响
e RT
Cs j
即由饱和蒸气浓度和蒸发潜热可以计算撞合系数
则单位时间内液体表面层每平方厘米表面内蒸发出
去的分子数n
1
n
百度文库
n0
n0
RT
2
2
N
li
e RT
C0
j
由前面的1/ξ计算公式，可得
1
n
N
li
e RT
RT
2
2
1
C0 Cs
1
n
N
li
e RT
RT
2
2
碳原子数
t f 0.6946tb 73.7
可燃液体沸点
第三节 闪燃与爆炸温度极限
可燃液体闪点的间接计算 ➢ 利用爆炸浓度极限求闪点
➢ 多尔恩顿公式
氧原子数
➢ 布里诺夫公式
ps 1
pH n 1 4.76
仪器常数
ps
ApH
D0
扩散系数 氧摩尔数
第三节 闪燃与爆炸温度极限
爆炸温度极限的影响因素 ➢ 可燃性液体的性质； ➢ 压力； ➢ 水分或其他物质含量； ➢ 火源强度与点火时间。
物质名称
丙酮 氢氰酸 醋酸 醋酸甲酯 醋酸戊酯 松节油
氢 一氧化碳
氨 二氧化碳
硫化氢 氧硫化碳 一氯甲烷
溴甲烷 苯胺
爆炸下限 ／％
2.55 5.60 4.05 3.15 1.10 0.80 4.00 12.50 15.50 1.25 1.30 11.90 8.25 13.50 1.58
爆炸上限 ／％
1
p0 ps
换算成单位时间内单位面积上蒸发出去的液体质量，
即蒸发速度
1
RT
2
2
li
e RT
1
p0 ps
此即为纯液体蒸发公式，可以看出蒸发 速度与液体温度、密度、饱和蒸气压成正比，和液 体摩尔数、蒸发潜热、气相中的分压成反比。
当液体温度一定时，式中ρ、R、T、μ 及li均为常数，故上式可以写成：
第五节 油罐火灾燃烧
油罐燃烧的火焰特征 ➢ 火焰的燃烧状态 ➢ 火焰的倾斜度 ➢ 火焰的高度 ➢ 火焰的温度 ➢ 火焰的辐射
第五节 油罐火灾燃烧
单组分液体燃烧时热量在液层内的传播特点 ➢ 单组分液体和沸程较窄的混合液体，会形成稳定燃烧，且燃烧速度基本 不变； ➢ 液面温度接近但稍低于液体的沸点； ➢ 液面加热层很薄。
物质名称
甲烷 乙烷 丙烷 乙烯 乙炔 苯 甲苯 二甲苯 甲醇 乙醇 丙醇 异丙醇 甲醛 糠醛 乙醚
爆炸下限 ／％
5.00 3.22 2.37 2.75 2.50 1.41 1.27 1.00 6.72 3.28 2.55 2.65 3.97 2.10 1.85
爆炸上限 ／％
15.00 12.45 9.50 28.60 80.00 6.75 7.75 6.00 36.50 18.95 13.50 11.80 57.00 —— 36.50
0
1
p0 ps
0
ps
ps
p0
一定温度下饱和蒸气压不变，则
A ps p0
在一定温度下，液体蒸发速度取决于饱和蒸气压和 液面上该液体蒸气压之差。
第二节 液体燃料蒸发
静蒸发 ➢ 液体在容器中处于静止状态，液面空气不流动时的蒸发； ➢ 液体在容器中储存时的蒸发。 ➢ 密封条件下，蒸发速度
感谢下 载
-10
0
+10 +20 +30 +40 +50 +60
5 160 1 951
8 443 3 546
14 705 5 966
24 531 9 972
37 330 15 785
55 902 24 198
81 168 35 824
115 510
52 329
11 732 15 199 20 532 27 988 37 730 50 262
第三节 闪燃与爆炸温度极限
混合液体闪点 ➢ 可燃性液体和不燃性液体混合后的闪点：其闪点随着不燃性液体含量的 增加而升高。当不燃性液体含量达到一定值时，混合液体不再发生闪燃。 ➢ 醇水溶液的闪点。
溶液中醇的含量（％）
100 75 55 40 10 5 3
甲醇
7 18 22 30 60 -
乙醇
11 22 23 25 50 60 -
➢ 例2：已知甲苯的爆炸浓度极限为1.27～7.75％，大气压力为101325Pa， 试求其爆炸温度极限。
几种常见可燃液体的饱和蒸气压力
丙酮 苯
航空汽油 车用汽油 二硫化碳
乙醚 甲醇 乙醇 丙醇 丁醇 甲苯 乙酸甲酯 乙酸乙酯
-20
991
6 463 8 933 836 333
232 2 533 867
11 199 14 972 1 796
5 333 17 996 24 583 3 576
6 666 27 064 28 237 6 773
9 333 40 237 57 688 11 822
13 066 58 262 84 526 19 998
18 132
82 260 120 923
32 464
24 065
第五章 可燃液体燃烧与爆炸
主要内容 ➢ 第一节 液体燃料的燃烧特性和种类 ➢ 第二节 液体燃料的蒸发 ➢ 第三节 闪燃与爆炸温度极限 ➢ 第四节 液体燃料的火灾蔓延 ➢ 第五节 油罐火灾
第一节 液体的燃烧特性和种类
燃烧特性 ➢ 属于气相燃烧
燃烧种类 ➢ 液面燃烧 ➢ 灯芯燃烧 ➢ 蒸发燃烧 ➢ 雾化燃烧
114 217 168 626
50 889
156 040 216 408
83 326
747 1 627 3 173 5 866 10 412 17 785 29 304 46 863
436 952 1 933 3 706 6 773 11 799 18 598
271 628 1 227 2 386 4 413 7 893
克劳修斯—克拉佩龙方程：
dp H
dT T V2 V1
已知蒸发潜热，蒸气看作理想气体，由于V1远远小 于V2，则上述方程积分后
ln
p2 p1
H R
1
T1
1 T2
安顿方程（蒸气压计算公式）
lg p a b tc
a、b、c为常数，可以查手册或用三个已知的蒸气 压计算
蒸发潜热：单位质量液体变成蒸气所需 要的热量。单位KJ/Kg。越大，蒸发越慢