燃烧与爆炸试卷-答案

2013年工程硕士《燃烧与爆炸灾害及其防治》试卷（无锡班）
工程领域：安全工程姓名：魏旭东成绩：
一、填空题（每空1分，共15分）
1.加压气体和/或液体由泄漏口释放到非受限空间（自由空间）并立即被点燃，
就会形成喷射火灾。

2.阴燃的结构包括热解区、碳化区和残余灰/炭三部分。

3.BLEVE是指沸腾液体扩展蒸气爆炸。

4.爆炸属于一种特殊的燃烧形式，但爆炸又不同于燃烧，其主要区别在于爆
炸的能量的释放速度远远大于燃烧。

5.谢苗诺夫热自燃理论适用于解释预混气体的热自燃过程。

6.在经审查批准可以在禁火区动火后，动火前必须进行动火分析，一般不要
早于动火前30分钟。

化工企业的动火标准是，爆炸下限小于4%的，动火地点可燃物浓度小于0.2% 为合格，爆炸下限大于4%的，则现场可燃物含量小于0.5%为合格。

7.灭火剂要具有低的导热系数和高的热容。

8.物质温度虽已达到理论上的自燃点，但并不立即着火，而要经过若干时间
才会出现火焰，这段时间称为诱导期。

9.可燃性图表中的可燃性区域与氧气轴的交点所对应的燃料气的浓度代表
可燃气体在氧气中的燃烧极限。

10.衡量爆炸强度强弱的指标是压力上升速度（dp/dt）。

11.“三次方定律”的作用是用来估计在一个有限空间内，如建筑物或
容器中爆炸所造成的后果。

二、简答题（每题5分，共40分）
1．抑制法灭火的原理是什么？
答：抑制法灭火的原理是使灭火剂参与到燃烧反应中去，它可以销毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或活性游离基，从而使燃烧反应终止。

2．什么是燃烧的链锁反应理论？并以氢气在氧气中的燃烧为例进行说明。

答：燃烧的链锁反应理论认为气态分子间的作用，不是两个分子直接作用得出最后产物，而是活性分析自由基与另一分子起作用，作用结果产生新基，新基又迅速参与反应，如此延续下去而形成一系列的链锁反应。

链锁反应都由三个阶段构成，即链引发、链传递和链终止。

氢气在氧气中的燃烧机理为： 链的引发
M
H M H HO O H +•→+•→+22222
链的传递 •+→++•→++••+•→+••
+•→+•+•→+•HO O H H HO M HO M O H OH
H H O HO O O H O H H H HO 222222222
链的终止 2
22
2H H H O H OH H H H →•+•→•+•→•
3．正常火焰传播和爆轰各自有什么特点？ 答：正常的火焰传播的特点：
（1） 燃烧后气体压力要减少或接近不变； （2） 燃烧后气体密度要减少；
（3） 燃烧波以亚音速（即小于音速）进行传播。

爆轰的特点：
（1） 燃烧后气体压力要增加； （2） 燃烧后气体密度要增加； （3） 燃烧波以超音速进行传播。

4．简述火焰传播的热理论和扩散理论。

答：（1）火焰传播的热理论认为火焰能在混气中传播是由于火焰中化学反应放出的热量传播到新鲜冷混气中，使冷混气温度升高，化学反应加速的结果。

（2）火焰传播的扩散理论认为凡是燃烧都属于链式反应，火焰能在新鲜混气中传播是由于火焰中的自由基向新鲜冷混气中扩散，使新鲜冷混气发生链锁反应的
结果。

5．解释原油在燃烧过程中发生沸溢现象的原因。

答：（1）由于原油的沸程较宽，组分之间的比重相差较大，因此在燃烧时能形成热波；（2）当热波遇到原油中乳化水后使乳化水汽化形成水蒸汽，体积膨胀；（3）水蒸气由于密度小，向上升，而原油粘度较大，水蒸汽不容易穿过油层进入环境，在原油内部形成油包水，导致原油体积不断膨胀，最终导致沸溢的发生。

6．简述阴燃向有焰燃烧转变的本质。

答：当碳化区的温度增加是，由于热传导使得热解区温度上升，热分解速率加快，挥发物增多，这时热解区附近空间的可燃气体浓度加大，当这个浓度达到某一值时，若有明火即可引燃；如果没有明火，当温度继续升高时，可以自燃着火。

这就完成了阴燃想有焰燃烧的转变。

7．粉尘爆炸的机理是什么？
答：（1）粉尘粒子表面通过热传导和热辐射，从点火源获得点火能使粉尘表面温度急剧升高。

（2）粒子加速热分解或干馏，在粒子周围产生气体。

（3）气体与空气混合，发生火焰面而燃烧。

（4）燃烧产生的热量，进一步促进粉尘分解，不断放出可燃性气体，使火焰传播。

8．静电火花引起火灾爆炸所必须具备的条件是什么？
答：静电火花引起火灾爆炸事故必须具备下列条件：
（1）要具备产生静电的条件。

（2）要具备产生火花放电的电位。

（3）有能产生火花放电的条件；
（4）放电火花有足够的能量；
（5）现场环境有易燃易爆混合物。

此5个条件缺一不可，因此要达到预防目的，只要消除其中一条即可防止火灾爆炸。

三、计算题（每题15分，共45分）
1．某混合物中各组分所占体积百分比以及燃烧极限如下表，试判断如果存在引
燃源，该混合气能否爆炸？
答：根据上表可知：
混合气中可燃物质乙烷、甲烷、乙烯的摩尔百分比分别为：0.24、0.61、0.15； % (5323958)
01
7215005610112401==++==
∑=n
1i i
i mix LFL y 1LFL %....46.130743010.36150166105.72401==++==
∑=n
1i i
i
mix UFL y 1UFL 由于混合气含有3.3%的可燃物质，在该混合气的燃烧极限内，因此，若在存在点燃源的情况下，该混合气可以发生爆炸。

2．试计算CO-空气混合物在CO 浓度为20%时爆炸的理论最高温度与压力。

已知T 0=300K ，P 0=0.1MPa ，CO 的燃烧热Qco=285.35kJ/mol 。

计算中需用到的气体的部分热力学能见下表。

-1答：当CO-空气混合物中的CO 的浓度为20%时，燃烧反应方程式如下： 0.2CO+0.168O 2+0.632N 2=0.2CO 2+0.068O 2+0.0632N 2 当T 0=300K ，P 0=0.1MPa 时
U CO =1.489kcal/mol ，U O2=1.486kcal/mol ，U N2=1.489kal/mol 反
∑U
=(0.2×1.489+0.168×1.486+0.632×1.489) ×4.184=6.228kJ
产
∑U =反
∑U
+nQ CO =6.228+0.2×285.35=63.298kJ
假设T max =2400K
U CO =15.105kcal/mol ，U O2=25.231kcal/mol ，U N2=14.195kal/mol
反
∑U
=(0.2×25.231+0.068×15.105+0.632×14.195) ×4.184=62.946kJ
因为63.298>62.946，所以，T max >2400K 假设T max =2600K
U CO =16.565kcal/mol ，U O2=27.798kcal/mol ，U N2=15.549kal/mol
反
∑U
=(0.2×27.798+0.068×16.565+0.632×15.549) ×4.184=69.09kJ
因为62.946<63.298<69.09，所以2400<T max <2600K T max =2400+=-⨯--）（24002600946
.6209.69946
.62298.632411.5K
P max =P 0
102max n T n T ⨯⨯=0.1×）
...（）
...（.6320168020300632006802052411++⨯++⨯=0.723MPa
3．使用真空惰化技术将100m 3容器内的氧化浓度降低至1ppm 。

计算需要惰化的次数和所需要的氮气数量。

温度为25℃，容器刚开始是在周围环境条件下充入空气，使用真空泵达到20mmHg 的绝对压力，随后真空被纯氮气消除，直到压力恢复至1个绝对大气压。

答：根据题意得知：
该容器的体积为100m3=100×264gal=26400gal; 温度为（℉）=32+25℃×1.8=77℉； 因此，初始和终止状态的氧气浓度为： y 0=0.21 y f =1ppm=1×10-6
所需要的循环次数应由如下方程计算：
y f = y 0j
⎭
⎬⎫
⎩⎨⎧H L P P
ln ⎭⎬⎫⎩⎨⎧0y j y =j ln ⎭
⎬⎫
⎩⎨⎧H L P P
j =）
（760/20ln )
21.0/10ln(6-=3.37
惰化次数j =3.37。

需要4次循环才能将氧气浓度减少至1ppm 。

同时，因低压=（20/760）×14.7psia =0.387 psia 故，需使用的氮气总数应为：
2N n ∆=j （P H -P L ）
T
R V
g =4×（14.7-0.387）psia ×R ft3psia gal ft gal o 3460)(77(10.73）
/7.481）（26400（+••)R mol /lb o
=35.07lb·mol
=981.2lb 氮气。