第4章 爆炸及其破坏作用

4.1 爆炸机理与特性
4.1.3 粉尘爆炸
河北秦皇岛粉尘爆炸事 故： 2010年2月24日16时许， 河北省秦皇岛骊骅淀粉股 份有限公司淀粉四车间发 生爆炸。事故造成19人死 亡，49人受伤(其中8人重 伤)。
4.1 爆炸机理与特性
4.1.3 粉尘爆炸
河北秦皇岛粉尘爆炸事故：
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4.1 爆炸机理与特性
爆炸TNT当量计算示例 某加气站储存液态和气态天然气，天然气量相当 于TNT的当量按下式计算：
天燃气最大储存质量为：154680kg； 天燃气燃烧热：55455KJ/Kg； η——通常取4%；


WTNT当量计算公式：
WTNT=ηWfΔHf/ QTNT =0.04×154680×55455/4187 =81947kg
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4.1 爆炸机理与特性 4.1.2 气体爆炸
1．气体爆炸机理 1）热点火机理
在热点火理论中，物质因自热而引起着火， 从阴燃到明燃直至发生爆炸的现象，称为热 爆炸或热自燃。
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4.1 爆炸机理与特性
4.1.2 气体爆炸
1．气体爆炸机理 1）热点火机理 2）链式反应机理
某些可燃气体在受到外界热、光等激发时，分 子键被击破而发生离解形成游离基，这些游离基与 原始混合气体会发生一系列链式反应生成最终产物， 并释放出燃烧反应热，这种能使活化中间产物再生 的反应称为链式反应。
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气发生反应生成一氧化碳，然后扩散到周围环境中去再被氧化 成二氧化碳。
4.1 爆炸机理与特性
3）爆炸发展过程 （1）火焰加速传播 （2）爆燃向爆轰转变 （3）二次粉尘爆炸形 成
二次或多次粉尘爆炸 具有极强的破坏力，有 时甚至会发展成为爆轰。
V最大=800m/s
图 水平巷道中煤尘爆炸火焰加速传播
4.2.2 爆炸下限和上限计算及影响因素 4.2.3 多种可燃气体组成混合物的爆炸极 限计算 4.2.4 含有惰性气体的多种可燃混合物爆 炸极限计算
4.2 爆炸极限及其理论
4.2.2 爆炸上限和爆炸下限计算
1、专用仪器测量； 2、经验公式计算。
100 LX % 4.76( N 1) 1
第4章 爆炸及其破坏作用
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本章主要内容
4.1 爆炸机理与特性 4.2 爆炸极限及其理论 4.3 爆炸准则及破坏作用 4.4 描述空气爆炸波的理论方法
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重、难点与学时安排
重点：
1. 2. 3. 4. 气体、粉尘、炸药的爆炸机理及影响因素 爆炸极限理论 爆炸准则 爆炸波理论
难点：
这起事故使1.3万平方米的厂房遭受不同程度的破坏，2个 换气室、l个除尘室全部被炸毁，整个除尘系统遭受严重 破坏，厂房有的墙倒屋塌，地沟盖板和原麻地下库被炸 开，车间内的189台（套）机器和电气等设备被掀翻、砸 坏或烧毁，造成梳麻车间、前纺车间、细纱湿纺车间全 部停产，准备车间部分停产。由于厂房连体面积过大， 给职工疏散带来困难，职工伤亡235人，其中重伤65人， 轻伤112人，死亡58人。直接经济损失8819000元。
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4.1 爆炸机理与特性 2）气体分解爆炸
（1）分解爆炸性气体及临界压力
分解反应一般是吸热反应，但有些是放热反 应。当初始压力小到一定值时，系统便不发生 分解爆炸，这个压力称为分解爆炸临界压力。
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分解爆炸 气体分解爆炸：C2H2 C2H4 NO N2O 等
分解爆炸的临界压力
简单分解爆炸：爆炸时分解为元素，乙炔银、碘
4.1.3 粉尘爆炸
江苏昆山中荣金属制品有限公司汽车轮毂抛光车间 爆炸事故
4.1 爆炸机理与特性
4.1.3 粉尘爆炸
目前已经发现下述七类粉尘 具有爆炸性: 1. 金属粉尘 如镁粉、锰粉 2. 煤炭 3. 粮食粉尘 如面粉、淀粉 4. 合成材料粉尘 如塑料、染料 5. 饲料粉尘 如血粉、鱼粉 6. 农副产品 如棉花、亚麻 7. 林产品粉尘 如纸粉、木粉
4.1 爆炸机理与特性
4.1.1 爆炸发生的基本条件
1．物理爆炸发生的条件 物理爆炸是一种极为迅速的物理能量因失控 而释放的过程。 2．化学爆炸发生的条件 形成化学爆炸的反应过程必须同时具备:
1. 反应过程放热 2. 反应过程速度极快 3.反应生成大量气体产物 4.能自动迅速传播
1. 爆炸机理 2. 爆炸准则
学时：
2学时
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4.1 爆炸机理与特性
爆炸的定义
物质由一种状态迅速地转变为另一种状态，并瞬间 以机械功的形式放出大量能量的现象，称为爆炸。 爆炸现象一般具有如下特征： （1）爆炸过程进行得很快 （2）爆炸点附近瞬间压力急剧上升 （3）发出声响 （4）周围介质发生震动或邻近物质遭到破坏
(2)含氧量
4.1 爆炸机理与特性
4.1.3 粉尘爆炸
江苏昆山中荣金属制品有限公司汽车轮毂抛光车间 爆炸事故 2014年8月2日上午7时32分许，江苏昆山市开发 区中荣金属制品有限公司汽车轮毂抛光车间在生产 过程中发生爆炸。 截至8月4日爆炸已造成75人死亡，185人受伤。
4.1 爆炸机理与特性
图 甲烷含量对煤尘爆炸浓度下限的影响
4.1 爆炸机理与特性
4.1.4 火炸药爆炸
1. 热起爆 2. 机械起爆 3. 冲击波起爆 4. 光起爆 5. 电起爆 6. 电磁辐射等
4.1 爆炸机理与特性
4.1.5 蒸气爆炸
蒸气爆炸指的是液体因急剧受热，迅速沸 腾而形成的一种爆炸现象。 【例如】冶金、铸造、锻造等高温作业的 工厂，因为灼热的熔融金属和水接触之后 迅速产生大量水蒸气而发生爆炸；锅炉的 爆炸；液化天然气因泄漏与水接触而发生 的爆炸等。
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爆炸的分类
爆炸的分类：
按爆炸能量的来源分类，爆炸可分为物理爆炸、化学爆炸、核爆 炸三类。 化学爆炸按参加物质的反应类型，分为简单分解爆炸、复杂分解 爆炸和爆炸性混合物爆炸。 化学性爆炸按爆炸传播速度，分为轻爆、爆炸和爆轰。 轻爆：数米每秒，爆炸：十几到数百米每秒，爆轰：1000-7000m/s 根据爆炸物的物理状态，爆炸分为气相、液相、固相爆炸。 们通常所说的爆炸，一般是指化学爆炸。 我
LX 0.55 X
Ls 4.8 X
20.9 X 0.209 N
4.2 爆炸极限及其理论
4.2.5 爆炸极限的影响因 素
(1)温度
混合物原始温度越高，则爆炸下 限越低，上限增高，爆炸极限范围 扩大，爆炸危险性增加。
CO与空气混合
<12.5 % =12.5 % 不燃不爆 轻度燃爆 燃爆逐渐增强 =30% 燃爆最强烈 左右 燃爆逐渐减弱 =80% 轻度燃爆 >80% 不燃不爆
一般认为，煤尘可燃挥发分小于10%的，基本 上没有爆炸危险性。
（4）灰分和水分
实验表明，煤尘中含灰分达30%~40%时不爆炸。
4.1 爆炸机理与特性
2．粉尘爆炸影响因素 1）理化性 2）外部条件 （1）含氧量 图 粉尘爆炸浓度下限与粒径及氧含量关系 （2）空气湿度 （3）可燃气体的含量 （4）惰性成分的含量 （5）温度和压强 （6）点火源强度和最小点 燃能量
化氮等。 不稳定，撞击、摩擦、震动都可能引起爆炸。
复杂分解爆炸：含氧炸药、烟花爆竹等。
4.1 爆炸机理与特性
2）气体分解爆炸
（1）分解爆炸性气体及临界压力 （2）火焰传播特性
当乙炔在管道中发生分解爆炸时，火焰传播 到一定距离后便会成长为爆轰，爆轰压力为初 始压力的10~50倍。
表4-1 乙炔在管道中所测爆轰成长距离与初始压力关系 初始压力/MPa 爆轰成长距离/m 0.35 9.1 0.38 6.7 0.50 3.7 2.00 0.9~1.0
4.1 爆炸机理与特性
Fra Baidu bibliotek

4.1.3 粉尘爆炸
1．粉尘爆炸机理及过程描述 1）粉尘爆炸的条件 一．要有一定的粉尘浓度。 二．要有一定的氧含量。 三．要有足够能量的点火源。 四．粉尘必须处于悬浮状态，即粉尘云状态。 五．粉尘云要处在相对封闭的空间，压力和温 度才能急剧升高，继而发生爆炸。
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4.1 爆炸机理与特性
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4.1 爆炸机理与特性
4）爆炸特性参数 （1）爆炸极限 （2）最小点火能量 （3）点火温度 （4）最大允许含氧量 （5）粉尘层比电阻 （6）最大试验安全间隙 （7）爆炸压力和升压速度 （8）爆炸指数
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4.1 爆炸机理与特性
2．粉尘爆炸影响因素 1）理化性 （1）颗粒度 （2）燃烧热 （3）挥发分
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4.1 爆炸机理与特性
3．气体爆炸特性参数测定方法（自学） a) 爆炸极限 b) 最小点火能量 c) 自燃点 d) 最大试验安全间隙 e) 爆炸指数
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4.1 爆炸机理与特性
4.1.3 粉尘爆炸
哈尔滨亚麻厂“3· 15”特大亚麻粉尘爆炸： 1987年3月15日2时39分，亚麻厂正在生产的梳麻、 前纺、准备3个车间的联合厂房，突然发生亚麻粉 尘爆炸起火。一瞬间，停电停水，当班的477名职 工大部分被围困在火海之中。
2）粉尘爆炸机理 1.气相点火机理
分为四步，如右图所示。 粉尘点火过程分为颗粒加热升温、 颗粒热分解或蒸发汽化，以及蒸发 汽化与空气混合形成爆炸性混合气 体并发火燃烧甚至爆炸。
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2）粉尘爆炸机理 1.气相点火机理 2.表面非均相点火机理
4.1 爆炸机理与特性
①氧气与颗粒表面直接发生反应，使颗粒发生 表面点火； ②挥发分在粉尘颗粒周围形成气相层，阻止氧 气向颗粒表面扩散； ③挥发分点火，并促使粉尘颗粒重新燃烧。 【例如】在一般燃烧温度范围内1000~ 2000K，碳首先与氧
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4.1 爆炸机理与特性
2．气体爆炸特性
1）气体混合爆炸
可燃气体与空气混合物爆炸，是可燃气体在空气 中迅速燃烧引起压力急骤升高的过程。
（1）爆炸特性参数
①点火特性表征参数，如闪点、引燃温度等 ②爆炸效应表征参数，如燃烧速度、爆炸指数等
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4.1 爆炸机理与特性
（2）爆燃特性
① 爆燃波传播特性 ② 爆炸冲量 H f WTNT e Wf QTNT ③ 爆炸TNT当量 （3）爆轰特性 爆轰是火焰加速传播的一种极 端状态 爆燃波以亚音速传播，火焰阵面 前方有前驱冲击波扰动 爆轰波以超音速传播，波阵面前 沿是未受扰动的未燃混合物。 图4-2 气体爆炸典型压力-时间历史曲线
4.1 爆炸机理与特性
4.1.5 蒸气爆炸
1．液体沸腾 2．熔融物水蒸气爆炸 3．低温液化气蒸气爆炸 4．高压过热液体蒸气爆炸
4.2 爆炸极限及其理论
4.2.1 爆炸完全反应浓度计算
可燃物和助燃物的浓度比例为恰好能发生 完全的化合反应时，爆炸所析出的热量最多， 所产生的压力也最大。
4 100 Ls % 4.76 N 4
根据完全燃烧所需的氧原子数计算爆炸上限和爆炸下限的体 积分数。用于计算有机物的爆炸极限。
N－每摩尔可燃气体完全燃烧所需的氧原子数
4.2 爆炸极限及其理论
•2、经验公式计算。
•用爆炸性混合气体完全燃烧 时的浓度，确定链烷烃的爆 炸下限和上限。 •X－爆炸性混合气体完全燃 烧时的浓度
4.1 爆炸机理与特性
4.1.3 粉尘爆炸
富士康集团鸿富锦成 都公司爆炸事故 2011年5月20日19时许， 富士康集团鸿富锦成都公 司抛光车间在生产中发生 爆炸事故，造成3人死亡， 15人受伤，其中多人重伤。 据中央电视台报道，爆炸 原因初步查明是打磨的铝 制粉尘在管道内堆积，遇 电器开关打火，在排风桶 内引起爆炸。
4.1 爆炸机理与特性
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4.1 爆炸机理与特性
4.1.3 粉尘爆炸
上海一木屑厂发生粉尘爆炸事故 2007年5月26日17时30分许，上海市应急联动中 心接报：宝山区罗泾镇洋桥村一个约200平方米的 加工、生产木屑厂在加工、生产过程中发生粉尘 爆炸事故并引发火灾。 据初步了解，该木屑厂由外省市人员租赁，07 年5月中旬开始违规加工、生产木屑业务。事发 时，有一辆货车正在现场装载锯末粉。此次事故 造成4人死亡5人受伤。