第三讲 燃气的燃烧与爆炸过程

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扩散燃烧、预混燃烧、蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧
根据燃烧发生瞬间的特点
闪燃、着火和自燃
第一部分
燃烧
可燃气体最易燃烧,燃
烧所需热量只用于本身氧 化分解,所以将可燃气体 加热到其燃点即可燃烧。
第一部分
燃烧

完全燃烧
可燃气体燃烧,可燃气体分子中所含的碳全部氧化成二氧化
碳,氢全部氧化生成水,这样的过程称为完全燃烧。
1.天然气管道开裂爆炸
发生时间:2010年9月9日 发生地点:美国太平洋燃气电力公司天然气传输 132 号管线途经加利
福尼亚州圣布鲁诺市一居民区
事故类型:焊接不合规范导致开裂事件 直接后果:泄漏134万方天然气,爆炸导致损坏108座房屋,66人伤亡 ,管道修理费用1350万美元。
2.事发管线的基本情况
第二部分
爆炸
事故管道基本信息 直径 材质 壁厚 MAOP MOP 30 英寸 (762 mm) X42 0.375英寸 (9.525mm ) 400psig (2.758Mp) 375psig (2.586Mp)
爆炸产生一个长约72英尺(22米),宽约26英尺(8米)的坑陷。
第二部分
爆炸
爆炸发生在伯爵大 街和格伦维尤快车道
16:38~ 17:22 • 由于调节阀门处于完全打开状态,出站压力线路压力持续升高。
20
第二部分
爆炸
• 发现供电系统问题,并将调节阀压力设定值从2.66MPa调节 17:28 至 2.55MPa 以降低出站压力。( 132 线的 MAOP 为 2.76MPa , MOP为2.59MPa)
• MAOP最大允许操作压力 • MOP最大操作压力
17:42 • 由于典型的阀门响应时间滞后,出站压力持续升高达到顶点 2.73MPa。
18:11 • 管道破裂。
21
第二部分
爆炸
4.事故后果
约134.8万立方米的天然 气 (价值约 263000 美元) 泄漏。 释放的天然气被点 燃,引起火 灾。消防人 员 约 18:13 出现在事故现场。 从该城市及 周边地区被 紧 急召集的救援队伍超过 900 人,包括消 防、搜索、 疏 散和医疗业 务 。灭火工 作 共持续50小时。
12
第一部分
燃烧
控制可燃物
控制可燃物,就是使可燃物达不到燃爆所需要的数量、浓度,或
者使可燃物难燃化或用不燃材料取而代之,从而消除发生燃爆的 物质基础。 控制气态可燃物 控制液态可燃物
控制固态可燃物
13
第一部分
燃烧
控制助燃物
控制助燃物,就是使可燃性气体、液体、固体、粉体物料不与空
第一部分
燃烧
依据GB13690-92《常用危险化学品的分类及标志》,将危险化学品分
为8大类21项。
第1类:爆炸品 第2类:压缩气体和液化气体 第3类:易燃液体 第4类:易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品 第5类:氧化剂和有机过氧化物 第6类:毒害品和感染性物品 第7类:放射性物品 第8类:腐蚀品
有关,燃烧放出的热量也会有一部分散失于周围环境,燃烧产物
实际达到的温度称为实际燃烧温度,也称火焰温度。
实际燃烧温度不是固定的值,它受可燃物浓度和一系列
外界因素的影响。
第一部分
燃烧
燃烧速度
气体燃烧速度:火焰在可燃介质中的传播速度也称燃烧速度。
影响因素
气体的组成和结构
可燃气体含量
初温 燃烧形式
裂缝贯穿焊接金属 焊趾 焊接热影响 区域边界 未焊接区域
对接不重合角度15 °
焊接金属
标准 DSAW (双 面电弧焊)纵向 焊缝横截面。
焊趾
焊接热影响 焊接金属 区域边界
31
第二部分
爆炸
管外壁
断裂 焊缝 未焊接 区域
焊趾 管内壁
第2阶段—疲劳断裂
第2阶段—准解理断裂
第1阶段--韧性断裂
检测结果表明,裂纹首先随着焊缝根部的韧性断裂扩展(图示黄色区 域),随后以疲劳断裂模式增长(图示绿色区域),最终发生准解理 断裂导致管体破裂。
2KNO3 + S + 3C =K2S+N2↑+3CO2↑ 黑火药爆炸方程式 CH4+2O2 =点燃= CO2+2H2O 天然气爆炸化学方程式 4C3H5N3O9 =引爆剂=12 CO2↑+ 10 H2O↑+ 6 N2↑+ O2↑ 炸药三硝酸甘油酯爆炸方程式
第三讲
燃气的燃烧与爆炸过程
1
第一部分
燃烧
定义 燃烧是可燃物质((气体、液体或固体)与助燃物(氧或氧化剂)发
生的伴有放热和发光的一种激烈的化学反应。
三个特征
发光 发热 生成新物质
第一部分
燃烧
第一部分
燃烧
燃烧的分类
根据可燃物状态的不同
气体燃烧、液体燃烧、和固体燃烧
根据燃烧方式的不同
管道
压力和流动状态
第一部分
燃烧
第一部分

燃烧
《原油和天然气工程设计防火规范》 (GB50183-93) 中,有关常用储存物品的 火灾危险性分类及举例:
储存物 品类别 甲 火灾危险性特征 举例
1 37.8℃的蒸气压>200kPa 液化石油气、天然气凝液 的液体 2 闪点<28℃的液体 汽油、苯、甲苯、甲醇、乙醇、石脑油、 乙硫醇、丙酮、吡啶、丙烯、己烷、戊烷、 环戊烷、原油 3 爆炸下限<10%的气体 甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氢、乙炔、硫 化氢、乙烯、丙烯、丁二烯、水煤气
煤油、丁醇、溶剂油、戊醇、丙苯、 苯乙烯、氯苯、乙二胺 氨 2 爆炸下限≥10%的气体 3 不属于甲类的化学易燃危险固 硫磺、镁粉、铝粉 体 4 助燃气体 氧

1 闪点≥60℃的液体
乙二醇、二甘醇、三甘醇、一乙醇胺、 二乙醇胺、二异丙醇胺、环丁砜、二 甲基亚砜、机油、轻柴油、沥青、润 滑油
硫胺
11
2可燃固体
132 号管线 在圣布 鲁诺 市的 一处居民区发生断裂并引发
爆炸。
第二部分
3.事故经过及采取措施
14:46
爆炸
• 132线首站开启更换 UPS电源电气工程工作。为调节阀控制器、 压力信号传感器、阀门位置指示器更换供电电源。工作开始 后将自动调节阀设定为手动档。
• 工作完成后将调节阀控制器设定回自动控制档,但由于供电 16:38 系统设置不当,回路中增加了一个多余的24V直流电压,该电 压使得压力信号传感器产生了一个错误的低压信号,导致自 动调节阀处于完全打开状态。
靠南管段长12 英尺4英寸 气体流向
29
第二部分
钢管 东面
爆炸
环焊缝 C1 靠南 止裂处
失效初始位置
第1部位的靠南连接管
环焊缝C2
顺时针方向
失效初始位置为1号短管的纵向焊缝
30
第二部分
外层金属 焊接金属
爆炸
1 号 短 管 纵 向焊 缝 未 焊接区域贯穿整个焊 缝内部。 内表面对接不重合, 其角度差为15°。
同时还释放出大量的热辐射和强烈的光,此外还要产
生各种对人类生存有害的放射性粒子,造成地区长时 间的放射性污染。 核爆炸的能量约相当于数万吨到数千万吨TNT。
核弹爆炸图
第二部分
爆炸
化学爆炸现象
由物质以极快的反应速度发生放热的化学反应,产生的高温高压的气体而引起 的爆炸称为化学爆炸。化学爆炸前后,物质的组分和性质均发生了根本的变化。

燃烧热 燃烧热的数值是用热量计在常压下测得,是单位质量或单位
体积的可燃物完全燃烧后冷却到18℃时所放出的热量(kJ/kg ,kJ/m3)。
第一部分
燃烧
燃烧温度
理论燃烧温度:是指可燃物与空气在绝热条件下完全燃烧,所释
放出来的热量全部用于加热燃烧产物,使燃烧产物达到的最高燃 烧温度。
实际燃烧温度:可燃物燃烧的完全程度与可燃物在空气中的浓度
132号管线直径为30〞(762mm) ,材质X42,壁厚0.375 〞(9.5mm)
第二部分
爆炸
3.事故经过及采取措施
2010年9月9日18:11,由太
平 洋 燃 气 电 力 公 司 (the
Pacific Gas and Electric
Company , PG&E) 运营 管理
的加利福尼亚州天然气传输
第二部分
爆炸
74辆汽车被烧毁或损坏。被烧毁 的区域里还包括一个公园林地和 一个游乐场。
事故现场一
事故现场二
第二部分
爆炸
伤员类型 致命 严重 轻微 总计
数 量 8 10 48 66
美国联邦法规830.2条定义:致命伤为任何事故造成的30天内死亡的 伤害,严重伤害为: (1)需要住院治疗超过48小时,从受伤开始的7天内算起;(2)导 致骨折的(除简单的手指,脚趾,鼻骨折外);(3)造成大量出血或 神经、肌腱损伤的;(4)涉及内部器官损伤的;(5)涉及二度或三 度烧伤,或任何超过体表面积5%的烧伤。
第二部分
爆炸
物理爆炸现象
它是由物理原因引起的爆炸,最常见的是蒸汽锅炉和高压气瓶的爆炸。 蒸汽锅炉爆炸是由于锅炉出现缺陷,锅炉内过热水迅速转变为蒸汽,产 生很高的压力,冲破容器的阻力而引起的。 高压气瓶充气压力过高,高压气瓶靠近热源或者在阳光下爆晒也会使气 瓶内部压力升高,当它们超过气瓶时强度就会发生因气瓶破裂而发生的爆 炸事故。
32
第二部分
爆炸
爆炸是一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程。 爆炸体系和它周围的介质之间发生急剧的压力突变是爆炸的最重要
特征,这种压力突跃变化也是产生爆炸破坏作用的直接原因。
第二部分
爆炸
爆炸可以由各种不同的物理成因或化学成因所引起。我
们按照引起爆炸过程发生的原因,把爆炸现象分成物理 爆炸、核子爆炸、化学爆炸等三类。
第二部分
爆炸
图示黄色管段为事故管段 180 段,1956年改线工程建 设项目。 该改线工程没有外委,由 PG&E自己的施工队执行。 提供给NTSB的施工文档包 括300页的日记凭单,物资 中转,铺设收据,以及其 他各种成本核算表。PG&E 没有提供任何设计或施工 规范,检测记录,竣工图 纸,或X光片报告。
第二部分
爆炸
物理爆炸现象
由地壳弹性压缩而引起的 地壳运动(地震)也是一
种强烈的物理爆炸现象。
最大的地震能量达1013~ 1015KJ,比一百万吨TNT 炸药的爆炸还要厉害。
第二部分
爆炸
核子爆炸现象
核爆炸的能源是核裂变(如U235的裂变)或核聚变 (如氘、氚、锂核的聚变)反应所释放出的核能。 核爆炸反应所释放出的能量比炸药爆炸放出的化学能 要大得多,集中很多。核爆炸时可形成数百万到数千 万度的高温,在爆炸中心区造成数百万丈气压的高压,
4 受到水或空气中水蒸气的 作 用 能 产 生 爆 炸 下 限 < 电石、碳化铝 10%气体的固体物质
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第一部分

燃烧
《原油和天然气工程设计防火规范》 (GB50183-93) 中,有关常用储存物品的 火灾危险性分类及举例:
储存物 品类别 乙 火灾危险性特征 1 闪点≥28℃到<60℃的液体 举例
气、氧气或其他氧化剂接触,或将它们隔离开来,即使有点火源 作用,也因为没有助燃物参混而不致发生燃烧、爆炸。
密闭设备系统
惰性气体保护 隔绝空气 隔离储存
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第一部分
燃烧
控制火源
在生产加工过程中,点火源常常是一种必要的热能源,故须科学 地对待点火源,即要保证安全地利用有益于生产的点火源,又要 设法消除能够引起火灾爆炸的点火源。
28
第二部分
爆炸
靠北管段长15 英尺9英寸
环焊缝C7 环焊缝C6
环焊缝处断裂
环焊缝C5 环焊缝C4 环焊缝C3 中部管段长 27英尺8英寸 环焊缝C2 环焊缝C1
裂缝贯穿连接处
事故点管道由6 根短管组成, 图中浅色部分 为爆炸后的断 裂部分。 1-5 号短管无论 其管材规格或 焊接性能都不 符合当时的规 范。
阻止火势蔓延
阻火装臵:安全液封、阻火器、回火防止器、防火阀、火星熄灭 器。 阻火设施 :防火门、防火墙、防火带、防火卷帘、水封井、防 火堤、防火分隔堤、事故存油罐、防火集流坑。
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Байду номын сангаас一部分
燃烧
《建筑灭火器配置设计规范》(GBJ140-90,1997年版) 中将火灾分为五类:
A类火灾:指含碳固体可燃物,如木材、棉、毛、痳、纸张等燃烧的火

B类火灾:指甲、乙、丙类液体,如汽油、煤油、柴油、甲醇、乙醚、
丙酮等燃烧的火灾
C类火灾:指可燃气体,如煤气、天然气、甲烷、丙烷、乙炔、氢气等
燃烧的火灾
D类火灾:指可燃金属,如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金等燃烧
的火灾
带电火灾:指带电物体燃烧的火灾
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第二部分
爆炸
17
第二部分
爆炸
断裂的管段
的交叉路口。
一段
长约 8.5 米,重约 1.36
伯爵大街
吨的破裂管道在爆炸 中被弹射至坑陷南约
暴炸产生的坑道
30 米 处 。 根 据 PG&E 报告,管道修理费用
格伦维尤快车道
约1350万美元。
第二部分
爆炸
火灾影响区域半 径 约 183 米 , 主 要 向 东北方向蔓延。火灾 波 及 了 108 座 房 屋 , 其中 38 座被摧毁, 17 座严重损坏, 53 座轻 微损坏。
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