防爆技术基本理论

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防爆技术基本理论一、爆炸反应历程二、可燃物质化学性爆炸的条件

一、爆炸反应历程

可燃气体、蒸气或粉尘预先与空气均匀混合并达到爆炸极限，这种混合物称为爆炸性混合物。

按照链式反应理论，爆炸性混合物与火源接触，就会有活性分子生成或成为连续反应的活性中心。爆炸性混合物在一点上着火后，热以及活性中心都向外传播，促使邻近的一层混合物起化学反应，然后这一层又成为热和活性中心的源泉而引起另一层混合物的反应，如此循环地持续进行，直至全部爆炸性混合物反应完为止。爆炸时的火焰是一层层向外传播的，在没有界线物包围的爆炸性混合物中，火焰是以一层层同心圆球面的形式向各方面蔓延的。

火焰的速度在距离着火地点0.5—1m处仅为每秒若干米，但以后即逐渐加速，竟达每秒数百米以上。若在火焰扩展的路程上遇有遮挡物，则由于混合物的温度和压力的剧增，对遮挡物造成极大的破坏。爆炸大多随着燃烧而发生，所以长期以来燃烧理论的观点认为：当燃烧在某一定空间内进行时，如果散热不良会使反应温度不断提高，温度的提高又会促使反应速度加快，如此循环进展而导致发生爆炸。亦即爆炸是由于反应的热效应而引起的，称为热爆炸。但在另一种情况下，爆炸现象不能简单地用热效应来解释。例如氢和溴的混合物在较低温度下爆炸时，其反应式为：H2十Br2====2HBr十3．5kJ／mol，反应热总共只有

3．5kJ/mol；而二氧化硫和氢的反应，其反应式为：

SO2十H2＝H2S十2H2O十12．6kJ／mol，反应热是12．6kJ／mol；却不会爆炸，等等。因此，有些爆炸现象需要用化学动力学的观点来说明，认为爆炸的原因不是由于简单的热效应，而是由于链式反应的结果。

我们知道，链式反应有不分支链反应(直链反应)和分支链反应(支链反应)两种。氢和氧的连锁反应属于支链反应，它的特点是在反应中一个游离基(活性中心)能生成—个以上的游离基，例如H·十O2=OH·十O·，O·十H2＝OH·十H·，于是反应链就会分支，如图2—3所示。在

链增长即反应可以增值游离基的情况下，如果与之同时发生的销毁游离基(链终止)的反应速度不高，则游离基的数目就会增多，反应链的数目也会增加，反应速度也随之加快，这样又会增值更多的游离基，如此循环进展，使反应速度加快到爆炸的等级。

连锁反应速度v可用上式表示.式中：F(c)——反应物浓度函数；fs——链在器壁上销毁因素；

fc——链在气相中销毁因素；A——与反应物浓度有关的函数；a——链的分支数，在直链反应中a＝1，支链反应中a＞1。

根据链式反应理论，增加气体混合物的温度可使连锁反应的速度增加，使因热运动而生成的游离基数量增加。在某一温度下，连锁的分支数超过中断数。这时反应便可以加速并达到混合物自行着火的反应速度，所以可认为气体混合物自行着火的条件是连锁反应的分支数等于中断数。当连锁分支数超过中断数时，即使混合物的温度保持不变，仍可导致自行着火。在一定的条件下，如当fs+fc十A(1—a)一→0时，就会发生爆炸。

综上所述，爆炸性混合物发生爆炸有热反应和支链反应两种不同的机理。至于在什么情况下发生热反应，什么情况下发生支链反应，需根

据具体情况而定，甚至同一爆炸性混合物在不同条件下有时也会有所不同；如图2—4所示为氢和氧按化学当量浓度(2H2+O2)组成的混合气发生爆炸的温度和压力区间。从图中可以看出当压力很低且温度不高时，例如在温度500℃和压力不超过200Pa时，由于游离基很容易扩散到器壁上销毁，此时连锁中断速度超过文链产生速度，因而反应进行较慢，混合物不会发生爆炸；当温度为500℃，压力升高到200Pa和6666Pa之间时(如图中的a和b点之间)，由于产生支链速度大于销毁速度，链反应很猛烈，就会发生爆炸；当压力继续提高超过b点(大于6666Pa)以后，由于混合物内分子的浓度增高，容易发生链中断反应，致使游离基销毁速度又超过链产生速度，链反应速度趋于缓和，混合物又不会发生爆炸了。