燃烧和爆炸与防火防爆安全技术

第四章燃烧和爆炸与防火防爆安全技术

第一节燃烧要素和燃烧类别

、燃烧概述

燃烧是可燃物质与助燃物质(氧或其他助燃物质)发生的一种发光发热的氧化反应。在化学反应中，失掉电子的物质被氧化，获得电子的物质被还原。所以，氧化反应并不限于同氧的反应。例如，氢在氯中燃烧生成氯化氢。氢原子失掉一个电子被氧化，氯原子获得一个电子被还原。类似地，金属钠在氯气中燃烧，炽热的铁在氯气中燃烧，都是激烈的氧化反应，并伴有光和热的发生。金属和酸反应生成盐也是氧化反应，但没有同时发光发热，所以不能称做燃烧。灯泡中的灯丝通电后同时发光发热，但并非氧化反应，所以也不能称做燃烧。只有同时发光发热的氧化反应才被界定为燃烧。

可燃物质(一切可氧化的物质)、助燃物质(氧化剂)和火源(能够提供一定的温度或热量)，是可燃物质燃烧的三个基本要素。缺少三个要素中的任何一个，燃烧便不会发生。对于正在进行的燃烧，只要充分控制三个要素中的任何一个，燃烧就会终止。所以，防火防爆安全技术可以归结为这三个要素的控制问题。例如，在无惰性气体覆盖的条件下加工处理一种如丙酮之类的易燃物质，一开始便具备了燃烧三要素中的前两个要素，即可燃物质和氧化气氛。

可以查出，丙酮的闪点是一10C。这意味着在高于一10C的任何温度，丙酮都可以释放出足够量的蒸气，与空气形成易燃混合物，一旦遭遇火花、火焰或其他火源就会引发燃烧。为了达到防火的目的，至少要实现下列四个条件中的一个条件：

(1)环境温度保持在—10 C以下；

(2)切断大气氧的供应；

(3)在区域内清除任何形式的火源；

(4)在区域内安装良好的通风设施。丙酮蒸气一旦释放出来，排气装置就迅速将其排离区域，使丙酮蒸气和空气的混合物不至于达到危险的浓度。

条件(1)和(2)在工业规模上很难达到，而条件(3)和(4)则不难

实现。固然，完全清除燃烧三要素中的任何一个，都可以杜绝燃烧的发生。然而，对工业操作施加如此严格的限制在经济上很少是可行的。工业物料安全加工研究的一个重要目的是，确定在兼顾杜绝燃烧和操作经济上的可行性方面还留有多大余地。为此，当人们知道如何防

火时，这仅仅是开始，降低防火的消费在工业防火中有着同样重要的作用。

燃烧反应在温度、压力、组成和点火能等方面都存在极限值。可燃物质和助燃物质达到

一定的浓度，火源具备足够的温度或热量，才会引发燃烧。如果可燃物质和助燃物质在某个浓度值以下，或者火源不能提供足够的温度或热量，即使表面上看似乎具备了燃烧的三个要素，燃烧仍不会发生。例如，氢气在空气中的浓度低于4％时便不能点燃，而一般可燃物质当空气中氧含量低于14％时便不会引发燃烧。总之，可燃物质的浓度在其上下极限浓度以外，燃烧便不会发生。

近代燃烧理论用连锁反应来解释可燃物质燃烧的本质，认为多数可燃物质的氧化反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物经连锁反应进行。有些学者在燃烧的

三角形理论的基础上，提出了燃烧的四面体学说。这种学说认为，燃烧除具备可燃物质、助燃物质和火源三角形的三个边以外，还应该保证可燃物质和助燃物质之间的反应不受干扰，即进行“不受抑制的连锁反应” 。

、燃烧要素

在一般情况下，燃烧可以理解为燃料和氧间伴有发光发热的化学反应。除自燃现象外，都需要用点火源引发燃烧。所以，燃烧要素可以简单地表示为燃料、氧和火源这三个基本条件。这一部分我们将围绕这三个基本条件进行讨论，并提出降低与之联系的危险性的建议。

1 ．燃料

防火的一个重要内容是考虑燃烧的物质，即燃料本身。处于蒸气或其他微小分散状态的燃料和氧之间极易引发燃烧。固体研磨成粉状或加热蒸发极易起火。但也有少数例外，有些固体蒸发所需的温度远高于通常的环境温度。液体则显现出很大的不同。有些液体在远低于室温时就有较高的蒸

气压，就能释放出危险量的易燃蒸气。另外一些液体在略高于室温时才有较高的蒸气压，还有一些液体在相当高的温度才有较高的蒸气压。很显然，液体释放出蒸气与空气形成易燃混合物的温度是其潜在危险的量度，这可以用闪点来表示。

液体的闪点是火险的标志。美国州际商会把闪点等于或低于27C的液体列为高火险液

体。选择27C作为分界点，是因为这个温度代表通常或室内温度的上限，任何液体在此或较低温度闪燃都是危险的。闪点在27〜177C表示中度火险，闪点在177 C以上只有轻微火

险。当液体的闪点低于93. 7C时，全美消防协会才称之为易燃液体。上述的火险等级划分只是指出了液体加工或贮存时的危险程度，实际上，所有有机物质在足够高的温度下暴露都会燃烧。

排除潜在火险对于防火安全是重要的。为此必须用密封的有排气管的罐盛装易燃液体。

这样，当与罐隔开一段距离的物料意外起火时，液罐被引燃的可能性将会大大减小。因为燃烧的液体产生大量的热，会引发存放液罐的建筑物起火，把易燃物料置于耐火建筑中对于防火安全也是重要的。易燃液体安全的关键是防止蒸气的爆炸浓度在封闭空间中的积累。当应用或贮存中度或高度易燃液体时，通风是必要的安全措施。通风量的大小取决于物料及其所处的条件。因为有些蒸气密度较大，向下沉降，仅凭蒸气的气味作为警示是极不可靠的。用爆炸或易燃蒸气指示器连续检测才是安全的方法。

2.氧和热虽然在某些不寻常的情况下，比如氯或磷，与物质能够产生燃烧状的化学反应，但是可以毫不夸张地说，几乎所有的燃烧都需要氧。而且，反应气氛中氧的浓度越高，燃烧得就越迅速。工业上很难调节加工区氧的浓度，特别是由于阻止发火的氧浓度远低于正常浓度，浓度太低，不适于供人员呼吸。工业上有时需要处理只是在通常温度暴露在空气中就会起火的物料，把这些物料与空气隔绝是必要的安全措施。为此，加工物料需要在真空容器或充满惰性气体，如氩、氦和氮的容器内进行。

热是燃烧伴生的一个重要结果。为了使工业装置免受燃烧的破坏，经常需要调节和控制释放出的热量。一个容易被忽略的事实是，只需要把很少量的燃料和氧的混合物加热到一定程度就能引发燃烧。由于小热源引发的小火向环境的供热大于引发小火本身的吸热，因而会点燃更多的燃料和氧的混合物。继续下去，可用的热量很快会超过蔓延成大火所需要的热量。热量可以由不同的点火源提供，如高的环境温度、热表面、机械摩擦、火花或明火等等。

3.火源下面给出的是常见火源以及与之有关的安全措施。

(1)明火在易燃液体装置附近，必须核查这一类火源，如喷枪、火柴、电灯、焊枪、探照灯、手灯、手炉等，必须考虑裂解气或油品管线成为火炬的可能性。为了防火安全，常常用隔墙的

方法实现充分隔离。隔墙应该相当坚固，以在喷水器或其他救火装置灭火时能够有效地遏止火焰。一般推荐使用耐火建筑，即礴石或混凝土的隔墙。

易燃液体在应用时需要采取限制措施。在加工区，即使运输或贮存少量易燃液体，也要用安全罐盛装。为了防止易燃蒸气的扩散，应该尽可能采用密封系统。在火灾中，防止火焰扩散是绝对必要的。所有罐都应该设置通往安全地的溢流管道，因而必须用拦液堤容纳溢流的燃烧液体，否则火焰会大面积扩散，造成人员或财产的更大损失。除采取上述防火措施外，降低起火后的总消耗也是重要的。高位贮存易燃液体的装置应该通过采用防水地板、排液沟、溢流管等措施，防止燃烧液体流向楼梯井、管道开口、墙的裂缝等。

(2)电源

电源在这里指的是电力供应和发电装置，以及电加热和电照明设施。在危险地域安装电力设施时，以下电力规范措施是应该认真遵守的公认的准则。

①应用特殊的导线和导线管；

②应用防爆电动机，特别是在地平面或低洼地安装时，更应该如此；

③应用特殊设计的加热设备，警惕加热设备材质的自燃温度，推荐应用热水或蒸气加热

设备；

④电气控制元件，如热断路器、开关、中继器、变压器、接触器等，容易发出火花或变

热，这些元件不宜安装在易燃液体贮存区。在易燃液体贮存区只能用防爆按钮控制开关；

⑤在危险气氛中或在库房中，仅可应用不透气的球灯。在良好通风的区域才可以用普通灯。最好用固定的吊灯，手提安全灯也可以应用；

⑥在危险区，只有在防爆的条件下，才可以安装保险丝和电路闸开关；

⑦电动机座、控制盒、导线管等都应该按照普通的电力安装要求接地。

(3)过热过热是指超出所需热量的温度点。过热过程应避免在可燃建筑物中发生，并应该受到