燃烧与爆炸 第二章 3

2.4.2 液体燃烧速度
初温对液体燃烧速度的影响
2.4.2 液体燃烧速度
储 罐 直 径 对 燃 烧 速 度 的 影 响 10 cm 80 cm
2.4.2 液体燃烧速度
含 水 对 燃 烧 速 度 的 影 响
2.4.2 液体燃烧速度
风速对液体燃烧速度的影响
单组分液体燃烧时热量在液层的传播特点
单组分液体(如甲醇、丙酮、苯等)和沸程较窄的混合液体(如煤 油、汽油等)，在自由表面的燃烧，很短时间内就形成稳定燃 烧，燃烧速度基本不变。

测试条件：管径25.4mm，空气混合物
2.4.1 气体燃烧速度

影响因素

浓度：稍高于化学计量浓度时燃烧速度最大。 初始温度：温度高速度大。 惰性气体：有影响。 管径、材质、方向

管径：越小速度越慢。 材质：有影响。 方向：
例如：10%甲烷空气混合物的燃烧速度：
垂直下点火：75cm/s 水平：65cm/s 垂直上点火：59.5cm/s
燃烧时火焰的热量通过辐射传入液体表面，然后通过导热向液面 以下传递，由于受热液体比重减小而向上运动，所以热量只能传 入很浅的液层内。

液面温度接近但稍低于液体的沸点 液面加热层很薄

单组分液体燃烧时热量在液层的传播特点
160
100
液 120 体 温 度 80 （ ℃ ） 40
0 20
汽油
液 体 温 度 （ ℃ ）

管径对燃烧速度的影响（甲烷/空气混合）
240 220
燃烧速度随管 径增大而增大， 并趋于恒定；
燃 烧 速 度（ cm/s）
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 10
管径缩小，速 度变慢； 管径小至某一 直径，火焰不能 传播，此为阻火 器原理。
6% 9% 12%
原油的热波特性
热波：宽沸程原油燃烧时，沸点较低的烃类离开油品表面， 沸点较高的烃类则沉向底部形成一个热的锋面，让燃烧继续 时，此热锋面逐渐深入加热冷油，使被加热层不断增厚，这 一现象称之为热波。
2.4.2 液体燃烧速度
原油储罐火灾特性
原油燃烧时热量的传递规律
热波特性 • 在下降过程中温度逐渐升高（150℃~315℃） • 热波下降速度大于液体的燃烧速度 热波的破坏作用 • 使油品中水大量蒸发，发生沸溢和喷溅。
燃 烧 速 度
20
管径 管径 （cm）
30
40
50
60
70
80
90
2.4.2 液体燃烧速度


液体燃烧速度取决于液体的蒸发速度 两种表示方法：

液体燃烧直线速度，单位mm/min或cm/h 液体燃烧质量速度，单位g/(cm2 · min)或kg/(m2 · h)
2.4.2 液体燃烧速度
可 燃 液 体 的 燃 烧 速 度
热波传播速度与直线燃烧速度的比较 热波的传播速度：热波在液层中向下移动的速度称为热波的 传播速度。 热波传播速度 直线燃烧速度 (mm/min) (mm/min) 7~15 1.7~7.5
油品种类 轻质油品 重质燃油及燃料油 含水<0.3%
含水>0.3%
含水<0.3% 含水>0.3%
7.5~20
~8 3~20

沸溢？喷溅？
2.4.2 液体燃烧速度

溅溢、喷溅（slopover）
Slopover occurs when water is applied to the already burning surface of a tank fire. The water sinks into the heavier oil at the surface of the tank and vaporises. The resultant stream entrains fuel with it causing a slopping over of fuel from the tank. This is analogous to pouring water onto a chip pan fire in the home.
1.7~7.5
1.3~2.2 1.3~2.3
初镏分（原油轻镏分）
4.2~5.8
2.5~4.2
2.4.2 液体燃烧速度
影响热波速度的因素：
油品的组成：轻组分越高，热波速度越快 油品含水量：粘度的影响 油灌的直径 ：<2.5m 随直径升高而增大 灌内的油品液位：液位越高，燃烧越快，热 波速度越大

突沸（frothover）
Frothover is where an aqueous or water layer lying under the water vaporises and bubbles through the fuel causing the tank to overflow. This can occur in a fire or when hot dense material is put into a tank and sinks and vaporises the sublayer.
60 80 100
75 50 25 0 10
丁醇 丁醇 丁醇
40
20
30 40 50
液面下厚度（mm）
液面下厚度（mm）
丁醇和汽油燃烧时的温度分布
ຫໍສະໝຸດ Baidu 原油的热波特性

原油的性质
原油是不同沸点和比重的烃类的混合物，此外还有部 分的高分子物质及少量的水。
初沸点：原油中最轻的烃类沸腾时的温度。
终沸点：原油中最重的烃类沸腾时的温度。 沸程：不同沸点的所有馏分转变为蒸气的最低和最高沸点范围。 轻组分：原油中比重最小、沸点最低的很少一部分烃类组分。 重组分：原油中比重最大、沸点最高的很少一部分烃类组分。
• • •
重质油品的沸溢和喷溅

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喷溅 喷溅：热波下降到水垫层，使其中的水大量蒸发，蒸气压 迅速升高，把上部的油品抛出罐外的现象。 喷溅的发生条件 原油具有热波特性； 原油底部存在水垫层； 高温层与水垫层接触。 喷溅发生时间 喷溅发生的时间与油层厚度、热波移动速度以及油的燃 烧线速度有关。
重质油品的沸溢和喷溅

喷溅发生的征兆：
火焰由红变白变亮，高度突然增加； 罐体发生轻微的振动沸溢，热波在油品中传播时，乳化水 或自由水蒸发，形成大量油包气气泡，最后发生向外溢出 的现象。
• •
重质油品的沸溢和喷溅

沸溢、喷溅的预防措施： 减少油品中的含水量； 减小油品的粘度； 设置冷却系统降温。

2.4.2 液体燃烧速度

沸溢（boilover）
The third and most violent is Boilover. This is similar to the frothover but when the water vaporises and bubbles through the fuel it causes froth, due to the viscous nature of the oil. Once this froth reaches the surface of the fire, it ignites causing a huge increase in burning rate and can send a column of flame high into the air.
2.4.2 液体燃烧速度

影响液体燃烧速度的因素
液体燃烧速度取决于液体的蒸发速度。蒸发所需热量主要来 自燃烧的辐射热，所有影响蒸发的因素均影响液体燃烧速度。
液体热容、蒸发潜热、火焰辐射能力； 初温：温度高燃烧速度快； 风速：一般风速大加快燃烧； 含水量：含水石油产品较不含水石油产品燃烧慢； 罐内燃烧： • 罐直径： • 液位：液位低燃烧快。
2.4.1 气体燃烧速度
2.4.1 气体燃烧速度
2.4.1 气体燃烧速度
火 焰 传 播 速 度 与 初 温 的 关 系
2.4.1 气体燃烧速度
火 焰 传 播 速 度 与 初 温 的 关 系
2.4.1 气体燃烧速度
惰 性 气 体 浓 度 对 火 焰 传 播 速 度 的 影 响
2.4.1 气体燃烧速度

重质油品的沸溢和喷溅

沸溢 定义：热波在油品中传播时，乳化水或自由水蒸发，形成 大量油包气气泡，最后发生向外溢出的现象。 发生条件： 原油具有形成热波的特性； 原油中含有乳化水或自由水； 原油的粘度较大。
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重质油品的沸溢和喷溅

沸溢发生的时间 发生沸溢的时间与原油的种类、水分含量有关。根据 实验，含有1%水分的石油，经45~60分钟燃烧就会发生沸 溢。 发生沸溢的征兆 火焰由红变白变亮，高度突然增加； 烟气由浓黑变稀白； 油面蠕动，有轻微呼隆和嘶嘶声响。
2.4 燃烧速度及热值 2.4.1 气体燃烧速度
常见可燃气体的火焰传播速度
气体 氢 一氧化碳 甲烷 乙烷 水煤气 火焰最高 传播速度 （m· s-1） 4.83 1.25 0.67 0.85 3.1 可燃气体 含量 （%） 38.5 45 9.8 6.5 43 气体 丙烷 丁烷 乙烯 炉煤气 焦炉发生 煤气 火焰最高 传播速度 （m· s-1 ） 0.32 0.82 1.42 1.70 0.73 可燃气体 含量 （%） 4.6 3.6 7.1 17 48.5