技术实务:第一篇 消防基础知识 第三章 爆炸

第一节 爆炸的概念及分类

爆炸是物质从一种状态迅速转变成另一种状态,并在瞬间放出大量能量的现象,通常伴有发光和声响。火灾过程有时会发生爆炸,从而对火势的发展及人员安全产生重大影响,爆炸发生后往往又易引发大面积火灾。

一、爆炸的定义

爆炸指在周围介质中瞬间形成高压的化学反应或状态变化,通常伴有强烈放热、发光和声响。爆炸是由物理变化和化学变化引起的。

二、爆炸的分类

爆炸有着不同的分类,按物质产生爆炸的原因和性质不同,通常将爆炸分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸三种。

(一)物理爆炸

物理爆炸:因状态变化导致压力发生突变而形成的爆炸。

特点:爆炸前后物质的化学成分均不改变。

(二)化学爆炸

化学爆炸:由于物质急剧氧化或分解产生温度、压力增加或两者同时增加而形成的爆炸现象。

特点:化学爆炸前后,物质的化学成分和性质均发生了根本的变化。

化学爆炸可分为炸药爆炸、可燃气体爆炸、可燃粉尘爆炸。

1.炸药爆炸

(1)炸药爆炸的特点:属于凝聚体系爆炸。化学反应速度极快,可在万分之一秒甚至更短的时间内完成爆炸,能放出大量的热。产生高热与高压、瞬间由固体迅速变为大量的气体产物,使体积成百倍增加。

(2)炸药爆炸的破坏作用。炸药在空气中爆炸时对周围介质破坏的三种类型:

一、爆炸产物的直接作用,即高温、高压、高密度产物的直接冲击作用;

二、冲击波作用

三、外壳破片的分散杀伤作用

2.可燃气体爆炸

按爆炸原理,气体爆炸包括混合气体爆炸和气体单分解爆炸两种

(1)混合气体爆炸。指可燃气(或液体蒸气)和助燃性气体的混合物在引火源的作用下发生爆炸,较为常见。可燃气与空气组成的混合气体遇到火源能发生爆炸的浓度范围称为爆炸极限。

(2)气体单分解爆炸。指单一气体在一定压力作用下发生分解反应并产生大量反应热,使气态物膨胀而引起的爆炸。能使单一气体发生爆炸的最低压力值称为临界压力。

3.可燃粉尘爆炸

粉尘是指呈分散状态的固体物质。粉尘爆炸是指悬浮于空气中的可燃粉尘触及明火或电火花等火源时发生的爆炸现象。

(1)粉尘爆炸的过程。

第一步是悬浮的粉尘在热源作用下迅速地干馏并产生出可燃气体;

第二步是可燃气体与空气混合后被引火源引燃发生有焰燃烧,火焰从局部传播、扩散;

第三步是粉尘燃烧放出的热量,以热传导和火焰辐射的方式传给附近悬浮的或被吹扬起来的粉尘,这些粉尘受热分解或干馏后使燃烧循环地进行下去;

最后形成爆炸。

(2)粉尘爆炸的条件。

一是粉尘本身是可燃的,可燃粉尘包括有机粉尘和无机粉尘两大类;

二是粉尘必须悬浮在空气中,并且其浓度处于一定的范围;

三是有足以引起粉尘爆炸的引火源。

(3)粉尘爆炸的特点。

连续性爆炸、所需的最小点火能量较高、与可燃气体爆炸相比,粉尘爆炸压力上升较慢,较高压力持续时间长,释放的能量大,破坏力强。

(4)影响粉尘爆炸的因素:

1)粉尘本身的物理化学性质。其中,粉尘颗粒折尺寸也是粉尘爆炸的重要影响因素,颗粒越细小,爆炸的危险性越大。

2)粉尘浓度。在一定粒径条件下,粉尘浓度越高,其着火温度越低。

3)环境条件。水分含量越高,作用越强。环境的温度和压力升高时,粉尘爆炸的危害性也相应增加。

4)可燃气体和惰性气体的含量。可燃气体量增加,最小点火能和爆炸下限降低,爆炸压力和升压速度提高;惰性气体的加入削弱可燃粉尘爆炸性能。

5)其他。引火源强度或点火方式,以及容器的大小、结构等因素,均会对粉尘爆炸产生一定影响。

三、核爆炸

由原子核裂变或聚变反应,释放出核能所形成的爆炸,称为核爆炸。例如、原子弹等

第二节 爆炸极限

爆炸极限一般认为是物质发生爆炸必须具备的浓度范围。可燃的气体、蒸气或粉尘与空气混合后,遇火会发生爆炸的最高或最低的浓度,称为爆炸浓度极限,简称爆炸极限。能引起爆炸的最高浓度称为爆炸上限,能引起爆炸的最低浓度称为爆炸下限,下限和下限之间的间隔称为爆炸范围。

一、气体和液体的爆炸极限

气体和液体的爆炸极限通常用体积分数(%)表示。在氧气中的爆炸极限要比在空气中的爆炸极限范围大。

除助燃物条件外,对于同种可燃气体,其爆炸极限受以下四个方面的影响:

(1)火源能量。引燃混合气体的火源能量越大,可燃混合气体的爆炸极限范围越宽,爆炸危险性越大。

(2)初始压力。可燃混合气体初始压力增加,爆炸范围增大,爆炸危险性增加。干燥的一氧化碳和空气的混合气体初始压力上升,其爆炸极限范围缩小。

(3)初温。混合气体初温越高,混合气体的爆炸极限范围越大,爆炸危险性越大。

(4)惰性气体。可燃混合气体中加入惰性气体,会使爆炸极限范围变小,一般上限降低,下限变化比较复杂。当加入的惰性气体超过一定量以后,任何比例混合气体均不能发生爆炸。

可燃气体爆炸范围越大,下限越低,火灾的危险性就越大。

二、可燃粉尘的爆炸极限

粉尘爆炸极限是粉尘和空气混合物,遇火源能发生爆炸的最低浓度(下限)和最高浓度(上限),通常用单位体积中所含粉尘的质量(g/m3)表示。

可燃粉尘浓度通常只用下限。上限多数达不到

三、爆炸极限在消防上的应用

爆炸极限是评价可燃气体、液体蒸气、粉尘等物质火灾危险性的主要参数之一。一般来说,爆炸极限范围越大或爆炸下限越低,就越容易形成爆炸混合物,可燃物的火灾爆炸危险性就越大。

第三节 爆炸危险源

发生爆炸必须具备两个基本要素,一是爆炸介质,二是引爆能源。

爆炸危险源从潜在的爆炸危险性、存在条件及触发因素等几方面来确定,具体包括能量与危险物质、物的不安全状态、人的不安全行为及管理缺陷等。

一、引起爆炸的直接原因

(一)物料原因

生产中使用的原料、中间体和产品大多是有火灾、爆炸危险性的可燃物。

(二)作业行为原因

作业行为导致爆炸的原因主要有:违反操作规程、违章作业、随意改变操作控制条件;生产和生活用火不慎,乱用炉火、灯火,乱丢未熄灭的火柴杆、烟蒂;判断失误、操作不当,对生产出现超温、超压等异常现象束手无策;不遵循科学规律指挥生产、盲目施工、超负荷运转等。

(三)生产设备原因

由于设备缺陷导致生产火灾的原因主要有:选材不当或材料质量有问题,导致设备存在先天性缺陷;由于结构设计不合理,零部件选配不当,导致设备不能满足工艺操作的要求;由于腐蚀、超温、超压等导致出现破损、失灵、机械强度下降、运转摩擦部件过热等。

(四)生产工艺原因

生产工艺原因主要有:物料的加热方式方法不发,致使引燃引爆物料;对工艺性火花控制不力而形成引火源;对化学反应型工艺控制不当,致使反应失控;对工艺参数控制失灵,导致出现超温、超压现象。

二、常见爆炸引火源

引火源是发生爆炸的必要条件之一,常见引发爆炸的引火源主要有机械火源(撞击、摩擦)、热火源(高温热表面、日光照射并聚焦)、电火源(电火花、静电火花、雷电)及化学火源(明火、化学热反应、发热自燃)。

三、最小点火能量

是指每一种气体爆炸混合物,都有起爆的最小点火能量,低于该能量,混合物就不爆炸,目前都采用毫焦(mJ)作为最小点火能量单位。

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