化工厂系统安全工程(第6章2)

第6章 化工厂防火防爆

第二节 燃烧爆炸基础知识 二、爆炸基础知识 1.爆炸的概念和特征 爆炸是物质在短时间内从一种状态迅速转 变为另一种状态，并在瞬间以对外作机械功的 形式迅速释放出大量能量的现象。 爆炸现象一般具有如下特征：①爆炸过程进 行得很快；②爆炸点附近瞬间压力急剧升高； ③发出或大或小的响声，很多还伴随有发光； ④周围介质发生震动或邻近物质遭受破坏。

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2.爆炸的分类 对爆炸现象作进一步的分析分类，有利于掌 握各种状态下发生爆炸的规律性。 (1)按照爆炸能量的来源、产生的原因和 性质的不同，可以把爆炸分为三大类： ①核爆炸 ②物理(性)爆炸(某些文献中称为爆裂) ③化学(性)爆炸：

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(2)化学爆炸按所发生的化学变化不同， 可细分为三类： ①简单分解爆炸 ②复杂分解爆炸

③爆炸性混合物爆炸

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(3)按爆炸的扩散传播速度分类：

①轻爆：爆炸传播速度为(数十厘米~数米) /秒的爆炸过程。一般破坏力和声响不大。 ②爆炸：爆炸传播速度为(10米~数百米)/ 秒的爆炸过程。 ③爆轰：爆炸传播速度为(1000米~数千米以 上)/秒的爆炸过程。

第6章 化工厂防火防爆(4)按爆炸的反应相，可分为：

①气相爆炸。如：可燃气体混合物爆炸、气体 热分解爆炸、可燃粉尘爆炸等。 ②凝聚相爆炸 ·液相爆炸:包括聚合爆炸、液体爆炸品爆炸、 过热液体爆炸等。 ·固相爆炸:包括爆炸性物质的爆炸，固体物质 混合、混融所引起的爆炸，由于电流过大所引 起的电缆爆炸等。

第6章 化工厂防火防爆3.燃烧性质的化学爆炸 化工行业中的爆炸事故，绝大多数都是这 种燃烧性质的化学爆炸。 (1)燃烧性质的化学爆炸与其它一般燃烧的 相同点 燃烧性质的化学爆炸也是一种燃烧，因此它 符合燃烧的本质要求，是同时伴有发光、放热 的剧烈的氧化还原反应，具有燃烧的三个基本 特征。 此类爆炸的发生，同样必须具备燃烧的三要 素，必须满足可燃物、助燃物、点火源三方面 定性定量的充分必要条件。破坏其中的任何一 个条件，就可以避免此类爆炸的发生。

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(2)燃烧性质的化学爆炸与其它一般燃 烧的不同点 不同点主要在于燃烧反应的速度：燃 烧性质的化学爆炸的燃烧反应速度(即氧 化速度),远高于其它一般燃烧。例如 1kg整块煤在空气中完全燃烧时需10min, 而1kg煤气与空气混合后发生爆炸时，只 需0.2s,两者的燃烧热值都是29307.6kJ, 但爆炸时产生的功率远大于燃烧。

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3)燃烧性质的化学爆炸与其它一般燃烧可 随条件而转化 同一物质在某种条件下可以燃烧，在另一 种条件下可能爆炸。如汽油在敞口容器中能平 稳燃烧，在闭口容器中则可能爆炸；煤块在空 气中只能缓慢燃烧，磨成煤粉后与空气混合可 发生粉尘爆炸。 生产过程中的爆炸事故案例中，有许多是 先爆炸后引起火灾，也有不少是先火灾后引发 爆炸。这些都与爆炸的充分必要条件先后发生 了变化有关，值得我们认真总结。

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4.爆炸极限 (1)爆炸极限的概念 可燃气体、可燃蒸气或可燃粉尘与空气 组成的混合物，当遇点火源时极易发生燃 烧爆炸。但并非在任何混合比例下都能发 生，而是必须在一定的浓度比例范围内才 能发生。而且在此浓度范围内混合的比例 不同，其燃烧爆炸的剧烈程度亦不同。

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爆炸极限(也称燃烧极限): 可燃性气体、蒸汽(含薄雾)或粉 尘(含纤维尘)与空气(氧气或氧化剂) 组成的混合物，在点火源作用下产生燃烧 爆炸(足以使火焰蔓延)的可燃物最低或 最高浓度，称为该可燃物的爆炸极限。其 中最低浓度称为爆炸(浓度)下限(也称 燃烧或着火下限);最高浓度称为爆炸 (浓度)上限(也称燃烧或着火上限)。 上、下限之间称为爆炸(浓度)范围或爆 炸(浓度)极限范围(也有人把这个范围 统称为爆炸极限)。

第6章 化工厂防火防爆(2)影响爆炸极限的因素 爆炸极限受许多因素的影响，一般手册上给 出的爆炸极限数值对应的条件是常温常压。当 温度、压力等因素发生变化时，爆炸极限也会 发生变化。 ①初始温度。 一般情况下爆炸性混合物的原始温度(爆炸 前温度)越高，则爆炸极限范围越大，即下限 降低，而上限升高。所以温度升高会使爆炸的 危险性增大。

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②初始压力 一般情况下压力增大，爆炸范围也扩 大，尤其是爆炸上限显著提高(——压力 增大使分子间距减小，碰撞几率增大，燃 烧的最初反应更易进行)。因此采用减压 操作有利于减小爆炸的危险性。

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③惰性介质及杂物 一般情况下惰性介质的加人可以缩小爆 炸极限范围(——减少了可燃物与助燃物的 接触机会，增多了链终止的机会),当其浓 度高到一定数值时可使混合物不发生爆炸。 杂物的存在对爆炸极限的影响较为复杂，如 少量硫化氢的存在会降低水煤气在空气混合 物中的燃点，起到了催化剂的作用，使其更 易爆炸。

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④容器尺寸 容器直径越小，火焰在其中越难于蔓延， 混合物的爆炸极限范围则越

小。当容器直径 或火焰通道小到一定数值时(散热降温快), 火焰不能蔓延，可消除爆炸危险，这个直径 称为临界直径或最大灭火间距。如甲烷的临 界直径为0.4~0.5mm,氢和乙炔为0.1~ 0.2mm。阻火器便是利用此原理制造的。

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⑤氧含量 混合物中含氧量增加，爆炸极限范围 扩大，尤其是爆炸上限显著提高。 ⑥点火源 点火源的能量、热表面积、点火源与 混合物接触的时间等，对爆炸极限均有 影响。

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5.几类典型的爆炸过程及其特点(1)可燃气体-空气混合系爆炸

属化学爆炸中爆炸性混合物爆炸的一种，指 可燃气体或可燃液体蒸气同助燃性气体按一定比 例混合，在点火源作用下而引起的爆炸。如天然 气、乙炔、液化石油气、汽油蒸气、苯蒸气等与 空气混合物的爆炸。

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(2)可燃气云(或蒸气云)爆炸 气云爆炸属上述可燃气体-空气混 合系爆炸中的特例，指由于可燃气体或 易挥发液体的大量快速泄漏，与周围空 气混合，形成覆盖范围很大的可燃气体 混合物，在点火能源作用下而产生的爆 炸。其破坏范围比一般的燃烧或爆炸大 得多，危害程度也严重得多。

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(3)热分解爆炸 在热作用下，某些爆炸性物质、热敏感 性物质、单一气体以及化合物，可能在极短 的时间内，发生不属于燃烧反应的化学分解 爆炸。它们在没有空气或氧气存在时同样可 发生爆炸。

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(4)可燃液体雾滴爆炸(喷雾爆炸) 指可燃液体雾滴与助燃气体形成爆炸性 混合系引起的爆炸。油压机喷出的油雾爆炸 即属此类。化工生产装置中液相或含液混合 系，由于装备破裂、密封失效、喷射、排空、 泄压等过程都会形成可燃性混合雾滴，液体 雾化、热液闪蒸、气体骤冷等过程也可以形 成液相分散雾滴。

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