覃定富-专项资料防火防爆安全工程培训(1).ppt
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1、2023年2月26日,1,安全工程概论,2023年2月26日,2,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第二节 燃烧过程和燃烧原理第三节 燃烧的特征参数第四节 爆炸及其类型第五节 爆炸极限理论与计算第六节 燃烧性物质的贮存和运输第七节 爆炸性物质的贮存和销毁第八节 燃烧和爆炸事故的调查与分析第九节 火灾爆炸危险与防火防爆措施第十节 有火灾爆炸危险物质的加工处理第十一节 燃烧爆炸敏感性工艺参数的控制第十二节 火灾和爆炸的局限化措施第十三节 灭火剂与灭火设施,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,3/124,第一节 燃烧要素和燃烧类别,一、燃烧概述 燃烧是可燃物质与助燃物
2、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。燃烧的四个要点:可燃物质存在助燃物质存在发生氧化反应伴有发光发热4要点同时成立的才为燃烧。如,氢在氯中燃烧。金属和酸反应非燃烧。灯泡中的灯丝非燃烧。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,4/124,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。此外,燃烧反应在温度、压力、组成和点火能等方面都存在极限值。只有达到相应条件,才会引发燃烧。如果可燃
3、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。对已发生的燃烧,若消除了三个要素中的任何一个,燃烧便会中止,这就是灭火的原理。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,5/124,二、燃烧要素,燃料、氧和火源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。多数固体研磨成粉状或加热蒸发极易起火。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
4、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,闪点愈低,愈危险。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,把易燃物料置于耐火建筑中。应用或贮存中度或高度易燃液体时进行通风。用爆炸或易燃蒸气指示器连续检测蒸气浓度。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,6/124,2氧和热,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下暴露在空气中就会起火的物料,把这些物料与
5、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。不可忽略的是,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。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,7/124,3火源,(1)明火 在易燃液体装置附近,严禁明火,如喷枪、火柴、电
6、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。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。,第四章 燃烧和爆炸
7、与防火防爆安全技术,8/124,(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。应用特殊的导线和导线管;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;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,,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,9/124,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;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
8、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;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;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。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,10/124,(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,并应该受到密切监视。推荐应用温度自动控制和高温限开关,虽然密切监视仍是需要的。(4)热表面 易燃蒸气与燃烧室、干燥器、烤炉、导线管以及蒸气管线接触,常引发易燃蒸气起火。如果运行设备有时会达到高过一些材料自燃点的温度,要把这些材料与设备隔开至安全距离。这样的设备应该仔细地监视和维护防止偶发的过
9、热。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,11/124,(5)自燃 许多火灾是由物质的自燃引起的,并被来自毗邻的干燥器、烘箱、导线管、蒸气管线的外部热量所加速。有时,在封闭的没有通风的仓库中积累的热量足以使氧化反应加速至着火点。加工易燃液体,特别是容易自热的易燃液体,要特别注意管理和通风。在所有设备和建筑物中,都应该避免废料、烂布条等的积累或淤积。(6)火花 机具和设备发生的火花,吸烟的热灰、无防护的灯、锅炉、焚烧炉以及汽油发动机的回火,都是起火的潜在因素。在贮存和应用易燃液体的区域应该禁止吸烟。这种区域的所有设备都应该进行一级条件的维护,应该尽可能地应用防火花或无火花的器具和材料。,第四章
10、 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,12/124,(7)静电 由于摩擦而在物质表面产生电荷即所谓静电。在湿度比较小的季节或人工加热的情形,静电起火更容易发生。在应用易燃液体的场所,保持相对湿度在40一50之间,会大大降低产生静电火花的可能性。为了消除静电火花,必须采用电接地、静电释放设施等。所有易燃液体罐、管线和设备,都应该互相连接并接地。对于上述设施,禁止使用传送带,尽可能采用直接的或链条的传动装置。如果不得不使用传送带,传送带的速度必须限定在5.7m/min以下,或者采用会降低产生静电火花可能性的传送带。(8)摩擦 许多起火是由机械摩擦引发的,如通风机叶片与保护罩的摩擦,润滑性能很差的轴承,研
11、磨或其他机械过程,都有可能引发起火。对于通风机和其他设备,应该经常检查并维持在尽可能好的状态。对于摩擦产生大量热的过程,应该和贮存和应用易燃液体的场所隔开。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,13/124,三、燃烧形式,可燃物质和助燃物质存在的相态、混合程度和燃烧过程不尽相同,其燃烧形式是多种多样的。1均相燃烧和非均相燃烧按照可燃物质和助燃物质相态的不同,分:均相燃烧是指可燃物质和助燃物质间的燃烧反应在同一相中进行,如氢气在氧气中的燃烧,煤气在空气中的燃烧。非均相燃烧是指可燃物质和助燃物质并非同相,如石油(液相)、木材(固相)在空气(气相)中的燃烧。与均相燃烧比较,非均相燃烧比较复杂,需要
12、考虑可燃液体或固体的加热,以及由此产生的相变化。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,14/124,2混合燃烧和扩散燃烧 按照可燃气体的燃烧过程不同,分:混合燃烧:可燃气体与助燃气体预先混合而后进行的燃烧。速度快、温度高,一般爆炸反应属于这种形式扩散燃烧:可燃气体由容器或管道中喷出,与周围的空气(或氧气)互相接触扩散而产生的燃烧。在扩散燃烧中,由于与可燃气体接触的氧气量偏低,通常会产生不完全燃烧的炭黑。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,15/124,3.蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧蒸发燃烧:可燃液体蒸发出的可燃蒸气的燃烧。通常液体本身并不燃烧,只是由液体蒸发出的蒸气进行燃烧。分解燃烧:
13、固体或不挥发性液体经热分解产生的可燃气体的燃烧。如木材和煤大都是由热分解产生的可燃气体进行燃烧。而硫磺和萘这类可燃固体是先熔融、蒸发,而后进行燃烧,也可视为蒸发燃烧。可燃固体和液体的蒸发燃烧和分解燃烧,均有火焰产生,属火焰型燃烧。表面燃烧:当可燃固体燃烧至分解不出可燃气体时,便没有火焰,燃烧继续在所剩固体的表面进行的燃烧。金属燃烧即属表面燃烧,无气化过程,无需吸收蒸发热,燃烧温度较高。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,16/124,四、燃烧类别、类型及其特征参数,1易燃物质燃烧类别依据可燃物质的性质,燃烧一般可划分为四个基本类别,而每一类别还包含着不同类型的燃烧(1)A类燃烧 A类燃烧定
14、义为如木材、纤维织品、纸张等普通可燃物质的燃烧。此类燃烧都生成灼烧余烬,如木炭。容易忽略的是木炭本身也是A类物质。需要特别注意,水和基于碳氢盐的干燥化学品并不是有效的灭火剂。还有,橡胶和橡胶类的物质以及塑料,在燃烧的早期更像B类物质,而后期肯定是A类物质。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,17/124,(2)B类燃烧 B类燃烧定义为易燃石油制品或其他易燃液体、油脂等的燃烧。工艺上易燃气体不届于任何燃烧类别,但实际上应当作B类物质处理。(3)C类燃烧 定义为供电设备的燃烧。(4)D类燃烧 定义为可燃金属的燃烧。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,18/124,2燃烧类型及其特征参数 如
15、果按照燃烧起因,燃烧可分为闪燃、点燃和自燃三种类型。闪点、着火点和自燃点外别是上述三种燃烧类型的特征参数。(1)闪燃和闪点 可燃液体表而的蒸气与空气形成的混合气体与火源接近时会发生瞬间燃烧,出现瞬间火苗或闪光的现象称为闪燃。闪燃的最低温度称为闪点。如60%的乙醇的闪点为22.5。可燃液体的温度高于其闪点时,随时都有被火点燃的危险。闪点这个概念主要适用于可燃液体,某些可燃固体,如樟脑和萘等,也能蒸发或升华为蒸气,因此也有闪点。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,19/124,(2)点燃和着火点 可燃物质在空气充足的条件下,达到一定温度与火源接触即行着火,移去火源后仍能持续燃烧达5min以上,
16、这种现象称为点燃。点燃的最低温度称为着火点。如木材的着火点为295。可燃液体的着火点约高于其闪点520。但闪点在l00以下时,二者往往相同。在没有闪点数据的情况下,也可以用着火点表征物质的火险。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,20/124,(3)自燃和自燃点 在无外界火源的条件下,物质自行引发的燃烧称为自燃。自燃的最低温 度称为自燃点。如常压下汽油的自燃点为480。物质自燃有受热自燃和自热燃烧两种类型。受热自燃。可燃物质在外部热源作用下温度升高,达到其自燃点而自行燃烧称之为受热自燃。自热燃烧。可燃物质在无外部热源的影响下,其内部发生物理、化学或生化变化而产生热量,并不断积累使物质温度上
17、升,达到其自燃点而燃烧,称为自热燃烧。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,21/124,第二节 燃烧过程和燃烧原理,一、燃烧过程可燃物质的燃烧一般是在气相进行的。由于可燃物质的状态不同,其燃 烧过程也不相同。气体最易燃烧,燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解,并使其达到着火点。气体在极短的时间内就能全部燃尽。液体在火源作用下,先蒸发成蒸气,而后氧化分解进行燃烧。与气体燃烧相比,液体燃烧多消耗液体变为蒸气的蒸发热。固体燃烧有两种情况:对于硫、磷等简单物质,受热时首先熔化,而后蒸发为蒸气进行燃烧,无分解过程;对于复合物质,受热时首先分解成其组成部分,生成气态和液态产物,而后气态产物和液态产物蒸
18、气着火燃烧。可见,任何可燃物质的燃烧都经历氧化分解、着火、燃烧等阶段。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,22/124,物质燃烧过程的温度变化如图示。T初为可燃物质开始加热的温度。初始阶段,加热的大部分热量用于可燃物质的熔化或分解,温度上升比较缓慢。到达T氧,可燃物质开始氧化。由于温度较低,氧化速度不快,氧化产生的热量尚不足以抵消向外界的散热。此时若停止加热,尚不会引起燃烧。如继续加热,温度上升很快,到达T自,即使停止加热,温度仍自行升高,到达T自就着火燃烧起来。这里,T自是理论上的自燃点,T自是开始出现火焰的温度,为实际测得的自燃点。T燃为物质的燃烧温度。T自到T自何的时间间隔称为燃烧诱
19、导期,在安全上有一定实际意义。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,23/124,二、燃烧的过氧化物理论,在燃烧反应中,氧首先在热能作用下被活化成过氧键OO,可燃物质与过氧键加和成为过氧化物。过氧化物不稳定,在受热、撞击、摩擦等条件下,容易分解甚至燃烧或爆炸。过氧化物是强氧化剂,不仅能氧化可形成过氧化物的物质,也能氧化其他较难氧化的物质。如氢和氧的燃烧反应,首先生成过氧化氢,而后过氧化氢与氢反应生成水。H2+O2H2O2 H2O2+H22H2O,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,24/124,三、燃烧的连锁反应理论,在燃烧反应中,气体分子间互相作用,往往不是两个分子直接反应生成 最后产物
20、,而是活性分子自由基与分子间的作用。活性分子自由基与另一个分子作用产生新的自由基,新自由基又迅速参加反应,如此延续下去形成一系列连锁反应。连锁反应通常分为直链反应和支链反应两种类型。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,25/124,第三节 燃烧的特征参数,一、燃烧温度可燃物质燃烧所产生的热量在火焰燃烧区域释放出来,火焰温度即为燃烧温度。一般来说燃烧温度取决 于可燃物质的燃烧速度和燃烧程度。在同样条件下,可燃物质燃烧时,燃烧速度快的比燃烧速度慢的火焰温度高。在同样大小的火焰下,燃烧温度越高,它向周围辐射出的热量就越多,因而使可燃物质发生燃烧的速度就越快。总之,可燃物质的焓值越大,燃烧时温度就
21、越高,燃烧蔓延的速度就越快。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,26/124,二、燃烧速率,1、气体燃烧速率:单位时间内燃烧表面的火焰沿垂直于表面的方向向未燃烧部分传播的距离,m/s。管道中气体的燃烧速率与管径有关。当管径小于某个小的量值时,火焰在管中不传播;若管径大于这个小的量值火焰传播速率随管径的增加而增加,但当管径增加到某个量值时,火焰传播速率便不再增加,此时即为最大燃烧速率。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,27/124,2、液体燃烧速率液体燃烧速率取决于液体的蒸发。两种表示方法(1)质量速率:每平方米可燃液体表面,每小时烧掉的液体的质量,kg/m2.h。(2)直线速率:每小
22、时烧掉可燃液层的高度,单位为m/h。火焰沿液面蔓延的速率决定于液体的初温、热容、蒸发潜热以及火焰的辐射能力。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,28/124,3、固体燃烧速率取决于燃烧比表面积,即燃烧表面积与体积的比值越大,燃烧速率越大,反之,则燃烧速率越小 三、燃烧热单位质量的物质在25的氧中燃烧释放出的热量。可燃物质燃烧爆炸时所达到的最高温度、最高压力和爆炸力与物质的燃烧热有关。从一般的物性数据手册中查阅。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,29/124,第四节 爆炸及其类型,一、爆炸概述 爆炸是物质发生急剧的物理、化学变化,在瞬间释放出大量能量并伴有巨大声响的过程。在爆炸过程中,
23、爆炸物质所含能量的快速释放,变为对爆炸物质本身、爆炸产物及周围介质的压缩能或运动能。物质爆炸时,大量能量极短的时间在有限体积内突然释放并聚积,造成高温高压,对邻近介质形成急剧的压力突变并引起随后的复杂运动。爆炸介质在压力作用下,表现出不寻常的运动或机械破坏效应,以及爆炸介质受振动而产生的音响效应。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,30/124,爆炸常伴随发热、发光、高压、真空、电离等现象,并且具有很大的破坏作用。爆炸的破坏作用与爆炸物质的数量和性质、爆炸时的条件以及爆炸位置等因素有关。如果爆炸发生在均匀介质的自由空间,在以爆炸点为中心的一定范围内,爆炸力的传播是均匀的并使这个范围内的物体
24、粉碎、飞散。爆炸的威力是巨大的。在遍及爆炸起作用的整个区域内,有一种令物体震荡、使之松散的力量。爆炸发生时,爆炸力的冲击波最初使气压上升,随后气压下降使空气振动产生局部真空,呈现出所谓的吸收作用。由于爆炸的冲击波呈升降交替的波状气压向四周扩散,从而造成附近建筑物的展荡 破坏。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,31/124,化工装置、机械设备、容器等爆炸后,变成碎片飞散出去会在相当大的范同内造成危害。化工生产中属于爆炸碎片造成的伤亡占很大比例。爆炸碎片的飞散距离一般可达100一500 m。爆炸气体扩散通常在爆炸的瞬间完成,对一般可燃物质不致造成火灾,而且爆炸冲击波有时能起灭火作用。但是爆炸
25、的余热或余火,会点燃从破损设备中不断流出的可燃液体蒸气而造成火灾。爆炸在化学工业中一般是以突发或偶发事件的形式出现的,而且往往伴随火灾发生。爆炸所形成的危害性严重,损失也较大。,第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术,32/124,二、爆炸分类,1按爆炸性质分类(1)物理爆炸:指物质的物理状态发生急剧变化而引起的爆炸。例如蒸汽锅炉、压缩气体、液化气体过压等引起的爆炸,都属于物理爆炸。物质的化学成分和化学性质在物理爆炸后均不发生变化。(2)化学爆炸:指物质发生急剧化学反应,产生高温高压而引起的爆炸。物质的化学成分和化学性质在化学爆炸后均发生了质的变化。如乙炔铜、碘化氮、氯化氮等的爆炸。,第四章 燃
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