火灾爆炸事故机理是整个防火防爆章节占分最多的一节内容(近五年占8~10分),所以单列出来细说。该小节两个部分均为“连续考点”(五年内连续考试四次以上的考点)。
燃烧与火灾
【连续考点,约占4分】
定义、条件(了解即可)
1.燃烧的定义
燃烧是物质与氧化剂之间的放热反应,它通常同时释放出火焰或可见光。
2.火灾定义
在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。以下情况也列入火灾的统计范围:
(1)民用爆炸物品引起的火灾。
(2)易燃或可燃液体、可燃气体、蒸气、粉尘以及其他化学易燃易爆物品爆炸翱爆炸引起的火灾(地下矿井部分发生的爆炸,不列入火灾统计范围)。
(3)破坏性试验中引起非实验体燃烧的事故。
(4)机电设备因内部故障导致外部明火燃烧需要组织扑灭的事故,火灾引起其他物件燃烧的事故。
(5)车辆、船舶;飞机以及其他交通工具发生的燃烧事故、火灾由此引起的其他物件燃烧的事故(飞机因飞行事故而导致本身燃烧的除外)。
3.发生的必要条件(一定要理解)
同时具备氧化剂、可燃物、点火源,即火的三要素。
这三个要素中缺少任何一个,燃烧都不能发生或持续。获得三要素是燃烧的必要条件。
在火灾防治中,阻断三要素的任何一个要素就可以扑灭火灾。
过程和形式(重点掌握)
1.燃烧过程(燃烧本质是气相燃烧)
除结构简单的可燃气体(如氢气)外,大多数可燃物质的燃烧并非是物质本身在燃烧,而是物质受热分解出的气体或液体蒸气在气相中的燃烧。
由可燃物质燃烧过程可以看出,可燃气体最容易燃烧,其燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解,并使其达到自燃点而燃烧;
可燃液体首先蒸发成蒸气,其蒸气进行氧化分解后达到自燃点而燃烧。
在固体燃烧中,如果是简单物质硫、磷等,受热后首先熔化,蒸发成蒸气进行燃烧,没有分解过程;
如果是复杂物质,在受热时首先分解为气态或液态产物,其气态和液态产物的蒸气进行氧化分解着火燃烧。
有的可燃固体如焦炭等,不能分解为气态物质,在燃烧时则呈炽热状态,没有火焰产生。
2.燃烧形式(了解即可)
气态可燃物通常为扩散燃烧,即可燃物和氧气边混合边燃烧;
液态可燃物.(包括受热后先液化后燃烧的固态可燃物)通常先蒸发为可燃蒸气,可燃蒸气与氧化剂发生燃烧;
固态可燃物先是通过热解等过程产生可燃气体,可燃气体与氧化剂再发生燃烧。
3.燃烧的4种形式(了解即可)
(1)扩散燃烧。
(2)混合燃烧。
(3)蒸发燃烧。
(4)分解燃烧。
火灾的分类(重点记忆)
按燃烧特性分为6类:
A类火灾:指固体物质火灾,这种物质通常具有有机物质,一般在燃烧时能产生灼热灰烬,如木材、棉、毛、麻、纸张火灾等;
B类火灾:指液体火灾和可熔化的固体物质火灾,如汽油、煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾等;
C类火灾:指气体火灾,如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气火灾等;
D类火灾:指金属火灾,如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金火灾等;
E类火灾:指带电火灾,是物体带电燃烧的火灾,如发电机、电缆、家用电器等;
F类火灾:指烹饪器具内烹饪物火灾,如动植物油脂等。
记忆口诀:固液气,金电锅
2.按照火灾造成的人员伤亡、受灾户数和财产直接损失金额,划分为3类:
(1)特大火灾:死亡10人以上(含本数;下同);重伤20人以上;受灾户数50户以上;烧毁财物损失100万元以上。
(2)重大火灾:死亡3人以上;重伤10人以上;受灾户30户以上;烧毁财产损失30万元以上。
(3)不具有前两项情形的燃烧事故,为一般火灾。
火灾概念及参数(重点掌握)
1.闪燃
表面或上方火焰一闪即灭的现象。闪燃往往是持续燃烧的先兆。
2.阴燃
没有火焰和可见光的燃烧。
3.爆燃
伴随爆炸的燃烧波,以亚音速传播。
4,自燃
没有外来火源靠自热或外热燃烧的现象。根据热源的不同,分为自热自燃和受热自燃两种。
5.闪点
材料或制品加热到释放出的气体瞬间着火并出现火焰的最低温度。
闪点是衡量物质火灾危险性的重要参数。一般情况下闪点越低,火灾危险性越大。
6.燃点
可燃物质产生自燃的最低温度。一般情况下燃点越低,火灾危险性越大。
7.自燃点
不用任何辅助引燃能源而达到引燃的最低温度。
液体和固体可燃物受热分解并析出来的可燃气体挥发物越多,其自燃点越低。
固体可燃物粉碎得越细,其自燃点越低。
密度越大,闪点越高而自燃点越低。
比如,下列油品的密度:汽油
8.引燃能、最小点火能
引燃能是指释放能够触发初始燃烧化学反应的能量,也叫最小点火能。
9.着火延滞期(诱导期)
可燃性物质和助燃气体的混合物在高温下从开始暴露到起火的时间;
混合气着火前自动加热的时间称为诱导期,在燃烧过程中又称为着火延滞期,单位用ms表示。
火灾发展规律(重点理解)
分为初起期、发展期、最盛期、减弱期和熄灭期。
初起期
是火灾开始发生的阶段,这一阶段可燃物的热解过程至关重要,主要特征是冒烟、阴燃;
发展期
是火势由小到大发展的阶段,一般采用T平方特征火灾模型来简化描述该阶段非稳态火灾热释放速率随时间的变化,即假定火灾热释放速率与时间的平方成正比,轰燃就发生在这一阶段;
最盛期
火灾燃烧方式是通风控制火灾,火势的大小由建筑物的通风情况决定;
熄灭期
是火灾由最盛期开始消减直至熄灭的阶段,熄灭的原因可以是燃料不足、灭火系统的作用等。
燃烧机理(了解即可)
当空气中氧气含量低于14%时常见可燃物不会燃烧。
三种理论
活化能理论、过氧化物理论、链反应理论
爆炸
【连续考点,约占6分】
爆炸及其分类(三类爆炸重点记忆)
爆炸主要特征是爆炸点及其周围压力急剧升高。
按能量来源分为:物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。
按爆炸反应相不同分为三类:
气相爆炸、液相炸和固相爆炸。
气相爆炸:混合气体爆炸、气体的分解爆炸、粉尘爆炸、喷爆炸。
液相爆炸:如硝酸和甘油,液氧和四媒粉,溶的矿渣或钢水包与水接触。
固相爆炸:如乙炔铜的爆炸,导线过载过热引起的金属气化爆炸。
不管何种能源引起的爆炸,都具备两个特征:能源具有极大的密度和极大的能量释放速度。
爆炸的破坏作用:冲击波、碎片冲击、震荡作用和次生事故。
可燃气体爆炸(混合气体重点记忆)
1、分解爆炸性气体爆炸
乙炔、乙烯、环氧乙烷等,即使在没有氧气的条件下,也能被点燃爆炸,其实质是分解爆炸。
乙炔是常见的分解爆炸气体,此外,乙炔与铜、银、汞等反应生成爆炸性乙炔盐。安全规程规定不能用含铜量超过70%的铜合金做乙炔容器;在用乙炔焊接时,不能使用含银焊条。
分解爆炸的敏感性与压力有关。
乙烯分解爆炸所需发火能比乙炔大。压力200MPa时,很危险。环氧乙烷分解爆炸的临界压力为40KPa。
2、混合气体爆炸
燃烧反应过程分三个阶段:扩散阶段、感应阶段、化学反应阶段。其中扩散阶段时间远大于其余两个阶段。
浓度极限(重点理解)
1、基本理论及其影响因素
危险度
用爆炸上限减去爆炸下限之差除以爆炸下限即危险度;
危险度H=(L上-L下)/L下,一般情况下,H越大,爆炸极限范围越宽,爆炸危险性越大。
爆炸极限
多种可燃气体组成爆炸极限的计算:Lm=100/(V1/L1+V2/L2+V3/L3……)
其中V是混合气体中各组成气体的浓度,L是各组成气体的爆炸极限。
影响因素
1)温度的影响。混合爆炸性气体的初始温度越高,爆炸极限苑围宽,下限越低,上限越高。
2)压力的影响。在0.1-2.0MPa,对爆炸下限影响不大,对爆炸上限影响较大。大于2.OMPa时,同时影响。
当初始压力降到某一数值时,下限与上限重合,此压力成为爆炸的临界压力。
3)惰性气体的影响。随着惰性气体含量的増加,爆炸极限范围缩小。当惰性气体的浓度增加到某一数值时,爆炸上下限趋于一致,使混合气体不发生爆炸。惰性气体浓度对爆炸上限影响较大。
4)爆炸容器对爆炸极限的影响。爆炸容器的材料和尺寸对爆炸极限有影响。若容器材料的传热性好,管径越细,火在其中越难传播,爆炸极限范围变小。当小到某一数值,火焰就不能传播下去,称为临界直径或最大灭火间距。如甲烷的0.4-0.5mm,氢和乙炔为0.1-0.2mm。目前一般采用直径为50mm的爆炸管或球形爆炸容器。
5)点火源的影响。点火源的活化能量越大、加热面积越大作用间越长,爆炸极限范围也越大。
粉尘爆炸(特点、区别重点记忆)
粉尘爆炸是一个瞬间的连锁反应,属于不稳定的气固二相流反应。
1、粉尘爆炸的机理与特点
粉尘爆炸的特点:
1)粉尘爆炸速度和爆炸压力上升速度比气体爆炸小,但燃烧时间长,产生的能量大,破坏程度大;
2)爆炸感应期较长;
3)有产生二次爆炸的可能性。
2、粉尘爆炸的条件及爆炸过程
1)条件:粉尘本身具有可燃性;粉尘虚浮在空气中并达到一定浓度;有足以引起粉尘爆炸的初始能量。
2)爆炸过程
粉尘爆炸过程与可燃气体爆炸相似,但有两点区别:
一是粉尘爆炸所需的发火能更多;
二是气体爆炸以热传导为主,而粉尘爆炸的热辐射的作用大。
3、特性及影响因素
爆炸极限、最小点火能量、最低着火温度、粉尘爆炸压力及压力速率。
燃烧爆炸的转化(了解即可)
爆炸的主要特征是压力急剧上升,并不一定着火;燃烧一定有发光放热现象,但与压力无特别关系。
固体或液体炸药燃烧转化为爆炸的主要三条件:
1、炸药处于密封状态,燃烧产生的高温气体增大了压力,使燃烧转化为爆炸;
2、燃烧面积不断扩大,使燃速加快,形成冲击波,从而使燃烧转化为爆炸;
3、药量较大时,炸药燃烧形成的高温反应区将热量传给尚未反应的炸药,使其余的炸药受热爆炸。
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