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爆炸基础知识完整篇
编号：
SY-AQ-08104
爆炸基础知识（完整篇）
Basicknowledgeofexplosion
（安全管理）
单位：
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审批：
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日期：
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爆炸基础知识（完整篇）
导语：
进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。
在安全管理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关系更直接，显得更为突出。
爆炸由于破坏力强，危害性大，往往还伴随着火灾及其它灾害的发生，因而需要引起消防工作者的特别重视。
本章主要介绍爆炸的基本概念、分类及爆炸极限、爆炸危险源等知识。
了解爆炸发生的条件和机理，是理解和应用防火防爆技术的必要理论基础，对于防范爆炸发生、处置爆炸事故尤为重要。
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状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生声响的现象。
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
由于物质急剧氧化或分解反应产生温度、压力增加或两者同时增加的现象，称为爆炸。
爆炸是由物理变化和化学变化引起的。
在发生爆炸时，势能（化学能或机械能）突然转变为动能，有高压气体生成或者释放出高压气体，这些高压气体随之做机械功，如移动、改变或抛射周围的物体。
一旦发生爆炸，将会对邻近的物体产生极大的破坏作用，这是由于构成爆炸体系的高压气体作用到周围物体上，使物体受力不平衡，从而遭到破坏。
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。
物理爆炸和化学爆炸最为常见。
（一）物理爆炸
物质因状态或压力发生突变而形成的爆炸叫物理爆炸。
物理爆炸的特点是前后物质的化学成分均不改变。
如蒸汽锅炉因水快速汽化，容器压力急剧增加，压力超过设备所能承受的强度而发生的爆炸；压缩气体或液化气钢瓶、油桶受热爆炸等。
物理爆炸本身虽没有进行燃烧反应，但它产生的冲击力可直接或间接地造成火灾。
（二）化学爆炸
化学爆炸是指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。
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。
这种爆炸速度快，爆炸时产生大量热能和很大的气体压力，并发出巨大的声响。
化学爆炸能直接造成火灾，具有很大的火灾危险性。
各种炸药的爆炸和气体、液体蒸气及粉尘与空气混合后形成的爆炸都属于化学爆炸，特别是后一种爆炸几乎存在于工业、交通、生活等各个领域，危害性很大，应特别注意。
1．炸药爆炸
炸药是为了完成可控制爆炸而特别设计制造的物质，其分子中含有不稳定的基团，绝大多数炸药本身含有氧，不需要外界提供氧就能爆炸，但炸药爆炸需要外界点火源引起。
其爆炸一旦失去控制，将会造成巨大灾难。
（1）炸药爆炸的特点。
炸药爆炸与属于分散体系的气体或粉尘爆炸不同，它属于凝聚体系爆炸。
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。
爆炸时的反应热达到数千到上万千焦，温度可达数千摄氏度并产生高压，能在瞬间由固体迅速转变为大量的气体产物，使体积成百倍的增加。
（2）炸药爆炸的破坏作用。
炸药在空气中爆炸时，对周围介质的破坏作用主要有三部分：
一是爆炸产物的直接作用，指高温、高压、高能量密度产物的直接膨胀冲击作用，一般爆炸产物只在爆炸中心的近距离内起作用；二是冲击波的作用，空气冲击波是一种具有巨大能量的超音速压力波，是爆炸时起主要破坏作用的物质，离爆炸中心越近，破坏作用越强；三是外壳破片的分散杀伤作用。
2．可燃气体爆炸
指物质以气体、蒸气状态所发生的爆炸。
气体爆炸由于受体积能量密度的制约，造成大多数气态物质在爆炸时产生的爆炸压力分散在5～10倍于爆炸前的压力范围内，爆炸威力相对较小。
按爆炸原理，气体爆炸包括混合气体爆炸、单一分解爆炸两种。
（1）混合气体爆炸。
指可燃气（或液体蒸汽）和助燃性气体的混合物在点火源作用下发生的爆炸，较为常见。
可燃气与空气组成的混合气体遇火源能否发生爆炸,与混合气体中的可燃气浓度有关。
可燃气与空气组成的混合气体遇火源能发生爆炸的浓度范围称为爆炸极限（见本章第二节）。
（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。
气体单分解爆炸的发生需要满足一定的压力和分解热的要求。
能使单一气体发生爆炸的最低压力值称为临界压力。
单分解爆炸气体物质压力高于临界压力且分解热足够大时，才能维持热与火焰的迅速传播而造成爆炸。
3．可燃粉尘爆炸
粉尘是指分散的固体物质。
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。
可燃粉尘爆炸应具备三个条件，即粉尘本身具有爆炸性、粉尘必须悬浮在空气中并与空气混合到爆炸浓度、有足以引起粉尘爆炸的火源。
（1）粉尘爆炸的过程。
粉尘的爆炸可视为由以下三步发展形成的：
第一步是悬浮的粉尘在热源作用下迅速地干馏或气化而产生出可燃气体；第二步是可燃气体与空气混合而燃烧；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，这些粉尘受热气化后使燃烧循环地进行下去。
随着每个循环的逐次进行，其反应速度逐渐加快，通过剧烈的燃烧，最后形成爆炸。
这种爆炸反应以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸压力等将持续加快和升高，并呈跳跃式的发展。
（2）粉尘爆炸的特点。
主要有以下几点：
①连续性爆炸是粉尘爆炸的最大特点，因初始爆炸将沉积粉尘扬起，在新的空间中形成更多的爆炸性混合物而再次爆炸；
②粉尘爆炸所需的最小点火能量（见本章第三节）较高，一般在几十毫焦耳以上，而且热表面点燃较为困难；
③与可燃气体爆炸相比，粉尘爆炸压力上升较缓慢，较高压力持续时间长，释放的能量大，破坏力强。
（3）影响粉尘爆炸的因素。
各类可燃性粉尘因其燃烧热的高低、氧化速度的快慢、带电的难易、含挥发物的多少而具有不同的燃烧爆炸特性。
但从总体看，粉尘爆炸受下列条件制约：
①颗粒的尺寸。
颗粒越细小其比表面积越大，氧吸附也越多，在空中悬浮时间越长，爆炸危险性越大；
②粉尘浓度。
粉尘爆炸与可燃气体、蒸气一样，也有一定的浓度极限，即也存在粉尘爆炸的上、下限，单位用g/m³表示。
粉尘的爆炸上限值很大，例如糖粉的爆炸上限为13500g/m³，如此高的悬浮粉尘浓度只有沉积粉尘受冲击波作用才能形成；
③空气的含水量。
空气中含水量越高，粉尘的最小引爆能量越高；
④含氧量。
随着含氧量的增加，爆炸浓度极限范围扩大；
⑤可燃气体含量。
有粉尘的环境中存在可燃气体时，会大大增加粉尘爆炸的危险性。
（三）核爆炸
由于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。
如原子弹、氢弹、中子弹的爆炸都属核爆炸。
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或温度范围，根据物质的不同形态和不同需要，通常将爆炸极限分为爆炸浓度极限和爆炸温度极限两种。
一、爆炸浓度极限
可燃气体、液体蒸气和粉尘与空气混合后，遇火源会发生爆炸的最高或最低的浓度范围，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爆炸上限，能引起爆炸的最低浓度称爆炸下限，上限和下限之间的间隔称爆炸范围。
可燃气体、液体蒸气和粉尘与空气混合后形成的混合物遇火源不一定都能发生爆炸，只有其浓度处在爆炸极限范围内，才发生爆炸。
浓度高于上限，助燃物数量太少，不会发生爆炸，也不会燃烧；浓度低于下限，可燃物的数量不够，也不会发生爆炸或燃烧。
但是，若浓度高于上限的混合物离开密闭的空间或混合物遇到新鲜空气，遇火源则有发生燃烧或爆炸的危险。
（一）气体和液体的爆炸（浓度）极限
气体和液体的爆炸极限通常用体积百分比％表示。
不同的物质由于其理化性质不同，其爆炸极限也不同；即使是同一种物质，在不同的外界条件下，其爆炸极限也不同。
如在氧气中的爆炸极限要比在空气中的爆炸极限范围宽，下限会降低。
部分可燃气体在空气和氧气中的爆炸极限如表1-3-1所示。
表1-3-1部分可燃气体和蒸气的爆炸极限
物质名称
在空气中（%）
在氧气中（%）
下限
上限
下限
上限
氢气
4.0
75.0
4.7
94.0
乙炔
2.5
82.0
2.8
93.0
甲烷
5.0
15.0
5.4
60.0
乙烷
3.0
12.45
3.0
66.0
丙烷
2.1
9.5
2.3
55.0
乙烯
2.75
34.0
3.0
80.0
丙烯
2.0
11.0
2.1
53.0
氨
15.0
28.0
13.5
79.0
环丙烷
2.4
10.4
2.5
63.0
一氧化碳
12.5
74.0
15.5
94.0
乙醚
1.9
40.0
2.1
82.0
丁烷
1.5
8.5
1.8
49.0
二乙烯醚
1.7
27.0
1.85
85.5
除助燃物条件外，对于同种可燃气体，其爆炸极限还受以下几方面影响。
（1）火源能量的影响。
引燃混气的火源能量越大，可燃混气的爆炸极限范围越宽，爆炸危险性越大。
（2）初始压力的影响。
混气初始压力增加，爆炸范围增大，爆炸危险性增加。
值得注意的是，干燥的一氧化碳和空气的混合气体，压力上升，其爆炸极限范围缩小。
（3）初温对爆炸极限的影响。
混气初温越高，混气的爆炸极限范围越宽，爆炸危险性越大。
（4）惰性气体的影响。
可燃混气中加入惰性气体，会使爆炸极限范围变宽，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，任何比例的混气均不能发送爆炸。
（二）可燃粉尘的爆炸（浓度）极限
粉尘的爆炸极限通常用单位体积中粉尘的质量（g/m³）表示。
可燃粉尘爆炸浓度上限，因为太大，以致在多数场合都不会达到，所以没有实际意义，通常只应用粉尘的爆炸下限。
表1-3-2列出了部分粉尘的爆炸下限。
表1-3-2部分粉尘的爆炸特性
物质名称
爆炸下限
（g/m³）
最大爆炸压力
（×105Pa）
自燃点
（℃）
最低点火能量
（mJ）
镁
20
5.0
520
80
铝
35～40
6.2
645
20
镁铝合金
50
4.3
535
80
钛
45
3.1
460
120
铁
120
2.5
316
100
锌
500
6.9
860
900
煤
35～45
3.2
610
40
硫
35
2.9
190
15
玉米
45
5.0
470
40
黄豆
35
4.6
560
100
花生壳
85
2.9
570
370
砂糖
19
3.9
410～525
30
小麦
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