新版消防安全技术实务教材电子版第一篇 消防基础知识 第三章 爆炸.docx
《新版消防安全技术实务教材电子版第一篇 消防基础知识 第三章 爆炸.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新版消防安全技术实务教材电子版第一篇 消防基础知识 第三章 爆炸.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
新版消防安全技术实务教材电子版第一篇消防基础知识第三章爆炸
《消防安全技术实务》知识点整理
第一篇消防基础知识
第三章爆炸
第一节爆炸的定义及分类
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。
1、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。
在发生爆炸时，势能（化学能或机械能）突然转变为功能，有高压气体生成或释放出高压气体，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。
2、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。
其中物理爆炸和化学爆炸最为常见。
（1）物理爆炸
物质因状态变化导致压力发生突变而形成的爆炸叫物理爆炸。
物理爆炸的特点是爆炸前后物质的化学成分均不改变。
例如，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。
（2）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，几乎存在于工业生产、交通运输、日常生活等各个领域，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寻找火源引起。
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种类型:
一是爆炸产物的直接作用，即指高温、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，空气冲击破是一种具有巨大能量的超声速压力波，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
可燃气体爆炸是指物质以气体、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和气体单分解爆炸两种。
（1）混合气体爆炸。
混合气体爆炸是指可燃气（或液体蒸气）和助燃性气体的混合物在引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（详见本章第二节）。
（2）气体单分解爆炸。
气体单分解爆炸是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。
粉尘爆炸事故在近几年屡有发生，并造成严重后果。
（1）粉尘爆炸的过程。
对一些在受热源作用下分解、熔融蒸发或升华而释放出可燃气体的粉尘而言，如木粉、纸粉、棒脑粉、萘粉等，发生爆炸的过程可视为由以下三步发展形成:
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。
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。
这种爆炸反应及爆炸火焰传播速度、爆炸波传播连度、爆炸压力等将持续加快和升高，并呈跳跃式发展。
对于木炭、焦炭和一些金属粉尘，它们在接受引火源的热能后直接与空气中的氧气发生剧烈氧化反应并着火，产生的反应热使火焰传播。
在火焰传播过程中，炽热的粉尘或其氧化物加热周围的粉尘和空气，使高温空气迅速膨胀，从而导致粉尘爆炸，但在整个爆炸中并不释放可燃气体。
（2）粉尘爆炸的条件。
可燃粉尘爆炸一般应具备三个条件:
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，但并非所有的可燃粉尘都能发生爆炸，常见具有爆炸性的粉尘见表1-3-1;二是粉尘必须悬浮在空气中，并且其浓度处于一定的范围（详见本章第二节）;三是有足以引起粉尘爆炸的引火源，粉尘燃烧需要经过加热、熔融蒸发或者受热裂解，放出可燃气体，因此需要较多的能量。
一般来说，最小点火能（详见本章第三节）大致是10-100mJ，比可燃气的最小点火能大100-1000倍。
表1-3-1常见具有爆炸性的粉尘
种类
举例
炭制品
煤、木炭、焦炭、活性炭等
肥料
鱼粉、血粉等
食品类
淀粉、砂糖、面粉、可可、奶粉、谷粉、咖啡粉等
木质类
木粉、软木粉、木质素粉、纸粉等
合成制品类
染料中间体、各种塑料、橡胶、合成洗涤剂等
农产品加工类
胡椒、除虫菊粉、烟草等
金属类
铝、镁、锌、铁、锰、锡、硅铁、钛、钡、锆等
（3）粉尘爆炸的特点。
粉尘爆炸的特点主要有以下几点:
1）与可燃气体爆炸相比，粉尘爆炸压力上升和下降速度都较缓慢，较高压力持续时间长，释放的能量大，爆炸的破坏性和对周围可燃物的烧毁程度较严重。
而且，有的粉尘爆炸会随着爆炸的延续，反应速度和爆炸压力呈现跳跃式加快和升高，具有离起爆点越远破坏越严重的特点。
2）粉尘初始爆炸产生的气浪会使沉积粉尘扬起，在新的空间内形成爆炸性混合物，从而可能会发生二次爆炸。
二次爆炸往往比初次爆炸压力更大，破坏更严重，在连续化生产系统中，二次爆炸甚至可能连续出现，形成连锁爆炸，有的能达到爆轰①的程度。
3）粉尘爆炸比气体爆炸所需的点火能大、引爆时间长、过程复杂，所以，可以利用这一特点，通过仪器装置探测爆炸的前兆，及时采取措施有效遏制爆炸的发展。
（4）影响粉尘爆炸的因素。
影响粉尘爆炸的因素主要有以下几方面:
1）粉尘本身的物理化学性质。
各类可燃性粉尘因其燃烧热的高低、氧化速度的快慢、带电的难易度、含挥发物的多少等物理化学性质的不同而具有不同的燃烧爆炸特性。
此外，粉尘颗粒的尺寸也是粉尘爆炸的重要影响因素，颗粒越细小，其比表面积越大，在空气中分散度越大且悬浮时间越长，吸附氧的活性越强，爆炸危险性越大。
2）粉尘浓度。
可燃粉尘必须在其浓度处于爆炸极限范围内才能发生爆炸。
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。
环境中的水分会削弱粉尘的爆炸性能。
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。
当可燃粉尘和空气的混合物中混入一定量可燃气体时，粉尘的爆炸危险性会显著增大，这体现在最小点火能和爆炸下限降低，爆炸压力和升压速度升高。
相反，当混合物中混入一定量的惰性气体时，会因粉尘环境氧含量的下降，缩小粉尘爆炸的浓度范围，降低爆炸的压力和升压速度。
惰性气体的加入也会削弱可燃粉尘的爆炸性能。
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。
（3）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、氢弹、中子弹的爆炸都属于核爆炸。
注;①爆轰是以冲击波为特征，传播速度大于未反应物质中声速的化学反应。
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、蒸汽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，上限和下限之间的间隔称为爆炸范围。
1、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。
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。
通常，在氧气中的爆炸极限要比在空气中的爆炸极限范围大，部分可燃气体在空气和氧气中的爆炸极限见表1-3-2。
表1-3-2部分可燃气体在空气和氧气中的爆炸极限
物质名称
在空气中（体积分数，%）
在氧气中（体积分数，%）
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。
值得注意的是，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，任何比例的混合气体均不能发生爆炸。
2、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。
试验表明，许多工业粉尘的爆炸下限为20-60g/m3，爆炸上限为2000-6000g/m3。
由于粉尘沉降等原因，实际情况下很难达到爆炸上限值，因此，粉尘的爆炸上限一般没有实用价值，通常只应用粉尘的爆炸下限。
爆炸下限越低的粉尘，爆炸的危险性越大。
此外，爆炸压力、悬浮状态下的粉尘自燃点等也是衡量粉尘爆炸危险性大小的重要参数。
表1-3-3列出了部分粉尘的爆炸下限及其他特性参数。
表1-3-3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/℃
镁
20
5.0
520
铝
35-40
6.2
645
镁铝合金
50
4.3
535
钛
45
3.1
460
铁
120
2.5
316
锌
500
6.9
860
煤
35-45
3.2
610
硫
35
2.9
190
玉米
45
5.0
470
黄豆
35
4.6
560
花生壳
85
2.9
570
砂糖
19
3.9
410-525
小麦
9.7-60
4.1-6.6
380-470
木粉
12.6-25
7.7
225-430
软木
30-35
7.0
815
纸浆
60
4.2
480
酚苯树脂
25
7.4
500
脲醛树脂
90
4.2
470
环氧树脂
20
6.0
540
聚乙烯树脂
30
6.0
410
聚丙烯树脂
20
5.3
420
聚苯乙烯制品
15
5.4
560
聚乙酸乙烯树脂
40
4.8
550
硬脂酸铝
15
4.3
400
注：
不同试验条件下得出的数据会存在一定的差异。
3、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。
生产和储存场所的火灾危险性主要取决于该场所内可燃物的火灾危险性，因此，爆炸极限成为评定生产和储存场所火灾危险性的依据之一（详见第二篇第二章）。
根据场所火灾危险性，可以进一步确定建筑物耐火等级、防火间距、电气设备选用、建筑消防设施以及灭火救援力量的配备等。
在生产、储存、运输、使用过程中，为保证安全，要针对可燃物的爆炸极限及其危险特性，确定相应的防火防爆措施，控制可燃物浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限。
例如，采用可燃气体或蒸气氧化法生产时，可以用惰性气体稀释和保护的方式，避免可燃气体或蒸气的浓度在爆炸极限范围之内。
具体应用有以下几方面：
（1）爆炸极限是评定可燃气体火灾危险性大小的依据，爆炸范围越大，下限越低，火灾危险性就越大。
（2）爆炸极限是评定气体生产、储存场所火险类别的依据，也是选择电气防爆型式的依据。
生产、储存爆炸下限<10%的可燃气体的工业场所，应选用隔爆型防爆电气设备；生产、储存爆炸下限≥10%的可燃气体的工业场所，可选用任一防爆型电气设备。
（3）根据爆炸极限可以确定建筑物耐火等级、层数、面积、防火墙占地面积、安全疏散距离和灭火设施。
（4）根据爆炸极限，确定安全操作规程。
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。
这两者缺一不可。
在生产中，爆炸危险源可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、人的不安全行为以及管理缺陷等。
1、引起爆炸的直接原因——包括物料原因、作业行为原因、生产设备原因、生产工艺原因
通常，引起爆炸事故的直接原因可归纳为以下几方面：
（1）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。
工作场所过量堆放物品，对易燃易爆危险品未采取安全防护措施，产品下机后不待冷却便入库堆积，不按规定掌握投料数量、投料比、投料先后顺序，控制失误或设备故障造成物料外溢，生产粉尘中产生的粉尘或可燃气体达到爆炸极限等，均会酿成爆炸事故。
（2）作业行为原因
作业行为导致爆炸的原因有：
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。
（3）生产设备原因
由于生产设备缺陷导致爆炸的原因主要有：
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。
（4）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当，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。
此外，人为故意破坏（如放火、断水断电、毁坏设备）以及地震、台风、雷击等自然灾害也同样可能引发爆炸。
2、常见爆炸引火源——包括机械火源、热火源、电火源及化学火源
根据前文所述，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、热火源、电火源及化学火源，见表1-3-4。
表1-3-4常见引发爆炸的引火源
火源类别
火源举例
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
化学火源
明火、化学反应热、发热自燃
（1）机械火源
撞击、摩擦产生火花，如机器转动部分的摩擦，铁器的互相撞击或铁制工具打击混凝土地面，带压管道或铁制容器的开裂等，都可能产生高温或火花，成为爆炸的起因。
（2）热火源
1、高温热表面
生产工艺的加热装置，以及高温物料的传送管线、高压蒸汽管线及高温反应塔、器等设备表面温度都比较高，可燃物料与这些高温表面接触时间过长，就有可能引发燃烧式爆炸事故。
2、日光照射并聚焦
直射的太阳光通过凸透镜、凹面镜、圆形玻璃瓶、有气泡的平板玻璃等，会聚焦形成高温焦点，可能点燃可燃性物质，从而引发爆炸。
（3）电火源
1、电火花
电火花一般是指电气开关合闸、断开时产生的火花、电弧，或者由于电气设备短路、过载、接触不良或其它原因产生的电火花、电弧或危险温度。
2、静电火花
静电指相对静止的电荷，是一种常见的带电现象。
在一定条件下，两种不同物质（其中至少有一种为电介质）相互接触、摩擦，就可能产生静电并积聚产生高电压。
若静电能量以火花形式发出，则可能成为火源，引起爆炸事故。
物质能否产生静电并积聚，主要取决于物质的电阻率和相对介电常数。
在工业生产过程中，撕裂、剥离、拉伸、撞击、粉碎、筛分、滚压、搅拌、输送、喷涂和过滤物料，还有气体、液体的流动、溅泼、喷射等各种操作，都可能产生静电。
3、雷电
雷电产生的火花温度之高可熔化金属，这也是引起爆炸事故的原因之一。
（4）化学火源
化学火源有明火、化学反应热等。
生产过程中的明火主要是指加热用火、维修用火和其它火源。
此外，烟头、火柴、烟囱飞火、机动车辆排气管喷火都可能引起可燃物料的燃爆。
化学反应热和发热自燃也是常见爆炸引火源。
3、最小点火能
在一定条件下，可燃气体、蒸气、粉尘与空气形成的爆炸性混合物在用电火花作为电火源进行点火试验时，电火花存在一个能量接线条件，即低于某一能量值，混合物只受热升温而不会被引燃，反之则会发生剧烈化学反应导致燃烧和爆炸。
能够引燃某种可燃混合物所需的最低电火花能量值称为最小点火能，通常用mJ作为单位。
表1-3-5中列出了部分可燃气体和蒸气在一定条件下于空气中的最小点火能。
大部分可燃气体的最小点火能不超过1mJ，可见这些可燃气体极易被引爆。
表1-3-5部分可燃气体和蒸汽在空气中的最小点火能量
物质名称
最小点火能量（mJ）
物质名称
最小点火能量（mJ）
乙烷
0.285
丁酮
0.68
丙烷
0.305
丙酮
1.15
甲烷
0.47
乙酸乙醇
1.42
庚烷
0.70
甲醚
0.33
乙炔
0.02
乙醚
0.49
乙烯
0.096
异丙醚
1.14
丙炔
0.152
三乙胺
0.75
丙烯
0.282
乙胺
2.4
丁二烯
0.175
呋喃
0.225
氯丙烷
1.08
苯
0.55
甲醇
0.215
环氧乙烷
0.087
异丙醇
0.65
二硫化碳
0.015
乙醛
0.325
氢
0.02
表1-3-6中列出部分粉尘在一定条件下于空气中的最小点火能。
表1-3-6部分粉尘在空气中的最小点火能
物质名称
最小点火能量（mJ）
物质名称
最小点火能量（mJ）
镁
80
小麦
50-160
铝
20
木粉
20
镁铝合金
80
软木
45
钛
120
纸浆
80
铁
100
酚苯树脂
10
锌
900
脲醛树脂
80
煤
40
环氧树脂
15
硫
15
聚乙烯树脂
10
玉米
40
聚丙烯树脂
30
黄豆
100
聚苯乙烯制品
40
花生壳
370
聚乙酸乙烯树脂
160
砂糖
30
硬脂酸铝
15
最小点火能是衡量可燃气体、蒸气、粉尘火灾危险性的特性指标之一。
显然，物料的最小点火能越小，火灾危险性越大。
对于存在爆炸危险的场所，了解相应爆炸混合物的最小点火能是确定建筑防爆、电气防爆等技术措施的重要依据。
升级会员 