防火防爆理論與技術(shù)第6章

1、第六章 可燃固體燃燒與爆炸,主要內(nèi)容 第一節(jié) 固體燃燒概述 第二節(jié) 幾類典型固體的燃燒 第三節(jié) 固態(tài)可燃物的火災(zāi)蔓延 第四節(jié) 固體可燃物的陰燃 第五節(jié) 炸藥爆炸 第六節(jié) 粉塵爆炸,第一節(jié) 固體燃燒概述,固體燃燒的形式 蒸發(fā)燃燒：熔融蒸發(fā)，蒸氣與氧發(fā)生反應(yīng) 表面燃燒：在其表面直接與氧作用 分解燃燒：受熱分解產(chǎn)生的揮發(fā)分與氧作用 熏煙燃燒：陰燃，在空氣不流通、加熱溫度低、分解出的揮發(fā)分少或逸散快、含水分較多的情況下，只冒煙而無火焰的現(xiàn)象。 動力燃燒：爆炸式燃燒，粉塵爆炸、炸藥爆炸及轟燃,第一節(jié) 固體燃燒概述,評價(jià)固體可燃物危險(xiǎn)性的參數(shù) 燃點(diǎn)、熔點(diǎn)、閃點(diǎn)： 熱分解溫度：固體受熱發(fā)生分解的初始溫度 自

2、燃點(diǎn)：加熱到一定程度能自行燃燒的最低溫度 比表面積：單位體積所包含的表面積 氧指數(shù)：在規(guī)定的條件下，維持物質(zhì)燃燒的氧氮混合氣中的最低氧含量的體積百分?jǐn)?shù)?？梢該?jù)氧指數(shù)劃分材料燃燒性能,第一節(jié) 固體燃燒概述,氧指數(shù)測定實(shí)驗(yàn),第一節(jié) 固體燃燒概述,氧指數(shù)測定實(shí)驗(yàn) 1.將可燃物（試件）放置在規(guī)定位置，并夾好。 2.連接氮?dú)馄亢脱鯕馄康墓芫€。 3.分別打開氮（氧）氣瓶的開關(guān)，接著打開相應(yīng)的減壓閥，將壓力調(diào)至約0.2Mpa。 4.調(diào)整儀器上的氮?dú)夂脱鯕鈮毫?，約為0.1Mpa。,第一節(jié) 固體燃燒概述,氧指數(shù)測定實(shí)驗(yàn) 5.調(diào)整氮?dú)夂脱鯕獾牧髁?，分別約為8L/min和2L/min 6.采用專用點(diǎn)火裝置對可燃物進(jìn)

3、行點(diǎn)火。 7.如果可燃物的燃燒時(shí)間小于3min，則降低氮?dú)獾牧髁浚黾友鯕獾牧髁?；反之亦然，直至燃燒時(shí)間約為3min為止。 8.實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，結(jié)果取小數(shù)點(diǎn)后一位。,第一節(jié) 固體燃燒概述,固體的引燃條件 火災(zāi)中常見的是受熱釋放可燃?xì)怏w的固體； 受熱時(shí)能否被引燃取決于其釋放的可燃?xì)饽芊癖３忠欢舛?，?可計(jì)算求得，Hc和LV可以查有關(guān)文獻(xiàn)，對于一定厚度的無限大固體，有,Gcr和有如下關(guān)系,則當(dāng)S0時(shí)，不能被引燃或只發(fā)生閃燃，當(dāng)S0時(shí)，能被引燃，S0為判別條件。,第一節(jié) 固體燃燒概述,固體的引燃時(shí)間 在火源持續(xù)作用下，固體被引燃的時(shí)間長短與可燃物種類、形狀、尺寸、火源強(qiáng)度、加熱方式等因素有關(guān)； 假定

4、某一薄物體的厚度、密度、熱容及其周圍環(huán)境間的對流換熱系數(shù)分別為、C及h；物體的燃點(diǎn)和環(huán)境溫度分別為Ti和T0。當(dāng)薄物體兩同時(shí)受溫度為T的熱氣流加熱時(shí)，在時(shí)間間隔dt內(nèi)，能量平衡方程可以寫成,即,從T0到Ti進(jìn)行積分，得引燃時(shí)間,如果一面受熱，另一面絕熱，則,如果另一面不絕熱，則,當(dāng)物體一面受到熱能量為 的輻射加熱，另一面 絕熱時(shí)，假設(shè)物體的吸收率為，在時(shí)間間隔dt內(nèi)，則能量方程為,從T0到Ti進(jìn)行積分得引燃時(shí)間ti,如果物體一面受輻射熱，另一面不絕熱，則,第一節(jié) 固體燃燒概述,固體火焰?zhèn)鞑ダ碚?火勢發(fā)展快慢取決于：火焰?zhèn)鞑ニ俣群涂扇嘉锩娣e 燃燒起始表面：固體火焰?zhèn)鞑r(shí)正在燃燒的表面和未燃物質(zhì)之

5、間的界面，穿過這個(gè)界面的傳熱速率決定了火焰?zhèn)鞑セ蚧馂?zāi)蔓延的速度 火焰?zhèn)鞑セ痉匠蹋?第二節(jié) 典型的固體燃燒,高聚物燃燒 塑料、橡膠和纖維 過程：受熱軟化熔融、熱分解、著火燃燒 普遍的燃燒特點(diǎn) 發(fā)熱量較高，燃燒速度較快； 發(fā)煙量較大，影響能見度； 燃燒產(chǎn)物危害性大。 氧指數(shù)的估算,第二節(jié) 典型的固體燃燒,高聚物燃燒 不同高聚物的燃燒特點(diǎn) 只含碳、氫：易燃但不猛烈，離開火焰后仍能燃燒，火焰呈藍(lán)色或黃色，有熔滴，產(chǎn)生CO； 含氧：易燃且猛烈，火焰呈黃色，變軟，無熔滴，產(chǎn)生CO 含氮：情況復(fù)雜。共同特征：熔滴，產(chǎn)生CO、NO、HCN 含氯：硬的難燃自熄，軟的緩燃緩熄，火焰呈黃色，無熔滴，有炭瘤，產(chǎn)生H

6、CL 含氟：不燃但加強(qiáng)熱時(shí)產(chǎn)生HF氣體 酚醛樹脂：無真料的難燃自熄，有木粉填料的緩燃緩熄，火焰呈黃色，冒黑煙，放出有毒的酚蒸氣,第二節(jié) 典型的固體燃燒,高聚物燃燒氧指數(shù)的估算 不含鹵素的高聚物 C/O比不小于6的高聚物,第二節(jié) 典型的固體燃燒,高聚物燃燒氧指數(shù)的估算 含鹵素的高聚物,第二節(jié) 典型的固體燃燒,木材的燃燒 組成：元素（C、H、O），成分（纖維素，水分）； 熱分解： 130：水分蒸發(fā)，弱分解；150：顯著分解，水和CO2；200：纖維素開始分解，CO、H2、碳?xì)浠衔铮?70380：劇烈分解；剩余物為碳（3038） 燃燒過程： 過程復(fù)雜，分有焰燃燒和無焰燃燒階段 燃燒速度：質(zhì)量速度和

7、線速度 密度、含水量、比表面積,第二節(jié) 典型的固體燃燒,煤的燃燒 固體燃料煤的燃燒過程： 被加熱，干燥，可燃?xì)怏w析出，著火，火焰； 可燃?xì)怏w阻止氧氣到達(dá)顆粒表面，火焰加熱顆粒； 可燃?xì)怏w著完后，顆粒表面開始燃燒、發(fā)亮，藍(lán)色火焰。 固體碳粒燃燒 多相燃燒過程：O2擴(kuò)散到固體表面固體吸附氣固反應(yīng)生成物氣體從固體表面解吸生成物氣體擴(kuò)散離開固體表面 碳氧燃燒機(jī)理 二氧化碳模型、一氧化碳模型、中間碳氧絡(luò)合物模型。,第二節(jié) 典型的固體燃燒,金屬燃燒 揮發(fā)金屬和不揮發(fā)金屬 熔融蒸發(fā)式燃燒（揮發(fā)金屬），氣固兩相燃燒（不揮發(fā)金屬燃燒） 特征： 燃燒難易程度與表面積關(guān)系極大； 燃燒熱值大，燃燒溫度高； 高溫燃燒的

8、金屬性質(zhì)活潑； 火焰具有特征顏色。,第二節(jié) 典型的固體燃燒,特殊形狀固體可燃物著火 薄片固體可燃物 特點(diǎn)：薄，面積相對大，總質(zhì)量小，熱容量小。受熱后升溫快，熱解、氣化快，著火容易。,低輻射強(qiáng)度,第二節(jié) 典型的固體燃燒,特殊形狀固體可燃物著火 薄片固體可燃物,高輻射強(qiáng)度,第三節(jié) 固體可燃物的火災(zāi)蔓延,塑料等可燃固體 火災(zāi)蔓延的關(guān)鍵是受傳熱因素影響 向下蔓延：熱流不流經(jīng)未燃固體表面，速度慢 向上蔓延：熱流流經(jīng)未燃固體表面，速度快 向兩端蔓延：,第三節(jié) 固體可燃物的火災(zāi)蔓延,木材等天然可燃性固體 火的蔓延速度與木材的結(jié)構(gòu)有關(guān) 橫紋（木紋方向與木條軸線垂直）的蔓延速度大于順紋（木紋方向與木條軸線平行）

9、的蔓延速度 灌木及茅草天然可燃性固體 森林草原火災(zāi)； 火區(qū)分火頭、火尾、火側(cè)，正在蔓延的火稱為火線； 蔓延的方向和速度與地形有關(guān)：山脊快、山谷慢； 含水率影響大。,第四節(jié) 可燃固體的陰燃,陰燃 物質(zhì)發(fā)生的持續(xù)、有煙、無焰的燃燒現(xiàn)象； 與有焰燃燒的區(qū)別是無火焰，與無焰燃燒的區(qū)別是能熱分解出可燃?xì)怏w； 在一定條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊o焰燃燒。,第四節(jié) 可燃固體的陰燃,陰燃發(fā)生的條件 受熱分解產(chǎn)生鋼性結(jié)構(gòu)的多孔炭 主要發(fā)生固體物質(zhì)處于空氣不流通的情況下，暴露于外加熱流的固體粉塵層，不對稱加熱，固體內(nèi)部熱點(diǎn) 陰燃的熱源：自燃、本身、有焰燃燒熄滅后,第四節(jié) 可燃固體的陰燃,陰燃的傳播 熱解和未燃區(qū)、炭化區(qū)、殘余

10、區(qū)/炭區(qū),受傳熱影響，該區(qū)急劇溫度上升，揮發(fā)出煙霧，煙霧中存在可燃性氣體、冷凝成懸浮粒子的高沸點(diǎn)液體和焦油等，所以它是可燃的。如果是密閉空間，則該煙霧能夠爆炸。,碳在該區(qū)表面氧化并放熱，溫度升高達(dá)到最大值。該區(qū)生成的熱量一部分通過熱傳導(dǎo)傳遞給熱解區(qū)，使其溫度上升發(fā)生熱解。熱解產(chǎn)物揮發(fā)后剩下炭。,在該區(qū)，灼熱燃燒不再進(jìn)行，溫度緩慢下降。大部分可燃物剩下灰燼。,第四節(jié) 可燃固體的陰燃,陰燃向有焰燃燒的轉(zhuǎn)變 當(dāng)區(qū)域溫度增加時(shí)，由于熱傳導(dǎo)使得區(qū)域溫度上升，熱解速率加快，揮發(fā)分增多，這時(shí)區(qū)域附近空間可燃?xì)怏w濃度增大。當(dāng)這個(gè)濃度達(dá)到爆炸極限時(shí)，如果有明火則被引燃，如無明火當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)會自燃著火。 三種

11、情形： 從材料內(nèi)部傳播到外部時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵?加熱溫度提高，陰燃轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵?密閉空間內(nèi)材料的陰燃轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒嫒紵?第五節(jié) 炸藥爆炸,炸藥分類 按組成：單質(zhì)、混合 按性質(zhì)及用途：起爆藥、猛炸藥、發(fā)射藥或火藥 按使用條件：露天、巖石、煤礦許用 炸藥的特性 起爆藥 猛炸藥 發(fā)射藥,第五節(jié) 炸藥爆炸,炸藥爆炸的機(jī)理 分子中含有比較活潑的氧化劑和可燃劑 氧化劑含氧基團(tuán)；可燃劑含碳?xì)涞幕鶊F(tuán) 它們的分子被活性小的中性原子或原子基團(tuán)分隔 當(dāng)炸藥被外界能量活化時(shí)，則,第五節(jié) 炸藥爆炸,炸藥化學(xué)反應(yīng)的基本形式 緩慢分解 在全部炸藥內(nèi)部進(jìn)行，各點(diǎn)溫度相同，無集中反應(yīng)區(qū)，環(huán)境溫度影響較大 燃燒反應(yīng) 只在炸藥局

12、部進(jìn)行，可以在炸藥中自動傳播，主要靠熱傳導(dǎo)傳遞熱量，受環(huán)境影響大。 爆炸反應(yīng) 局部進(jìn)行，內(nèi)部自動傳播，依靠壓縮沖擊波傳遞能量和激起化學(xué)反應(yīng)，不受環(huán)境影響，反應(yīng)激烈，壓力高，形成爆轟。,第五節(jié) 炸藥爆炸,炸藥的起爆 起爆能：使炸藥活化發(fā)生爆炸反應(yīng)所需的外部能量 起爆：引起炸藥爆炸的過程 起爆能包括： 熱能：火焰、火星和電熱，工業(yè)雷管的起爆 機(jī)械能：撞擊、摩擦、針刺，武器彈藥的激發(fā) 爆炸沖能：起爆藥產(chǎn)生的爆轟波及產(chǎn)物流動能，猛炸藥 起爆機(jī)理： 熱量起爆機(jī)理 機(jī)械能起爆機(jī)理：熱點(diǎn)學(xué)說 爆炸沖能起爆機(jī)理：,第五節(jié) 炸藥爆炸,炸藥的感度 定義：炸藥在外界起爆能作用下發(fā)生爆炸反應(yīng)的難易程度 炸藥的感度對起

13、爆能有選擇性 熱感度：熱能作用下發(fā)生爆炸的難易程度 加熱感度：均勻加熱條件下 火焰感度：在明火作用下 機(jī)械感度：機(jī)械能作用下發(fā)生爆炸的難易程度 撞擊感度：機(jī)械撞擊作用下 摩擦感度：機(jī)械摩擦作用下,第五節(jié) 炸藥爆炸,炸藥的感度 沖擊波感度：沖擊波作用下發(fā)生爆炸的難易程度 殉爆 殉爆距離 靜電火花感度：靜電火花作用下,第五節(jié) 炸藥爆炸,爆轟理論 介質(zhì)中的波與沖擊波 波 聲波 壓縮波和稀疏波 沖擊波 炸藥的爆轟過程 爆轟波及其結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定爆轟的條件（不講） 爆轟參數(shù)的計(jì)算（不講）,第六節(jié) 粉塵爆炸,粉塵爆炸基礎(chǔ) 可燃粉塵：顆粒微小，遇火能燃燒或爆炸的固體物質(zhì) 常見可燃粉塵 金屬粉塵、煤炭粉塵、糧食粉塵

14、、飼料粉塵（血粉、魚粉）、農(nóng)副產(chǎn)品（棉、麻、煙草）、木材產(chǎn)品（木粉、紙粉）、合成材料（塑料等高分子材料） 粉塵的特性 粒度、分散度、比表面積、自燃點(diǎn)、,第六節(jié) 粉塵爆炸,粉塵爆炸的條件 粉塵要有爆炸性； 懸浮于空氣中的粉塵有一定濃度； 一定的氧氣含量； 足夠的點(diǎn)火能量。,第六節(jié) 粉塵爆炸,粉塵爆炸機(jī)理 氣相著火機(jī)理（均相著火機(jī)理） 高溫可燃?xì)怏w與空氣混合生成爆炸性混合氣體被點(diǎn)燃更多氣體產(chǎn)生爆炸 表面非均相著火機(jī)理 高溫氧氣與粉塵顆粒直接發(fā)生反應(yīng)，顆粒表面著火揮發(fā)分形成隔離層阻止氧氣向顆粒表面擴(kuò)散揮發(fā)分著火并促使粉塵顆粒重新燃燒并向周圍傳遞,第六節(jié) 粉塵爆炸,粉塵爆炸特點(diǎn) 反應(yīng)感應(yīng)期長、反應(yīng)速度??； 釋放能量大，破壞性強(qiáng)； 易于發(fā)生二次或多次爆炸； 反應(yīng)產(chǎn)物不完全燃燒，產(chǎn)生有毒氣體。兩類。,第六節(jié) 粉塵爆炸,粉塵爆炸的主要特性參數(shù) 爆炸極限 最小點(diǎn)火能量 最低著火溫度 升壓速度 爆炸