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一、燃烧概述燃烧是可燃物质与助燃物质(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。

例如，氢在氯中燃烧生成氯化氢。

氢原子失掉一个电子被氧化，氯原子获得一个电子被还原。

类似地，金属钠在氯气中燃烧，炽热的铁在氯气中燃烧，都是激烈的氧化反应，并伴有光和热的发生。

金属和酸反应生成盐也是氧化反应，但没有同时发光发热，所以不能称做燃烧。

灯泡中的灯丝通电后同时发光发热，但并非氧化反应，所以也不能称做燃烧。

只有同时发光发热的氧化反应才被界定为燃烧。

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。

对于正在进行的燃烧，只要充分控制三个要素中的任何一个，燃烧就会终止。

所以，防火防爆安全技术可以归结为这三个要素的控制问题。

例如，在无惰性气体覆盖的条件下加工处理一种如丙酮之类的易燃物质，一开始便具备了燃烧三要素中的前两个要素，即可燃物质和氧化气氛。

可以查出，丙酮的闪点是－10℃。

这意味着在高于－10℃的任何温度，丙酮都可以释放出足够量的蒸气，与空气形成易燃混合物，一旦遭遇火花、火焰或其他火源就会引发燃烧。

为了达到防火的目的，至少要实现下列四个条件中的一个条件：(1)环境温度保持在－10℃以下；(2)切断大气氧的供应；(3)在区域内清除任何形式的火源；(4)在区域内安装良好的通风设施。

丙酮蒸气一旦释放出来，排气装置就迅速将其排离区域，使丙酮蒸气和空气的混合物不至于达到危险的浓度。

条件(1)和(2)在工业规模上很难达到，而条件(3)和(4)则不难实现。

固然，完全清除燃烧三要素中的任何一个，都可以杜绝燃烧的发生。

然而，对工业操作施加如此严格的限制在经济上很少是可行的。

工业物料安全加工研究的一个重要目的是，确定在兼顾杜绝燃烧和操作经济上的可行性方面还留有多大余地。

为此，当人们知道如何防火时，这仅仅是开始，降低防火的消费在工业防火中有着同样重要的作用。

燃烧反应在温度、压力、组成和点火能等方面都存在极限值。

可燃物质和助燃物质达到一定的浓度，火源具备足够的温度或热量，才会引发燃烧。

如果可燃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。

例如，氢气在空气中的浓度低于4％时便不能点燃，而一般可燃物质当空气中氧含量低于14％时便不会引发燃烧。

总之，可燃物质的浓度在其上下极限浓度以外，燃烧便不会发生。

近代燃烧理论用连锁反应来解释可燃物质燃烧的本质，认为多数可燃物质的氧化反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物经连锁反应进行。

有些学者在燃烧的三角形理论的基础上，提出了燃烧的四面体学说。

这种学说认为，燃烧除具备可燃物质、助燃物质和火源三角形的三个边以外，还应该保证可燃物质和助燃物质之间的反应不受干扰，即进行“不受抑制的连锁反应”。

二、燃烧要素在一般情况下，燃烧可以理解为燃料和氧间伴有发光发热的化学反应。

除自燃现象外，都需要用点火源引发燃烧。

所以，燃烧要素可以简单地表示为燃料、氧和火源这三个基本条件。

这一部分我们将围绕这三个基本条件进行讨论，并提出降低与之联系的危险性的建议。

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。

固体研磨成粉状或加热蒸发极易起火。

但也有少数例外，有些固体蒸发所需的温度远高于通常的环境温度。

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。

液体的闪点是火险的标志。

美国州际商会把闪点等于或低于27℃的液体列为高火险液体。

选择27℃作为分界点，是因为这个温度代表通常或室内温度的上限，任何液体在此或较低温度闪燃都是危险的。

闪点在27～177℃表示中度火险，闪点在177℃以上只有轻微火险。

当液体的闪点低于93．7℃时，全美消防协会才称之为易燃液体。

上述的火险等级划分只是指出了液体加工或贮存时的危险程度，实际上，所有有机物质在足够高的温度下暴露都会燃烧。

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。

这样，当与罐隔开一段距离的物料意外起火时，液罐被引燃的可能性将会大大减小。

因为燃烧的液体产生大量的热，会引发存放液罐的建筑物起火，把易燃物料置于耐火建筑中对于防火安全也是重要的。

易燃液体安全的关键是防止蒸气的爆炸浓度在封闭空间中的积累。

当应用或贮存中度或高度易燃液体时，通风是必要的安全措施。

通风量的大小取决于物料及其所处的条件。

因为有些蒸气密度较大，向下沉降，仅凭蒸气的气味作为警示是极不可靠的。

用爆炸或易燃蒸气指示器连续检测才是安全的方法。

2．氧和热虽然在某些不寻常的情况下，比如氯或磷，与物质能够产生燃烧状的化学反应，但是可以毫不夸张地说，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暴露在空气中就会起火的物料，把这些物料与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。

一个容易被忽略的事实是，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。

3．火源下面给出的是常见火源以及与之有关的安全措施。

(1)明火在易燃液体装置附近，必须核查这一类火源，如喷枪、火柴、电灯、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。

隔墙应该相当坚固，以在喷水器或其他救火装置灭火时能够有效地遏止火焰。

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。

为了防止易燃蒸气的扩散，应该尽可能采用密封系统。

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。

(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。

①应用特殊的导线和导线管；②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；③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；④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；⑤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；⑥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；⑦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。

(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，防止偶发的过热。

(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。

(7)静电在碾压、印刷等工业操作中，常由于摩擦而在物质表面产生电荷即所谓静电。

橡胶和造纸工业中的许多火灾大都是以这种方式引发的。

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％～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45．7m·min－1以下，或者采用会降低产生静电火花可能性特殊装配的传送带。

(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。

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异同，可分为均相燃烧和非均相燃烧。

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，需要考虑可燃液体或固体的加热，以及由此产生的相变化。

2．混合燃烧和扩散燃烧可燃气体与助燃气体燃烧反应有混合燃烧和扩散燃烧两种形式。