• 燃烧与火灾
  • 定义和条件(了解)
    • 火灾定义
    • 燃烧条件
  • 过程和形式(重点)
    • 过程（重点）
    • 形式(重点)(实务)
  • 火灾分类
  • 火灾参数(重点)(实务)
  • 火灾发展过程
  • 燃烧机理
• 爆炸
  • 定义及分类
    • 分类(重点)
    • 爆炸过程
    • 破坏作用(实务)
  • 气体爆炸
    • 分解爆炸性气体爆炸(重点)
    • 可燃性混合气体爆炸
    • 可燃气体爆炸反应历程
  • 爆炸浓度极限(重点)
    • 影响因素(重点)
    • 计算
      • 理论混合比(重点)
      • 多种可燃气组成混合物(重点)
      • 可燃性液体闪点计算蒸气爆炸下限
      • 实验法
  • 粉尘爆炸
    • 特点(重点)(实务)
    • 条件
    • 过程
    • 特性和影响因素(重点)(实务)
    • 燃烧和爆炸转化

燃烧与火灾

定义和条件(了解)

火灾定义

根据火灾统计管理规定应该列入火灾统计范围的情况

1. 民用爆炸物品爆炸引起的火灾
2. 易燃易爆化学品燃烧爆炸引起的火灾
3. 破坏性试验中引起非实验体的燃烧
4. 机电设备内部故障导致燃烧或引起其他物件燃烧
5. 车辆、船舶、飞机等交通工具的燃烧（飞机飞行事故不列入）

燃烧条件

• 必要条件

  1. 可燃物
  2. 氧化剂（助燃物）
  3. 热源
  4. 未受到抑制的链式反应条件（燃烧发生后要使燃烧继续发展下去的条件）

• 充分条件

  1. 一定浓度的可燃剂浓度
  2. 一定的氧含量
  3. 一定的点火能

过程和形式(重点)

过程（重点）

graph LR
A[受热<br />加温<br />热量]-->B[气体]-->E[氧化分解]
A-->C[液体]-->F[蒸发]-->E
A-->D[固体]-->G[熔化]-->H[蒸发或分解]-->E
E-->I[着火]-->J[燃烧]-->K[光] & L[热]
L-->A

1. 可燃气体
   燃烧所需热量只用于本身的氧化分解，使其达到自燃点而燃烧
2. 可燃液体
   在点火源的作用下，首先蒸发成蒸气，其蒸气进行氧化分解后达到自燃点而进行燃烧
3. 可燃固体
   1. 简单物质（硫、磷）
      受热后首先熔化，蒸发成蒸气后进行燃烧，没有分解过程
   2. 复杂物质
      受热时首先分解成气态或液态产物，其气态和液态产物的蒸气进行氧化分解着火燃烧
   3. 有的可燃固体（如焦炭等）不能分解为气态物质，在燃烧时呈炽热状态，没有火焰产生（阴燃现象）

形式(重点)(实务)

1. 扩散燃烧：天然气井喷燃烧、打火机的燃烧、放空火炬等
2. 预混燃烧：测试可燃气体爆炸极限的燃烧或爆燃、接力用火炬的火焰、气体切割焊接、气体爆炸等
3. 蒸发燃烧
   1. 可燃液体：酒精、汽油、苯等可燃液体的燃烧
   2. 可熔化固体：石蜡、沥青、高分子材料、萘、樟脑、硫等
4. 分解燃烧（结构复杂）：木材、纸张、棉、麻、毛等
5. 表面燃烧（难以分解）：木炭或焦炭、铝或钨等
6. 阴燃：只冒烟、无火焰的燃烧现象。有焰燃烧和阴燃在一定条件下可以相互转换

火灾分类

• 按《火灾分类》分

火灾类型	燃烧特性	可燃物类型
A	固体物质火灾	木、棉、毛、麻、纸
B	液体或可熔固体物质火灾	汽油、甲醇、沥青、石蜡
C	气体火灾	煤气、天然气、甲烷、氢气
D	金属火灾	钾、钠、镁、钛、锆、锂
E	带电火灾	发电机、电缆、家用电器
F	烹饪器具内的烹饪物火灾	动物油脂、植物油脂

• 按发生场地与燃烧物质分类
  1. 建筑火灾
  2. 物资火灾（仓库）
  3. 生产工艺火灾（厂矿）
  4. 原野火灾
  5. 运动器火灾（交通器）
  6. 特种火灾

火灾参数(重点)(实务)

1. 衡量可燃物质火灾危险性的参考因素

   1. 引燃能（最小点火能）

      指释放能够触发初始燃烧化学反应的能量，影响其反应发生的因素有温度、释放的能量、热量和加热时间

   2. 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或混合气着火前自动加热的时间

2. 衡量可燃液体物质火灾危险性的决定因素

   闪点

   可燃液体表面蒸发出足够的蒸气而发生闪燃的最低温度

   1. 闪燃往往是持续燃烧的先兆
   2. 同一物质的开杯闪点比闭杯闪点高
   3. 一般情况下物质的闪点越低，火灾危险性越大

3. 衡量可燃固体物质火灾危险性的决定因素

   1. 燃点（着火点）

      指可燃物质发生着火的最低温度，一般情况下物质燃点越低，火灾危险性越大

   2. 热分解温度

      指可燃物质受热发生分解的初始温度，固体的热分解温度越低，燃点也低，火灾危险性越大

4. 衡量可燃气体物质火灾危险性的决定因素

   自燃：分为化学自燃和热自燃两种

   1. 化学自燃：金属钠长期暴露在空气中自发着火
   2. 热自燃：长期堆积的原煤、烟叶、棉纱等发生的自燃

   自燃点

   物质不用任何辅助引燃源而达到自行燃烧的最低温度

   1. （重点）液体和固体可燃物受热分解并析出的可燃气体挥发物越多，其自燃点越低。固体可燃物粉碎的越细，其自燃点越低
   2. 一般情况下，密度越大、闪点越高，而自燃点越低
   3. 如从密度上比较，汽油<煤油<轻柴油<重柴油<蜡油<渣油，其闪点依次升高，自燃点依次降低

5. （重点）火灾危险性

	固体及其他	液体	气体
甲	1. 常温下自行分解或在空气中氧化能导致迅速自燃或爆炸的物质 2. 常温下受水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧的物质 3. 极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂 4. 撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触能引起燃烧或爆炸的物质 5. 在密闭设备内操作温度不小于物质自燃点的生产	闪点$<$28$^\circ C$	爆炸下限$<$10%
乙	1. 不属于甲类的氧化剂 2. 不属于甲类的易燃固体 3. 能形成爆炸性混合物的浮游状态的粉尘、纤维、闪点$\geq$60$^\circ C$的液体雾滴	28$^\circ C\leq$闪点$\lt$60$^\circ C$	1. 爆炸下限$\geq$10% 2. 助燃气体
丙	可燃固体	闪点$\geq$60$^\circ C$

1. 甲级

   [!Caution]

   储备物品的甲级火灾危险性同生产。另包括收到水或空气中水蒸气的作用能产生爆炸下限$<$10$^\circ C$的气体的固态物品

   1. 闪点$<$28$^\circ C$的液体
   2. 爆炸下限$<$10%的气体
   3. 常温下自行分解或在空气中氧化能导致迅速自燃或爆炸的物质
   4. 常温下受水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧的物质
   5. 极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂
   6. 撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触能引起燃烧或爆炸的物质
   7. 在密闭设备内操作温度不小于物质自燃点的生产

2. 乙级（部分）

   [!Caution]

   储存物品的乙级火灾危险性同下1-5条，另包括常温下与空气接触能缓慢氧化，积热不散引起自燃的物品

   1. 28$^\circ C\leq$闪点$\lt$60$^\circ C$的液体
   2. 爆炸下限$\geq$10%的气体
   3. 助燃气体
   4. 不属于甲类的氧化剂
   5. 不属于甲类的易燃固体
   6. 能形成爆炸性混合物的浮游状态的粉尘、纤维、闪点$\geq$60$^\circ C$的液体雾滴

3. 丙级

   1. 闪点$\geq$60$^\circ C$的液体
   2. 可燃固体

4. 丁级

5. 戊级

火灾发展过程

• 初起期：主要特征是冒烟、阴燃
• 发展期：随时间平方递增，轰燃
• 最盛期：火势由建筑物通风决定
• 熄灭期：燃料不足以及灭火系统

由于建筑物内可燃物、通风条件的不同，建筑火灾有可能达不到最盛期，而是缓慢发展至熄灭

燃烧机理

[!Note]

本处内容仅了解

• 活化能理论
  1. 物质分子之间发生化学反应，首要条件是互相碰撞
  2. 气体分子按直线轨迹运动，其运动速度取决于温度
     1. 温度越高，气体分子运动速度越快
     2. 参加燃烧的活化分子越多，燃烧越猛烈
• 过氧化物理论
  在燃烧反应中，氧分子在热能作用下活化形成过氧键
• 链反应理论
  1. 直链反应：氯与氢的反应
     每个自由基与其他分子反应只生成一个新的自由基
  2. 支链反应：氢和氧的反应
     反应中一个游离基能生成一个以上的新的游离基
  3. 发展阶段
     1. 引发阶段：第一批自由基产生使反应开始
     2. 链的发展：自由基增多，使反应持续下去
     3. 终止阶段：自由基减少或消失、反应终止

爆炸

定义及分类

爆炸具有的特征

1. 爆炸过程告诉进行
2. 爆炸点附近压力急剧升高（最主要特征），多数伴有温度升高
3. 发出或大或小的响声
4. 周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏

分类(重点)

按能量来源分类

1. 物理爆炸

   极为迅速的物理能量因失控而释放的能量，如蒸汽锅炉爆炸、轮胎爆炸、水的急剧汽化

2. 化学爆炸

   物质发生高速放热化学反应，产生大量气体，并急剧膨胀做功而形成的爆炸现象

3. 核爆炸

   原子核发生的裂变或聚变反应

按爆炸反应相分类

• 气相爆炸
  • 混合气体爆炸：空气和氢气、丙烷、乙醚等混合气
  • 气体分解爆炸：乙炔、乙烯、氯乙烯的分解爆炸
  • 粉尘爆炸：空气中飞散的铝粉、镁粉、玉米淀粉等
  • 喷雾爆炸：油压机喷出的油雾、喷漆作业的爆炸
• 液相爆炸
  • 混合危险物质的爆炸：液氧和煤粉、高锰酸钾和浓酸
  • 蒸气爆炸：熔融矿渣与水、钢水与水产生蒸气
  • 易爆化合物的爆炸：硝酸甘油的爆炸
• 固相爆炸
  • 易爆化合物的爆炸：三硝基甲苯、乙炔铜的爆炸
  • 导线爆炸：导线因电流过载引起的爆炸

按爆炸速度分类

[!Note]

本处内容仅了解

• 爆燃：燃烧速度每秒数米，亚音速传播，破坏力和声响小
  1. 可燃气体混合物在爆炸浓度上限或下限的爆炸
  2. 无烟火药遇到点火源产生的燃烧
• 爆炸：燃烧速度每秒几十至数百米，压力激增，破坏和声响大
  1. 可燃气体混合物在多数情况下的爆炸
  2. 火药遇点火源引起的爆炸
• 爆轰：燃烧速度每秒上千米，极高压力，产生超音速冲击波
  • TNT炸药产生的爆炸

爆炸过程

第一阶段：物质或系统的潜在能以一定的方式转化为强烈的压缩能

第二阶段：压缩物质急剧膨胀，对外做功，从而引起周围介质的变化和破坏

不管何种能源引起的爆炸，所具备的共同特征是（重点）能源具有极大的密度和极大的能量释放速度

破坏作用(实务)

1. 冲击波

   爆炸形成高温、高压、高能量密度的气体产物

   冲击波的破坏程度与冲击波能量的大小、建筑物的坚固程度及其距产生冲击波的中心距离有关

2. 碎片冲击

   爆炸的机械破坏效应会使容器的碎片在较大的范围飞散

   碎片的四处分散距离一般可达数十至数百米

3. 震荡作用

   发生爆炸时，较猛烈的爆炸往往会引起短暂的地震波

   在爆炸波及的范围内，这种地震波造成建筑物的震荡、开裂、松散倒塌等危害

4. 次生事故

5. 有毒气体

   会生成一定量的$CO、NO、H_2S、SO_2$等有毒气体

   在有限空间内的爆炸，毒气会导致人员中毒或死亡

气体爆炸

分解爆炸性气体爆炸(重点)

如乙炔、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，其实质是一种分解爆炸

• 引起气体爆炸内因：分解热
• 引起气体爆炸外因：一定的温度和压力

1. 以乙炔为典型举例
   1. 受热或受压，发生聚合、加成、取代或爆炸分解反应
   2. 与铜、银、汞等重金属反应生产爆炸性的乙炔盐
   3. 不能用含铜量超过65%的铜合金制造盛装乙炔的容器
   4. 在用乙炔焊接时，不能使用含银焊条
2. 分解爆炸的敏感性与压力有关
   分解爆炸所需的能量，随压力的升高而降低
3. 乙烯分解爆炸所需的发火能比乙炔的要大。高压法工艺制造聚乙烯时，分解爆炸事故屡有发生

可燃性混合气体爆炸

燃烧反应过程一般分为三个阶段

1. 扩散阶段：从释放源通过扩散达到相互接触所需的时间
2. 感应阶段：接受点火源能量，离解成自由基或活性分子
3. 化学反应阶段：自由基与反应物分子相互作用，生成新的分子和新的自由基，完成燃烧反应

扩散阶段时间远大于其他两个阶段，因此，是否需要经历扩散过程是决定可燃气体燃烧火爆炸的主要条件（重点）

可燃气体爆炸反应历程

许多可燃混合气的爆炸可以用热着火机理解释

有些物质的爆炸是根据着火的链式反应理论来结实的

氢和氧混合物(2:1)爆炸区间

1. a点压力为200$Pa$
2. b点压力为6666$Pa$
3. 温度升高，爆炸极限变宽
4. 温度增加对上限影响大，对下限影响小（爆炸下限更稳定， 作为主要衡量因素，下限越低危险性越大）

爆炸浓度极限(重点)

[!Warning]

本处有考察计算

可燃气体、蒸气或可燃粉尘与空气（氧）在一定浓度范围内均匀混合遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限

1. 能够发生爆炸的最低浓度称为爆炸下限
2. 能够发生爆炸的最高浓度称为爆炸上限
3. 上下限之差与下限浓度比值表示危险度，H值越大，爆炸极限范围越宽，爆炸危险性越大

$$ \begin{gather} H=\frac{L_上-L_下}{L_下}\\ H=\frac{Y_上-Y_下}{Y_下}\\ \tiny{L——体积分数,\%}\\ \tiny{Y——质量浓度,g/m^3} \end{gather} $$

影响因素(重点)

1. 温度
   混合爆炸气体的初始温度越高，爆炸极限范围越宽，则爆炸下限越低，上限越高，爆炸危险性增加
2. 压力
   一般来说，初始压力增大，气体爆炸极限变大，爆炸危险性增加，因此密闭设备进行减压操作对安全是有利的
3. 惰性介质
   混合气体中随着惰性气体含量的增加，爆炸极限范围缩小
   含氧量增加，爆炸极限扩大，对爆炸上限提高更多
4. 爆炸容器
   容器材料的传热性越好，管径越细，火焰在其中越难传播，爆炸极限范围变小
5. 点火源
   点火源的活化能量越大，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限范围变宽
   1. 一般情况下，爆炸极限均在较高的点火能下测得
   2. 测$CH_4$与空气混合的爆炸极限，用10J以上点火能

计算

理论混合比(重点)

$$ \begin{gather} L_下=0.55C_0 \tag{1}\\ L_上=0.48\sqrt{C_0} \tag{2}\\ C_0=\frac{20.95}{0.2095+n_0}\times100\% \tag{3}\\ \tiny{C_0:链烷烃类可燃气体完全燃烧时的理论混合比,\%}\\ \tiny{n_0:1mol可燃气体完全燃烧时所需氧气的量} \end{gather} $$

多种可燃气组成混合物(重点)

$$ \begin{gather} L_m=\frac{1}{\sum\limits^n_{i=1}\frac{V_i}{L_i}}\times100\%\\ \tiny{L_m:爆炸性混合物的爆炸极限}\\ \tiny{L_i:组成混合气各部分的爆炸极限}\\ \tiny{V_i:各组分在混合气中的体积分数} \end{gather} $$

可燃性液体闪点计算蒸气爆炸下限

$$ \begin{gather} L_下=100\frac{P_闪}{P_总}\\ \tiny{P_闪:闪点下可燃性液体的饱和蒸气压,MPa}\\ \tiny{P_总:混合气体总压力,MPa} \end{gather} $$

实验法

根据《空气中可燃气体爆炸极限测定方法》规定计算

通过试验找到最接近的火焰传播和不传播的两点的体积分数，按下式计算爆炸极限

$$ \begin{gather} \varphi=\frac{\varphi_1+\varphi_2}{2}\\ \tiny{\varphi:被测气体爆炸极限值}\\ \tiny{\varphi_1:恰好不传播的体积分数}\\ \tiny{\varphi_2:恰好传播的体积分数} \end{gather} $$

粉尘爆炸

特点(重点)(实务)

1. 粉尘爆炸速度或压力上升比爆炸气体小，但燃烧时间长，产生能量大，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
   初次爆炸产生的冲击波会将堆积的粉尘扬起，悬浮在空气中，在新的空间形成达到爆炸极限浓度范围内的混合物，引起二次爆炸
4. 粉尘有不完全燃烧的现象，燃烧产物可能导致中毒

条件

[!Note]

本处内容了解即可

1. 粉尘本身具有可燃性
2. 粉尘悬浮在空气中并达到一定浓度
3. 有足以引起粉尘爆炸的起始能量

过程

粉尘爆炸与可燃气爆炸相似，但有两点区别

1. 粉尘爆炸所需发火能更大
2. 可燃气爆炸中，促使温度上升的方式主要是热传导，而粉尘爆炸中，热辐射的作用大

特性和影响因素(重点)(实务)

粉尘爆炸极限可变，爆炸极限范围变大因素有

• 分散度越高，可燃气和氧含量越大，火源强度、初始温度越高
• 粉尘颗粒越细、湿度越低，惰性粉尘及灰分越少

1. 粒度对粉尘爆炸压力上升速率的影响比其对压力影响大
2. 粒度越细，比表面积越大，反应速度越快，爆炸压力上升速率越大
3. 初始压力增大，密闭容器粉尘爆炸压力及压力上升速率增大
4. 容器尺寸会对粉尘爆炸压力及压力上升速率有很大影响
5. 粉尘爆炸在管道中传播碰到障碍，因湍流的影响，粉尘呈漩涡状态，使爆炸波阵面不断加速

燃烧和爆炸转化

[!Note]

本处内容仅了解

爆炸最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条件

1. 密闭状态下，燃烧产生的高温气体增大压力
2. 燃烧面积扩大，使燃速加快，形成冲击波
3. 炸药燃烧形成的高温区将热量传给未反应的炸药