? 物質(zhì)燃燒、爆炸過程中會釋放出物質(zhì)內(nèi)部潛藏的能量,這些能量通常是人們生產(chǎn)、生活所需能量的主要來源。但是,當人們對燃燒爆炸失去控制,就要釀成災害,造成火災或爆炸事故。所以,防止火災、爆炸事故必須控制燃燒、爆炸發(fā)生的條件,限定燃燒、爆炸發(fā)生的空間范圍。
火災、爆炸事故的形成和發(fā)展,有其自身的規(guī)律和特點。當火災發(fā)生后,火要向四周各個方向蔓延,而且會隨著時間的延長,火勢向外蔓延的速度加快,著火的范圍急劇擴大,失的程度也就越發(fā)嚴重。所以,火災發(fā)生后需要及時迅速地進行撲救。爆炸事故是突然發(fā)生的,所以一旦發(fā)生爆炸就無法控制和制止。為了防爆,只能在爆炸事故出現(xiàn)之前,采取安全防范措施,防止爆炸條件的形成。火災和爆炸,除了各自單獨發(fā)生外,有時還互為因果,擴大事故的規(guī)模,造成更加嚴重的損失。
1.燃燒和爆炸的形成機理
(1)燃燒及其必要條件? 燃燒是一種放熱、發(fā)光的化學反應,在反應過程中,物質(zhì)會改變原有的性質(zhì)變成新的物質(zhì),所以放熱、發(fā)光、生成新物質(zhì)是燃燒反應的三個特征。下列反應均為燃燒反應:
燃燒反應在本質(zhì)上屬于氧化—還原反應,參加反應的物質(zhì)必須包含有氧化劑和還原劑,也就是通常所說的助燃物和可燃物。助燃物主要是氧、氟、氯、一些含氧酸及其鹽也可作助燃物(如HNO3、NHNO3、KCO3)。許多金屬(如鐵、鋁、鎂等)和非金屬單質(zhì)(如氫、碳、硫等)可作可燃物,有機化合物(如甲烷、汽油、合成高分子材料等)幾乎都是可燃物。
要使可燃物和助燃物發(fā)生化學反應,還必須具有點火能源,明火、電火花、摩擦和撞擊火花、靜電火花、化學反應熱、高溫表面、雷電火花、光和射線、壓縮升溫等均可作為點火能源。
綜上所述,可燃物、助燃物和點火能源是燃燒得以發(fā)生的3個必要條件,也就是通常說的燃燒三要素。但是,有時即使上述3個要素都具備,燃燒也并不一定發(fā)生,這是因為燃燒對可燃物和助燃物有一定的濃度和數(shù)量要求,對點火能源有一定的強度和能量要求。例如甲烷的濃度小于5%或空氣中氧氣含量小于12%時甲烷不能燃燒。當空氣中氧氣含量小于14%時,木材也不會燃燒。若用熱能引燃甲烷—空氣混合氣體,當溫度低于甲烷的自燃點時,燃燒不會發(fā)生。電焊火星的溫度高達1200℃,可以點燃爆炸性混合氣體。但如果落在木板上,通常不會引起燃燒。因為木板所需的點火能量遠大于爆炸性混合氣體,火星的溫度雖高,但熱量不足,故不能引燃木材。由此可見,具備一定數(shù)量和濃度的可燃物和助燃物以及具備一定強度和數(shù)量的點火能源同時存在,并且發(fā)生相互作用,才是引起燃燒的必要條件。
一切防火和滅火措施,都是根據(jù)物質(zhì)的特性和生產(chǎn)現(xiàn)場的條件,控制和消滅燃燒條件中的任何一個。
(2)燃燒的形式和種類
?、偃紵^程? 大多數(shù)可燃物質(zhì)的燃燒是在蒸氣或氣態(tài)下進行的。由于可燃物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同,其受熱所發(fā)生的燃燒過程也不同。氣體最容易燃燒,其燃燒所需的熱量只用于本身的氧化分解,并使其達到自燃點而燃燒。液體在熱源作用下,首先蒸發(fā)成蒸氣,然后蒸氣被氧化、分解,然后在氣相中著火燃燒。固體的燃燒,如果呈硫、磷、萘等單質(zhì),它們首先受熱熔化或升華,然后蒸發(fā)生蒸氣,氧化分解后著火燃燒。如果是復雜的化合物,在受熱時首先分解,然后氣態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)產(chǎn)物的蒸氣發(fā)生氧化后著火燃燒。燃燒時放出的熱量又會使可燃物繼續(xù)溶化,分解、蒸發(fā)、氧化、著火、燃燒,只有助燃物源源不斷地供給,燃燒就一直進行到燃物燒完為止。各種狀態(tài)可燃物質(zhì)的燃燒過程如圖20—8所示。
?、谌紵问? 可燃物質(zhì)由于其聚集狀態(tài)有氣態(tài)、液體和固態(tài),它們在空氣中燃燒時,一般有5種燃燒形式:
a.擴散燃燒。當可燃氣體(如氫、丙烷、汽油蒸氣等)從管口、管道或容器的裂縫等處流向空氣時,由于可燃氣體和空氣互相擴散混合,其混合濃度達到爆炸范圍的部分遇火源即能著火燃燒。它們形成的火焰叫擴散焰。擴散焰的結(jié)構見圖20—9所示。
b.蒸發(fā)燃燒。可燃液體(如酒精、苯等)的燃燒,是由于液體受熱蒸發(fā),產(chǎn)生的蒸氣和空氣互相混合后,被點燃產(chǎn)生火焰,它放出的熱量進一步加熱液體表面,使液體持續(xù)蒸發(fā),燃燒持續(xù)進行下去。
c.分解燃燒。固體可燃物(如木材、煤、橡膠等)、高沸點液體和低熔點的固體物質(zhì)-(如重油、蠟、瀝青等)燃燒時,首先受熱分解,放出可燃氣體,這種氣體被點燃產(chǎn)生火焰,放出的熱量使可燃物不斷地分解,燃燒不斷地進行下去。
d.表面燃燒。一些不揮發(fā)也不分解的固體可燃物(如焦炭、鋁、鐵、鈦)在空氣中點燃后,燃燒反應發(fā)生在固體可燃物的表面,它能產(chǎn)生紅熱的表面,而不產(chǎn)生火焰。
e.混合燃燒??扇細怏w或可燃粉塵與助燃氣體在容器內(nèi)或空氣中擴散混合,其濃度在爆炸范圍內(nèi),遇火源即會發(fā)生燃燒,產(chǎn)生一個小火球,此火球在混合氣所分布的空間中快速擴大,直到把混合氣全部燒盡。但是,在某種條件下,也可能轉(zhuǎn)化為爆炸。很多火災、爆炸事故是由混合燃燒引起的,失去控制的混合燃燒往往會造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。