第二章 氣體燃燒與爆炸

第二章氣體燃燒與爆炸氫氣、乙炔、甲烷、煤氣、天然氣等防止氣體爆炸是安全工程學(xué)的一個(gè)重要課題本章內(nèi)容：可燃性氣體的燃燒與爆炸可燃性氣體的爆炸極限可燃性混合氣體的發(fā)火條件氣體爆炸效應(yīng)氣體分解爆炸第一節(jié)可燃性氣體的燃燒與爆炸可燃性氣體定義：凡是遇火、受熱或與氧化劑接觸能夠發(fā)生著火或爆炸的氣體，統(tǒng)稱為可燃性氣體。一、可燃?xì)怏w的燃燒形式一般情況下，可燃?xì)怏w不需要經(jīng)過蒸發(fā)、熔化等過程，比可燃液體或固體更容易燃燒可燃性氣體的燃燒形式可概分為擴(kuò)散燃燒與預(yù)混合燃燒（一）擴(kuò)散燃燒：可燃?xì)怏w流入到大氣中時(shí)，在可燃性氣體與助燃性氣體的接觸面上所發(fā)生的燃燒。例如：噴管噴出的煤氣在空氣中點(diǎn)燃就是典型的擴(kuò)散燃燒特點(diǎn)：由于可燃?xì)怏w與空氣是逐漸混合并逐漸燃燒消耗掉火焰的明亮層是擴(kuò)散區(qū)燃燒速度很低，一般小于0.5m／s火焰緩慢而穩(wěn)定火炬燃燒、氣焊的火焰、燃?xì)饧訜岬纫矊儆谶@類擴(kuò)散燃燒只要控制得好，就不會(huì)造成火災(zāi)

擴(kuò)散燃燒火焰結(jié)構(gòu)示意（二）預(yù)混合燃燒：定義：如果可燃?xì)怏w與空氣是在

燃燒之前按一定比例均勻混合的，形成預(yù)混氣，遇火源則發(fā)生爆炸式燃燒——稱預(yù)混合燃燒或動(dòng)力燃燒預(yù)混燃燒火焰結(jié)構(gòu)示意圖預(yù)混合燃燒一般包括三個(gè)階段：①氣體燃料與空氣（氧氣）的混合；②可燃混合氣的加熱和著火；③可燃混合氣的燃燒。工業(yè)爐的燃燒大多屬于預(yù)混合燃燒氣體火災(zāi)與爆炸災(zāi)害大部分是由預(yù)混合燃燒所引起的例如：井噴火災(zāi)、較難撲救1、預(yù)混火焰物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的火焰是指物質(zhì)燃燒時(shí)發(fā)生劇烈放熱化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)空間區(qū)域。

燃燒波傳播過程示意圖各種混合氣體的最大燃燒速度混

合

氣燃料配比(％)燃燒速度(cm／s)甲烷一空氣乙烷一空氣丙烷一空氣丁烷一空氣戊烷一空氣已烷一空氣乙烯一空氣丙烯-空氣一氧化碳一空氣氫一空氣乙炔一空氣苯一空氣二硫化碳一空氣甲醇一空氣甲烷一氧氣丙烷—氧氣一氧化碳—氧氣氫—氧氣9.986.284.543.522.922.5l2.267.451.043.010.23.342.6512.333.015.177.070.033.840.139.037.938.638.538.668.345.027016340.757.065.0330380108890預(yù)混火焰的特點(diǎn)：根據(jù)其燃燒條件與燃燒裝置的不同，可能會(huì)產(chǎn)生不同的燃燒波：爆震和緩燃。根據(jù)火焰在燃燒區(qū)內(nèi)的具體情況，又有層流火焰及湍流火焰之區(qū)分

2、爆震與緩燃

圖2—4水平管內(nèi)可燃混合氣中燃燒波的傳播爆震波是指相對(duì)于未燃混合氣體以超音速傳播的燃燒波，（V>340m/s）緩燃波是指相對(duì)于未燃混氣以亞音速傳播的燃燒波

(V<340m/s)（1）爆震波爆震波是一種高速的火焰?zhèn)鞑?，其傳播速度常大?000m/s。它不受外界因素的干擾，其傳播并不是依靠傳熱、傳質(zhì)發(fā)生的，它是依靠激波的壓縮作用使未燃混合氣的溫度不斷升高而引起化學(xué)反應(yīng)的?？扇蓟鞖獬霈F(xiàn)爆震的混合比有其確定的上下限，其極限值稱為爆震極限。假如混合比不在爆震極限之內(nèi)？（2）緩燃波緩燃波是一種比較慢的火焰?zhèn)鞑ィ膫鞑ニ俾室话銥槊棵霂椎綆装倮迕?，一般不大?~3m/s。它依靠導(dǎo)熱和分子擴(kuò)散使未燃混合氣溫度升高，并進(jìn)入反應(yīng)區(qū)而引起化學(xué)反應(yīng)?？梢越普J(rèn)為緩燃波的火焰?zhèn)鞑ナ且粋€(gè)等壓過程。（3）火焰速度

不是定值密閉容器內(nèi)的混合氣體一旦著火

內(nèi)部壓力在短時(shí)間內(nèi)急劇上升

爆轟

3、影響火焰速度的因素

①混合比的影響

過貧或過富余的可燃混合氣都不能維持正常火焰的傳播，即存在可燃極限范圍。②燃料結(jié)構(gòu)

隨著燃料相對(duì)分子質(zhì)量的增加，可燃極限變窄

對(duì)于不飽和烴，碳原子數(shù)目小，火焰速度高；碳原子數(shù)目增加，則火焰速度急劇減小

8個(gè)以后，趨于一定值

③壓力增大，火焰速度減小

④燃料燃燒初溫增大，火焰速度迅速增加，火焰速度約與初溫的平方成正比

⑤混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)增大，密度和定壓熱容減小，火焰速度將增大

⑥在混合氣體中加入某些惰性填加物，如N2、CO2等，會(huì)使反應(yīng)速率降低，從而使火焰速度減小，而加入活化劑，則可使火焰速度增大。不同的填加劑對(duì)火焰速度的不同影響，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用控制火焰速度，以及消防工程技術(shù)具有實(shí)際的指導(dǎo)意義

4、層流火焰和湍流火焰

對(duì)于緩燃波，還存在有層流火焰和湍流火焰兩種不同火焰及其燃燒形式。層流還是湍流：由火焰?zhèn)鞑サ乃俣?、可燃混氣的粘度、管徑的大小、管壁的粗糙度等共同決定。圖2—5管內(nèi)傳播的燃燒波面實(shí)際圖形（1）層流火焰若在一容器中(例如長管或球體中)充滿了均勻混合氣，當(dāng)我們用電火花或其它加熱方式使混合氣的某一局部——例如管的閉口端或球的中心加熱著火，并形成火焰。此后依靠導(dǎo)熱的作用將能量輸送給火焰鄰近的冷混合氣層，使混合氣溫度升高而引起化學(xué)反應(yīng)，并形成新的火焰。這樣一層一層的，新鮮混合氣依次著火，也即薄薄的化學(xué)反應(yīng)區(qū)開始由點(diǎn)燃的地方向未燃混合氣傳播，它使已燃區(qū)與未燃區(qū)之間形成了明顯的分界線（薄薄的化學(xué)反應(yīng)發(fā)光區(qū)叫火焰前沿）→層流火焰?zhèn)鞑?/p>

層流火焰?zhèn)鞑C(jī)理反應(yīng)區(qū)放出的熱量，不斷向新鮮混合氣體中傳遞，同時(shí)新鮮混合氣體不斷向反應(yīng)區(qū)中擴(kuò)散

層流火焰?zhèn)鞑ニ俣热Q于預(yù)混可燃?xì)獾奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)等多因素，其數(shù)值較小，一般為20~100cm/s（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）

（2）湍流火焰

工程中各種燃燒裝置、設(shè)備中的燃燒過程都是在湍流條件下進(jìn)行的，因此絕大多數(shù)火焰都是湍流火焰湍流燃燒過程比層流燃燒過程進(jìn)行得快，湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣缺葘恿骰鹧嬉蠛脦妆?。其傳播的速度不僅與燃料的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，還與湍流性質(zhì)有關(guān)。圖2—6本生燈火焰ab層流火焰湍流火焰區(qū)別：湍流火焰往往伴隨著噪聲，其燃燒產(chǎn)物中氧化氮（NO）的含量較少，對(duì)環(huán)境污染較小。二、可燃性氣體燃燒的

理論氧含量與理論混合比（一）理論氧含量理論氧含量：可燃性氣體正好完全燃燒所必須的氧氣量完全燃燒：在燃燒時(shí)，碳?xì)浠衔锓肿又械奶挤磻?yīng)后完全生成CO2，氫反應(yīng)后全部生成H2O舉例

2H2+O2→2H2O

即2mol的氫完全燃燒需要1mol的氧，若按質(zhì)量計(jì)算，則1kg的氫需要7.94kg的氧。當(dāng)助燃?xì)怏w是空氣時(shí)，若氧氣的濃度為21%(體積比)，其余為氮，則1kg氫完全燃燒需要34.22kg空氣。（二）理論混合比定義：理論混合比——在常溫常壓下，可燃性氣體在空氣中完全燃燒時(shí)，空氣中的可燃性氣體的濃度意義：完全的化合反應(yīng)時(shí)，燃燒所放出的熱量最多，所產(chǎn)生的壓力也最大

燃料不足和過甚：過甚：當(dāng)混合物中可燃物質(zhì)超過完全反應(yīng)的濃度時(shí)，空氣就會(huì)不足，可燃物質(zhì)就不能全部燃盡，所產(chǎn)生的熱量和壓力就會(huì)隨著可燃物質(zhì)在混合物中濃度的增加而減??；不足：動(dòng)力不足三、可燃性氣體的

燃燒和爆炸界限可燃性氣體或蒸汽與空氣組成的混合物：并非在任何混合比例下都可以燃燒或爆炸混合的比例不同：燃燒的速度(這里指火焰蔓延速度)也不同

濃度接近于理論混合比時(shí)，燃燒最快或最劇烈濃度比理論混合比的濃度減少或增加，則火焰的蔓延速度降低

定義：爆炸界限或燃燒界限：使火焰不再傳播的濃度界限爆炸性混合氣體在一點(diǎn)上著火后，火焰是以一層一層同心圓球面的形式往各方向蔓延的，火焰蔓延的速度，開始只有每秒若干米或者還要小一些，若條件適合，火焰以加速度傳播，則在達(dá)到每秒數(shù)百米甚至數(shù)千米時(shí)，就形成了爆炸。可燃性混合氣體的爆炸現(xiàn)象實(shí)質(zhì)：一個(gè)由燃燒到爆炸的轉(zhuǎn)變過程

四、爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸的原因爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸的原因可以用熱爆炸理論和鏈反應(yīng)理論來解釋。熱爆炸理論：當(dāng)燃燒反應(yīng)在一定空間進(jìn)行時(shí)，如果放熱大于散熱，反應(yīng)溫度不斷提高，加快了反應(yīng)速度爆炸。鏈鎖反應(yīng)觀點(diǎn)（化學(xué)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)）反應(yīng)時(shí)的熱效應(yīng)是斷定物質(zhì)能否爆炸的重要條件

第二節(jié)可燃性氣體的爆炸極限一、爆炸極限理論

爆炸極限：爆炸濃度極限當(dāng)可燃性氣體、蒸氣與空氣或氧氣在一定濃度范圍內(nèi)均勻混合，遇到火源發(fā)生爆炸的濃度范圍最低濃度：爆炸下限最高濃度：爆炸上限將這一濃度范圍內(nèi)的混合氣體稱為爆炸性混合氣體上、下限之間的范圍：爆炸極限爆炸極限的表征：可燃性氣體或蒸汽在混合物中的體積百分?jǐn)?shù)（百分比）單位體積中可燃物的質(zhì)量[克／立方米(g／m3)或毫克／升(mg／L)]

含義：安全意義濃度在上限以上或下限以下的混合物，則不會(huì)著火或爆炸。濃度在爆炸下限以下：可燃性物質(zhì)不足；空氣過量：由于空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延；濃度在爆炸上限以上：可燃性物質(zhì)過量，而空氣非常不足(主要是氧不足)，火焰也不能蔓延

問題：上限以上的混合氣體是安全的？反思煤礦瓦斯爆炸的原因二、爆炸極限的計(jì)算

各種可燃?xì)怏w和可燃液體蒸氣的爆炸極限可用專門儀器測(cè)定也可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算有多種計(jì)算方法：根據(jù)完全燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)、完全反應(yīng)的濃度、燃燒熱和散熱等計(jì)算出近似值對(duì)安全工程的意義（一）根據(jù)完全燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)計(jì)算

經(jīng)驗(yàn)公式：L下——爆炸下限，L上——爆炸上限，N——每摩爾可燃?xì)怏w完全燃燒所需的氧原子數(shù)

[例3]試求乙烷在空氣中爆炸濃度下限和上限乙烷的燃燒反應(yīng)式：2C2H6+7O2→4CO2+6H2ON=7，代入：得乙烷爆炸下限的體積分?jǐn)?shù)為3.38％爆炸上限的體積分?jǐn)?shù)為10.7％爆炸極限的體積分?jǐn)?shù)為3.38％～10.7％

石蠟烴的濃度及其爆炸極限體積分?jǐn)?shù)的

計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的比較

序號(hào)可燃?xì)怏w名稱分子式碳原子數(shù)化學(xué)計(jì)量濃度C0%爆炸下限L下/%爆炸上限L上/%計(jì)算值實(shí)驗(yàn)值計(jì)算值實(shí)驗(yàn)值1甲烷CH419.55.25.014.315.02乙烷C2H625.63.33.010.712.53丙烷C3H834.02.22.19.59.54丁烷C4H1043.11.71.58.58.55異丁烷C4H1043.11.71.88.58.46戊烷C5H1252.51.41.47.78.07異戊烷C5H1252.51.31.47.77.6（二）利用可燃?xì)怏w混合時(shí)完全燃燒的濃度，即理論混合比

適用于鏈烷烴：[例4]試求甲烷在空氣中的

爆炸濃度下限和上限

燃燒反應(yīng)式：CH4+2O2→CO2+2H2O求得：C0=9.48%；代入，求得：L下=5.2%，L上=14.7%甲烷的爆炸極限為5.2％～14.7％

實(shí)測(cè)：4％～16％（5~15%）應(yīng)用舉例：《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：井下大氣中，瓦斯?jié)舛瘸^1%，停止爆破作業(yè)，加強(qiáng)通風(fēng)此公式用于鏈烷烴類，其計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較，誤差不超過10％。但用以估算H2、C2H2以及含N2、CO2等可燃?xì)怏w時(shí)，出入較大，不可應(yīng)用。

（三）根據(jù)脂肪族化合物的含碳原子數(shù)計(jì)算爆炸極限

——脂肪族碳?xì)浠臀锖荚訑?shù)n（四）多種可燃?xì)怏w混合物的爆炸極限計(jì)算

Lm——多組分混合可燃?xì)怏w的爆炸極限，%；

L1、L2、L3——各組分的爆炸極限，%；

V1、V2、V3——各組分在混合氣體中的濃度，%；

V1+V2+V3+…=100%

理．查特里（LeChatelier）

法則特別適用于烴類的混合氣體爆炸極限計(jì)算用于煤氣、水煤氣、天然氣等混合氣爆炸極限的計(jì)算比較準(zhǔn)確，對(duì)于氫與乙烯、氫與硫化氫、硫化氫等混合氣及一些含二硫化碳的混合氣體，計(jì)算的誤差較大。對(duì)其他大多數(shù)可燃性氣體混合物（如含氫等混合物），會(huì)出現(xiàn)一些偏差，但也有一定的參考價(jià)值[例5]某種天然氣的組成如下：甲烷80％，乙烷15％，丙烷4％，丁烷1％。各組分的爆炸下限分別為5％，3.22％，2.37％和1.86％，則該天然氣的爆炸下限為：

上限是？天然氣的爆炸危險(xiǎn)性，你知道嗎？氫、一氧化碳、甲烷混合氣的爆炸極限

可燃?xì)獾慕M成(體積分?jǐn)?shù))／％爆炸極限／％可燃?xì)獾慕M成(體積分?jǐn)?shù))／％爆炸極限／％H2COCH4實(shí)測(cè)值計(jì)算值H2COCH4實(shí)測(cè)值計(jì)算值1007550251000000255075901007550250000002550754.1~754.7~一6.05~71.88.2～一10.8～一12.5~73.09.5～一7.7~22.86.4~—一4.9～一6.2~72.28.3～一10.4~—9.6～一7.75~25.065～一025507S9033.35548.50000033.31501007550251033.3305.6～15.14.7~—6.4～一4.1～一4.1～一5.7~26.94.7~—一~33.65.1～一4.75～一4.4~—4.2~—6.6~32.45.0~——~24.6（五）含有惰性氣體的多種

可燃?xì)饣旌衔锉O限計(jì)算

先求出混合物中由可燃?xì)怏w和惰性氣體分別組成的混合比，再從相應(yīng)的比例圖(見圖2—7和圖2—8)中查出它們的爆炸極限，然后將各組的爆炸極限分別代入

圖2—7乙烷、丙烷、丁烷和氫、二氧化碳混合氣爆炸極限

圖2—8氫、一氧化碳和氮、二氧化碳混合氣爆炸極限[例6]求某回收煤氣的爆炸極限，其組成為：CO：58％，CO2：19.4％，N2：20.7％，O2：0.4％，H2：1.5％。

解：將煤氣中的可燃?xì)怏w和阻燃性氣體組合為兩組：

(1)CO及CO2，即58％(CO)+19.4％(CO2)=77.4％(CO+CO2)

其中CO2/CO=19.4/58=0.33

從圖2—8中查得L上=70％，L下=17％。

(2)N2及H2，即1.5％(H2)+20.7％(N2)=22.2％(H2+N2)其中，N2/H2=20.7/1.5=13.8，從圖2—8中查得L上=76％，L下=64％。

代入：該煤氣的爆炸極限為20.3％～71.5％

三、爆炸極限的應(yīng)用爆炸極限是表征可燃?xì)怏w危險(xiǎn)性的主要示性數(shù)。可燃性混合物的爆炸極限范圍越寬，其爆炸危險(xiǎn)性越大

生產(chǎn)過程中：根據(jù)各種可燃物所具有爆炸極限的不同特點(diǎn)，采取嚴(yán)防跑、冒、滴、漏和嚴(yán)格限制外部空氣滲入容器與管道內(nèi)等安全措施。采用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀經(jīng)常檢查可燃?xì)怏w的濃度,凡一超過了爆炸下限濃度可以發(fā)出警報(bào)；當(dāng)已知可燃性氣體或蒸氣的爆炸極限后，采取必要的安全措施，避免爆炸事故的發(fā)生

應(yīng)用方面第一、區(qū)分可燃物質(zhì)的爆炸危險(xiǎn)程度，從而盡可能用爆炸危險(xiǎn)性小的物質(zhì)代替爆炸危險(xiǎn)性大的物質(zhì)。

例如，乙炔的爆炸極限為2％～81％；液化石油氣組分的爆炸極限分別為丙烷2.17％～9.5％，丁烷1.15％～8.4％，丁烯1.7％～9.6％，它們的爆炸極限范圍比乙炔小得多，說明液化石油氣的爆炸危險(xiǎn)性比乙炔小，因而在氣割時(shí)推廣用液化石油氣代替乙炔

第二，爆炸極限可作為評(píng)定和劃分可燃物質(zhì)危險(xiǎn)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。例如可燃?xì)怏w按爆炸下限[＜10％或≥10%]分為一、二兩級(jí)

第三，根據(jù)爆炸極限選擇防爆電機(jī)和電器例如：生產(chǎn)或貯存爆炸下限≥10％的可燃?xì)怏w，可選用任一防爆型電氣設(shè)備；爆炸下限＜10％的可燃?xì)怏w，應(yīng)選用隔爆型電氣設(shè)備。

第四，確定建筑物的耐火等級(jí)、層數(shù)和面積等。

例如：貯存爆炸下限小于10％的物質(zhì)，庫房建筑最高層次限一層，并且必須是一、二級(jí)耐火等級(jí)

第五，在確定安全操作規(guī)程以及研究采取各種防爆技術(shù)措施——通風(fēng)、檢測(cè)、置換、檢修等時(shí)，也都必須根據(jù)可燃?xì)怏w或液體的爆炸危險(xiǎn)性的不同，采取相應(yīng)的有效措施，以確保安全

四、爆炸極限的測(cè)定

可燃性氣體的爆炸極限不是一個(gè)物理常數(shù)，它是隨實(shí)驗(yàn)條件的變化而變化的。在判斷某工藝條件下的爆炸危險(xiǎn)時(shí)，需根據(jù)可燃性氣體所處的條件來考慮其爆炸極限

圖2—9標(biāo)準(zhǔn)爆炸界限測(cè)定裝置150cm進(jìn)行常壓下測(cè)定時(shí)，以美國礦山局的裝置及方法作為基準(zhǔn)，(1)往直徑5cm，長125~150cm的垂直玻璃管內(nèi)充入混合氣體(2)經(jīng)攪拌后，在其下部用1~20mJ的火花點(diǎn)火;(3)若火焰能自下而上傳播，便屬于其爆炸范圍之內(nèi)，并求其界限值，五、爆炸極限的影響因素（一）溫度

混合爆炸氣體的初始溫度越高，則爆炸極限范圍越大，爆炸危險(xiǎn)性增加

溫度對(duì)甲烷爆炸極限的影響丙酮爆炸極限受溫度變化的影響情況混合物溫度/0C爆炸下限%爆炸上限%04.28.0504.09.81003.210.0煤氣溫度與爆炸極限的關(guān)系混合物溫度/0C爆炸下限%爆炸上限%206.0013.401005.4513.602005.0513.803004.4014.254004.0014.705003.6515.356003.3516.407003.2519.75（二）壓力在0.1MPa~2.0MPa的壓力下，對(duì)爆炸下限影響不大，對(duì)爆炸上限影響較大；當(dāng)大于2.0MPa時(shí)，爆炸下限變小而上限增大，爆炸極限范圍擴(kuò)大一般情況下，壓力增大，爆炸界限擴(kuò)大

甲烷在減壓下的爆炸極限因此，于密閉容器中進(jìn)行減壓、(負(fù)壓)操作，甚至使系統(tǒng)壓力降低至臨界壓力以下對(duì)安全生產(chǎn)是有利的

（三）惰性介質(zhì)及雜質(zhì)

惰性氣體：氮、二氧化碳、水蒸氣、氬、氦等

隨著惰性氣體含量的增加，爆炸極限范圍縮小，當(dāng)惰性氣體的濃度增加到某一數(shù)值時(shí)，使爆炸上下限趨于一致，使混合氣體不發(fā)生爆炸

加入惰性氣體后，使可燃?xì)怏w的分子和氧分子隔離，它們之間形成一層不燃燒的屏障，氧的濃度下降；當(dāng)氧分子沖擊惰性氣體時(shí)，活化分子失去活化能，使反應(yīng)鍵中斷，若在某處已經(jīng)著火，則放出熱量被惰性氣體吸收，熱量不能積聚，火焰不能蔓延到可燃?xì)夥肿由先?，可起到抑制作用。惰性氣體濃度對(duì)甲烷爆炸極限影響可燃?xì)怏w在空氣和純氧氣中的爆炸極限范圍物質(zhì)名稱在空氣中的爆炸極限%范圍在氧氣中的爆炸極限%范圍甲烷4.9~1510.15~6156.0乙烷3~1512.03~6663.0丙烷2.1~9.57.42.3~5552.7丁烷1.5~8.57.01.8~4947.2乙烯2.75~3431.253~8077.0乙炔1.53~3432.472.8~9390.2氫4~7571.04~9591.0氨15~2813.013.5~7965.5一氧化碳12~74.562.515.5~9478.5（四）爆炸容器

爆炸容器的材料、形狀和尺寸對(duì)爆炸極限都有影響。若容器材料的傳熱性好，則管徑越細(xì)，火焰在其中越難傳播，爆炸極限范圍變小

實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于圓柱形容器，管子直徑越小，爆炸極限范圍則越小，火焰蔓延的速度也越小。當(dāng)管徑(或火焰通道)小到一定程度時(shí)，火焰即不能通過。這一直徑(或間距)稱臨界直徑或最大滅火間距。當(dāng)管徑小于最大滅火間距時(shí)，火焰因不能通過而熄滅。如甲烷的臨界直徑為0.4~0.5mm，氫和乙炔的臨界直徑為0.1~0.2mm。利用這一原理制成隔爆型電氣設(shè)備。材質(zhì)的影響：例如氫和氟在玻璃器皿中混合，甚至放在液態(tài)空氣溫度下在黑暗中也會(huì)發(fā)生爆炸而在銀制器皿中，只有在常溫下才能發(fā)生反應(yīng)。

（五）點(diǎn)火源

點(diǎn)火源的火花能量越大，加熱面積越大，作用時(shí)間越長，爆炸極限范圍也增大。一般情況下，爆炸極限均在較高的點(diǎn)火能量下測(cè)得。采用10J以上的點(diǎn)火能量，甲烷空氣混合物的爆炸極限數(shù)據(jù)為5~15%

（甲烷在混合氣所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。當(dāng)電壓為100V，電流強(qiáng)度為2A時(shí)其爆炸界限為5.9~13.6%，而當(dāng)電流強(qiáng)度為3A時(shí)，爆炸界限為5.85~14.8%。點(diǎn)火能量對(duì)甲烷爆炸極限影響（六）光在黑暗中氫與氯的反應(yīng)十分緩慢，但在強(qiáng)光照射下則發(fā)生連鎖反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致爆炸。又如甲烷與氯的混合物，在黑暗中長時(shí)間內(nèi)不發(fā)生反應(yīng)，但在日光照射下，便會(huì)引起激烈的反應(yīng)，如果兩種氣體的比例適當(dāng)則會(huì)發(fā)生爆炸。第三節(jié)可燃性混合氣體的發(fā)火條件

一、自燃溫度（自燃點(diǎn)）

可燃性物質(zhì)在無外界明火作用下，能發(fā)生燃燒的最低環(huán)境溫度稱為自燃點(diǎn)?？扇夹曰旌蠚怏w在溫度條件適宜時(shí)會(huì)發(fā)生自行發(fā)火。可燃?xì)怏w的自燃溫度是指其與空氣或氧氣混合后的自燃溫度，并不是一個(gè)固定的常數(shù)：隨其受熱延滯時(shí)間的變化；隨其組分的變化而變化，對(duì)于某一混合比例的混合氣體，就存在一個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的自然溫度；一般在反應(yīng)熱最大的混合比例時(shí)，其自燃溫度最低。

若從熱力學(xué)來考慮，可燃性混合氣體的自行發(fā)火是混合系統(tǒng)內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的與各種傳遞形式所造成的熱擴(kuò)散的平衡問題，而發(fā)火是因?yàn)榘l(fā)熱速度大于散熱速度致使溫度上升所引起的。任何物質(zhì)在低于某一溫度時(shí)，散熱速度大于發(fā)熱速度，便不會(huì)發(fā)火；高于某一溫度時(shí)則引起著火。該界限溫度稱為自燃溫度。與爆炸性混合氣體接觸的任何物體，如電動(dòng)機(jī)、反應(yīng)罐、暖氣管道等，其接觸表面的溫度必須控制在所接觸的爆炸性混合物的自燃溫度以下

氣體自燃點(diǎn)測(cè)定裝置A——用電熱絲加熱的二氧化硅管，內(nèi)徑為12cm，長65cm，使容器加熱；E——上蓋，有一小孔，插入熱電偶H，測(cè)量容器中心溫度；J——玻璃觀察窗，觀察試樣在容器中著火情況；F——下蓋，上有空氣進(jìn)入孔L和可燃?xì)怏w入口孔K，可燃?xì)怏w從K進(jìn)入二氧化硅管G中，G管內(nèi)徑為2mm，外徑為4mm，置放在容器的中心位置兩種測(cè)定著火溫度的方法：（1）當(dāng)氣體流入后，在G管口部混合，觀察延滯時(shí)間為0.5s時(shí)的著火溫度，把這一溫度稱作瞬間著火溫度，用此法測(cè)得的部分氣體的著火溫度見表中的著火溫度2。（2）另一方法是氣體流入，溫度逐漸上升直到著火，用這方法測(cè)得的數(shù)據(jù)見表中的著火溫度l。用此法測(cè)得的著火溫度又稱最低發(fā)火溫度，也就是經(jīng)過長時(shí)間加熱后，開始著火的最低溫度。部分可燃?xì)怏w的著火溫度氣體名稱在氧氣中在空氣中著火溫度2／℃著火溫度1／℃著火溫度2／℃著火溫度1／℃氫氣625585630585一氧化碳甲烷乙烷68768026646286503556~700520~630693168327226506513650~750520~630丙烷戊烷—355490~570—600乙烯604510337543丙烯586618乙炔苯二硫化碳硫化氫—685132—420——227430710156—429——364注：1)在空氣(或氧氣)中含有0.63％水份；2)在空氣(或氧氣中)含有2％的水份；3)在空氣(或氧氣中)含有5.3％水份。二、最小點(diǎn)火能量

能引起一定濃度可燃物燃燒或爆炸所需要的最低能量值，是衡量可燃性氣體（可燃性粉塵）爆炸危險(xiǎn)性的重要示性數(shù)，也是靜電安全的重要技術(shù)參數(shù)。最小發(fā)火能量是爆炸性氣體混合物的基本特性，爆炸性氣體的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是自最小發(fā)火能量決定的。最小發(fā)火能量可以利用電容貯能、釋放的方式進(jìn)行測(cè)定。兩種理論計(jì)算方法當(dāng)電容為C，充電電壓為V時(shí)，電火花能量為忽略了放電時(shí)其它因素造成的能量損失，導(dǎo)致了對(duì)最小點(diǎn)火能量的過高估計(jì)

精確算法直接測(cè)出電極兩端的電壓和電流放電波形，通過功率曲線對(duì)時(shí)間積分求得放電火花的能量。

影響最小點(diǎn)火能量的因素

（一）可燃物的理化性質(zhì)對(duì)點(diǎn)火能量的影響

一般情況下，當(dāng)可燃物燃燒熱越大，反應(yīng)速率越快，熔點(diǎn)越低，熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，最小點(diǎn)火能量越低，物質(zhì)危險(xiǎn)性越大

對(duì)單質(zhì)燃料來說，燃料的化學(xué)結(jié)構(gòu)與最小點(diǎn)火能量的關(guān)系一般有如下規(guī)律：(1)碳?xì)浠衔锘瘜W(xué)結(jié)構(gòu)與點(diǎn)火能量的關(guān)系是：烷烴類大于烯烴類，烯烴類大于炔烴類；碳鏈長、分枝多的物質(zhì)，其點(diǎn)火能量增加。(2)具有共軛效應(yīng)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，點(diǎn)火能量減少。(3)帶有負(fù)的置換基，其點(diǎn)火能按如下順序遞增：

SH＜OH＜Cl＜N2H＜CN(4)一級(jí)胺比二、三級(jí)胺的點(diǎn)火能量大。(5)醚與硫醚比同樣碳原子數(shù)的直鏈烷烴點(diǎn)火能量高。(6)過氧化物的點(diǎn)火能量小。混合氣體組成對(duì)點(diǎn)火能量的影響對(duì)于可燃性氣體，其與空氣的混合比例對(duì)點(diǎn)火能量也有影響

（三）電極間隙對(duì)點(diǎn)火能量

的影響當(dāng)電極間隙小于某一值時(shí)，點(diǎn)火能量急劇增加，繼續(xù)加大能量也難于點(diǎn)燃，一般將這一電極間隙稱作消焰距離。

將縫隙控制在消焰距離之內(nèi)，使火焰不能傳播，是防爆電機(jī)及阻火器設(shè)計(jì)的重要依據(jù)

2、濃度對(duì)點(diǎn)火能量的影響

當(dāng)濃度值在理論配合比附近時(shí)，反應(yīng)最充分，放熱量最大，系統(tǒng)得熱最多，使燃燒反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行下去所需的點(diǎn)火能量最少

對(duì)于能夠自身供氧的火炸藥蒸氣和粉塵，則隨著濃度的增加（參與反應(yīng)的活化分子數(shù)增加，反應(yīng)速度加快，反應(yīng)放出的熱量也大），點(diǎn)火能量下降，至某一值后，逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值。三、最小發(fā)火電流

圖2—18三種試驗(yàn)電路圖2—19最小點(diǎn)燃電流示意曲線I類，適用于煤礦(主要是甲烷氣)；Ⅱ類的A、B、C三級(jí)，適用于不同可燃?xì)怏w。

三種標(biāo)淮試驗(yàn)電路來測(cè)定其在指定電壓下的最小點(diǎn)燃電流

對(duì)于其它條件下的最小點(diǎn)燃電流曲線，可查閱《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境用電器設(shè)備—本質(zhì)安全型規(guī)程》

（一）最小傳爆斷面

當(dāng)爆炸性混合氣體的火焰經(jīng)過足夠小的斷面時(shí)，火焰尚能傳播而不熄滅的最小斷面稱為最小傳播斷面。這種阻斷火焰?zhèn)鞑サ脑矸Q為縫隙原理?？p隙隔爆原理有多種應(yīng)用形式：如接合面隔爆；曲路隔爆；細(xì)管隔爆；金屬或陶瓷小珠的堆積體(包括燒結(jié)體)隔爆

四、最小傳爆斷面與最大試驗(yàn)安全間隙及最大允許結(jié)構(gòu)間隙隔爆型電氣設(shè)備是按接合面縫隙隔爆的原理設(shè)計(jì)的

隔爆型設(shè)備的隔爆接合面按氣體傳播能力作了分級(jí)，在分級(jí)中用到以下兩個(gè)概念：最大安全間隙和最大允許結(jié)構(gòu)間隙。最大安全間隙：用于可燃性氣體的分級(jí)，最大允許結(jié)構(gòu)間隙：用于防爆設(shè)備的分級(jí)。（二）最大（試驗(yàn)）安全間隙從安全上考慮最大安全間隙具有更重要的意義

最大安全間隙：容器內(nèi)部爆炸后，不能引起外部燃料發(fā)火的最大間隙

往往由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，故又稱最大試驗(yàn)安全間隙

即在國際電工委員會(huì)79-1A號(hào)文件所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，受試設(shè)備兩部分殼體間存在一個(gè)最大間隙值，在這個(gè)間隙值時(shí)，能阻止其內(nèi)部可燃混合氣被點(diǎn)燃后通過25mm長的接合面將爆炸傳至外部的可燃混合氣。

（三）最大允許結(jié)構(gòu)間隙根據(jù)電氣設(shè)備的組別、爆炸外殼的容積和隔爆接合面的長度所規(guī)定的最大間隙值。最大允許結(jié)構(gòu)間隙是隔爆型電氣設(shè)備隔爆接合面的制造標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)間隙值是在最大試驗(yàn)安全間隙的基礎(chǔ)上，取一定安全系數(shù)值，通常取2，即最大允許結(jié)構(gòu)間隙=最大實(shí)驗(yàn)安全間隙/2詳見《爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所電氣設(shè)備—隔爆型規(guī)程》。

五、絕熱壓縮引起的發(fā)火當(dāng)氣體被壓縮時(shí)，熱損失小，系統(tǒng)溫度上升，而變?yōu)榻^熱壓縮。在進(jìn)行高壓氣體處理和制備時(shí)，若向一端密閉的容器中快速地導(dǎo)入高壓氣體，則容易達(dá)到可燃性氣體發(fā)火所必須要的溫度。高壓儲(chǔ)氣罐的閥門上附有壓力調(diào)節(jié)器，若突然打開閥門，常造成調(diào)節(jié)器內(nèi)發(fā)生高溫。若壓縮器為可燃?xì)怏w或乙炔等分解爆炸性氣體，則會(huì)引起燃燒和爆炸。第四節(jié)氣體爆炸效應(yīng)

一、燃燒熱

單位質(zhì)量或單位體積的可燃物質(zhì)，在一定溫度一定壓力條件下完全燃燒所放出的熱量。溫度壓力在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的燃燒熱稱標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱?？扇嘉锶紵〞r(shí)所能達(dá)到的最高壓力及爆炸力均與物質(zhì)的燃燒熱有關(guān)

燃燒熱一般是用量熱計(jì)在常壓下測(cè)量的

二、化學(xué)能量

通過計(jì)算TNT的分解放熱反應(yīng)，例題通常將4170、4184kJ／kg(1000kcal／kg)作為TNT的當(dāng)量，用來計(jì)算和評(píng)價(jià)爆炸效應(yīng)。(由于引用的參數(shù)不同，有的文獻(xiàn)是4816kJ／kg，有的文獻(xiàn)推薦的TNT當(dāng)量是4670kJ／kg)。

[例7]1kg汽油蒸氣與空氣混合并達(dá)到爆炸極限，遇火花在1s內(nèi)發(fā)生爆炸，試求爆炸所作的功。

1kg汽油蒸氣的燃燒熱為43l00kJ，因此其功率為：

ω=43100/1=43100KW三、爆炸溫度與壓力

可燃性混合氣體爆炸時(shí)對(duì)器壁產(chǎn)生的壓力為爆炸壓力

是防爆設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)的重要依據(jù)

最大爆炸壓力：P。、Pmax——初始?jí)毫εc爆炸最大壓力，Pa；

T。、Tmax—初始溫度與爆炸最高溫度，(K)；

m、n——爆炸前與爆炸后氣體摩爾數(shù)。理論上的爆炸最高溫度可根據(jù)反應(yīng)熱計(jì)算

也可以根據(jù)燃燒反應(yīng)方程式與氣體的內(nèi)能進(jìn)行計(jì)算：四、立方根法則

用途：為計(jì)算確定安全距離RL——距爆心的距離(m)；

W——該爆炸物的量，以TNT當(dāng)量計(jì)(單位為kg)；λ——等效距離，與沖擊波超壓有關(guān)，圖

例：100kgTNT爆炸時(shí)，求①100m處的沖擊波壓力；②只允許房屋窗戶損壞的安全距離。解：①按公式得：查左圖得：△P≈5.6kPa

②查下表得：△P=5kPa

查圖，得：λ≈23

由式，得：RL≈107（m）沖擊波壓力及其效應(yīng)△P（kPa）破壞效應(yīng)0.2某些大型的橢圓型窗戶玻璃破裂0.3產(chǎn)生噴氣式飛機(jī)的沖擊音0.7某些小型的橢圓型窗戶玻璃破裂1窗玻璃全部破裂2有沖擊產(chǎn)生的碎片飛出3民用住房輕微損壞5窗戶外框損壞6房基受到損壞8樹木折枝，房屋需修理才能居住10承重墻破壞，屋基向上錯(cuò)動(dòng)15屋基破壞，30%樹木傾倒，動(dòng)物耳膜破壞2090%樹木傾倒，鋼筋混凝土柱扭曲30油罐開裂，鋼柱倒塌，木柱折斷50貨車傾覆，民用建筑全部損壞，人體肺部受傷70磚墻全部破壞100油罐壓壞多成分系列混合氣體爆炸范圍圖

爆炸性混合氣體是由二、三、四種成分構(gòu)成時(shí)

二成分系列混合氣體的爆炸極限在手冊(cè)中列出

三成分系列混合氣體的爆炸極限計(jì)算（圖解法）

三成分系混合氣組成三角坐標(biāo)氨一氧一氮混合氣的爆炸極限（常溫、常壓）第五節(jié)氣體分解爆炸

一般情況下，可燃性氣體要發(fā)生爆炸需要適量的空氣。但是有些氣體即使沒有空氣或氧同樣可以發(fā)生爆炸

如乙烯、氧化乙烯、氧化乙炔、四氟乙烯、丙烯、臭氧、NO、NO2等。一、乙炔分解爆炸乙炔的分解反應(yīng)為：C2H2→2C（固態(tài)）+H2+226kJ／mol

即分解后生成固體碳和氫氣。因該反應(yīng)發(fā)熱量很大，若無熱損失時(shí)，火焰溫度可高達(dá)3100℃，如在密閉容器內(nèi)發(fā)生分解爆炸，其壓力可為初始?jí)毫Φ?~10倍。管道中發(fā)生乙炔的分解爆炸？

盛裝乙炔的容器不能用銅和含銅多的合金制造。乙炔易與銅、銀等金屬反應(yīng)生成爆炸性的乙炔鹽，這種乙炔鹽只需輕微的撞擊便發(fā)生爆炸而使乙炔著火。在用乙炔焊接的過程中，不能使用銀焊料。乙炔與銀所構(gòu)成鹽比乙炔銅的爆炸力更強(qiáng)水銀雖屬金屬，但不與乙炔發(fā)生反應(yīng)，因而是安全的。乙炔產(chǎn)生分解爆炸的難、易與其壓力有很大關(guān)系。低壓時(shí)需要較大的能量才能發(fā)火，高壓時(shí)稍加能量便能發(fā)火。乙炔壓力與最小發(fā)火能量的關(guān)系二、乙烯分解爆炸根據(jù)Zabetakis的試驗(yàn)，用1g的硝化纖維作為發(fā)火源，使乙烯在20℃，6MPa下分解爆炸，則乙烯產(chǎn)生如下摩爾數(shù)的生成物：

C2H4→1.02C+0.95CH4+0.02C2H2+0.17H21mol物質(zhì)的分解熱約為120kJ，壓力為初壓的6.3倍。當(dāng)乙烯在10MPa以下時(shí)，若無巨大的發(fā)火能量，不會(huì)產(chǎn)生分解爆炸，但若在高壓狀態(tài)下，則只要有與一般混合氣體發(fā)火同等能量的發(fā)火源，就可能形成分解爆炸。三、氧化乙烯的分解爆炸

氧化乙烯是沸點(diǎn)為10.7℃的可燃性氣體，在玻璃管中裝入該種蒸氣，在常溫常壓下，用電氣融斷細(xì)白金絲的方法點(diǎn)火，則產(chǎn)生無色的分解火焰?zhèn)鞑?，其反?yīng)式如下：

C2H4O→CH4+CO+134kJ／mol(a)2C2H4O→C2H4+2CO+2H2+33kJ／mol(b)

在常溫常壓下分解爆炸時(shí)，氧化乙烯的69%是按式(a)分解，31%是按式(b)分解。

四、氮氧化合物分解爆炸N2O、NO、NO2是主要的氮氧化合物，其分解反應(yīng)可設(shè)想為：

N2O→N2+1/2O2+81.5kJNO→1/2N2+1/2O2+90.3kJNO2→1/2N2+O2+37.6kJ

試驗(yàn)結(jié)果表明：N2O的壓力在250kPa以上，NO在1.5MPa以上時(shí)都能分解出90%以上的N2和O2，。爆炸壓力多隨初壓而變化在高壓情況下，有少許能量便產(chǎn)生分解爆炸，而低壓時(shí)則需要較大的點(diǎn)火能量，才能產(chǎn)生分解爆炸

第六節(jié)蒸氣云及液化氣罐的爆炸

一、蒸氣云爆炸：事故1973年10月，日本一家聚氯乙烯制造廠的氯乙烯氣罐的閘門破損，4t單基氯乙烯流出，猛烈蒸發(fā)而形成蒸氣云，流出15min后，因著火而爆炸。

1974年6月，英國一家卡普龍制造廠的環(huán)己烷氧化反應(yīng)罐的50.8cm連接管，因設(shè)計(jì)不良而破損，溫度為155℃、壓力為890kPa的反應(yīng)罐內(nèi)36t環(huán)己烷以1t／s的流速噴出而形成可燃性蒸氣云，45s后因著火而爆炸，使工廠遭到破壞，死亡28人，傷89人。什么是蒸氣云爆炸大量的可燃性氣體或大量的可燃性液體流入大氣中形成蒸氣，與空氣混合后形成可燃性混合氣，當(dāng)其與某一火源接觸便立即產(chǎn)生爆炸。在開放的大氣中產(chǎn)生的，所以又稱為自由空間中的無約束蒸氣云爆炸蒸氣云爆炸的產(chǎn)生，是由于流出物體的貯藏狀態(tài)第一，常溫常壓下，著火點(diǎn)比常溫還低的物質(zhì)，例如汽油；流出的液體從地面得到熱量后，從液面連續(xù)蒸發(fā)而產(chǎn)生蒸氣并向周圍擴(kuò)散。第二，常溫但為加壓下的液化氣體。如液化丙烷、液化丁烷等；第三，溫度在某物質(zhì)的沸點(diǎn)以上，但由于加壓而能使其液化，此類物質(zhì)如反應(yīng)罐中的苯；第二種和第三種是在高壓下氣相與液相處于平衡狀態(tài)，并在常壓下流出的物質(zhì)，因?yàn)榱鞒龅囊后w的溫度比其在常壓下的沸點(diǎn)高，因而急劇氣化。第四，大氣壓下因低溫而液化的氣體，如液化天然氣。若屬于第四種情況，在非常低溫儲(chǔ)藏的液化天然氣流出后，由于受地面及周圍的熱作用，會(huì)使其急劇沸騰。若地面溫度較低時(shí)，蒸發(fā)速度較慢，但在短時(shí)間內(nèi)也會(huì)生成大量的可燃性蒸氣云，一旦出現(xiàn)蒸氣云，就可能出現(xiàn)下列后果：①不發(fā)火。泄漏的氣體及蒸氣云釋放擴(kuò)散，未引起災(zāi)害；②在氣體和蒸氣流出的同時(shí)發(fā)火，但未發(fā)生爆炸；③在大量的蒸氣云形成之后發(fā)火。此時(shí)則會(huì)釀成大的火災(zāi)，并且蒸氣云中的火焰往往會(huì)以高速傳播轉(zhuǎn)變?yōu)楸ǎ瑥亩纬蓻_擊波。二、液化氣罐的爆炸

爆炸過程火災(zāi)將儲(chǔ)氣罐加熱使罐內(nèi)液化氣體產(chǎn)生很高的蒸氣壓力；液罐上部因火災(zāi)過熱而引起延時(shí)破壞，分割成大的碎片。液罐裂口后，內(nèi)部壓力突然降低，過熱的液化氣突然沸騰氣化，并與空氣混合而成可燃性蒸氣云，若遇火則產(chǎn)生蒸氣云爆炸。這類事故稱為BLEVE，指沸騰的液化氣體氣化膨脹時(shí)發(fā)生的爆炸現(xiàn)象，是從物理爆炸轉(zhuǎn)向化學(xué)爆炸的最危險(xiǎn)的例子。（二）火球的形成

球型液化氣罐被火焰點(diǎn)燃的情況罐體的鋼板被加熱，如果持續(xù)10min，則液面上部的鋼板溫度可達(dá)425~480℃。其屈服強(qiáng)度因罐內(nèi)的液化石油蒸氣壓產(chǎn)生的拉應(yīng)力而下降，罐的側(cè)壁向外逐漸膨脹，最后破裂形成裂洞。罐內(nèi)的液體也同時(shí)被加熱，溫度升高，蒸氣壓力也相應(yīng)地增大，此時(shí)的液體處于過熱狀態(tài)，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，一旦罐體破裂，這種處于過熱狀態(tài)的液體在內(nèi)部壓力作用下便會(huì)以霧狀噴出并迅速汽化，產(chǎn)生大量的蒸氣和空氣形成可燃性混合氣體，如果遇上點(diǎn)火源便會(huì)馬上在油罐外面發(fā)生著火。在這種情況下的蒸氣云形狀基本上呈球形，故稱為火球，火球的大小等于蒸氣云的大小。因罐的破壞情況、蒸氣云的形成情況、著火時(shí)間等不同，有時(shí)未必能形成明顯的火球。

（三）火球的大小及持續(xù)時(shí)間除核爆炸和炸藥爆炸外，火球幾乎都是液化氣著火產(chǎn)生的?；鹎蛑睆?、持續(xù)時(shí)間與藥量之間的關(guān)系：

D=5.33W0.327

T=1.089W0.327

式中D——火球直徑，m；

T——火球持續(xù)時(shí)間，s；火球的典型成長過程（四）、火球的威力火球的直徑有時(shí)可達(dá)到數(shù)百米，如果人或房屋被卷入其中，一定無法幸免，而且在遠(yuǎn)離火球的地方也會(huì)受到強(qiáng)烈的熱幅射。物體表面得到的幅射熱E，一般由下式給出：

E=εδT4φ

式中：ε=1.0；δ是Stefan-Boltsmann常數(shù)；T是火球的溫度；φ稱為形態(tài)系數(shù)，其大小是由火球的形狀及火球與受熱體之間的距離決定的。

關(guān)于火球的溫度，馳田提出對(duì)可燃性氣體是1750~1800K與一般的火焰溫度相比要高50％，所以它的幅射熱是很強(qiáng)的。

輻射熱和引起剌痛的極限輻射時(shí)間(s)引起剌痛的極限熱輻射強(qiáng)度(kJ／m2．h)(J／cm2·s)2551801.553401301.174351100.965313500.8410175600.5420125400.3830112900.3350100300.29100100300.29200100300.29液化氣罐爆炸事故危害發(fā)生BLEVE事故時(shí)，除火球輻射熱外，爆炸時(shí)產(chǎn)生的空氣沖擊波及飛散的罐體破片也是危害很大的。從發(fā)火到BLEVE或火球的發(fā)生需要10~30min，消防人員往往在這段時(shí)間內(nèi)已經(jīng)進(jìn)入火災(zāi)滅火現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)果因處置不當(dāng)，往往使很多消防人員喪失生命

在美國消防人員中反復(fù)強(qiáng)調(diào)BLEVE的危險(xiǎn)性，提出在液化石油氣罐發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候，不要隨意靠近、滅火，要注意滅火安全作業(yè)題1、試分別求CH4、C3H8在空氣中完全反應(yīng)的理論混合比及爆炸極限。2、某種天然氣的組成如下：甲烷80％，乙烷15％，丙烷4％，丁烷1％。各組分的爆炸下限分別為5％，3.22％，2.37％和1.86％，則該天然氣的爆炸下限為？3、100kgTNT爆炸時(shí)，求①150m處的沖擊波壓力；②只允許窗戶外框損壞的安全距離。復(fù)習(xí)題1、什么叫可燃?xì)怏w？其燃燒形式有何特點(diǎn)？2、什么是預(yù)混火焰？其特點(diǎn)有哪些？3、什么叫爆震和緩燃？?jī)烧哂泻螀^(qū)別？4、影響火焰速度的因素有哪些？5、何謂理論混合比？6、何謂可燃?xì)怏w的爆炸極限？其含義和表征方法是什么？7、試分別求CH4、C3H8在空氣中完全反應(yīng)的理論混合比及爆炸極限。8、某種天然氣的組成如下：甲烷80%，乙烷15%，丙烷

4%，丁烷1%。各組分的爆炸下限分別為5%，

3.22%，2.37%和1.86%，則該天然氣的爆炸下限為？9、掌握可燃?xì)怏w的爆炸極限有何實(shí)際意義？10、影響爆炸極限的主要因素有哪些？具體有何影響？11、可燃?xì)怏w自燃點(diǎn)的含義？12、何謂最大安全間隙和最大允許結(jié)構(gòu)間隙？二者有何關(guān)系？有何實(shí)際意義？13、什么是最小點(diǎn)火能量？14、何謂立方根法則？有何實(shí)際意義？15、100kgTNT爆炸時(shí)，求①150m處的沖擊波壓力；②只允許窗戶外框損壞的安全距離。16、試列出三成分系列混合氣體的組合情況。17、何謂氣體分解爆炸？有何特點(diǎn)？18、何謂蒸氣云爆炸？有何特點(diǎn)？19、何謂BLEVE爆炸？有何特點(diǎn)？20、請(qǐng)解釋縫隙原理。水井不明氣體燃燒11天巴彥淖爾消防灌漿封堵

起吊防火擋板設(shè)置卡環(huán)放置漏斗漏斗放好實(shí)施灌漿輔助灌漿成功封堵瓦斯的燃燒和爆炸礦井五大災(zāi)害:水、火、瓦斯、礦塵、冒頂2003年，我國煤礦事故死亡人數(shù)是世界上主要產(chǎn)煤國煤礦死亡總?cè)藬?shù)的4倍以上，百萬噸煤死亡率是美國的160倍、印度的10倍。美國的煤礦，一年死亡人數(shù)大約在30人左右。澳大利亞甚至做到了2003年煤礦開采零死亡。這些以露天煤礦為主、全機(jī)械化開采的國家不同的是，我國的煤炭賦存條件較差，以井工開采為主，采煤機(jī)械化程度僅為45％。

從2001年到2004年，我國煤炭產(chǎn)量每年增長2億噸以上，煤炭供應(yīng)緊張、價(jià)格直線上揚(yáng)，這在世界煤炭工業(yè)史上是前所未有的，（2012年中國煤炭產(chǎn)量36.6億噸，比上年增長4%左右）我國的煤礦安全欠帳多；煤礦工程技術(shù)人員也嚴(yán)重短缺。礦井瓦斯的危害尤為嚴(yán)重。人們所談?wù)摰耐咚雇ǔＪ侵笍拿簬r中放出的氣體的統(tǒng)稱，它的主要成分通常是以甲烷為主的烴類氣體。甲烷是無色、無味、無臭、易燃、易爆的氣體。一定濃度的甲烷與空氣(或氧氣)的混合物遇到明火(電火花等)或灼熱固體顆粒就會(huì)發(fā)生燃燒，在一定條件下會(huì)立即轉(zhuǎn)變成爆轟。礦井瓦斯的危害如果空氣中瓦斯的濃度在5%~15%時(shí)，有明火的情況下就能發(fā)生爆炸。瓦斯爆炸會(huì)產(chǎn)生高溫、高壓、沖擊波，并放出有毒氣體。礦井就好比一個(gè)一端封閉的很長的管道，礦井內(nèi)瓦斯一旦點(diǎn)燃，燃燒產(chǎn)物不易迅速擴(kuò)散，燃燒波在礦井中反射疊加后得以加強(qiáng)，因而一般礦井中一定濃度的瓦斯與空氣混合物只要一經(jīng)點(diǎn)燃著火，則都會(huì)轉(zhuǎn)成爆轟，給國家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全帶來嚴(yán)重危害。瓦斯爆炸的本質(zhì)礦井瓦斯爆炸是一種熱—鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（也叫鏈鎖反應(yīng)）。當(dāng)爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源給予的熱能）后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂，離解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的游離基（也叫自由基）。這類游離基具有很大的化學(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。在適合的條件下，每一個(gè)游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個(gè)或兩上以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基越來越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。所以，瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。2004年10月20日，河南省鄭州煤業(yè)集團(tuán)公司大平煤礦發(fā)生一起特別重大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡，32人受傷。2004年11月28日，陜西銅川礦務(wù)局陳家山煤礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，造成168人死亡。2005年2月14日，遼寧阜新礦業(yè)集團(tuán)公司的孫家灣煤礦海州立井，發(fā)生一起特大瓦斯事故，死亡人數(shù)達(dá)到214人。一、瓦斯的燃燒(爆炸)過程

(1)燃燒化學(xué)反應(yīng)瓦斯是一種可燃性氣體，它與空氣(或氧氣)組成可燃混合氣體以后在火源或灼熱固體殘?jiān)T發(fā)下就會(huì)發(fā)生一種迅猛的氧化還原反應(yīng)，其反應(yīng)方程式可概括為：

CH4+2O2→CO2+2H2O或CH4+2[O2+（79/21）N2]→CO2+2H2O+7.52N2混合氣中甲烷燃盡時(shí)，一個(gè)體積的甲烷要與兩個(gè)體積的氧化合，此時(shí)氧化反應(yīng)最完全，燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量最多。燃燒反應(yīng)一般都是放熱反應(yīng)，甲烷燃燒時(shí)也放出大量的熱量，下面是一些燃?xì)馊紵龝r(shí)的放熱量甲烷CH4

燃燒放熱量為882.6kJ／mol乙烷C2H6

燃燒放熱量為1552.9kJ／mol丙烷C3H8

燃燒放熱量為2205.2kJ／mol一氧化碳CO燃燒放熱量為285.5kJ／mol氫H2

燃燒放熱量為242.0kJ／mol（2）瓦斯燃燒的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

理論與實(shí)驗(yàn)研究表明：甲烷的燃燒反應(yīng)機(jī)理是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理，且是分支鏈反應(yīng)。在礦井瓦斯燃燒的鏈反應(yīng)機(jī)理中，鏈起始是由高溫?zé)嵩椿蚧鸹ǖ淖饔?，作用能量的大小必須大于鏈起始反?yīng)的活化能，前人研究認(rèn)為，甲烷的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理如下：

甲烷的氧化反應(yīng)的發(fā)展是由活化中心(自由基)、溫度和熱能等因素決定的，所以當(dāng)甲烷—空氣混合物中加入惰性、吸熱降溫起負(fù)催化作用的物質(zhì)或滲入足夠數(shù)量的能夠同活化中心結(jié)合的物質(zhì)(例如三氟一溴甲烷CF3Br)時(shí)，就可以使CH4的燃燒與爆炸中止。安全火焰燈所以安全，從鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論來看，就是因?yàn)樽杂苫c燈的金屬網(wǎng)罩接觸使鏈中止，以及金屬網(wǎng)吸熱降溫使得反應(yīng)中斷。

(3)礦井瓦斯燃燒(爆炸)的

安全技術(shù)參數(shù)

為了有效地預(yù)防礦井瓦斯的爆炸，必須掌握煤礦爆炸性氣體的安全技術(shù)參數(shù)，這些參數(shù)主要是濃度的爆炸極限(上、下限)、最低點(diǎn)燃溫度、最小點(diǎn)火能量、最大爆炸壓力等(見表2—20)。①瓦斯的爆炸極限爆炸性氣體與空氣混合，只在某些濃度范圍之內(nèi)才是可爆炸的，即點(diǎn)燃這種濃度的混合氣體爆炸會(huì)自動(dòng)蔓延開來(不需再繼續(xù)輸入能量和空氣)?？赡墚a(chǎn)生爆炸的最低濃度稱為爆炸下限；最高濃度為爆炸上限。上、下爆炸極限常用氣體與空氣混合的體積百分比濃度表示。上、下限還在一定程度上與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)。用體積百分比濃度表示的爆炸極限在100℃以下時(shí)，在測(cè)試精度范圍內(nèi)，它的數(shù)值與混合氣體的溫度無關(guān)；在100℃以上時(shí)，必須要考慮溫度的影響。爆炸地點(diǎn)溫度增加時(shí)，下限下降，上限上升，見表2—21

隨著爆炸地點(diǎn)壓力的升高，甲烷—空氣混合氣體的爆炸范圍逐漸擴(kuò)大，見表2—22，該規(guī)律對(duì)烴類氣體也適用。

甲烷的爆炸范圍隨著混合氣體中氧濃度的降低而縮小，圖2—32是爆炸地點(diǎn)溫度為150℃時(shí)的試驗(yàn)值。氧氣濃度的降低不僅使爆炸范圍縮小，而且最大爆炸壓力也明顯下降，爆炸下限幾乎保持不變，而爆炸上限下降甚大；當(dāng)氧濃度降至極限值(即失爆氧度)10%(150℃初始溫度下)時(shí)，爆炸上、下限重合在一點(diǎn)(5%CH4)。

飛揚(yáng)在甲烷—空氣混合氣體中的煤塵，會(huì)降低甲烷的爆