可燃液體的燃燒與爆炸可燃物質(zhì)的燃燒與爆炸課件

可燃物質(zhì)的燃燒與爆炸——可燃液體的燃燒與爆炸前言Qianyan目錄頁(yè)

ContentsPage液體燃燒的特點(diǎn)及種類液體蒸發(fā)及影響因素閃燃與爆炸溫度極限油罐火災(zāi)【思考】什么是蒸發(fā)？物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的相變過(guò)程?！舅伎肌糠忾]容器里的液體隨著時(shí)間變化有什么變化？將液體置于密閉容器中，液體表面能量大的分子克服鄰近分子的吸引力，脫離液面進(jìn)入空間成為蒸氣分子。蒸氣分子由于運(yùn)動(dòng)撞到液體表面或器壁被凝結(jié)。初始狀態(tài)，由于空間中無(wú)蒸氣分子，蒸發(fā)速度最大，凝結(jié)速度為零。隨著蒸發(fā)過(guò)程的繼續(xù)，蒸氣分子增加，凝結(jié)速度增加?！舅伎肌空舭l(fā)和凝結(jié)過(guò)程會(huì)停止嗎？不會(huì)。最終，液體和氣體會(huì)達(dá)到氣液平衡狀態(tài)。這種平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡，液面分子仍在蒸發(fā)，蒸氣分子仍在凝結(jié)，只是蒸發(fā)速度和凝結(jié)速度相等。液態(tài)氣態(tài)蒸發(fā)碰撞液體表面、氣體分子或器壁被凝結(jié)液體蒸發(fā)過(guò)程在一定溫度下，液體和它的蒸氣處于平衡狀態(tài)時(shí)，蒸氣所具有的壓力即為飽和蒸氣壓。液體的飽和蒸氣壓與液體的性質(zhì)和溫度有關(guān)。相同溫度下，液體分子間引力越強(qiáng)，蒸氣壓越低；同一液體，溫度不同時(shí)，溫度升高，飽和蒸氣壓增大。飽和蒸氣壓液體蒸發(fā)過(guò)程中，失去高能量分子使液體分子平均動(dòng)能較小，液體溫度逐漸降低。液體要保持原有溫度，必須從外界吸熱。使液體在恒溫恒壓下汽化或蒸發(fā)所必須吸收的熱量，即為液體的蒸發(fā)潛熱。蒸發(fā)潛熱蒸發(fā)熱一方面用于增加液體分子動(dòng)能來(lái)克服分子間引力使分子逸出液面進(jìn)入氣態(tài)，另一方面用于分子汽化時(shí)體積膨脹所做的功。因此，不同分子因分子間引力不同，其蒸發(fā)熱也不同。一般地說(shuō)，液體分子間引力越大，其蒸發(fā)熱越大。是指液體的飽和蒸氣壓與外界壓力相等時(shí)的溫度。在此溫度時(shí)，汽化在整個(gè)液體中進(jìn)行，即為沸騰；而在低于此溫度時(shí)的汽化，僅在液面上進(jìn)行。因此，液體沸點(diǎn)與外界氣壓密切相關(guān)，液體沸點(diǎn)隨外界氣壓升高而升高。液體的沸點(diǎn)液體種類不同液體，外界條件均相同，由于液體分子間引力大小不同，其蒸發(fā)速度不盡相同。蒸發(fā)過(guò)程的影響因素【思考】相同條件下，水與酒精相比，誰(shuí)蒸發(fā)更快？溫度越高，分子的平均動(dòng)能越大，脫離液面進(jìn)入空間的分子越多，蒸發(fā)越快。液體溫度液體表面積增大，處于液體表面的分子增多，使得脫離液面進(jìn)入空間的分子增多，蒸發(fā)加快。液面面積當(dāng)進(jìn)入空間的蒸氣分子與其他氣體分子發(fā)生碰撞時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能減小而凝結(jié)。如果液面空氣流動(dòng)快，蒸發(fā)的蒸氣分子很快被帶走，減小凝結(jié)的幾率，蒸發(fā)加快。空氣流動(dòng)目錄頁(yè)

ContentsPage液體燃燒的特點(diǎn)及種類液體蒸發(fā)及影響因素閃燃與爆炸溫度極限油罐火災(zāi)可燃性液體受熱蒸發(fā)可燃性氣體空氣可燃混合氣預(yù)混燃燒點(diǎn)火源點(diǎn)火源擴(kuò)散、擴(kuò)散燃燒可燃液體燃燒過(guò)程即為直接在液體燃料表面發(fā)生的燃燒。若液體燃料容器附近有熱源或火源，則在輻射和對(duì)流影響下，液體表面蒸發(fā)加快，液面上方的燃料蒸氣增加，當(dāng)與周圍的空氣形成一定濃度的可燃混合氣并達(dá)到著火溫度，便可以發(fā)生燃燒。液體的燃燒的種類液面燃燒是利用吸附作用將燃油從容器中吸上來(lái)在燈芯表面產(chǎn)生蒸氣然后發(fā)生的燃燒，燃燒功率小。燈芯燃燒液體燃料通過(guò)一定的蒸發(fā)管道，利用燃燒時(shí)所放出的一部分熱量加熱管中的燃料，使其蒸發(fā)，然后再像氣體燃料那樣進(jìn)行燃燒。蒸發(fā)燃燒是利用各種形式的霧化器將液體燃料破碎成許多直徑為幾微米到幾百微米的小液滴，懸浮在空氣中邊蒸發(fā)邊燃燒。霧化燃燒目錄頁(yè)

ContentsPage液體燃燒的特點(diǎn)及種類液體蒸發(fā)及影響因素閃燃與爆炸溫度極限油罐火災(zāi)互溶的兩種液體混合，混合液體的閃點(diǎn)一般低于其算術(shù)平均值?？扇家后w與不可燃液體混合，閃點(diǎn)隨著不可燃液體含量的增加而升高，當(dāng)不燃成分含量達(dá)到一定值，混合液體便不會(huì)發(fā)生燃燒。閃點(diǎn)變化規(guī)律根據(jù)蒸氣壓理論，可燃液體的飽和蒸氣壓與溫度相對(duì)應(yīng)。蒸氣的爆炸濃度上、下限對(duì)應(yīng)的液體溫度即為液體的爆炸溫度上、下限。爆炸溫度極限評(píng)價(jià)液體燃爆危險(xiǎn)性的主要技術(shù)參數(shù)評(píng)價(jià)可燃液體火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性的主要技術(shù)參數(shù)是閃點(diǎn)、飽和蒸氣壓和爆炸極限。此外，還有液體的其他性能，如相對(duì)密度、流動(dòng)擴(kuò)散性、沸點(diǎn)和膨脹性等。

1．飽和蒸氣壓飽和蒸氣是指在一定溫度下，液體和它的蒸氣處于平衡狀態(tài)，蒸氣所具有的壓力，簡(jiǎn)稱蒸氣壓，以Pa表示。在密閉容器中，液體都能蒸發(fā)成飽和蒸氣。表2

幾種易燃液體的飽和蒸氣壓根據(jù)可燃液體的蒸氣壓力，就可以求出蒸氣在空氣中的濃度，其計(jì)算式為：

C——混合物中的蒸氣濃度，％；

PZ——在給定溫度下的蒸氣壓力，Pa；

PH——混合物的壓力，Pa。

如果PH等于大氣壓力即101325Pa（760mmHg），則可將計(jì)算式改寫為：C=Pz/101325[例1]桶裝甲苯的溫度為20℃，而大氣壓力為101325Pa。試求甲苯的飽和蒸氣濃度，并確定是否有爆炸危險(xiǎn)？

[解]從表2查得甲苯在20℃時(shí)飽和蒸氣壓力Pz為2973Pa，代入公式即得：C=2973/101325=2.93％答：桶裝甲苯在20℃時(shí)的飽和蒸氣濃度為2.93％。從表1中可以查出甲苯的爆炸極限為1.27％～7.75％，比較例題中求得甲苯的蒸氣濃度，即可說(shuō)明甲苯在20℃時(shí)具有爆炸危險(xiǎn)。

由于可燃液體的蒸氣壓力是隨溫度而變化的，因此可以利用飽和蒸氣壓來(lái)確定可燃液體在貯存和使用時(shí)的安全溫度和壓力。

[例2]有一個(gè)苯罐的溫度為10℃，確定是否有爆炸危險(xiǎn)？如有爆炸危險(xiǎn)，請(qǐng)問(wèn)應(yīng)選擇什么樣的貯存溫度比較安全?[解]先求出苯在10℃時(shí)的蒸氣壓力為5960Pa，代入公式，則

C=Pz/101325=5960/101325=5.89％苯的爆炸極限為1.5％～9.5％，故苯在10℃時(shí)具有爆炸危險(xiǎn)。

消除形成爆炸濃度的溫度有兩個(gè)可能：一是低于閃點(diǎn)的溫度；二是高于爆炸上限的溫度。本例中采用后者，即安全貯存溫度應(yīng)采取高于爆炸上限的溫度。已知苯的爆炸上限為9.5％，代入下式：Pz=101325C=（101325×0.095）Pa=9625.8Pa從表2查得苯的蒸氣壓力為9625.8Pa時(shí)，處于10～20℃范圍內(nèi)，用內(nèi)插法求得：[10+（9625.8-5966）×10/（9972-5966）]℃=（10+9）℃=19℃

答：貯存苯的安全溫度應(yīng)高于19℃。[例3]某廠在車間中使用丙酮作溶劑，操作壓力為500kPa，操作溫度為25℃。請(qǐng)問(wèn)丙酮在該壓力和溫度下有無(wú)爆炸危險(xiǎn)？如有爆炸危險(xiǎn)，應(yīng)選擇何種操作壓力比較安全？

[解]先求出丙酮的蒸氣濃度。從表3—4查得丙酮在25℃時(shí)的蒸氣壓力為30931Pa，代入式（3—3）得出丙酮在500kPa下的蒸發(fā)濃度：C=Pz/PH=30931/500000=6.2％

丙酮的爆炸極限為2％～13％，說(shuō)明在500kPa壓力下丙酮是有爆炸危險(xiǎn)的。

如果溫度不變，那么為保證安全則操作壓力可以考慮選擇常壓或負(fù)壓。如選擇常壓，則濃度為：C=Pz/101325=30931/101325=30.5％如選擇負(fù)壓，假設(shè)真空度為39997Pa，則濃度為：C=Pz/PH=30931/（101325—39997）=50.4％顯然在常壓或負(fù)壓的兩種壓力下，丙酮的蒸氣濃度都超過(guò)爆炸上限，無(wú)爆炸危險(xiǎn)。但相比之下，負(fù)壓生產(chǎn)比較安全。

2．爆炸極限

可燃液體的著火和爆炸是蒸氣而不是液體本身，因此爆炸極限對(duì)液體燃爆危險(xiǎn)性的影響和評(píng)價(jià)同可燃?xì)怏w。可燃液體的爆炸溫度極限可以用儀器測(cè)定，也可利用飽和蒸氣壓公式，通過(guò)爆炸濃度極限進(jìn)行計(jì)算。[例4]已知甲苯的爆炸濃度極限為1.27％～7.75％，大氣壓力為101325Pa。試求其爆炸溫度極限。

[解]先求出甲苯在101325Pa下的飽和蒸氣壓：Pz=[1.27×101325/100]Pa=1286.83Pa

表2查得甲苯在1286.83Pa蒸氣壓力下，處于0～10℃之間;

利用內(nèi)插法求得甲苯的爆炸溫度下限：

[(1286.83-901)×10/(1693-901)]℃=[3858.3/792]℃=4.87℃再利用公式求甲苯的爆炸溫度上限：Pz=7.75×101325/100=7852.69Pa

從表2查得甲苯在6839.43Pa蒸氣壓力下處于30～40℃之間，利用內(nèi)插法求得甲苯的爆炸溫度上限：

[30+（7582.69-460）×10/（7906-4960）]℃=[30+26226.9/2946]=38.9℃

答：在101325Pa大氣壓力下，甲苯的爆炸溫度極限為4.87～38.9℃。

在易燃的溶劑中摻入四氯化碳，其閃點(diǎn)即提高，加入量達(dá)到一定數(shù)值后，不能閃燃。

例如，在甲醇中加入41％的四氯化碳，則不會(huì)出現(xiàn)閃燃現(xiàn)象，這種性質(zhì)在安全上可加以利用。各種可燃液體的閃點(diǎn)可用專門儀器測(cè)定，也可用計(jì)算法求定?？扇家后w的閃點(diǎn)利用飽和蒸氣壓力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可有以下幾種計(jì)算方法:

（1）利用爆炸濃度極限求閃點(diǎn)和爆炸溫度極限。

[例5]已知乙醇的爆炸濃度極限為3.3％～18％，試求乙醇的閃點(diǎn)和爆炸溫度極限。

[解]乙醇在爆炸濃度下限（3.3％）時(shí)的飽和蒸氣壓為：由：PZ=（101325×0.033）Pa=3343.73Pa

從表2查得乙醇蒸氣壓力為3343.73Pa時(shí)，其溫度處于10～20℃之間，并且在

10℃和20℃時(shí)的蒸氣壓分別為3173Pa和5866Pa?？捎脙?nèi)插法求得閃點(diǎn)和爆炸溫度下限：

[10+（3343.73-3173）×10/（5866-3173）]℃=（10+0.6）℃=10.6℃

再按式求出乙醇的爆炸溫度上限：C=Pz/101325Pz=0.18×101325Pa=18238.5Pa

從表2中查得乙醇在18238.5Pa蒸氣壓力時(shí)的溫度約等于40℃。

答：乙醇的閃點(diǎn)約為10.6℃，其爆炸溫度極限為10.6～40℃。

4．受熱膨脹性

熱脹冷縮是一般物質(zhì)的共性，可燃液體貯存于密閉容器中，受熱時(shí)由于液體體積的膨脹，蒸氣壓也會(huì)隨之增大，有可能造成容器的鼓脹，甚至引起爆炸事故?？扇家后w受熱后的體積膨脹值，可用下式計(jì)算：Vt=V0（1+βt）式中：Vt，V0——液體在t和0℃時(shí)的體積，L；

t——液體受熱后的溫度，℃；

β——體積膨脹系數(shù)，即溫度升高1℃時(shí)，單位體積的增量。幾種液體在0～100℃的平均體積膨脹系數(shù)見表6。表6液體在0～100℃的平均體積膨脹系數(shù)液體名稱體積膨脹系數(shù)液體名稱體積膨脹系數(shù)乙醚0.00160戊烷0.00160丙酮0.00140煤油0.00090苯0.30120石油0.00070甲苯0.00110醋酸0.00140二甲苯0.00095氯仿0.00140甲醇6.00140硝基苯0.00083乙醇0.00110甘油0.00050二硫化碳0.00120苯酚0.00089

[例8]玻璃瓶裝乙醚，存放在暖氣片旁，試問(wèn)這樣放乙醚玻璃瓶有無(wú)危險(xiǎn)？(玻璃瓶體積為24L，并留有5％的空間。暖氣片的散熱溫度平均為60℃)[解]從表6查得乙醚的體積膨脹系數(shù)為0.0016，根據(jù)公式求出乙醚受熱達(dá)到60℃時(shí)的總體積

Vt=V0(1+βt)=[(24—24×5％)×(1+0.00160×60)]L=[22.8(1+0.096)]L=24.988LVt=V0(1+βt）乙醚的原體積為22.8L，實(shí)際增加的體積應(yīng)為：(24.988-22.8)L≈2.19L而乙醚玻璃瓶原有5％的空間，體積為24L×5％=1.2L，顯然膨脹增加的體積已超過(guò)預(yù)留空間：(2.19-1.2)L=0.99L。同時(shí)，乙醚在60℃時(shí)的蒸氣壓已達(dá)到230008Pa。

答：乙醚玻璃瓶存放在暖氣片旁有爆炸危險(xiǎn)，應(yīng)移放在其他安全地點(diǎn)。

線燃燒速度單位時(shí)間內(nèi)燃燒的液體層厚度，即式中：v—燃燒線速度(m/h)；H—燃燒的液體層厚度(m)；t—液體燃燒的時(shí)間(h)。液體燃燒速度單位時(shí)間內(nèi)單位面積燃燒的液體的質(zhì)量，即式中：G—質(zhì)量燃燒速度[kg/(m2·h)]；m—燃燒的液體質(zhì)量(kg)；F—液體燃燒的表面積(m2)；t—液體燃燒的時(shí)間(h)。質(zhì)量燃燒速度液體初始溫度液體初始溫度越高，蒸發(fā)速度越快，可燃蒸氣濃度越高，燃燒速度越快。儲(chǔ)罐液面高度隨著液面高度降低，液面和燃燒區(qū)的距離增大，傳到液面的熱量減少，燃燒速度降低。液體燃燒速度的影響因素水的影響燃燒時(shí)，水的蒸發(fā)要吸收部分熱量，蒸發(fā)的水蒸氣進(jìn)入燃燒區(qū)，降低可燃蒸氣與氧氣的濃度，降低燃燒速度。風(fēng)的影響風(fēng)有利于可燃蒸氣與氧氣的充分接觸，同時(shí)及時(shí)帶走燃燒產(chǎn)物，加快燃燒速度。但風(fēng)速過(guò)大不利于可燃蒸氣和熱量的集聚，導(dǎo)致燃燒熄滅。目錄頁(yè)

ContentsPage液體燃燒的特點(diǎn)及種類液體蒸發(fā)及影響因素閃燃與爆炸溫度極限油罐火災(zāi)原油中組分較多，密度小、沸點(diǎn)低的部分烴類被稱為輕組分；密度大、沸點(diǎn)高的部分烴類被稱為重組分。初沸點(diǎn)：原油中密度最小的烴類沸騰時(shí)的溫度。終沸點(diǎn)：原油中密度最大的烴類沸騰時(shí)的溫度。沸程：不同密度不同沸點(diǎn)的所有成分轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵獾淖畹秃妥罡叻悬c(diǎn)的溫度范圍。液體燃燒時(shí)，火焰?zhèn)鹘o液面的熱量使得液面溫度升高。達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)，葉面溫度不再升高。液體在敞開空間燃燒，蒸發(fā)在非平衡狀態(tài)下進(jìn)行，且液面不斷向液體內(nèi)部傳熱，因此液面溫度達(dá)不到沸點(diǎn)。單組分液體燃燒時(shí)熱量在液層中傳播特點(diǎn)液面溫度接近但稍低于液體的沸點(diǎn)原油燃燒時(shí)熱量在液層中傳播特點(diǎn)沸程較寬的混合液體燃燒時(shí)，沸點(diǎn)較低的組分蒸發(fā)進(jìn)入燃燒區(qū)燃燒，而沸點(diǎn)較高的組分則攜帶在表面接受的熱量向液體深層沉降，形成一個(gè)向深層移動(dòng)的熱的鋒面，熱量逐漸向液體深層傳播，熱的鋒面就稱為熱波。重質(zhì)油品的沸溢和噴濺原油中的水一般以乳化水和水墊兩種形式存在。乳化水是指在原油開采過(guò)程中，由于強(qiáng)力攪拌形成細(xì)小的水珠懸浮于油中。水墊是指經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間放置，油水分離，水因密度大沉降在底部形成的水層。熱波在向液體深沉運(yùn)動(dòng)中，由于熱波溫度遠(yuǎn)高于