然膨胀——这就是造成许多管道破裂索赔的原因。
1.3.5 热效应——气体和蒸气
所有的液体和固体都能挥发出蒸气。但由于固体挥发的蒸气量十分微小，因此，一般几乎都测量不出来。物质挥发蒸气的趋势，可以用它特有的蒸气压来测定，此趋势随着温度 的升高而增大。当水被加热到沸点100℃时就转变为蒸气，但事实上，在较低温度时，水也在不断地挥发出蒸气来，只是挥发量要小一些，挥发的速度也要慢一些。比如地面积聚的 雨水，在一般的气温下就能逐渐气化(或称蒸发)为蒸气。 世界上任何物质的蒸气压都会随其温度的升高而增大，直到蒸气压与此物质本身所承受的压力相等时为止。置放于敞口容器中的液体所承受的是标准大气压(在纬度为45°的海平面上0℃时标准大气压是760毫米汞柱)。当蒸汽压达到标准大气压时，作为液体的温度升高的结果，是液体开始沸腾逐渐变为气态，其形式是在液体中不断产生气泡—水烧开时就能看到这种现象。
如果加在液体上的压力增大，则液体的沸点也会提高。举例来说，我们在一密闭的容器中装上液体，并在液面的上方留有一定的空间——如家庭用的高压锅的情况，那么，随着液体温度的升高，密闭容器中的液体就开始逐渐蒸发，到某一时刻，就会出现一种平衡状态，：此时的液体不再变为蒸气，这时液面上方空间中的压力就是当时温度下的蒸气压。因此，如果容器中装的是蒸气压较高的液体，那么容器本身就必须具有足够的强度来承受这种高压，或者就必须装上适用的安全阀来释放多余的压力。很清楚，姐果液体易燃并具有较高的蒸气压，则存在着形成爆炸性“蒸气一空气混合物”的可能性。因此，液体的蒸气压可以作为标志其火灾危险性的实用指标。
压力可以使气体液化，其条件是温度必须等于或低于其“临界温度”。如果水的温度高于水的临界温度(374℃)，那么不管我们再加多大的压力，水蒸气(即蒸汽)也不可能液化成水。然而，石油气在中等压力下就可以液化成“液化石油气”(LPG)，这是一种常用的燃料。某些气体如氧气、氮气、氢气和空气(空气是多种气体的混合物)都极准液化，这是因为它们的临界温度极低，接近绝对零度。
“蒸气”是对于接近其冷凝点的气体的一种称呼。因此，术语“蒸气”常用于称呼某些液体如乙醇、丙酮、汽油、四氯化碳等的气态形式；而对常见的氧气、氢气、氮。气、氦气。氖气等，则只称为气体而不称为蒸气。表l—6、1—7列出的是某些常见的气体、液体和挥发性固体的蒸气压，其中包括水的数据，如前面已解释的，在沸点温度下，其蒸气压为760毫米汞柱。乙醚、二硫化碳和丙酮这些高度易燃物的危险性必须予以充分的注意。
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多数液体和固体都不能被压缩，而气体和蒸气则很容易被压缩，因此，一定量的气体被加压时，其体积就会变小。气体的温度、压力和体积之间存在着直接的关系，此点在估计 火灾和爆炸风险时十分重要。这三者之间的关系在若干物理定律中都曾以不同的方式作过解释。下面我们对这些定律略加介绍，但这里首先必须强调，这些定律只严格地适用于气体，而对于蒸气来说，它们只是近似正确，这是因为，从定义上来看蒸气易于冷凝为液体。 波义耳定律(以英裔爱尔兰科学家Robert Boyle[1627—1691]命名)： ——温度不变时，一定质量的气体的体积与它的压力成反比。
这就是说，加于气体的压力增加到2倍时，其体积就减小到1／2，压力增加到3倍，其体积就减小到1／3。在水喷淋系统的压力水箱中，水面上方压缩空气的体积会随着水的排出而逐渐增大，因此，压缩空气的初始压力必须足够高，才能使得当水箱中最后一滴水排出时，剩余的空气压力也足以使水按照要求的速率从最高处的水喷淋头喷出。
查理定律(以法国物理学家J。A．C．Charles[—1823]命名，他首次在气球中应用氢气)： ——压力不变时，一定质量的气体的体积与开氏温标计，量的温度值成正比。
这就是说道，对在一定压力下的一定质量的气体来说，温度每升高或降低1K，其体积则增大或减小0℃时体积的1/273。因此，从理论上来说，0K时，气体的体积应该是零，但实际上，所有气体在高于0K时就已经液化成液体了。如果温度从7℃升高到567℃（开氏温标280K升高到840K，即3倍)，则密闭钢瓶中的气体压力也就增加到原来的3倍，这是
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由于容器中气体的体积不能变化造成的。如果容器装有安全法，则温度升高所引起的过高压方就会降下来；但只要安全阀失灵或容器强度不足以承受增高的压力，那就可能会造成灾害性的后果，特别是当容器内装的是易燃气体时。为此，所有的气体钢瓶(不管所装的气体是否易燃)，都必须储放于温度较低的地方广而不得放于日光的直接照射之下，同时还要注意远离房屋建筑。
上面所说的：温度从7℃升高到567℃的情况，在典型的火灾中绝非罕见。如果这种情况发生在封闭的室内，那么，由于其中空气的体积不能变化，其压力就要升高到3倍于常 压(即大气压)。由于任何气体都有从高压区向低压区运动的趋势，所以，热空气就会从任何可能存在的开口中迅速流出，随之而来的不仅会有热量的释放，而且还会伴有火焰和火星，从而蔓延成火灾。因此，隔火墙和地板上绝不允许设开口，除非加以必要的保护(这一点将在后面的有关章节加以论述)。同样理由，如果打开通向已经着火的房间的门，就会使高压力房内的火焰和浓烟迅速冲出到低压力的外界，这种情况常常导致毁灭性的后果。
阿伏伽德罗定律(以意大利物理学家Count Amadeo Avogadro di Quaregna [1776—1856]命名)：
一相同体积的各种气体；在相同温度和压力下，会有相同数量的分子。
分子是物质能够独立存在的最小微粒。任何物质(不管它是单质还是化合物)，它的分子都有特定的重量，即分子量。因此，根据阿伏伽德罗定律，在相同时压力和温度下，单位体积(如立方英尺、加仑、升)的任何气体都含有相同的分子数，从而可以将气体和蒸气的比重计算出来严由此可知，在标准温度、压力的条件下(0℃，760毫米汞柱即1标准大气压)， 2克氢气、28克氮气、32克氧气、44克二氧化碳、46克乙醇蒸气、74克乙醚蒸气和154克四氯化碳蒸气都占有相同的体积，即22．4升。这样，一种气体或蒸气相对于空气的比重就可以确定下来，从而判断它重于还是轻于空气，以便决定在具体条件下究竟是应采用顶部通风还是底部通风。
空气是多种气体成分组成的不定的混合物，大体上含有了78％的氮气和21％的氧气。在标准温度、压力的条件下，1升空气重1.2932克，因此它在可比体积单位(22．4升)中的重量就为29克。由于相同体积的氢气只有2克，因此氢气在空气中就要上升，这样，人们就应当在建筑物的顶部开口通风，以便排出逸散的氢气。同样，乙醇和乙醚的蒸气由于重于空气，它们逸散于空气中时往往沉于地面附近；而且由于它们高度易燃，因此一经与空气混合，就存在着着火和爆炸的风险。不可燃的二氧化碳和四氯化碳也重于空气，也易于沉积于地面附近，由于它们可以取代助燃空气的位置，因此人们常用它们来作为灭火剂，但由于它们有毒性，故不宜在有人的封闭室内使用。自动喷出这类蒸气的灭火系统，当室内有人居住时，应改为手工操作。
格雷姆定律(以苏格兰化学家Thomas Graham[?一1869]命名)
--不同气体的扩散速度反比于其密度的平方根。 两种不时的液体混合置于同一容器中，会明显地分为两层；而所有的气体和蒸气都可以以任意比例相混合，尽管其混合(即扩散》时速度不一样。根据格雷姆定律，气体的扩散速度与密度有关，这点对本书讨论的问题具有特殊的重要性。这是因为，易燃气体以某些已知的比例关系与空气混合就可形成爆炸混合物，而气体的扩散作用可以使得在某一步骤上形成爆炸混合物的情况不可避免。气体或蒸气的密度越小，其扩散的速度就越大。比如氢气在空气中的扩散逮度较快，而密度大的乙醇和乙醚蒸气的扩散速度则慢得多。一种气体与另一种气体一接触，扩散过程即开始，可以认为这是由分子快速运动引起的自动的自发的混合过程。易燃气体在空气中扩散，必然会形成爆炸性混合物；如这时再存在着火源，就有可能造成灾害性的恶果。
当一种易燃气体、或几种易燃气体的混合物、或易燃气体与空气的混合物接触到具有足
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够高温度的热源时，根据混合物的组成情况，它们就有可能被点燃，也可能会立即爆炸--这都属于燃烧现象。燃烧可定义为物质与氧气(前已提到空气中含有21％的氧气)之间伴有热量释放(通常还有火焰)的化学反应。如果化学反应的速度极快，就会形成爆炸。可燃气体与空气(或氧气)只有达到某一混合比例时才能燃烧，这一比例关系称为燃烧极限。表l--8是某些气体或蒸气在空气中时燃烧极限表。
表1—8
与空气形成混合物的气体或蒸气 丙酮 乙炔 苯 二硫化碳 一氧化碳 煤气 乙醚 乙醇 氢气 硫化氢 甲烷 甲醇 汽油 燃烧极限（气体或蒸气在混合物中的百分比%） 2.55-12.8 2.5-80.0 1.41-7.45 1.25-50.0 12.4-74.2 5.3-31.0 1.71-48.0 3.56-18.0 4.0-75.0 4.3-45.5 5.0-15.0 6.7-36.5 1.4-6.0
气体与空气混合物的爆炸极限在其燃烧极跟的范围之内。根据格雷姆定律，气体与空气相互扩散直至均匀混合，必然要先后经过形成可燃混合物和可爆混合物的阶段。汽油的燃烧极限的范围很窄，这表明在现代汽车中需要对汽化器进行精确的调整；同时，我们还必须记住，为了避免发生爆震，应该使汽油与空气的混合物正常燃烧而不要爆燃。从上述数据中我们还应注意到，乙炔的燃烧极限的范围很宽。
第二章 物质的燃烧
第一节 引燃与燃烧
燃烧的定义是：已达到着火温度的气体或固体、液体的蒸气与空气中的氧化合的一种放热化学反应。虽然固体和液体一般也都被描绘为易燃或可燃，但从本质上来说，燃烧则是从物质散发出的气体或蒸气达到足够温度后与氧接合后发生的放热反应，通常伴有光或火焰。按照一般的说法，此时就说此物质在燃烧。发生燃烧的三个基本条件是：
1．必须有可燃气体或蒸气的存在。换句话说，必须有一种能在一定温度条件下挥发出可燃气体或蒸气的固体或液体存在。
2．必项有氧存在。氧一般来自周围的空气。有些化合物本身就含有丰富的氧，即使在没有游离氧或空气存在的条件下，它们也能释放出氧来引起燃烧。这类物质有氯酸盐、硝酸盐、高锰酸盐和过氧化物等。因此，在存放这类物质时，必须注意远离那些易与氧发生反应的物质。
3．必须能有足够强度的引起化学反应的热源。这种热源可以是火焰，也可以是电器火花或具有足够高温度的热表面。通常车间照明用的手提泛光灯就可以形成一个600℃高温的热表面，它虽无火焰，但却可构成点火的热源。此外，有些物质在一定条件下会放热，甚至会自燃；还有些物质（如上面2项中所提到的那些物质)，即使温度不升高也会发生化学反
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应而放出热量。
为了便于分析燃烧现象，我们假定一切物质(无论是固体、液体还是气体。)都具有层系结构。在有空气存在的条件下，可燃固体表面一旦与火源接触，就会放出气体或蒸气，开始燃烧并出现火焰。但是，其燃烧过程却不一定向其下层延伸——延伸与否取决于表层燃烧放出的热量能否使其下层也产生出气体或蒸气。如果该物质一层接一层都可以产生气体或蒸气，不断地向火焰补充燃料，那么整个固体就会燃烧起来。某些物质，如煤或炭，以及几乎一切含碳物质，都可以与氧发生强烈的放热反应；因此，这种物质的表层一旦燃烧，在没有其他制约因素影响的条件下，很快就会蔓延到整个物体。 气体和蒸气的情况与此相类似，它们能否维持燃烧完全取决于表面一层燃烧放出的—热量能否使邻层(下一层)的温度很快地升到维持燃烧所需要的温度。但是，由于氧或空气(包括氧气在内的多种气体的混合物)的存在是发生燃烧的必要条件，因此，必须对气体的混合和扩散或对气体——空气的混合物加以考虑。表层燃烧产生的热量能否足以使邻层燃烧，取决于混合物的成分。如果可燃成分的含量太低，那么火焰就不会蔓延到整个物体；相反，如果可燃成分所占的比例太高，那么由于混合物中氧气的相对含量必然很少，所以，这样的燃烧也不能维持长久；这是因为可燃气体与空气混合气有上限和下限两个燃烧极限的缘故(此点在前一章中已做过介绍)。
维持燃烧的层系分析方法同样适用于液体。但主要还是得考虑表层燃烧产生的热量能否使邻层向火焰提供可燃的蒸气。所谓可燃液体，就是指这种液体放出的蒸气可与空气混合形成可燃混合气。液体放出的蒸气量和放出的速度取决于该液体的蒸气压(如前所述，液体的蒸气压随着温度的变化而有所不同)。综合以上分析，人们就可以估算出不同液体的可燃性。估算液体可燃性的参数是“闪点”，它的定义是：“使可燃液体放出的蒸气与空气形成的混合气遇火即燃时的温度”。
2 . 1 .1闪点
闪点是估计液体火灾危险性的简便衡量标准。一般地说，闪点越低，其危验程度就越高；闪点越高，其危险程度就越低。从实用价值考虑；光有一般概念还是不够的；闪点只是在标准条件下进行标准试验所取得的数据才有价值。这种试验在“石油合并法”[Petroleum(Consolidation)Act 1928]中有规定。虽然该法中并未直接提到闪点，但却给汽油下子。这么一个定义，即“在用第Ⅱ章规定的方法试验时，它在不到73°F的温度时，就产生可燃蒸气。”在第Ⅱ章中详细地规定了试验装置(称为阿贝尔测试仪)的尺寸和试验方法(对试验装置和试验方法的介绍已超出了本书研究的范围)。由于在进行这种试验时，液体及其蒸发出的蒸气是处在一个密封的尺寸精确的专用容器中，因而测得的数值称为“闭杯”闪点。表2-1列出的是标准阿贝尔试验中测得的部分液体的闪点值。
如立法中对可燃液体有具体规定时，虽然不用闪点这个名词，但往往都提到“当用‘石油合并法(1928)第Ⅱ章规走的方法试验时，在…?°F以下产生可燃蒸气”。按照当时的“工厂法”(Factories．Act)制定，的“纤维素溶液规程”（Cellulose Solutions Regulations 1934)中就有这样的一句话：“当按‘石油合并法’(1928)规定的方法试验时，温度不超过90°F时产生可燃蒸气。”但是，保险人有自己的关于油漆喷涂方法的规定，其中不仅包括遵守前述规程规定的纤维素漆，同时，还包括闪点在73°F以下的所有的合成漆。 在此应当注意，“inflammable”(易燃)一词已不再使用了，代之以“flammable” (可燃)，其反意词是“non—flamnlable”(不燃)。这就把我们的术语同美国和其它讲英语国家统一起来了。
73°F是有关石油制品使用，运输与储存等法规制定人选定的一个基准温度，因为它接近于英国的标准外界气温(即平均外界气温)。人们为了使生活舒适和保持最佳的工作条件，就必须尽力使家里和工厂里保持68—74°F(20—23．3℃)的温度。如果液体的闪点低于外界
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