2016注册消防安全工程师教材(3)

2020-02-21 15:09

使蒸汽压力不断提高,当压力超过锅炉的极限强度时,就会发生爆炸。又如,氧气钢瓶受热升温,引起气体压力增高,当压力超过钢瓶的极限强度时即发生爆炸。发生物理性爆炸时,气体或蒸汽等介质潜藏的能量在瞬间释放出来,会造成巨大的破坏和伤害。上述这些物理性爆炸是蒸汽和气体膨胀力作用的瞬时表现,它们的破坏性取决于蒸汽或气体的压力。

2.化学爆炸。由于物质发生急剧的化学反应,产生出大量气体和较高温度,使温度,压力增加或两者同时增加而形成的爆炸现象,称为化学爆炸。

化学爆炸的物质不论是可燃物质与空气的混合物,还是爆炸性物质(如炸药),都是一种相对不稳定的系统,在外界一定强度的能量作用下,能产生剧烈的放热反应,产生高温高压和冲击波,从而引起强烈的破坏作用。

图1-4 化学爆炸案例(居民燃气爆炸、烟花爆竹)

爆炸性物品的爆炸与气体混合物的爆炸有下列异同。

(1)爆炸的反应速度非常快。爆炸反应一般在10.5~10.6S间完成,爆炸传播速度(简称爆速)一般在2000m/s~9000m/s之间。由于反应速度极快,瞬间释放出的能量来不及散失而高度集中,所以有极大的破坏作用。气体混合物爆炸时的反应速度比爆炸物品的爆炸速度要慢得多,数百分之一至数十秒内完成,所以爆炸功率要小得多。

(2)反应放出大量的热。爆炸时反应热一般为2900~6300kJ/kg,可产生2400~3400℃的高温。气态产物依靠反应热被加热到数千度,压力可达数万个兆帕,能量最后转化为机械功,使周围介质受到压缩或破坏。气体混合物爆炸后,也有大量热量产生,但温度很少超过1000℃。

(3)反应生成大量的气体产物。1kg炸药爆炸时能产生700~1000L气体,由

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于反应热的作用,气体急剧膨胀,但又处于压缩状态,数万个兆帕压力形成强大的冲击波使周围介质受到严重破坏。气体混合物爆炸虽然也放出气体产物,但是相对来说气体量要少,而且因爆炸速度较慢,压力很少超过2MPa。

根据爆炸时的化学变化,爆炸可分为四类。 (1)简单分解爆炸

这类爆炸没有燃烧现象,爆炸时所需要的能量由爆炸物本身分解产生。属于这类物质的有叠氮铅、雷汞、雷银、三氯化氮、三碘化氮、三硫化二氮、乙炔银、乙炔铜等。这类物质是非常危险的,受轻微震动就会发生爆炸,如叠氮铅的分解爆炸反应为:

震动

Pb(N3)2→Pb+3N2+Q

(2)复杂分解爆炸

这类爆炸伴有燃烧现象,燃烧所需要的氧由爆炸物自身分解供给。所有炸药如三硝基甲苯、三硝基苯酚、硝化甘油、黑色火药等均属于此类。

如硝化甘油炸药的爆炸反应 引爆

C3H5(ONO2)3→3CO2+2.5H2O+1.5N2+0.25O2

1kg硝化甘油炸药的分解热为6688kJ,温度可达4697℃,爆炸瞬间体积可增大1.6万倍,速度达8625m/s,故能产生强大的破坏力。这类爆炸物的危险性与简单分解爆炸物相比,危险性稍小。

(3)爆炸性混合物的爆炸

可燃气体、蒸气或粉尘与空气(或氧)混合后,形成爆炸性混合物,这类爆炸的爆炸破坏力虽然比前两类小,但实际危险要比前两类大,这是由于煤层气开采生产过程中形成爆炸性混合物的机会多,而且往往不易察觉。因此,煤层气生产的防火防爆是安全工作一项十分重要的内容。爆炸混合物的爆炸需要有一定的条件,即可燃物与空气或氧达到一定的混合浓度,并具有一定的激发能量。此激发能量来自明火、电火花、静电放电或其他能源。

爆炸混合物可分为:

① 气体混合物,如甲烷、氢、乙炔、一氧化碳、烯烃等可燃气体与空气或

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氧形成的混合物;

② 蒸气混合物,如汽油、苯、乙醚、甲醇等可燃液体的蒸气与空气或氧形成的混合物;

③ 粉尘混合物,如铝粉尘、硫磺粉尘、煤粉尘、有机粉尘等与空气或氧气形成的混合物;

④ 遇水爆炸的固体物质,如钾、钠、碳化钙、三异丁基铝等与水接触,产生的可燃气体与空气或氧气混合形成爆炸性混合物。

(4)分解爆炸性气体的爆炸

分解爆炸性气体分解时产生相当数量的热量,当物质的分解热为80kJ/mol以上时,在激发能源的作用下,火焰就能迅速地传播开来,其爆炸是相当激烈的。在一定压力下容易引起该种物质的分解爆炸,当压力降到某个数值时,火焰便不能传播,这个压力称为分解爆炸的临界压力。如乙炔分解爆炸的临界压力为0.137MPa,在此压力下储存装瓶是安全的,但是若有强大的点火能源,即使在常压下也具有爆炸危险。

爆炸性混合物与火源接触,便有自由基生成,成为链锁反应的作用中心,点火后,热以及链锁载体都向外传播,促使邻近一层的混合物起化学反应,然后这一层又成为热和链锁载体源泉而引起另一层混合物的反应。在距离火源0.5~1m处,火焰速度只有每秒若干米或者还要小一些,但以后即逐渐加速,到每秒数百米(爆炸)以至数千米(爆轰),若火焰扩散的路程上有障碍物,则由于气体温度的上升及由此而引起的压力急剧增加,可造成极大的破坏作用。

3.核爆炸

由物质的原子核在发生“裂变”或“聚变”的链锁反应瞬间放出巨大能量而产生的爆炸,如原子弹、氢弹的爆炸就属于核爆炸。

(二)按照爆炸反应的相的分类

按照爆炸反应的相的不同,爆炸可分为气相爆炸、液相爆炸和固相爆炸。 1.气相爆炸。包括可燃性气体和助燃性气体混合物的爆炸;气体的分解爆炸;液体被喷成雾状物引起的爆炸;飞扬悬浮于空气中的可燃粉尘引起的爆炸等。气相爆炸的分类见表1-1。

表1-1 气相爆炸类别

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类别 爆炸机理 举例 混合气体 爆炸 可燃气体和助燃气体以适当的浓度混合,由于燃烧波或爆炸的传播而引起的爆炸 空气和氢气、丙烷、乙醚等混合气的爆炸 气体的分解爆炸 单一气体由于分解反应产生大量的反应热引起的爆炸 乙炔、乙烯、氯乙烯等在分解时引起的爆炸 粉尘爆炸 空气中飞散的易燃性粉尘,由于剧烈燃烧引起的爆炸 空气中飞散的铝粉、镁粉、亚麻、玉米淀粉等引起的爆炸 喷雾爆炸 空气中易燃液体被喷成雾状物,在剧烈的燃烧时引起的爆炸 油压机喷出的油雾、喷漆作业引起的爆炸 2.液相爆炸。包括聚合爆炸、蒸发爆炸以及由不同液体混合所引起的爆炸。例如,硝酸和油脂,液氧和煤粉等混合时引起的爆炸;熔融的矿渣与水接触或钢水包与水接触时,由于过热发生快速蒸发引起的蒸汽爆炸等。液相爆炸的分类见表1-2。 3.固相爆炸。包括爆炸性化合物及其他爆炸性物质的爆炸(如乙炔铜的爆炸);导线因电流过载,由于过热,金属迅速气化而引起的爆炸等。固相爆炸举例见表1-2。

表1-2 液相、固相爆炸类别 类别 混合危险物质的爆炸 爆炸机理 氧化性物质与还原性物质或其他物质混合而引起的爆炸 举例 硝酸和油脂、液氧和煤粉、高锰酸钾和浓酸、无水顺丁烯二酸和烧碱等混合时引起的爆炸 易爆化合物的爆炸 有机过氧化物、硝基化合硝酸酯等燃烧引起的爆炸和某些化合物的分解反应引起爆炸 偶氧化铅、乙炔铜等的爆炸;丁酮过氧化物、三硝基甲苯、硝基甘油等的爆炸 导线爆炸 在有过载电流流动时,使导线过热,金属迅速气化而导线因电流过载而引起的爆炸 14

引起爆炸 蒸气爆炸 固相转化时造成的爆炸 由于过热,发生快速蒸发而引起爆炸 固相相互转化时放出热量,造成空气急速膨胀而引起爆炸 熔融的矿渣与水接触 无定形转化成结晶时,由于放热而造成的爆炸 (三)按照爆炸的瞬时爆炸速度分类

1.轻爆。物质爆炸时的燃烧速度为每秒数米,爆炸时无多大破坏力,声响也不太大。如无烟火药在空气中的快速燃烧,可燃气体混合物在接近爆炸浓度上限或下限时的爆炸即属于此类。

2.爆炸。物质爆炸时的燃烧速度为每秒十几米至数百米,爆炸时能在爆炸点引起压力激增,有较大的破坏力,有震耳的声响。可燃性气体混合物在多数情况下的爆炸,以及火药遇火源引起的爆炸等即属于此类。

3.爆轰。物质爆炸的燃烧速度为爆轰时能在爆炸点突然引起极高压力,并产生超音速的“冲击波”。由于在极短时间内发生的燃烧产物急速膨胀,像活塞一样挤压其周围气体,反应所产生的能量有一部分传给被压缩的气体层,于是形成的冲击波由它本身的能量所支持,迅速传播并能远离爆轰的发源地而独立存在,同时可引起该处的其他爆炸性气体混合物或炸药发生爆炸,从而发生一种“殉爆”现象。

(四)按炸药物的状态分类 1.气体、蒸气爆炸; 2.雾滴爆炸; 3.粉尘、纤维爆炸;

4.炸药爆炸(无需与空气、氧气混合)。 另外还有核爆炸。

四、化学爆炸的反应过程

反应机理:化学爆炸性物质或混合物发生爆炸,有热反应和链式反应两种不同的历程。

1.热着火机理:

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