燃烧与爆炸理论及分析

1 《燃烧与爆炸理论Ⅰ》教学大纲

英文名称∶Theory for Prevention of Combustion and Explosion Disasters

学 分：4学分 学 时：64学时 理论学时： 58学时 上机：6学时

教学对象：安全工程系的本科生

先修课程：工程热力学、传热传质学、工程流体力学

教学目的∶

通过课程学习，系统深入地掌握燃烧与爆炸基础理论以及有关工程技术，把握本专业领域的最新成果和研究动向，使学生获得必需的专业技能锻炼，使有关的专业技术知识得以充实与提高。

教学要求∶

(1) 掌握可燃气体、可燃液体、易燃固体、爆炸物、自燃性物质、忌水性物质及混合危险性物质等的危险特性，评价标准及相应的安全技术措施。

(2) 掌握物质状态变化安全，掌握应用状态方程及有关理论及压缩气体、液化气体、过热液体的爆炸机理、爆炸效应及安全技术问题。

(3) 掌握燃烧与爆炸的基础理论。

(4) 掌握爆炸效应、爆炸作用及防火防爆技术。

课程内容∶

1引言(2学时)

1.1事故过程及其本质

1.2燃烧爆炸危险物质及状态变化

基本要求：了解危险物质与事故的关系。

重点：事故本质。

难点：危险物质状态。

2燃烧理论(8学时)

2.1燃烧现象

2.2燃烧过程及基本概念

2.3火灾与爆炸的区别

2.4火灾三角形

2.5液体与蒸汽的可燃特性

2.6最低氧浓度与惰化

2.7点燃源与点燃能量

2.8自燃与自氧化

2.9绝热压缩

基本要求：了解燃烧过程及现象。

重点：火灾三角形。

难点：燃烧过程。

3爆炸理论(14学时)

3.1爆炸现象 2 3.2爆炸分类及爆炸三要素

3.3爆炸机理

3.4燃烧、爆炸与爆轰

3.5爆炸极限

3.6爆炸作用、效应与能量

基本要求：了解爆炸现象及其参量。

重点：爆炸三要素。

难点：爆炸机理。

4火灾与爆炸灾害分析(14学时)

4.1概述

4.2引燃源(点燃源)

闪燃：在一定温度下，可燃性液体蒸汽与空气混合后，达到一定浓度时，遇到火源产生的一闪即灭的燃烧现象，叫做闪燃。

着火：可燃物质在与空气并存条件下，遇到比其自燃点高的点火源时开始燃烧，并在点火源移开后仍能继续燃烧，这种持续燃烧(不小于5秒)的现象叫着火。

自燃：可燃物在没有外部火花、火焰等点火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热而发生的自然燃烧现象。

燃烧：燃烧是伴随着有发光、放热现象的剧烈的氧化反应。

阴燃：指在氧气不足、温度较低或湿度较大的条件下，固体物质发生的只冒烟而无火焰的燃烧。

氧指数：指在规定的试验条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧（即进行有焰燃烧，火焰能保持燃烧50mm长或燃烧时间3min）所需的最低氧气体积分数。

最大安全间隙：是衡量爆炸性物品传爆能力的性能参数，是指在规定试验条件下，两个间隙长为25mm连通的容器，一个容器内燃爆时不致引起另一个容器内燃爆的最大连通间隙。

静电消散半衰期：通常取带电体上静电电量泄漏到原来一半所需要的时间叫静电消散半衰期。

耐火极限：对任一建筑构件进行标准耐火试验，从受到火的作用时起，到构件失去稳定性或完整性或绝热性时止，这段抵抗火的作用时间称为耐火极限，一般以小时计。

动火分析。

答：防火防爆生产企业在使用明火的作业之前要对设备内部或作业现场的可燃气体浓度进行分析，以避免燃烧、爆炸事故的发生。动火分析不应早于动火作业之前半小时。对爆炸下限小于4%的可燃气体，其浓度低于0.2%方可进行动火作业；对爆炸下限大于4%的可燃气体，其浓度低于0.5%可进行动火作业。

简述火灾的危险性。

答：1、火灾的热辐射可造成烧伤；

2、火场中由于氧气含量降低而造成的窒息作用；

3、燃烧产生的有毒烟气造成的毒害作用；

4、建筑物倒塌造成的二次伤害等等。

什么是链式反应理论，并举例说明。

答：链式反应是指由一个单独分子变化而引起一连串分子变化的化学反应。

链式反应理论的历程：链引发、链发展、链终止

南京工业大学 第 1 页 共 3 页 南京工业大学 燃烧与爆炸理论 试题（B）卷（闭） 2009--2010学年第1学期 使用班级 安全工程0601、0602 班级 学号 姓名 题号 一 二 三 四 总分得分 一、填空题（共30个空，每空1分，共30分） 1. 加压气体和/或液体由泄漏口释放到非受限空间（自由空间）并立即被点燃，就会形成 火灾。 2. 化学爆炸三要素分别是 、放出大量的热和 。 3. 阴燃的结构包括 、 和残余灰/炭区三部分。 4. BLEVE是指 。 5. 爆炸属于一种特殊的燃烧形式，但爆炸又不同于燃烧，其主要区别在于爆炸的 远远大于燃烧。 6. 根据燃烧过程的不同可以把可燃固体的燃烧分为表面燃烧、 燃烧、分解燃烧和 四种。 7. 谢苗诺夫热自燃理论适用于解释 的热自燃过程。 8. 火焰在预混气中的传播形式分为 和 两种类型。 9. 在经审查批准可以在禁火区动火后，动火前必须进行动火分析，一般不要早于动火前 分钟。化工企业的动火标准是，爆炸下限小于4%的，动火地点可燃物浓度小于 为合格，爆炸下限大于4%的，则现场可燃物含量小于 为合格。 10. 固体材料之所以能够发生阴燃，主要是这种物质在受热分解后能够形成 ，它可以积蓄热量，使燃烧持续下去。 11. 在爆炸性物质的处理过程中，如果其中含有微小气泡时，有可能会受到 导致意想不到的爆炸事故。 12. 灭火剂要具有 的导热系数和 的热容的原因。 13. 隔爆型防爆电气设备是根据 原理设计的。 14. 物质温度虽已达到理论上的自燃点，但并不立即着火，而要经过若干时间才会出 南京工业大学 第 2 页 共 3 页 现火焰，这段时间称为 。 15. 根据爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的有关规定，爆炸性物质按它们的物 态共分为三大类，分别是Ⅰ类：矿井甲烷；Ⅱ类：工厂爆炸性气体、蒸气和薄雾； Ⅲ类： 。 16. 可燃性图表中的可燃性区域与氧气轴的交点所对应的燃料气的浓度代表 。可燃性图表中三条很重要的直线的分别是 、化学剂量浓度线和 。 17. 衡量爆炸强度强弱的指标是 。 18. 真空惰化对容器来说是最普通的惰化过程，但这一过程对于 是不适用的。 19. 容器体积对爆炸的 没有影响，但对 影响很大。 20. “三次方定律”的作用是 。 二、简答题（每题5分，共25分） 1. 什么是燃烧的链锁反应理论？并以氢气在氯气中的燃烧为例进行说明。 2. 简述火焰传播的热理论和扩散理论。 3. 简述原油沸溢形成必须具备的条件。 4. 简述粉尘爆炸的影响因素。 5. 生产过程中易于形成高静电电位的单元操作有哪些？ 三、分析题（15分） 1．在进行闪点测量时，试分析哪些因素会影响到实验的测量结果？ 四、计算题（每题15分，共30分） 1. 某混合物中各组分所占体积百分比以及燃烧极限如下表，试判断如果存在引燃源，该混合气能否爆炸？ 南京工业大学 第 3 页 共 3 页 表1 混合气体的组成及其燃烧极限 物质 体积百分比，% LFL，% UFL，% 乙烷 0.8 1.1 7.5 甲烷 2.0 5.0 16 乙烯 0.5 2.7 36.0 空气 96.7 2. 使用真空惰化技术将100m3容器内的氧气浓度降低至1ppm。计算需要惰化的次数和所需要的氮气数量。温度为25℃，容器刚开始是在周围环境条件下充入空气，使用真空泵达到20mmHg的绝对压力，随后真空被纯氮气消除，直到压力恢复至1个绝对大气压。

学术论坛　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ‘ｒｅｃｈｎｏＩｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　药业生产过程粉尘燃烧爆炸事故及分析　李永怀’　（１．陕西能源职业技术学院　陕西咸阳　７１　２０００；２　蔡周全　西安科技大学能源科学与工程学院　陕西西安　７　１　００５４）　摘要：本文分析了某制药车间头孢噻肟酸生产过程粉尘燃烧爆炸事故原因，并针对性的提出了防治措施，为该类气体、粉尘燃烧爆炸防　治提供参考。　．　关键词：粉尘燃烧爆炸　事故分析　摩擦　静电　中图分类号：ＴＳ　２　２　８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４－－０９８ｘ（２０１ｏ）ｏ１（ｃ）一０１　９３－－０１　１事故经过　某制药厂２０２车间干燥工段三合一（即　过滤、洗涤、干燥为一体的设备）生产头　孢噻肟酸，它是采用７ＡＣＡ（头孢霉素酸）　＋ＡＥ活性酯＋三乙胺在丙酮水溶液中反应　制得。某日下午３时４０分，当头孢噻肟酸过　滤、洗涤、干燥工序已经完成，三合一反　应罐内２４０ｋｇ头孢噻肟酸粉已将出完，出粉　口用塑料袋兜着，为了出尽粉料将搅拌浆　转速控制在１９ｒ／ｍｉｎ，按常规的经验，此时　料最多还有２０ｋｇ左右，而且已经准备打开　侧出料阀，此时听到嘭的一声，声音并不是　很大，紧接着就是一片火海……。造成在场　５名操作工不同程度的烧伤，其中２名比较　严重，分别送台州第一人民医院和台州医　院救治。　２物料介绍　头孢噻肟酸：ＣＡＳ　ＮＯ：６３５２７－５２－６，　分子式：Ｃ　Ｈ　Ｎ　Ｏ　Ｓ，，分子量：４５５．４５，化学　名称：３一乙酰氧基甲基－７－［２一（２－氨基一４一　噻唑基）一２一甲氧亚胺基卜乙酰胺基一３一头　孢一４一羧基。　ＡＥ活性酯：ＣＡＳ　ＮＯ：８０７６５—８５－０，分　子式：Ｃ　Ｈ１　０Ｎ４Ｏ　２Ｓ　３，分子量：３　５０，熔点：　１２８～１　３０℃，化学名称：２一甲氧亚氦基一２一　（２一氨基一４一噻唑基）一硫代乙酸苯胼噻唑　酯。　丙酮：又称醋酮、二甲酮，无色、有气　味清澈透明液体，沸点５６．２℃，易挥发，易　燃烧，与水混溶。密度０．７　８　９　８，分子式：　ｃ　Ｈ　Ｏ，属一级易燃液体。应储存于阴凉通　风库房中，仓温不宜超过３Ｏ℃，远离火种，　热源、氧化剂等。防护应穿专用防护服，戴　护目镜；选用适当呼吸器；重点防护呼吸系　统和皮肤。泄漏处理须穿戴防护用具、呼　吸器进入现场，现场应提前通风。　３原因分析　事故发生后，对头孢噻肟酸粉尘和ＡＥ　括性酯粉尘进行的爆炸性检验表明，这两　种粉尘都具有爆炸性，其爆炸性试验火焰　长度均大于４００ｍｍ。对装粉塑料袋进行的　抗静电检验，其上下表面电阻平均值分别　为５．３　Ｘ　ｌ０　Ｑ、５．７×１０　Ｑ，大干３　Ｘ　１０　Ｑ，　抗静电性能不能满足要求。　发生事故的三合一反应罐为容积约　２ｍ　的不锈钢罐体，事故发生后，车间玻璃　门窗打碎，隔墙击倒变形，罐体上部平台墙　上有火烧纸痕迹。从现场三合一反应罐检　查，发现在其接近底部的侧壁的一部分有　明显的擦痕。其它未见机械上的故障。　可以说在三合一生产工艺过程中，罐　体内的丙酮气体和头孢噻肟酸或ＡＥ活性　酯粉尘都处于爆炸浓度范围。　从三合一生产工艺过程来看，压滤工　艺用氮气，再加抽真空，氧气浓度不易达到　１２％。其它工序如有开口或放入空气，如放　料时，空气的进入，氧气浓度很容量达到爆　炸所需浓度。　由生产工序可见，放料时罐体下部打　开，放料一般需２０～３０ｒａｉｎ。事发当时，已近　放料完毕，罐体内有空气进入，氧气浓度满　足爆炸要求；由于搅拌浆一直在转，不仅使　头孢噻肟酸粉悬浮，达到爆炸浓度，而且使　头孢噻肟酸粉所含丙酮更易挥发，丙酮气　体也易达到爆炸浓度。　点爆火源有两种可能。一种是搅拌浆　边缘与罐体摩擦或撞击产生，因为放料已　近完毕时，搅拌浆边缘与罐体摩擦（或撞击）　产生火花没有粉料的阻隔，可直接点爆丙　酮气体或头孢噻肟酸悬浮粉尘。另一种就　是放料时，粉料与塑料袋摩擦产生的静电　火花点爆丙酮气体或头孢噻肟酸悬浮粉　尘。应该说这两种可能都存在，不好排除任　一个，除非有其它证据。　事故发生时，虽然玻璃门窗打碎，隔墙　击倒变形。但因玻璃耐压强度不大，而隔墙　为简易墙，其耐压不大。从这次事故来看，　半封闭状态罐体内的爆炸，会产会声响，初　期压力较大，但泄压非常快，出罐后的压力　不会超过４～５ｋＰａ，冲击波不会直接造成人　的伤害，但可冲倒人，造成伤害。　４该类气体、粉尘爆炸防治措施　从头孢噻肟酸三合一生产工艺过程、　事故原因分析及车间现场情况，防止类似　爆炸事故发生，对反应罐体内部而言，因为　丙酮气体和头孢噻肟酸（或ＡＥ活性酯）悬浮　粉尘的产生是不可避免的；对罐外（即生产　车间）而言，空气的存在无法回避。爆炸发　生必须具备爆炸物达到一定浓度、足够的　氧浓度和一定的点火能量（或温度），因此要　防止丙酮气体和头孢噻肟酸（或ＡＥ活性酯）　悬浮粉尘爆炸发生，对罐内而言，必须降低　氧气浓度，杜绝点火源；对罐外（车间）必须　防止丙酮气体和头孢噻肟酸（或ＡＥ活性酯）　悬浮粉尘达到爆炸浓度，杜绝点火源。基于　以上两个原则，提出一些防止丙酮气体和　头孢噻肟酸（或ＡＥ活性酯）悬浮粉尘爆炸发　生的技术措施。　４．１三合一反应罐防治措施　１）在生产过程中，不管是平料、压滤、　打浆，还是干燥等工序，始终保持罐内氧气　浓度低于１２％。氮气的充入是最有效的方　式；抽真空也是一种方式，高真空度下，氧　气绝对量的大大减少也能防止爆炸的发　生。增加充氮设备，并配备流量计，保证充　入氮气量。　２）防止金属撞击或摩擦火花的产生，搅　拌浆的轴较长，长期负载难免产生偏心，时　常注意观察搅拌浆叶与罐体是否撞击或摩　擦，防止产生金属撞击或摩擦火花，应制定　制度定期观察或校准搅拌浆。　３）在罐体上安装氧气浓度传感器，随时　监测罐内氧气浓度，设定报警浓度（应小于　６％），设置报警断电仪，与搅拌浆电源相联，　确保氧气浓度达报警浓度时停止搅拌。　４．２三合一车间防治措施　１）保持车间通风良好是防止丙酮气体　达到爆炸浓度最有效的方法。因为丙酮气　体比空气重，不易扩散，在生产过程中，必　须通风。三合一生产车间周边建筑太近，建　议最好安装换气扇，保持车间空气对流，既　防止丙酮气体积聚产生爆炸危险，又避免　丙酮刺激气味对员工的危害。　２）在车间安装丙酮浓度传感器，随时监　测车间内丙酮气体浓度，设定报警浓度（应　小于０．５％），设置报警断电仪，与车间电源　相联，确保丙酮气体浓度达到报警浓度时　车间供电断开。或给现场操作人员配备便　携式丙酮浓度测定报警仪，以便达到报警　浓度时采取断电等措施。　３）车间内所有电气设备或设施均应按　Ⅱ类爆炸性气体环境用电气设备防爆性能　要求设计和更换，即所用电气设备必须有　防爆标志，所有开关均为防爆开关，电话为　防爆电话，灯具为防爆灯具。　４）车间内管道均不可用塑料管路，应采　用抗静电性能的布袋或塑料袋装料。如有　塑料设施，均应采取导除静电措施。　５）在车间出入Ｉｑ设置人体防静电装置，　进入车间前导除掉人体所带静电，进入车　间人员不可穿戴化纤料的服饰，不可穿金　属掌或塑料底鞋，应头带布帽，并关掉手　机。　６）车间所用工具，不得使用可能产生静　电或撞击火花材料制作的工具，如聚氯乙　烯或含镁和铝的金属等。　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　１　９３