摘要:燃烧是可燃物质与氧或氧化剂发生伴有放热和发光的一种激烈的化学反应。爆炸是一种极为迅速的物理或化学能量释放的过程。现在,火灾和爆炸在化工生产中造成的损失极为巨大,后果严重。如何防火防爆是化工安全的重要研究课题。
关键词:防火,防爆
1. 燃烧。
⑴燃烧的条件。燃烧必须要三个条件:有可燃物质存在,有助然物质存在,有导致燃烧的能源。可燃物、助燃物和点火源是构成燃烧的三要素,有时这三要素都存在,可燃物未达到一定浓度、助燃物数量不够、点火源不具备足够的温度或热量,也不会发生燃烧。例如,氢气在空气中浓度少于4%时,就不能点燃。一般可燃物质在含氧量低于14%的空气中不能燃烧。一根火柴燃烧时放出的热量,不足以点燃一根木材或一堆煤。
⑵燃烧的形式。按参加燃烧反应相态的不同,可分为均一系燃烧和非均一系燃烧。按可燃性气体的燃烧过程,又可分成混合燃烧和扩散燃烧两种形式。在可燃液体燃烧中,通常不是液体本身燃烧而是由液体产生的蒸气进行燃烧,这种形式的燃烧叫蒸发燃烧。很多固体或不挥发性液体,由于热分解而产生可燃性的气体而发生燃烧,这种燃烧叫分解燃烧。
⑶闪燃和闪点。当火焰与炽热物接近易燃或可燃液体时,液体上面的蒸气与空气混合物会发生瞬间火苗或闪光,这种现象叫闪燃。闪点是指易燃液体表面挥发出的蒸气足以引起闪燃时的最低温度。通常把闪点低于45℃的液体叫易燃液体,把闪点高于45℃的液体叫可燃液体。
液体根据闪点分类分级表
种类 | 级别 | 闪点(℃) | 举例 |
易燃液体 | Ⅰ | t≤28 | 汽油、甲醇、乙醇、乙醚、苯、丙酮 |
Ⅱ | 28<t≤45 | 煤油、丁醇 |
可燃液体 | Ⅲ | 45<t≤120 | 戊醇、柴油,重油 |
Ⅳ | t>120 | 植物油、矿物油、甘油 |
⑷自燃与自燃点。自燃是可燃物质自发着火的现象,可燃物质在没有外界火花或火焰的直接作用下能自行燃烧的最低温度称为该物质的自燃点。同系物的第一个化合物具有比其他化合物高的自燃点。正位结构物的自燃点低于其异构物的自燃点。饱和碳氢化合物的自燃点比与他相当的不饱和碳氢化合物的自燃点高。苯系低碳氢化合物的自燃点高于有相同碳原子数的脂肪族碳氢化合物的自燃点。
某些常见物品的自燃点
名称 | 燃点,℃ | 名称 | 燃点,℃ |
松节油 | 53 | 蜡烛 | 190 |
樟脑 | 70 | 布匹 | 200 |
灯油 | 86 | 麦草 | 200 |
赛璐珞 | 100 | 硫磺 | 207 |
纸张 | 130 | 豆油 | 220 |
棉花 | 150 | 无烟煤 | 280-500 |
漆布 | 165 | 涤纶纤维 | 390 |
2.爆炸
⑴爆炸的分类。按爆炸的起因,可以将爆炸分为物理性和化学性爆炸两大类。化学性爆炸按爆炸时所发生的化学变化不同可分为三类:简单分解爆炸、复杂分解爆炸、爆炸性混合物的爆炸。
⑵粉尘爆炸。不同的粉尘有不同的爆炸特性。有些粉尘,如镁粉、碳化钙粉与水接触后会引起自燃或爆炸,有些粉尘,如磷、锌粉与溴接触混合能发生爆炸。粉尘在空气中只有达到一定的浓度范围,才能引起爆炸。
名称 | 云状粉尘 自燃点℃ | 粉尘最低 引爆能量(毫焦) | 爆炸下限 (毫克/升) | 最大爆炸压力 (公斤/平方厘米) |
铝(喷雾) | 700 | 50 | 40 | 3.95 |
铝(研雾) | 645 | 20 | 35 | 6.06 |
铁(氢还原) | 315 | 160 | 120 | 1.98 |
镁(喷雾) | 600 | 240 | 30 | 3.87 |
镁(磨) | 520 | 80 | 20 | 4.43 |
锌 | 680 | 900 | 50 | 0.899 |
铝-镁齐 (50-50) | 535 | 80 | 50 | 4.15 |
醋酸纤维 | 320 | 10 | 25 | 5.58 |
六次甲基四胺 | 410 | 10 | 15 | 4.35 |
甲基丙烯酸甲酯 | 440 | 15 | 20 | 3.87 |
碳酸树脂 | 460 | 10 | 25 | 4.15 |
邻苯二甲酸酐 | 650 | 15 | 15 | 3.33 |
聚乙烯塑料 | 450 | 80 | 25 | 5.63 |
聚苯乙烯 | 470 | 120 | 20 | 2.99 |
硫磺 | 190 | 15 | 35 | 2.79 |
典型案例
事故经过:某厂100 kt/a聚丙烯装置2D903B掺合仓,在2000年2月12日进料中发生闪爆。同
年9月16日2D903E又发生闪爆。
原因分析:
两次闪爆均为生产高熔融指数料(M1),物料含挥量偏高(如图2所示,随M1的增加,物料挥发
分相差1.8倍)。“9.16”事故时,2D501汽蒸机料位失控,料位过低(如图3),物料脱挥不足。汽蒸机正常时,进料挥发分(质量分数)约为2%~2.5%,出口小于500 mL/m3,粉料仓(2D803)气体约在20%一50%LEL。事故后检测,2D803粉料仓气体浓度高达100LEL(Y1600),而在正常生产时,同牌号只有57%LEL。
事故统计表明,粉尘爆炸多数是静电、粉尘、气体等诸因素共同作用引起的。静电是固
有隐患,工艺过程失误或失控引起的气体或微细粉尘意外增多,是料仓爆炸的触发因素或导火索。为减缓或抑制类似事故的发生,提出如下建议:
(1)结合装置特点和设计缺陷,开展危险评估和危险教育,使作业者了解物料和工艺过程与料仓粉尘爆炸的关系,以尽量减少制备过程和粉体处理过程“意外”因素的影响。
(2)减少风送物料的静电起电,去除或抑制金属突出物、绝缘导体等高能放电,通过设备改造,建立防止静电爆炸的本质安全系统。近几年,我国在消除粉体静电,以及抑制料位计火花放电等专项技术上,已走在国际前列,并在国内部分企业的不同装置中取得了令人满意的应用效果和可靠性考核。
⑶爆震。燃烧速度极快的爆炸混合物,在全部或部分封闭状态下或高压下燃烧时,若混合物的组成及预热条件适宜,可以产生一种比爆炸更激烈的现象,叫爆震。爆震产生的冲击波能引起远处其他炸药的爆炸,这种现象称为殉爆。为了防止殉爆的发生,在选择炸药的存放点及确定存放量时,应考虑一定的安全距离。
(4)爆炸极限(FL)。指可燃气体、可燃液体的蒸气与空气混合,遇到火源会发生爆炸的浓度范围,此范围的上限称作爆炸极限上限(UFL),下限称为爆炸极限下限(LFL),爆炸极限范围越宽,下限越低,爆炸危险性也就越大。控制爆炸性混合物的浓度使其远离爆炸极限,是工程实践中控制爆炸的主要方法之一。
(5)极限氧含量(LOC)。指可以导致爆炸发生的最低的氧气浓度,也叫做最低氧含量或最大
安全氧含量。极限氧含量是一个非常重要的参数,工程实践中通过控制氧气浓度,使其低于极限氧含量,可以使爆炸性混合物转变为非爆炸性混合物。