二、爆炸的分类
•按照爆炸的性质分类：
物理爆炸、化学爆炸、核爆炸；
•按照爆炸的传播速度分类：
轻爆、爆炸、爆轰；
•按爆炸反应物质分类：
气相爆炸、凝相爆炸、混合相爆炸。
（1）物理爆炸
•物理爆炸过程是纯粹的物理变化过程，爆炸前后系统内物质只发生状态变化，化学组成及化学性质均不发生变化的爆炸。
•是由于内部压力增大，超过容器的承受能力的破裂，内部压缩的气体瞬间释放出能量。
物理爆炸的例子
1、蒸汽锅炉的爆炸
2、气瓶或压力储罐受热超压爆炸
3、压力管道腐蚀破裂爆炸
4、少量水急速汽化爆炸
注意：物理爆炸泄漏的可燃气体的二次爆炸不是物理爆炸。
（2）核爆炸
•原子核发生聚变或裂变反应，瞬间放出巨大的能量而发生的爆炸为核爆炸。
•本书内容不包括核爆炸。
（3）化学爆炸
• 化学爆炸是由于急剧化学反应造成的；
• 爆炸过程中产生大量新的高温高压气体，气体高速膨胀引起爆炸。
• 化学爆炸的主要特征——物质的化学成分和化学性质在化学爆炸后均发生了质的变化。
按爆炸反应物质分类
① 纯组元可燃气体热分解爆炸
② 可燃气体混合物爆炸
③ 可燃粉尘爆炸
④ 可燃液体雾滴爆炸
⑤ 可燃蒸气云爆炸
三、化工行业中常见的几种爆炸类型
1、简单分解爆炸
2、复杂分解爆炸
3、爆炸性混合气体爆炸
4、粉尘爆炸
5、熔盐池爆炸
6、化学爆炸的三要素
1、简单分解爆炸
1、乙炔铜、乙炔银、叠氮化铅、叠氮化银 等的分解爆炸
2、气体的分解爆炸
分解爆炸的条件是：
（1）分解反应是放热反应；
（2）存在火源或热源；
（3）系统初始压力大于分解爆炸临界压力P。
•能够发生分解爆炸的气体包括：乙炔、乙烯、环氧乙烷、臭氧、联氨、丙二烯、甲基乙炔、乙烯基乙炔、一氧化氮、二氧化氮、氰化氢、四氟乙烯等；
•当气体压力超过某一压力值时，受到触发，即可分解，生成更多摩尔的新气体，同时放出热量，一般说来，分解热在80kJ/mol以上，当压力降至此值时，系统便不发生分解爆炸，这个压力称作该气体分解爆炸的临界压力。
•为避免乙炔在高压状态分解爆炸，乙炔不是直接压缩进入钢瓶，而是将乙炔气充灌到以丙酮作为溶剂的瓶中。另外，乙炔瓶内装填料，将溶解于丙酮中的乙炔加以分割，进一步减少爆炸的危险。
•通常所说的溶解乙炔就是因此而来的。
2、复杂分解爆炸
•主要指炸药类的物质的爆炸，其爆炸不需要氧气，自身分解出大量的气体，同时释放出大量的热量，局部压力剧增。
•硝化甘油的爆炸反应：
发生分解爆炸的化合物大都具有如下基团结构：
—NO2 硝酸盐类物质
—N＝N≡N 叠氮化合物
—O—N＝C 雷酸盐类物质
—ClO3 氯酸盐类
NX3 氮卤化物
—C≡C— 乙炔类物质
＝N≡N 重氮类物质
3、爆炸性混合气体爆炸
•可燃气体只有预先与空气或氧气等混合时才能爆炸；
•预混气体从小孔中高速喷出时并点燃时，不爆炸；
•爆炸是不可控的整体快速燃烧过程；
•可燃气体只在一定浓度范围内才爆炸，爆炸燃烧速度与浓度有关。
•在化工生产中，可燃气体或蒸气从工艺装置、设备管线、储存容器泄漏到厂房中与空气混合，或空气渗入装有这种气体的设备中，都可以形成爆炸性混合物，遇到火种，便会造成爆炸事故。
•化工生产中所发生的爆炸事故，大都是爆炸性混合物的爆炸事故。
•防止泄漏、通风换气、室外布置是主要的防范方法。
5、熔盐池爆炸
•高温的熔盐、铁块、钢水等与少量的水接触的瞬间，水被气化，体积急速膨胀，压力骤然升高。
•氧化性的熔盐与有机物接触、混合，发生化学爆炸。
•少量空气骤然受热的膨胀爆炸。
6、化学爆炸的三要素
（1）反应过程必须是放热的
（2）反应过程必须是高速的
（3）反应过程必须有大量的气体生成
混合气体、粉尘的爆炸反应速度都很快。
煤与TNT炸药相比，就是反应速度的差别。
•1kg的煤块或1kg的煤气的燃烧热都是29000kJ；
•煤块完全燃烧需要10min，而煤气与空气的混合物只需0.2s就燃烧完全，所以煤气很容易爆炸。
•炸药TNT的反应热只有4184kJ，明显低于煤炭的燃烧热，但其爆炸时间只有十万分之一秒，分解出的气体可被加热到2000～3000℃，在不大的空间内气体压力可达10～40000MPa。
Ø 预混气体的爆炸极限
一、爆炸极限及其机理
二、爆炸极限的影响因素
三、爆炸极限的测定
四、爆炸极限在消防中的应用
一、爆炸极限及其机理
•定义：爆炸极限是可燃气体、蒸气或粉尘与空气混合后，遇火会产生爆炸的最高或最低浓度。——国家标准《消防术语》
•最低浓度——爆炸下限（LEL）
•最高浓度——爆炸上限（UEL）
一氧化碳与空气构成的混合物
遇火源时的燃爆情况
•燃烧与爆炸之间没有明显的界限。
•同等的概念
爆炸极限
燃烧极限
燃爆极限
•液体在闪点温度下形成的蒸气浓度就是该液体爆炸极限的下限。
•浓度高于上限时的混合气体并不是完全安全的气体 。
机理解释
•浓度低于下限时，体系内含有过量的空气，产生的热量少，空气的冷却作用明显，活化中心的销毁数大于产生数，阻止了火焰的蔓延。
•当浓度在上限以上时，含有过量的可燃性物质，空气（氧）不足，火焰也不能蔓延。
二、爆炸极限的影响因素
（１）体系的初始温度的影响
升温：下限下降，上限上升
降温：下限上升，上限下降
（2）体系初始压力的影响
•压力增加，分子间距缩小，碰撞几率增加，更容易被引燃，所以爆炸极限随之加宽。
（3）惰性介质的影响
•图3-2-2 甲烷爆炸极限随惰性气体浓度的变化
（4）容器直径的影响
•机理与对燃烧的影响相同
——直径小，利于散热，不利升温
——直径小，利于自由基销毁
•燃烧与爆炸都不能传播的最大直径称为临界直径。
（5）点火源能量大小的影响
•能量小的点火源不能点燃的气体，用强的点火源就可能点燃；
•在点火源强度较低的范围内成立；
•最小点火能都是指某一确定条件下，比如接近化学计量比例浓度；
•对电压为100V，电流强度为1A的电火花，不能引爆任何浓度的甲烷，当电流增加到2A时，爆炸极限为5.9%～13.6%，而当增至3 A时为5.85%～14.8%。
（6）点火位置的影响
不同火焰传播方向时甲烷的爆炸极限
•火焰向上——5.35%～14.9%
•火焰向下——5.59%～13.5%
•火焰水平——5.40%～14.0%
（7）混合气体中含氧量的影响
•通常给出的爆炸极限值是指在纯粹空气中的测定值；
•如果在空气中引入惰性气体，氧气浓度自然降低；
•可燃气体与纯氧气混合极限范围宽；
•空气可看成是在纯氧中混入惰性气体的混合气体；
•惰性气体占的比例越高，爆炸极限范围自然越窄，高到一定程度时，爆炸范围消失。
三、爆炸极限的测定
图3-2-3 爆炸极限测定装置
1.循环泵；2.接水银压力计；3.电极；4.爆炸管；5.阻火网；
6.接空气；7.接试样；8.接真空泵；9.排入大气
四、爆炸极限在消防中的应用
（1）估计物质的燃烧爆炸危险性大小
（2）作为工厂设计的依据 确定建筑物的耐火等级、设计厂房的通风系统、防爆电气的选型、可燃气体检测报警值确定等，都需要知道所涉及到的燃爆气体的爆炸极限。
（3）作为制定安全生产操作规程的依据
Ø爆炸极限的计算方法
一、爆炸极限数据的获取方法
二、爆炸极限的计算方法
三、三元组分爆炸范围图
一、爆炸极限数据的获取方法
（1）查阅手册或其他资料 查到的只是纯物质的爆炸极限数据。
（2）进行测试 采用《空气中可燃气体爆炸极限测定方法》进行实际测定，得到实际混合气体的爆炸极限值。
（3）进行计算 利用现有的计算公式计算纯物质和多种可燃气体组成的混合气体的爆炸极限。
•计算混合气体的爆炸极限更有实际意义。
二、爆炸极限的计算方法
（1）根据闪点计算爆炸极限下限
（2）根据完全燃烧时化学计量浓度近似计算
（3）根据爆炸下限计算爆炸上限
（4）根据分子中所含碳原子数估算爆炸极限
（5）多组分可燃性气体混合物爆炸极限的计算（Le Chatelier公式）
（6）可燃气体和惰性气体混合物的爆炸极限
（7）压力下爆炸极限的计算
（1）根据闪点计算爆炸极限下限
•液体闪点温度下，液面上平衡的蒸气浓度就是液体的爆炸极限下限，蒸气分压与浓度成正比。
（2）根据完全燃烧时化学计量浓度近似计算
•C0——气体在完全燃烧时的物质的化学计量浓度；
•no——一个气体分子完全燃烧所需的氧分子（O2）数；
•0.21——空气中氧气的体积百分数。
L下＝0.55C0
•乙烷完全燃烧时的化学反应方程式为：
•
C2H6＋3.5O2—→2CO2＋3H2O
•所需氧分子数no =3.5，所以
•爆炸下限为：L下＝0.55×5.66%＝3.11%
（3）根据爆炸下限计算爆炸上限
•此法主要适用于链烷烃在空气中爆炸上限的计算。
（4）根据分子中所含碳原子数估算爆炸极限
•适用于脂肪族烃类化合物
•碳原子数越多，下限越低
（5）多组分可燃性气体混合物爆炸极限的计算（Le Chatelier公式）
•Lm——混合气体的爆炸极限（上限或下限），％；
•Li ——第i种组分的爆炸极限（上限或下限），％；
•Vi ——第i种组分在混合气体中的摩尔分数或体积分数，％。
•适用于只由可燃气体组成的可燃混合气体。
某天然气的组成如下：甲烷80%（爆炸极限5.3%～15%）、乙烷15%（3.0%～16%）、丙烷4%（2.1%～9.5%）和丁烷1%（1.5%～8.5%），计算混合气体爆炸极限。
（6）可燃气体和惰性气体混合物的爆炸极限
•① Le Chatelier公式法
首先把每一种可燃气体的百分浓度变成在可燃气体中的百分数，再代入公式中计算即可。
•例如：某回收煤气的组分平均含量为：
组分气体名称 CO CO2 N2 O2 H2
体积百分比，% 58 19.4 20.7 0.4 1.5
求该煤气的爆炸极限。
•解：煤气中CO和H2为可燃气体，其它为不燃气体。CO和H2的体积百分比之和为：58%+1.5%=59.5%，它们占可燃气体的百分比分别为：
V(CO) = 58/59.5×100 = 97.48%
V(H2) = 1.5/59.5×100 = 2.52%
查表3-2-2得爆炸极限：CO为12.5%～74.2%，H2为4.1%～74.0%。把数据代入3-3-9式
•② 经验公式法 包括惰性气体在内的极限
（7）压力下爆炸极限的计算
• CH4 L上＝56.0(p—0.9)0.040
• C2H6 L上＝52.5(p—0.9)0.045
• C3H8 L上＝47.7(p—0.9)0.042
• C2H4 L上＝64.0(p—0.2)0.083
• C3 H6 L上＝43.5(p—0.2)0.095
•p为压力，单位为atm
•（1atm = 0.101325MPa）。
三、三元组分爆炸范围图
图3-3-1 三元组分混合气体三角坐标图
图3-3-2 三种混合气体的爆炸范围图
图3-3-4 空气、甲烷、一氧化碳三组分爆炸范围图
在空气中，甲烷的爆炸极限为5.3%～15%，CO为12.5%～74.2%
粉尘爆炸
一、粉尘爆炸的条件
二、粉尘爆炸的特点
三、粉尘爆炸的影响因素
四、粉尘爆炸的预防与控制
一、粉尘爆炸的条件
（一）粉尘本身是可燃的（包括无机和有机两类粉尘）
（二）粉尘以一定浓度悬浮在空气中
（三）悬浮粉尘浓度处于一定的范围内才能爆炸
二、粉尘爆炸的特点
（一）粉尘爆炸的机理
1．气相点火机理
·粉尘点火过程分为颗粒加热升温、颗粒热分解或蒸发汽化以及蒸发气体与空气混合形成爆炸性混合气体并发火燃烧三个阶段，
·首先，粉尘颗粒通过热辐射、热对流和热传导等方式从外界获取能量，使颗粒表面温度迅速升高；
化工和危化品事故分析报告
危险化学品目录（2015版）
