防火與防爆

1、防火與防爆,謝 波重慶大學(xué)資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院,第一章 概述,1.1 火災(zāi)爆炸事故危害性與特點(diǎn)嚴(yán)重性：涉及幾乎所有的工業(yè)行業(yè)，事故往往造成大量人員傷亡、嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失，以及極壞的社會(huì)影響。 危害形式：高溫灼傷、缺氧窒息、煙氣中毒、爆炸沖擊、地震。特點(diǎn)：嚴(yán)重性、復(fù)雜性和突然性。,近年發(fā)生的幾起典型的火災(zāi)爆炸事故,8.2江蘇昆山中榮公司特大粉塵爆炸事故,中榮金屬制品有限公司系臺(tái)商獨(dú)資企業(yè)，為美國(guó)通用汽車提供零部件，主要基材為鋁或鋁

2、合金。,拋光車間噴砂拋光和拋銅過(guò)程中金屬粉塵濃度過(guò)高，在遭遇明火后產(chǎn)生爆炸，瞬間產(chǎn)生的高溫高壓氣體的爆燃，還發(fā)生連鎖反應(yīng)，發(fā)生粉塵爆炸特別重大事故，造成75人死亡，185人受傷。,事故原因：初步掌握情況顯示，廠房沒(méi)有按照二類危險(xiǎn)品場(chǎng)所進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，違規(guī)雙層設(shè)計(jì)車間，生產(chǎn)工藝路線過(guò)于密集，除塵能力不足，車間內(nèi)所有電器設(shè)備沒(méi)有按照防爆要求配置，沒(méi)有定期清理管道的積塵，造成粉塵濃度超標(biāo)，遇到火源發(fā)生爆炸。另外該廠沒(méi)有防靜電的勞保用品，違反了

3、勞動(dòng)法規(guī)，超時(shí)組織作業(yè)。兩個(gè)月前，事發(fā)車間除塵電機(jī)過(guò)熱起火，火苗順著管道蔓延，導(dǎo)致放在室外的泡沫夾芯板發(fā)生燃燒，車間外的積塵罐也冒了煙，消防人員趕到時(shí)，火情已被企業(yè)撲滅。當(dāng)時(shí)積塵罐里當(dāng)時(shí)積有幾噸鋁鎂粉塵。不準(zhǔn)抽煙和使用明火，幾乎是公司唯一的安全措施。但有不少工人在距車間五六米的廁所里抽煙，甚至有工人將打火機(jī)帶進(jìn)拋光車間抽煙。拋光工序常常伴隨著火星四射；打磨機(jī)長(zhǎng)期使用，插頭松動(dòng)，使用時(shí)會(huì)打火；一些燈管的線頭裸露出來(lái)，電線有時(shí)會(huì)冒煙，

4、2012年，公司因電路老化出過(guò)一次事故，也是所幸無(wú)大礙。,On February 7, 2008, a huge explosion and fire occurred at the Imperial Sugar refinery northwest of Savannah, Georgia, causing 14 deaths and injuring 38 others, including 14 with serious and

5、life-threatening burns. The explosion was fueled by massive accumulations of combustible sugar dust throughout the packaging building.,Investigations Detail _ U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board.,2010年11月

6、15日上海市余姚路膠州路火災(zāi)58人死亡。起火原因：大樓在裝修作業(yè)施工中，有2名電焊工違規(guī)實(shí)施作業(yè)，在短時(shí)間內(nèi)形成密集火災(zāi)。暴露的問(wèn)題：電焊工無(wú)作業(yè)資格證，嚴(yán)重違反操作規(guī)程；裝修工程層層多次分包，安全責(zé)任不落實(shí)；施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理混亂，安全措施不落實(shí)，存在明顯的搶工期、搶進(jìn)度、突擊施工的行為；事故現(xiàn)場(chǎng)違規(guī)使用大量尼龍網(wǎng)、聚氨酯泡沫等易燃材料，導(dǎo)致大火迅速蔓延；有關(guān)部門安全監(jiān)管不力，致使多次分包、多家作業(yè)和無(wú)證電焊工上崗，對(duì)停產(chǎn)后復(fù)工的項(xiàng)

7、目安全管理不到位。,中石化管道儲(chǔ)運(yùn)分公司東黃輸油管道泄漏原油進(jìn)入市政排水暗渠，在形成密閉空間的暗渠內(nèi)油氣積聚遇火花發(fā)生爆炸，造成62人死亡、136人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失75172萬(wàn)元。,事故過(guò)程： 2013年11月22日凌晨3點(diǎn)，中石化輸油儲(chǔ)運(yùn)公司濰坊分公司輸油管線破裂，事故發(fā)現(xiàn)后，約3點(diǎn)15分關(guān)閉輸油，齋堂島街約1000平方米路面被原油污染，部分原油沿著雨水管線進(jìn)入膠州灣，海面過(guò)油面積約3000平方米。黃島區(qū)立即組織在海面布設(shè)兩道圍油欄

8、。處置過(guò)程中，當(dāng)日上午10點(diǎn)30分許，黃島區(qū)沿海河路和齋堂島路交匯處發(fā)生爆燃，同時(shí)在入?？诒挥臀廴竞Ｃ嫔习l(fā)生爆燃。事故原因：輸油管路與排水暗渠交匯處管道腐蝕變薄破裂，原油泄漏，流入排水暗渠，所揮發(fā)的油氣與暗渠當(dāng)中的空氣混合形成易燃易爆的氣體，在相對(duì)封閉的空間內(nèi)集聚，現(xiàn)場(chǎng)處置人員使用不防爆的液壓破碎錘，在暗渠蓋板上進(jìn)行鉆孔粉碎，產(chǎn)生撞擊火花，引爆了暗渠的油氣。由于原油泄漏之后到爆炸八個(gè)多小時(shí)期間，泄漏的原油已經(jīng)形成的混合氣體受排水倒灌

9、的影響，在排水暗渠當(dāng)中急劇蔓延、擴(kuò)散，從而導(dǎo)致在大范圍內(nèi)連續(xù)發(fā)生爆炸。 事故責(zé)任：“11·22”中石化東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故認(rèn)定為責(zé)任事故。暴露出的突出問(wèn)題是，輸油管道與城市排水管網(wǎng)規(guī)劃布置不合理；安全生產(chǎn)責(zé)任不落實(shí)，對(duì)輸油管道疏于管理，造成原油泄漏；泄漏后的應(yīng)急處置不當(dāng)，未按規(guī)定采取設(shè)置警戒區(qū)、封閉道路、通知疏散人員等預(yù)防性措施。,2013年5月31日下午，中儲(chǔ)糧總公司所屬黑龍江林甸直屬庫(kù)發(fā)生火災(zāi)事故，80個(gè)儲(chǔ)

10、糧貨位表層過(guò)火，過(guò)火倉(cāng)位共儲(chǔ)存糧食5.14萬(wàn)噸，共造成糧食損失約1000噸，事故中沒(méi)有人員傷亡?；馂?zāi)原因是由于穿過(guò)金屬配電箱的導(dǎo)線與配電箱箱體摩擦，致使導(dǎo)線絕緣皮破損，短路打火，引燃配電箱附近可燃的葦席和麻袋，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。由于糧食輸送機(jī)和其配電箱在該糧庫(kù)的實(shí)際操作中要隨堆垛不斷搬運(yùn)，在移動(dòng)過(guò)程中埋下了隱患。,２０１３年６月３日，位于吉林省長(zhǎng)春市德惠市的吉林寶源豐禽業(yè)有限公司主廠房發(fā)生特別重大火災(zāi)爆炸事故，共造成１２１人死亡、７６人受傷

11、，直接經(jīng)濟(jì)損失１．８２億元。事故直接原因：主廠房部分電氣線路短路，引燃周圍可燃物，燃燒產(chǎn)生的高溫導(dǎo)致氨設(shè)備和氨管道發(fā)生物理爆炸。管理上的原因是：寶源豐公司安全生產(chǎn)主體責(zé)任不落實(shí)，地方消防部門安全監(jiān)督管理不力，建設(shè)部門在工程項(xiàng)目建設(shè)中監(jiān)管缺失，安全監(jiān)管部門綜合監(jiān)管不到位，地方政府安全生產(chǎn)監(jiān)管職責(zé)落實(shí)不力。,Smoke rises from railway cars that were carrying crude oil after d

12、erailing in downtown Lac Megantic, Que., Saturday, July 6, 2013. THE CANADIAN PRESS/Paul Chiasson.,火災(zāi)爆炸事故涉及的行業(yè)與部門石油天然氣石油化工冶金加工煤炭 開(kāi)采糧食、飼料、煙草等特殊行業(yè)：炸藥生產(chǎn)、煙花爆竹、推進(jìn)劑等生產(chǎn)儲(chǔ)存,火災(zāi)爆炸事故的危害形式與嚴(yán)重性主要包括沖擊波產(chǎn)生的破壞、毒害煙氣造成缺氧窒息與中毒、高溫灼傷和缺

13、氧窒息等。沖擊波：設(shè)備設(shè)施、人員受超壓和沖量作用。高溫灼傷：主要是與火焰和高溫?zé)煔獾闹苯咏佑|，及其對(duì)流、熱輻射作用。煙氣毒害：熱解和燃燒產(chǎn)物氣體與蒸氣、分解或凝聚形成的固體、液體微粒、部分空氣。破片與二次破片：缺氧窒息：組織缺氧導(dǎo)致神經(jīng)、肌肉活動(dòng)能力下降、呼吸困難，人腦缺氧3min以上就會(huì)發(fā)生損壞。,火災(zāi)爆炸事故特點(diǎn)嚴(yán)重性：群死群傷，巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，惡劣的社會(huì)影響。復(fù)雜性：著火源、可燃物和氧化劑形式多樣。突發(fā)性

14、：雖有事故征兆，但目前事故監(jiān)測(cè)報(bào)警手段的可靠性、實(shí)用性等仍存限制，生產(chǎn)、操作管理人員對(duì)安全生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)不足，對(duì)事故發(fā)生發(fā)展的規(guī)律認(rèn)識(shí)和了解不夠。,1.2 爆炸事故的分類按照釋放能量的形式劃分物理爆炸：壓力能、金屬或巖石等應(yīng)變能、電磁能的猛烈釋放，以及閃蒸引起的bleve爆炸。只是物態(tài)的變化，不涉及化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)爆炸：快速放熱、同時(shí)產(chǎn)生大量氣體的化學(xué)反應(yīng)。又可以細(xì)分為： 簡(jiǎn)單分解爆炸、復(fù)雜分解爆炸和可燃混合物的爆炸三類。核

15、爆炸：核聚變或核裂變反應(yīng)瞬間釋放大量的能量而形成的爆炸。,按照爆炸物質(zhì)的狀態(tài)劃分氣體爆炸：可燃?xì)怏w、蒸汽與空氣混合物點(diǎn)燃爆炸。凝聚相炸藥爆炸：火藥、炸藥爆炸。常見(jiàn)的單質(zhì)炸藥有：黑索金RDX：環(huán)三亞甲基三硝銨；太安 PETEN：季戊四醇四硝酸酯特屈兒Tetryl：2,4,6-三硝苯基-甲基-硝基胺梯恩梯TNT：2,4,6-三硝基甲苯苦味酸，2,4,6-三硝基苯酚兩相爆炸：可燃粉塵、液滴與空氣的懸浮物達(dá)到一定濃度時(shí)，在火

16、源作用下引起爆炸。,1.3 常見(jiàn)的工業(yè)爆炸事故形式氣體、蒸汽爆炸： 根據(jù)L/D的不同，可能是純超壓爆炸、爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變。粉塵爆炸：同氣體、蒸汽爆炸，但也存在區(qū)別開(kāi)敞空間的氣云、粉塵爆炸：一般較少沸騰液體膨脹汽化爆炸（BLEVEs）：壓力容器爆炸物理蒸汽爆炸,1.4 火災(zāi)爆炸的聯(lián)系與區(qū)別火災(zāi)：是指在時(shí)間和空間上失去控制的災(zāi)害性燃燒現(xiàn)象。爆炸（主要是化學(xué)爆炸）：則是在極短時(shí)間內(nèi)釋放出大量能量，產(chǎn)生高溫，并放出

17、大量氣體，在周圍介質(zhì)中造成高壓的化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)或狀態(tài)變化。區(qū)別與聯(lián)系：兩者本質(zhì)都是可燃物與氧化劑之間快速的放熱反應(yīng)，同時(shí)伴有火焰或可見(jiàn)光的燃燒現(xiàn)象。兩者的區(qū)別在于燃燒反應(yīng)速率不同，火災(zāi)的能量釋放速率相對(duì)較慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而爆炸過(guò)程在瞬間發(fā)生并釋放出大量能量?；馂?zāi)和爆炸事故常常相伴發(fā)生、也可能互相轉(zhuǎn)化,1.5 火災(zāi)爆炸事故災(zāi)害的預(yù)防與控制基本思路：研究火災(zāi)爆炸的基本原理、事故發(fā)生的機(jī)理與規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上采取具有針對(duì)性與合理性的火災(zāi)

18、爆炸預(yù)防和控制措施，有效降低事故發(fā)生的可能性，減弱或控制事故災(zāi)害損失。不同可燃物質(zhì)的性質(zhì)、燃燒爆炸特性不同，因此事故發(fā)生的機(jī)理、事故效應(yīng)和致災(zāi)模式等存在著較大的差別；操作溫度、操作壓力和容積等工藝環(huán)境條件對(duì)燃燒爆炸過(guò)程也有重要的影響，在某些情況下，甚至具有決定性的影響，影響事故的發(fā)生機(jī)理與過(guò)程。,1.4 火災(zāi)爆炸事故災(zāi)害的預(yù)防與控制基本途徑：降低爆炸發(fā)生的概率和爆炸效應(yīng)也是預(yù)防和控制事故災(zāi)害的兩個(gè)基本途徑。降低事故發(fā)生的可能

19、性：防止可燃物料發(fā)生泄漏和擴(kuò)散、預(yù)防形成各種可能的點(diǎn)火源。降低火災(zāi)爆炸損失：合理選址與工藝布局、爆炸抑制、爆炸卸壓和爆炸隔絕等措施防止爆炸過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)展和增強(qiáng)；對(duì)于火災(zāi)，則主要是通過(guò)自動(dòng)噴淋、防火墻、阻燃等措施防止火災(zāi)蔓延；一旦發(fā)生事故后（特別是火災(zāi)事故），應(yīng)根據(jù)指定的應(yīng)急預(yù)案組織人員和設(shè)備的及時(shí)疏散，以降低人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。,預(yù)防和減弱/控制氣云爆炸事故的方法框架,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.1 燃燒現(xiàn)象與特征2.1.1燃

20、燒燃燒的定義：具有強(qiáng)烈放熱并伴隨有光輻射的快速化學(xué)反應(yīng)過(guò)程稱為燃燒。氧化劑：放出活潑氧原子（或類似的原子）的物質(zhì)燃料：另一類組分則稱為燃料一般地，燃燒包括點(diǎn)火與點(diǎn)火后的燃燒過(guò)程兩個(gè)階段。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.1.1 燃燒的概念燃燒過(guò)程中的物理化學(xué)現(xiàn)象燃燒放熱→固體蠟融化并沿燭芯向上擴(kuò)散、蒸發(fā)→與氧氣混合并快速氧化→穩(wěn)定的燃燒火焰，發(fā)光發(fā)熱能量的流動(dòng)：化學(xué)能通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋ㄟ^(guò)導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射向外傳熱質(zhì)量傳遞

21、：固體蠟融化→擴(kuò)散、蒸發(fā)形成氣體→與氧氣混合燃燒→燃燒產(chǎn)物,圖2.1蠟燭燃燒及火焰溫度分布,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.1.2 燃燒基本要素與燃燒學(xué)說(shuō)燃燒的基本要素：燃料（可燃物）、氧化劑（助燃物）、火源。三個(gè)要素相互作用才能形成燃燒，也是火災(zāi)爆炸預(yù)防的基本原理。,圖 2.2燃燒的三個(gè)基本要素,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.1.2 燃燒基本要素與燃燒學(xué)說(shuō)燃燒學(xué)說(shuō)燃素學(xué)說(shuō)：17世紀(jì)中葉到18世紀(jì)中葉大約100年期間，歐洲

22、流行氧化學(xué)說(shuō)：1777年拉瓦錫否認(rèn)了燃素學(xué)說(shuō)的結(jié)論，認(rèn)為只有在氧氣存在時(shí)，物質(zhì)燃燒才能燃燒，燃燒是物質(zhì)快速氧化的過(guò)程且在燃燒過(guò)程中放出光和熱量。反應(yīng)碰撞理論：20世紀(jì)初，在氣體分子動(dòng)論和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的基礎(chǔ)上，人們提出了反應(yīng)速率的碰撞理論。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論：直到上世紀(jì)30年代，開(kāi)始建立了關(guān)于燃燒動(dòng)態(tài)過(guò)程的理論，發(fā)展了燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，并提出了燃燒物理中的一些基本概念，如最低點(diǎn)火能量、火焰?zhèn)鞑サ取?第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.

23、1.2 燃燒基本要素與燃燒學(xué)說(shuō)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論基本概念：燃燒化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是由由若干個(gè)相繼發(fā)生或相繼平行發(fā)生的基元反應(yīng)所組成，在這些基元反應(yīng)過(guò)程中會(huì)生成某種自由基組分，連鎖基元反應(yīng)是以自由基為載體的，連續(xù)不斷的重復(fù)一系列連鎖反應(yīng)。自由基：反應(yīng)物受外部能量作用和基元反應(yīng)過(guò)程中形成的活性基團(tuán)或自由原子，具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性，自由基的存在及其作用是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的特征所在，是鏈反應(yīng)的載體。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.1.2 燃燒基本要素與燃燒學(xué)

24、說(shuō)氫氣氧氣的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),,,,鏈起始,,（H.6）,,鏈傳播,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.1.2 燃燒基本要素與燃燒學(xué)說(shuō)氫氣氧氣的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),,,,,,鏈終止,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.1.2 燃燒基本要素與燃燒學(xué)說(shuō),圖2.3 球形容器中化學(xué)計(jì)量比條件下氫－氧混合物的爆炸極限,條件下氫－氧混合物的爆炸極限曲線呈半島狀。以在某給定的溫度（例如 ）時(shí)，沿著一根從最低壓力（1mmHg）向上到達(dá)幾個(gè)大氣壓力的垂線來(lái)觀察爆炸極限的變化。

25、,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.1.3 燃燒與火焰分類有焰燃燒：包括預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒。無(wú)焰燃燒,預(yù)混燃燒,,按火焰?zhèn)鞑C(jī)理與特征分,,爆燃,爆轟,按燃燒時(shí)的流場(chǎng)狀態(tài)分,,層流燃燒,湍流燃燒,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.1.4 燃燒的本質(zhì)從化學(xué)的觀點(diǎn)：反應(yīng)物分子結(jié)構(gòu)被破壞，原子中的外層電子重新組合，經(jīng)過(guò)一系列的中間產(chǎn)物的演變，最后形成了生成物即燃燒產(chǎn)物的過(guò)程。化學(xué)能轉(zhuǎn)化為以熱能和光能的形式被釋放出來(lái)，表現(xiàn)為火焰現(xiàn)象。從物

26、理的觀點(diǎn)：燃燒過(guò)程發(fā)生在流動(dòng)系統(tǒng)中，這種流動(dòng)可能是均相流，也可能是多相流，可以是層流也可以是湍流。同時(shí)，燃燒過(guò)程總是發(fā)生在不均勻物質(zhì)場(chǎng)的條件下，多種組分之間會(huì)發(fā)生混合、擴(kuò)散等現(xiàn)象，甚至還有物質(zhì)相態(tài)的變化。另外，燃燒引起的不均勻溫度場(chǎng)，使燃燒過(guò)程中還伴有能量的傳遞，且如外界電磁場(chǎng)、重力場(chǎng)等因素也會(huì)對(duì)燃燒過(guò)程產(chǎn)生顯著的影響。燃燒是一種物理和化學(xué)的復(fù)雜的綜合動(dòng)態(tài)過(guò)程，涉及燃燒的化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、燃燒的流體力學(xué)和傳熱傳質(zhì)基礎(chǔ)等相關(guān)

27、基礎(chǔ)理論。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì)燃燒的化學(xué)熱力學(xué)性質(zhì)化學(xué)當(dāng)量比（燃空比）,化學(xué)當(dāng)量比對(duì)燃燒過(guò)程有重要的影響。在化學(xué)計(jì)量狀態(tài)附近燃燒最快，也最容易點(diǎn)燃。稱為最佳濃度。對(duì)于擴(kuò)散慢于氧氣的燃料如乙烷等，則在稍偏富燃側(cè)達(dá)到最佳濃度，對(duì)于擴(kuò)散快于氧氣的燃料如甲烷和氫氣等，則在稍偏貧燃側(cè)達(dá)到最佳濃度。,,燃料空氣混合物的當(dāng)量濃度如何計(jì)算？,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),表2.1 五種氣體或蒸汽的空氣混

28、合物化學(xué)計(jì)量濃度和最易點(diǎn)燃濃度的對(duì)比,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì)燃燒的化學(xué)熱力學(xué)性質(zhì)焓與反應(yīng)熱：對(duì)燃燒溫度有重要影響,標(biāo)準(zhǔn)生成焓：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由自然界中穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol化合物的凈熱效應(yīng)。約定穩(wěn)定單質(zhì)的焓為零。一些典型物質(zhì)的生成焓見(jiàn)表2.2反應(yīng)熱：生成物的總焓與反應(yīng)物的總焓之差，由于一般碳?xì)湮镔|(zhì)燃燒產(chǎn)物總有H20，可以使液態(tài)和蒸汽狀態(tài)，故存在高、低位反應(yīng)熱，兩者相差水的蒸發(fā)潛熱。燃燒熱：1mol燃料完全燃

29、燒放出的熱量，也存在高位和低位燃燒熱 kJ/mol，對(duì)固體和液體常用熱值表示KJ/kg,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì)燃燒的化學(xué)熱力學(xué)性質(zhì)火焰溫度：對(duì)火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程和最終達(dá)到的壓力有影響,定容絕熱火焰溫度：在密閉空間中傳播時(shí)保持容積恒定、壁面絕熱時(shí)，火焰溫度達(dá)到的最大值，可以利用其計(jì)算得到火焰?zhèn)鞑r(shí)該密閉空間的最終壓力。UR(Tref,P0)=UP(Tad,P)定壓絕熱火焰溫度：火焰在開(kāi)敞空間傳播時(shí)（體積會(huì)發(fā)生膨脹）

30、保持壓力恒定，即得到的是定壓絕熱火焰溫度，反應(yīng)火焰的傳播能力。HR（Tad,P0）=HP(Tad,P0)在其他條件相同時(shí)，定容過(guò)程中釋放熱量全部用于加熱產(chǎn)物，因此定容絕熱火焰溫度大于定壓絕熱火焰溫度。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì)可燃性：可燃極限、極限氧濃度、自動(dòng)著火溫度或自燃溫度（AIT）、最低點(diǎn)火能量、猝熄直徑或最大試驗(yàn)安全間隙(MESG)等。,可燃極限與可燃范圍可燃下限濃度（LFL）：當(dāng)燃料濃度降低到某一個(gè)

31、臨界值時(shí)，由于混合物中燃料濃度太貧而不能維持燃燒，則該濃度稱為可燃下限（lower flammability limit 即LFL）。可燃上限濃度（UFL）：當(dāng)增加燃料濃度達(dá)到某一值時(shí)，由于混合物太富也不能維持燃燒時(shí)的燃料濃度，稱為可燃上限（upper flammability limit 即UFL）常見(jiàn)可燃?xì)怏w的可燃極限見(jiàn)表2.3,空氣中可燃?xì)怏w爆炸極限測(cè)定方法(GB/T 12474-2008),將可燃?xì)怏w與空氣按一定比例混合，用

32、電火花陰燃，改變可燃?xì)怏w濃度，直到能發(fā)生爆炸的最低和最高濃度。測(cè)定LFL時(shí)，如果在某濃度下未發(fā)生爆炸，則增大濃度直到能發(fā)生爆炸的最小濃度；如果在某濃度發(fā)生爆炸，則減小氣體濃度，直到不能發(fā)生爆炸的最大濃度，兩者的平均值即為L(zhǎng)FL，測(cè)定時(shí)，每次該變量不大于進(jìn)樣量的10%。問(wèn)題：可燃上限的測(cè)定方法？,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),可燃極限的影響因素溫度：溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，UFL會(huì)增大，LFL會(huì)降低，可燃區(qū)范圍變寬

33、。,,,Zabetakis, Lambiris et al 1959的經(jīng)驗(yàn)公式,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),可燃極限的影響因素壓力：壓力升高對(duì)LFL幾乎沒(méi)有影響（對(duì)分子密度增大不明顯）。而UFL一般會(huì)隨壓力增加而升高（分子密度增大，碰撞幾率增大，增大UFL），隨壓力降低而降低。當(dāng)壓力增加時(shí)，可燃范圍一般會(huì)增大。式中：UFLp=壓力為P時(shí)的可燃上限UFL=壓力為1atm時(shí)的可燃上限P=壓力（絕對(duì)壓力，MPa）

34、。注：可燃極限的實(shí)際測(cè)定中，實(shí)驗(yàn)用的點(diǎn)火能量、容器大小也有影響。,,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),可燃極限的近似計(jì)算Jones（1938）公式： 式中Cst為化學(xué)計(jì)量濃度，注意在空氣中還是純氧中的Cst的計(jì)算方法的區(qū)別。以碳?xì)湮镔|(zhì)為例：對(duì)燃料氧氣混合物：對(duì)燃料空氣混合物：,,,,（2.5）,,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),可燃極限的近似計(jì)算Suzuki方法：式中

35、 LFL=可燃下限 UFL=可燃上限（燃料與空氣混合物中燃料的體積百分?jǐn)?shù)） =是燃料的燃燒熱，單位103kJ/mol。,,,,（2.5）,,,,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),可燃極限的近似計(jì)算多種可燃?xì)怏w混合物的可燃極限（Le Chatelier定律）：式中 =i組分的可燃下限； =i組分的可燃上限；

36、 yi=i組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù),,,,（2.5）,,,,,,（2.16）,,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,可燃極限圖,,,,,,,,,,,圖2.5 大量實(shí)驗(yàn)得到的可燃極限圖其中的A點(diǎn)表示了混合物的組成情況。三個(gè)頂點(diǎn)表示純氧氣、純氮?dú)夂图內(nèi)剂希谌龡l邊上的點(diǎn)表示只有兩種組分。虛線區(qū)域?yàn)榭扇紖^(qū)。由R和S兩種混合氣體組成的混合物，則該混合物位于可燃性圖中R點(diǎn)和S點(diǎn)的連線上。如果用S混合物持續(xù)稀釋R混合物，則混合物所處的點(diǎn)會(huì)沿著直線在點(diǎn)R

37、和S之間移動(dòng)。,對(duì)于落在通過(guò)頂點(diǎn)（純組分）的某條直線上的混合物，則其他另外兩種組分的摩爾分?jǐn)?shù)之比在整個(gè)直線上為常數(shù)值。其中包括化學(xué)計(jì)量組成線和空氣線?？梢酝ㄟ^(guò)讀取化學(xué)計(jì)量組成線與穿過(guò)LFL的水平線的交點(diǎn)的氧氣濃度來(lái)估算LOC值，也即有方程：,對(duì)燃燒反應(yīng)：1fuel+zO2→Products沿化學(xué)計(jì)量線有：當(dāng) 時(shí)，則有：,常溫常壓下乙烯的可燃極限圖,常溫常壓下甲烷的可燃極限圖,,,乙烯的可燃范圍

38、要比甲烷的可燃范圍大得多，即乙烯的可燃上限比對(duì)應(yīng)的甲烷的可燃上限要高。在可燃上限附近，即在可燃區(qū)的富燃部分，燃燒產(chǎn)生大量煙塵?？扇紖^(qū)的下邊界幾乎成水平直線，因而可以用LFL近似可燃區(qū)的下邊界。,思考：一個(gè)盛裝有純甲烷的儲(chǔ)罐，為確保在進(jìn)行檢修期間工人安全呼吸，需用空氣來(lái)置換儲(chǔ)罐中的甲烷，檢修完畢后，要將儲(chǔ)罐內(nèi)的空氣排出掉，重新投入使用?？紤]這兩種情況下，如何避開(kāi)可燃區(qū)？,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),極限氧濃度含義

39、：能傳播火焰的混合物中的氧氣濃度的最低值，該最低氧濃度的值即為極限氧濃度（LOC），當(dāng)混合物的氧氣濃度低于該值時(shí)，由于缺氧而不能持續(xù)燃燒，因而不可能發(fā)生火災(zāi)或爆炸。確定方法：可燃極限圖上，畫(huà)一條平行于燃料軸且與可燃區(qū)相切的直線，該直線與氧軸的交點(diǎn)即是LOC點(diǎn)。LOC值的影響因素：與燃料種類、溫度、壓力和惰性氣體有關(guān)。表2-5中給出了許多常見(jiàn)可燃物質(zhì)的LOC的值。同時(shí)，表中二氧化碳作惰性氣體和氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w時(shí)的LOC值不同。,第二章

40、 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),自動(dòng)著火溫度（或自燃溫度）AIT含義：指其空氣混合物在沒(méi)有任何外界點(diǎn)火源時(shí)發(fā)生著火的最低溫度，也即這種混合物可能發(fā)生自燃，通常也稱為自燃溫度。影響因素：自動(dòng)著火溫度受燃料種類、壓力、實(shí)驗(yàn)容器的體積、是否存在催化劑、流動(dòng)條件等。因此，在測(cè)定自動(dòng)著火溫度時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定條件應(yīng)盡可能與工藝條件相符。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),基本性質(zhì)隨壓力增加而降低；當(dāng)混合物向貧燃或富燃變化

41、時(shí)，AIT值增加；當(dāng)氧濃度增加時(shí)，AIT值降低；當(dāng)存在催化表面（包括銹蝕的管道等）或存在燃燒敏化劑（如NOX）時(shí),AIT值降低。通常當(dāng)實(shí)驗(yàn)容器的容積增大時(shí)，AIT值也會(huì)降低。另外，自動(dòng)著火過(guò)程也存在相應(yīng)的誘導(dǎo)期或著火延遲時(shí)間。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),最低點(diǎn)火能量（MIE）含義：在給定的實(shí)驗(yàn)條件下，點(diǎn)火源在可燃混合物中釋放能量能引起火焰向外進(jìn)行無(wú)限傳播時(shí)的最低能量值。最低點(diǎn)火能量的最小值發(fā)生在處于化學(xué)計(jì)

42、量濃度附近（也稱為最佳爆炸濃度濃度）。表2.7 給出了部分氣體的最低點(diǎn)火能量（Glassman，1996）。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),關(guān)于最低點(diǎn)火能量的一般性結(jié)論：對(duì)大多數(shù)可燃?xì)怏w，其最低點(diǎn)火能量常采用0.25mJ，但其最低點(diǎn)火能量一般不會(huì)低于0.10mJ。一些特定的物質(zhì)（如氫氣）的最低點(diǎn)火能量可能低于0.10mJ。對(duì)可燃?xì)怏w空氣混合物，在化學(xué)計(jì)量濃度附近得到的MIE值最低（不一定是在化學(xué)計(jì)量濃度值），且

43、當(dāng)燃料濃度增加或降低時(shí)，MIE值也會(huì)從MIE的最低值開(kāi)始增加或降低。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),對(duì)大多數(shù)可燃粉塵，盡管隨粉塵種類、粒徑等的不同存在很大的變化，粉塵的MIE值通常約為10mJ。溫度升高時(shí)，MIE值降低。當(dāng)壓力增加時(shí)，MIE值降低。惰性氣體濃度增加時(shí)，MIE值增加。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),猝熄距離、猝熄直徑與最大試驗(yàn)安全間隙（MESG） 猝熄距離與猝熄直徑：淬熄距離指剛

44、剛能夠維持火焰?zhèn)鞑サ膬善桨逯g的最小間距為淬熄距離。剛剛能夠維持火焰?zhèn)鞑サ淖钚」軓郊粹ㄖ睆健?在18個(gè)不同直徑的圓孔中均充滿待測(cè)的可燃混合氣，燃料燃燒后火焰同時(shí)傳入這18個(gè)圓孔中，根據(jù)熱電偶的溫度指示來(lái)判斷火焰在多大直徑的孔中熄滅，以確定猝熄直徑。,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),猝熄距離、猝熄直徑與最大試驗(yàn)安全間隙（MESG）最大試驗(yàn)安全間隙（MESG）：在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)條件下，殼內(nèi)所有濃度的被試氣體或蒸氣空氣的混

45、合物點(diǎn)燃后，通過(guò)25mm長(zhǎng)的接合面均不能點(diǎn)燃?xì)ね獗ㄐ詺怏w混合物的外殼空腔兩部分之間的最大間隙。測(cè)定：GB3836.11-91“爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備最大試驗(yàn)安全間隙測(cè)定方法”。 表2.8 給出了部分可燃物質(zhì)的最大試驗(yàn)安全間隙。,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),猝熄距離、猝熄直徑與最大試驗(yàn)安全間隙（MESG）,,a－標(biāo)準(zhǔn)外殼內(nèi)腔；b－試驗(yàn)箱內(nèi)腔；c－千分表；d－泵；e－阻火器；f－觀察窗；m、i－閥門；h

46、－點(diǎn)火電極；k－標(biāo)準(zhǔn)外殼下殼體；l－標(biāo)準(zhǔn)外殼上殼體圖2.14 最大試驗(yàn)安全間隙的測(cè)定裝置,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),最低點(diǎn)燃電流（MIC）比 采用電感放電火花點(diǎn)燃最易爆炸濃度的氣體或蒸汽混合物所需的最低電流與點(diǎn)燃相同試驗(yàn)條件下甲烷所需的最低電流之比。作為最大試驗(yàn)安全間隙的替代參數(shù)，可以用此參數(shù)來(lái)將電氣設(shè)備場(chǎng)所存在的可燃?xì)怏w、液體進(jìn)行分級(jí)。,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),爆炸強(qiáng)度：包

47、括最大爆炸壓力、爆炸壓力上升速率和爆炸指數(shù)等參數(shù)，反映了爆炸的潛在破壞能力。 最大爆炸壓力和壓力上升速率：,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),最大爆炸壓力和壓力上升速率：,,圖2.16、17 由10%甲烷、70%氮?dú)夂?0%氧氣組成的混合氣在20L實(shí)驗(yàn)容器中的壓力－時(shí)間曲線（初始溫度和初始?jí)毫Ψ謩e為25℃和1atm）。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),立方根定律與爆炸指數(shù)：當(dāng)其他實(shí)驗(yàn)條件保持不變的情況

48、下，隨實(shí)驗(yàn)容積的增大，最大爆炸壓力基本保持為常數(shù)，而壓力曲線的最大斜率（即壓力速率）逐漸減小。,,,KG稱為爆燃指數(shù)，反應(yīng)速率越大，爆燃指數(shù)越大，爆炸越猛烈。 表2.10給出了典型氣體的最大爆炸壓力和爆燃指數(shù)。,,Bartknecht 1984提出的立方根定律，適用范圍：≥16L（氣體）≥40L（粉塵）,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.2 燃燒的性質(zhì),幾點(diǎn)需要注意的問(wèn)題不同研究者之間得到的最大爆炸壓力一致性較好，但爆燃指數(shù)差異較大。

49、最大爆炸壓力上升速率與火焰?zhèn)鞑ニ俾手苯酉嚓P(guān)，其反映了燃燒過(guò)程的快慢。立方根定律是大量實(shí)驗(yàn)獲得經(jīng)驗(yàn)定律，爆燃指數(shù)可用于衡量爆炸的強(qiáng)弱，從而用于泄爆面積的計(jì)算；根據(jù)立方根定律可以在一定尺度范圍內(nèi)推算不同尺容器內(nèi)爆炸的壓力上升速率。無(wú)論是最大爆炸壓力還是爆燃指數(shù)均非物質(zhì)固有的性質(zhì)，而與實(shí)驗(yàn)方法和條件有關(guān)。,,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.3 火焰?zhèn)鞑?dòng)力學(xué)特征2.3.1 燃燒速度與火焰速度兩個(gè)基本概念：燃燒速度U（burning

50、velocity）：火焰相對(duì)于其前方未燃?xì)怏w的傳播速率。也稱基本燃燒速度，表征了反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵晌锏目炻?，是混合物的基本性質(zhì)?；鹧嫠俣萐（flame speed）：火焰陣面相對(duì)于固定參考點(diǎn)的速度。,,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.3.1 燃燒速度與火焰速度火焰陣面結(jié)構(gòu)與傳播機(jī)理層流火焰陣面結(jié)構(gòu),,,傳播機(jī)理：反應(yīng)區(qū)通過(guò)導(dǎo)熱加熱，預(yù)熱區(qū)通過(guò)擴(kuò)散向反應(yīng)區(qū)供給燃料和氧氣。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.3.1 燃燒速度與火焰速度

51、湍流火焰陣面結(jié)構(gòu)與傳播機(jī)理,,,湍流火焰形成機(jī)制與湍流火焰速度的增加：流體不穩(wěn)定性（Taylor不穩(wěn)定性等）導(dǎo)致火焰陣面彎曲褶皺；激波誘導(dǎo)未燃?xì)怏w運(yùn)動(dòng)形成湍流流動(dòng)，增強(qiáng)了輸運(yùn)作用。同時(shí)，湍流條件下火焰陣面上的燃燒速度稍有增大。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.3.1 燃燒速度與火焰速度需要注意的兩個(gè)問(wèn)題可燃?xì)庠品秶鷥?nèi)布置的各種設(shè)備、管道等，以及管道內(nèi)的彎道、閥門等都存在湍流產(chǎn)生機(jī)制，如果具有足夠的轉(zhuǎn)變距離，層流燃燒也可能發(fā)展形成

52、湍流燃燒。管口壁面邊界層附近的氣體速度較低，低于燃燒速度時(shí)，管口火焰也可能發(fā)生回火現(xiàn)象。因此，要求管道直徑必須大于某個(gè)猝熄臨界直徑避免形成回火現(xiàn)象。,,,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.3.2 火焰加速與爆燃向爆轟的轉(zhuǎn)變（DDT）,,,氣體爆轟形成機(jī)制：在弱點(diǎn)火條件下，如果L/D足夠大，火焰從較慢的速度逐漸轉(zhuǎn)變形成加速湍流火焰，并達(dá)到某個(gè)臨界狀態(tài)時(shí)，會(huì)生成激波轉(zhuǎn)變成為爆轟波，并誘導(dǎo)產(chǎn)生過(guò)驅(qū)爆轟，過(guò)驅(qū)爆轟衰減后形成穩(wěn)態(tài)爆轟傳播，也即SWA

53、CER機(jī)理。也可以在射流火焰等強(qiáng)點(diǎn)火作用下直接觸發(fā)形成爆轟。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.3.1 燃燒速度與火焰速度,,,湍流火焰加速,障礙物誘導(dǎo)湍流加速火焰,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,2.3.1 燃燒速度與火焰速度,,,湍流導(dǎo)致火焰加速的正反饋機(jī)制,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.3.3 爆轟 爆轟波：爆轟激波是由燃燒驅(qū)動(dòng)的激波傳播，其火焰陣面在未燃混合物中以超音速傳播。傳播速度取決于混合物種類、初始溫度和壓力等因素，可達(dá)100

54、0-3500m/s范圍。 爆轟波結(jié)構(gòu)與爆轟波模型：爆轟波是由激波壓縮和未燃介質(zhì)點(diǎn)火導(dǎo)致的化學(xué)能釋放來(lái)支持的，火焰陣面與激波陣面在時(shí)間和空間上耦合在一起。CJ模型：將爆轟波處理成沒(méi)有厚度的反應(yīng)速率無(wú)窮大的間斷。ZND模型：在CJ模型的基礎(chǔ)上，ZND模型認(rèn)為爆轟波由激波和緊靠激波陣面的反應(yīng)區(qū)（即火焰）構(gòu)成，反應(yīng)區(qū)的厚度由反應(yīng)速率確定。 ZND模型給出的爆轟速度和爆轟壓力與CJ模型一致，兩者唯一的差別就是ZND模型考慮了爆轟波

55、的厚度。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,在一端封閉的管道中爆轟傳播時(shí)的壓力-距離剖面 (即在管道封閉端x = 0),管道中爆燃傳播時(shí)的壓力-距離圖,爆燃與爆轟波形的區(qū)別,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,壓力疊加效應(yīng) 如果燃燒發(fā)生在相互連接的容器中，當(dāng)燃燒處于爆燃模式時(shí)，壓力陣面的傳播速度要比反應(yīng)陣面高得多，就會(huì)形成這種壓力疊加效應(yīng)（pressure piling），如圖所示。,相互連接的容器中的壓力疊加效應(yīng),第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象

56、,,,2.4 火災(zāi)與爆炸破壞效應(yīng)2.4.1 熱效應(yīng)：池火災(zāi)、閃燃火災(zāi)、射流火災(zāi)或火球，以及氣體、液霧或粉塵爆炸過(guò)程中，由于反應(yīng)的放熱性，必然對(duì)周圍人員、設(shè)備或建筑物等具有熱效應(yīng)?；馂?zāi)而言，熱輻射是其重要的危害形式之一。表2.11 人體暴露在熱輻射時(shí)達(dá)到疼痛閥值的時(shí)間。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.4 火災(zāi)與爆炸破壞效應(yīng),Schubach（1995）對(duì)熱輻射問(wèn)題進(jìn)行了綜述，他建議將輻射強(qiáng)度4.7kw/m2作為傷害閥值。在該強(qiáng)度的輻

57、射作用下，人體在不受任何遮蔽地經(jīng)受30秒即可能受到傷害。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.4 火災(zāi)與爆炸破壞效應(yīng),熱輻射對(duì)材料的作用：熱輻射作用于材料會(huì)發(fā)生反射、部分吸收或透射，材料對(duì)吸收熱輻射并被加熱，從而使材料被破壞。表2.12給出了熱輻射對(duì)人的影響。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.4.2 爆炸波及其破壞作用,基本概念 壓力波、爆炸波與激波：當(dāng)在氣體中發(fā)生爆炸時(shí)，則所釋放出來(lái)的能量引起氣體快速膨脹，壓縮周圍的空氣介質(zhì)，形成壓

58、力波，并從爆源位置向外傳播，其具有的能量對(duì)周圍環(huán)境可以造成破壞。在空氣中傳播的壓力波稱為爆炸波（blast wave）。如果壓力波陣面壓力的變化非常陡峭，則稱為激波或沖擊波（shock wave）或激波陣面（shock front）。,給定時(shí)刻的激波波形,某固定位置上的激波壓力波形,氣云爆炸典型的壓力波波形,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.4.2 爆炸波及其破壞作用,正相作用、負(fù)相作用：一般情況下，負(fù)相造成的破壞較小，但在超大型或核爆

59、炸中也會(huì)造成極大的破壞。 爆風(fēng)：激波傳播誘導(dǎo)其后方的氣體跟隨激波運(yùn)動(dòng)。 爆炸沖量：壓力－時(shí)間曲線所包圍的面積。 側(cè)向超壓（side-on overpressure）：在與爆炸傳播方向相互垂直方向上則所測(cè)得的壓力，也稱自由場(chǎng)超壓（free field overpressure），簡(jiǎn)稱超壓。 反射超壓：與激波發(fā)生正碰的大型墻體中間，則所測(cè)得的壓力稱為反射超壓（reflected overpressure），反映了激波壓力的大小及爆風(fēng)

60、作用于物體時(shí)的動(dòng)態(tài)壓力（dynamic pressure）的大小，弱爆炸時(shí)約為入射壓力的兩倍，強(qiáng)激波則可達(dá)8倍。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.4.2 爆炸波及其破壞作用,爆炸后不同時(shí)刻的超壓曲線,爆炸波的傳播：由于氣體的粘性耗散，激波發(fā)生衰減。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.4.2 爆炸波及其破壞作用,爆炸沖擊引起的破壞作用：取決于多種因素，包括爆炸波的波形、持續(xù)時(shí)間和幅值大?。晃矬w與爆源之間的距離（standoff dist

61、ance）；物體的方位和尺寸，以及結(jié)構(gòu)物的類型等。 對(duì)人體的作用：爆炸波或激波的壓縮作用，然后受到爆風(fēng)的拖拽作用，因而使人體發(fā)生平移，并與物體發(fā)生碰撞。此外，還有破片對(duì)人造成傷害。 對(duì)設(shè)備、建筑物的作用,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.4.2 爆炸波及其破壞作用,正面：激波反射形成很高的超壓，同時(shí)還有稀疏波作用；外緣和背面：形成渦旋，產(chǎn)生一定的壓差，形成瞬態(tài)力作用。爆風(fēng)：拖拽作用。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.5 氣云

62、爆炸及其危險(xiǎn)性估算,2.5.1 氣云爆炸發(fā)生階段與特征,高壓泄露,彌散形成大范圍的可燃?xì)庠?爆炸效應(yīng)取決于火焰速度,延遲1-5min點(diǎn)火,引起射流湍流,湍流生成利于火焰加速，但大多為爆燃,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.5 氣云爆炸及其危險(xiǎn)性估算,2.5.1 氣云爆炸發(fā)生階段與特征 湍流形成機(jī)制與泄漏過(guò)程本身有關(guān)的湍流（例如射流泄漏或容器發(fā)生災(zāi)難性失效時(shí)導(dǎo)致的爆炸性彌散氣云）；火焰?zhèn)鞑ネㄟ^(guò)擁塞空間時(shí)，由于管道、泵站、閥門、容器

63、和其他工藝設(shè)備等障礙物作用，火焰前方受已燃?xì)怏w膨脹產(chǎn)生的湍流；由于如通風(fēng)系統(tǒng)、粗糙的換熱管以及風(fēng)扇等外部物體誘導(dǎo)產(chǎn)生的湍流。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.5 氣云爆炸及其危險(xiǎn)性估算,2.5.1 氣云爆炸發(fā)生階段與特征 破壞性超壓形成的條件所泄漏的物料是可燃的。在點(diǎn)火發(fā)生前，必須形成足夠規(guī)模的氣云。如果氣云范圍太小，或者過(guò)早點(diǎn)燃，只是會(huì)形成較小的火球，而不會(huì)有較高的超壓。與空氣混合，形成質(zhì)量足夠且在可燃濃度范圍內(nèi)的氣云。

64、如果沒(méi)有與空氣充分混合，可能會(huì)形成由擴(kuò)散控制的火球，而不會(huì)形成較高的超壓。當(dāng)氣云燃燒時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣缺仨毮芗铀賯鞑ァＨ绻麤](méi)有火焰的加速，只會(huì)形成閃燃，閃燃產(chǎn)生的破壞是由于熱輻射和直接火焰作用所致。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.5 氣云爆炸及其危險(xiǎn)性估算,2.5.2 氣云爆炸危險(xiǎn)性的估算 基本思路：在搞清氣云爆炸即的詳細(xì)機(jī)理之前，可將實(shí)際爆炸與已知的燃料爆炸特性相比較。TNT當(dāng)量法：與凝聚相炸藥TNT爆炸波特性相比描述凝聚相

65、炸藥爆炸場(chǎng)特征的術(shù)語(yǔ) 比例距離（scaled distance）z： R=到爆心的距離，W=TNT裝藥質(zhì)量,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.5 氣云爆炸及其危險(xiǎn)性估算,2.5.2 氣云爆炸危險(xiǎn)性的估算 比例峰值超壓Ps（scaled peak side-on overpressure ）p0=峰值側(cè)向超壓，Pa=環(huán)境絕對(duì)壓力 比例沖量is（scaled impulse）：

66、a0=空氣聲速，E=爆炸能量,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.5 氣云爆炸及其危險(xiǎn)性估算,2.5.2 氣云爆炸危險(xiǎn)性的估算,地面TNT爆炸超壓曲線對(duì)猛炸藥（如TNT）爆轟產(chǎn)生的激波，激波超壓與TNT裝藥質(zhì)量有明確的關(guān)系（自相似原理、Hopkinson比例定律），如圖所示是TNT裝藥地面爆炸時(shí)沖量和超壓與距離的關(guān)系（自由空氣中TNT質(zhì)量減半考慮，因?yàn)榭紤]到地面反射作用）。,第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.5 氣云爆炸及其危險(xiǎn)性估算,

67、2.5.2 氣云爆炸危險(xiǎn)性的估算,氣云爆炸TNT當(dāng)量的計(jì)算：假設(shè)在當(dāng)量能量的基礎(chǔ)上，參與爆炸的燃料與TNT爆炸產(chǎn)生的爆炸場(chǎng)相似，即有： 式中 W=TNT當(dāng)量質(zhì)量 =爆炸效能系數(shù)（也稱當(dāng)量系數(shù) equivalency factor、場(chǎng)系數(shù) field factor或效能系數(shù)efficie

68、ncy factor）,大多數(shù)可燃?xì)庠贫荚?%－10%之間變化。 m=可燃?xì)怏w的質(zhì)量 Ec=可燃?xì)怏w的燃燒熱 ETNT =TNT爆炸能量(4602kJ/kg),第二章 燃燒與爆炸現(xiàn)象,,,2.5 氣云爆炸及其危險(xiǎn)性估算,2.5.2 氣云爆炸危險(xiǎn)性的估算,TNT當(dāng)量法進(jìn)行爆炸破壞估算的步驟確定爆炸過(guò)程中涉及的可燃物料的量?？梢愿鶕?jù)泄漏量或擴(kuò)散模型來(lái)進(jìn)行估算（AIChE，