化工生产防火防爆技术应用

1、第第七七章章 化工生产防火防爆技术化工生产防火防爆技术 第一节第一节 燃烧与爆炸燃烧与爆炸 第二节第二节 防火防爆防火防爆的基本措施的基本措施 第三节第三节 消防灭火技术消防灭火技术 燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应。燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应。 a)有可燃物存在；有可燃物存在； b)有助燃物存在；有助燃物存在； c) 有点火源。有点火源。 1.燃烧：燃烧： 2. 燃烧条件（必要）燃烧条件（必要）: 第一节第一节 燃烧的基础知识燃烧的基础知识 放热放热 燃烧特征：燃烧特征： 发光发光 生成新物质生成新物质 燃烧充分条件：燃烧充分条件：三个必要条件达到足够的量才能发生。三个必要

2、条件达到足够的量才能发生。 1.气体的燃烧 情况简单，比较容易燃烧 第一节第一节 燃烧的基础知识燃烧的基础知识 2.液体的燃烧 通常先蒸发成气态，而后蒸气氧化分解开始燃烧。 3.固体的燃烧 熔化 蒸发或分解 燃烧燃烧 蒸气燃烧蒸气燃烧 分解燃烧分解燃烧 二、燃烧的过程二、燃烧的过程 固 体 液 体 气 体 熔化蒸发 蒸 发 或分解 氧 化 分 解 着 火 燃 烧 物质燃烧时的温度变化 诱导期越短物质越易燃烧。氢的诱导期只有0.01秒。 三、燃烧类型 （1）闪燃和闪点 各种可燃液体的表面空间由于温度的影响，都有一 定量的蒸气存在，这些蒸气与空气混合后，一旦遇到点 火源就会出现瞬间火苗或闪光，这种

3、现象称为闪燃闪燃。 引起闪燃的最低温度称为闪点闪点。 闪点是液体可以引起火灾危险的 最低温度。液体的闪点越低，它的火液体的闪点越低，它的火 灾危险性越大。灾危险性越大。 表1-1 某些可燃液体的闪点 （2）自燃和自燃点 可燃物质在没有外界火源的直接作用下，常温中自行 发热，或由于物质内部的物理（如辐射、吸附等）、化学（ 如分解、化合等）、生物（如细菌的腐蚀作用）反应过程所 提供的热量聚积起来，使其达到自燃温度，从而发生自行燃 烧的现象，叫做自燃自燃。 自燃时可燃物由于受到外界热源间接加热，受热比较自燃时可燃物由于受到外界热源间接加热，受热比较 均匀，发生燃烧时可燃物整体温度较高，燃烧几乎是在整

4、均匀，发生燃烧时可燃物整体温度较高，燃烧几乎是在整 个可燃物或相当大的范围内同时发生。个可燃物或相当大的范围内同时发生。 自燃的最低温度，称为自燃点自燃点。 响液体、气体可燃物自燃点的主要因素：压力：压力越高，自燃点越低 ；氧浓度：混合气中氧浓度越高，自燃点越低；催化：活性催化剂能降 低自燃点，钝性催化剂能提高自燃点；容器的材质和内径：器壁的不同 材质有不同的催化作用；容器直径越小，自燃点越高。 影响固体可燃物自燃点的主要因素：受热熔融：熔融后可视液体、气体 的情况；挥发物的数量：挥发出的可燃物越多，其自燃点越低；固体的 颗粒度：固体颗粒越细，其比表面积就越大，自燃点越低；受热时间： 可燃固体

5、长时间受热，其自燃点会有所降低。 自然可分为受热自然和自热自然 受热自然，如生产中可燃物由于接触高温表面、加热和烘烤过度、冲 击摩擦等导致燃烧。 自热自然，是由于本身的（1）氧化发热；（2）分解放热；（3 ）聚合放热；（4）吸附放热；（5）发酵放热；（6）活性物质遇 水；（7）可燃物与强氧化剂的混合。致使物质温度升高达到自然点 而燃烧的现象。 大体可分为4类： （1）自然点低的物质，如磷、磷化物；（2）与空气、氧发热自然 ，如油脂类、金属粉尘及金属硫化物，活性炭、木炭等；（3）分解 发热物质，如硝化棉；（4）产生聚合热、发酵热的物质，如干草、 湿木屑。 表1-2 某些可燃物质的自燃点 (3)

6、着火和着火点 足够的可燃物质在有足够的助燃物质存在下，遇明 火而引起持续燃烧的现象，称为着火着火。 使可燃物发生持续燃烧的最低温度，称为着火点着火点， 又叫燃点燃点。 表1-3 某些可燃物质的燃点 问题讨论问题讨论 物质在燃烧过程中，温度将发生 什么样的变化？人为控制燃烧的关键 在什么时期？ 燃烧产物 燃烧产物不少是毒害气体，往往会通过呼吸道侵入或刺激眼结膜、皮 肤黏膜使人中毒甚至死亡。据统计，火灾中死亡的人约80%是由于吸 入毒性气体中毒而致死的。 燃烧速度 （一）气体燃烧速度 由于气体的燃烧不需要象固体、液体那样经过熔化、 蒸发等过程，所以燃烧速度很快。气体的燃烧速度随 物质的组成不同而异

7、。简单气体燃烧如氢气只需受热、 氧化等过程；而复杂的气体如天然气、乙炔等则要经 过受热、分解、氧化过程才能开始燃烧。因此，简单 的气体比复杂的气体燃烧速度快。在气体燃烧中，扩 散燃烧速度取决于气体扩散速度，而混合燃烧速度则 取决于本身的化学反应速度；在通常情况下混合燃烧 速度高于扩散燃烧速度。气体的燃烧性能也常见火焰 传播速度来衡量，一些气体与空气的混合物在254 毫米直径的管道中火焰传播速度的试验数据见表。 (二)液体燃烧速率 液体燃烧速率取决于液体的蒸发。其燃烧速率有下面两种表示方法： (1)质量速率 质量速率指每平方米可燃液体表面，每小时烧掉的液体的质量。 (2)直线速率 直线速率指每小

8、时烧掉可燃液层的高度。 液体的燃烧过程是先蒸发而后燃烧。易燃液体在常温下蒸气压就很高， 因此有火星、灼热物体等靠近时便能着火。之后，火焰会很快沿液体表 面蔓延。另一类液体只有在火焰或灼热物体长久作用下，使其表层受强 热大量蒸发才会燃烧。故在常温下生产、使用这类液体没有火灾或爆炸 危险。这类液体着火后，火焰在液体表面上蔓延得也很慢。 为了维持液体燃烧，必须向液体传人大量热，使表层液体被加热并蒸 发。火焰向液体传热的方式是辐射。故火焰沿液面蔓延的速率决定于液 体的初温、热容、蒸发潜热以及火焰的辐射能力。表7-7列出了几种常 见易燃液体的燃烧速率。 （三）固体燃烧速率 固体燃烧速率，一般要小于可燃液

9、体和可燃气体。不同 固体物质的燃烧速率有很大差异。萘及其衍生物、三硫化 磷、松香等可燃固体，其燃烧过程是受热熔化、蒸发气化、 分解氧化、起火燃烧，一般速率较慢。而另外一些可燃固 体，如硝基化合物、含硝化纤维素的制品等，燃烧是分解 式的，燃烧剧烈，速度很快。可燃固体的燃烧速率还取 决于燃烧比表面积，即燃烧表面积与体积的比值越大，燃 烧速率越大，反之，则燃烧速率越小。 二、爆炸二、爆炸 1爆炸的定义 爆炸是物质发生急剧的物理、化学变化，在瞬间释 放出大量的能量并伴有巨大声响的过程。 爆炸现象一般具有如下特征： 1. 爆炸过程进行得很快；爆炸过程进行得很快； 2.爆炸点附近压力急剧升高，产生冲击波；

10、爆炸点附近压力急剧升高，产生冲击波； 3.发出或大或小的响声；发出或大或小的响声； 4.使周围建筑物或者装置发生震动或遭受破使周围建筑物或者装置发生震动或遭受破 坏。坏。 2爆炸的分类 （1）物理爆炸 物理爆炸是指物质的物理状态发生急剧变 化而引起的爆炸。 物质的化学成分和化学性质在物理爆炸后均不发生变化。 （2）化学爆炸 化学爆炸是指物质发生急剧化 学反应，产生高温、高压而引起的爆炸。 化学爆炸又可以进一步分为爆炸物分解爆 炸、爆炸物与空气的混合爆炸两种类型。 爆炸物分解爆炸是爆炸物在爆炸时分解为 较小的分子或其组成元素。爆炸物的组成 元素中如果没有氧元素，爆炸时则不会有 燃烧反应发生，爆炸

11、所需要的热量是由爆 炸物本身分解产生的。属于这一类物质的 有叠氮铅、乙炔银、乙炔铜、碘化氮、氯 化氮等。爆炸物质中如果含有氧元素，爆 炸时则往往伴有燃烧现象发生。各种氮或 氯的氧化物、苦味酸即属于这一类型。爆 炸性气体、蒸气或粉尘与空气的混合物爆 炸，需要一定的条件，如爆炸性物质的含 量或氧气含量以及激发能源等。因此其危 险性较分解爆炸为低，但这类爆炸更普遍 ，所造成的危害也较大。 （一）按性质分类 （二）按爆炸速度分类 (1)轻爆爆炸传播速度在每秒零点几米至数米之间的爆炸过 程； (2)爆炸爆炸传播速度在每秒十米至数百米之间的爆炸过 程； (3)爆轰爆炸传播速度在每秒1千米至数千米以上的爆炸

12、过程。 实际上任何可燃物质，当其成粉尘形式与空气以适当比例混合时，被热、火花 、火焰点燃，都能迅速燃烧并引起严重爆炸。许多粉尘爆炸的灾难性事故的发生，都是 由于忽略了上述事实。谷物、面粉、煤的粉尘以及金属粉末都有这方面的危险性。化肥 、木屑、奶粉、洗衣粉、纸屑、可可粉、香料、软木塞、硫磺、硬橡胶粉、皮革和其他 许多物品的加工业，时有粉尘爆炸发生。为了防止粉尘爆炸，维持清洁十分重要。所有 设备都应该无粉尘泄漏。爆炸卸放口应该通至室外安全地区，卸放管道应该相当坚固， 使其足以承受爆炸力。真空吸尘优于清扫，禁止应用压缩空气吹扫设备上的粉尘，以免 形成粉尘云。 屋顶下裸露的管线、横梁和其他突出部分都应

13、该避免积累粉尘。 （三）粉尘爆炸 影响粉尘爆炸的因素？（提问） 案例案例1-1 2004年，浙江省台 州市某制药厂，发生甲苯反应釜 爆炸事故，造成二人死亡，一人 受伤。事故的主要原因是某车间 的液氨、甲苯等化工原料泄漏遇 高温而引发爆炸。 2爆炸极限 （1）爆炸极限 可燃气体、可燃液体的蒸气或可燃粉尘、纤维与空气形 成的混合物遇火源会发生爆炸的极限浓度称为爆炸极限爆炸极限。 爆炸下限：在空气中能引起爆炸的最低浓度称为爆炸下限； 爆炸上限：在空气中能引起爆炸的最高浓度称为爆炸上限。 混合物中可燃物浓度低于爆炸下限时，因含有过量的空 气，空气的冷却作用阻止了火焰的蔓延；混合物中可燃物浓 度高于上限

14、时由于空气量不足，火焰也不能蔓延，所以，浓 度低于下限或高于上限时都不会发生爆炸。只有在爆炸下限爆炸下限 和爆炸上限范围之间才有爆炸危险和爆炸上限范围之间才有爆炸危险。 表： 某些常见物质的爆炸极限 注：根据爆炸极限可以知道它们的危险程度。 (2)危险度 可燃气体或蒸汽的危险度的计算公式为：H(危 险度)=（爆炸上限-爆炸下限）/爆炸下限，所 以只需要查出一种物质的爆炸上下限即可算出 其爆炸危险度. （2） 爆炸极限的影响因素 爆炸极限不是固定的数值，而是受一系列因素的影响而变 化。影响爆炸极限的因素主要有以下几点。 初始温度 混合物初始温度越高，爆炸极限范围增大。 初始压力 系统初始压力增高

15、，爆炸极限范围也扩大。 惰性气体含量 爆炸性混合物中惰性气体含量增加，其爆炸极限范围缩小 。当惰性气体含量增加到某一值时，混合系不再发生爆炸。 容器 容器的材质和尺寸对物质爆炸极限均有影响。若容器材 质的传热性能好，则由于器壁的热损失大，混合气体的热量 难于积累，而导致爆炸范围变小。容器或管道直径越小，爆 炸极限范围越小。 点火源 火花能量、热表面的面积、火源与混合物的接触时间等 ，对爆炸极限均有影响。 光对爆炸极限也有影响。在黑暗中，氢与 氯的反应十分缓慢，在光照下则会发生连锁反 应引起爆炸。 其他因素： 第二节第二节 防火防爆技术防火防爆技术 1物料的火灾危险性的评价 （1）气体 爆炸极限

16、和自燃点是评价气体火灾爆炸危险的主要指标。 （2） 液体 闪点和爆炸温度极限是评价液体火灾爆炸危险性的主要指标。 （3）固体 固体的火灾爆炸危险性评价主要指标取决于固体的熔点、 着火点、燃点、自燃点、比表面积及热分解性能等。 燃点是评价固体物质火灾危险性的主要指标。 2.非互溶性危险物 （1）毒性危险 （2）反应危险 （3）水敏性危险 如：钾、钠、碳化钙 3工艺装置的火灾爆炸危险 化工装置的火灾和爆炸事故，主要原因可以归纳为以下五 项，各项中都包含一些小的条目。 （1）装置有隐患 高压装置中高温、低温部分材料选型不适当； 接头结构和材料选型不适当； 有易使可燃物着火的电热装置； 防静电措施不够

17、完善； 装置开始运转时无法预料的影响。 （2）操作失误 阀门的误开或误关； 燃烧装置点火不当； 违规使用明火。 （3）装置故障 贮罐容器、配管的破损； 泵和机械的故障； 测量和控制仪表的故障。 （4）不停产检修设备 带压力切断配管连接部位时发生无法控制的泄漏； 破损配管没有修复，在压力下降的条件下恢复运转，升 压后物料泄漏； 不知装置中有压力，而误将配管从装置上断开； 在加压条件下，某一物体掉到装置的脆弱部分而发生破 裂。 （5）异常化学反应 反应物质匹配不当； 不正常的聚合、分解等； 安全装置配备不合理或不齐全。 第三节 防火防爆的技术措施 案例1-3 2004年，吉林市某商厦发 生特大火灾

18、，造成54人死亡、70余人受伤 。火灾是由商厦伟业电器行雇员于某在仓 库吸烟引发。一个小小的烟头上演了一场 特大火灾事故，致使54人的生命死于火海 。 由此可见，禁止和控制点火源，是防 止燃烧的必要条件的形成是万分重要的。 1点火源的安全控制 （1）明火 （2）摩擦与撞击产生的高温与火花 （3）高温热表面 （4）电气火花 2.防爆电气设备的选用 （1）爆炸火灾危险场所的分类 （2）防爆电器设备类型 隔爆型（）充沙型（g）增安型（）浇封型 （m）正压型（） 本安型（）特殊型（）充油型（） 3化工工艺参数的安全控制（学生讲） （1）温度控制 正确选用传热介质，有效除去反应热，并要防止搅拌 中断。

19、（2）压力控制 （3） 进料控制 控制进料速度 控制进料配比 控制进料顺序 控制原料纯度 控制进料量 4火灾爆炸危险物质的控制 （1）根据物质的物理化学性质采取措施 改进工艺，尽量不使用或少使用可燃物料，以不燃物料 或难燃物料代替易燃物料。 对自燃性物质及遇水燃爆物质，应采取隔绝空气、防水 防潮。 遇酸碱有分解、爆炸燃烧的物质，应避免与酸碱接触。 易燃、可燃气体和液体蒸气，采取相应的耐压容器和密 封手段以及保温、降温措施。 对于易产生静电的物质，应采取接地等防静电措施。 （2）防爆惰化技术 惰性介质作为保护性介质，可以阻止可燃物质形成爆炸条件 。 易燃固体物质的粉碎、筛选处理及粉体输送，采用惰

20、性气 体隔离保护； 在可燃气体或蒸气物料系统中，充入惰性气体，使系统保 持正压，防止形成爆炸性混合物； 将惰性气体管路与有爆炸危险的生产设备、储罐等连接起 来，以防在发生爆炸危险时，用惰性气体保护； 易燃液体利用惰性气体进行充压输送； 在有爆炸危险场所中，对有引起火花危险的电器、仪表等 ，采用充氮气正压保护； 在有爆炸危险性的化工生产装置上动火检修前，用惰性气 体吹除，置换出系统中的可燃气体或蒸气，安全合格后，方可上 人，或进入设备内部进行检查、检修及动火； 在化工生产装置中发生物料泄漏时，用惰性气体稀释可燃 气体。 （3）自动控制与安全保险装置 自动控制系统主要有：自动检测系统；自 动调节系统；自动操纵系统；自动信号连锁和 保护系统。 安全保险装置主要有：信号报警；保险装 置；安全联锁等。 5、