财产风险评估-教案.doc

第一章 能量及热传递“风险”这一术语指的是对被保险人的权益产生不利影响的意外事故发生的可能性。风险估计的意思是指计算这种意外事故发生的概率，并以货币的形式来估算它所产生的不利影响。 财产”的一般含义包括人们可能拥有的一切东西，但如从保险的意义上来说，它只用来指可能被意外事故损毁或破坏的物质的东西。因此，在本书中的“财产”一词，只涉及人们有权拥有和支配的有形财产，如房屋建筑及各种家具等，而不涉及人们所有或有权占有的那些无形的、非物质的财产，如版权、专利权和债权等。 财产保险的保险标的是一种物质的东西，人们在保持和持续占有这些东西时，就有可保权益，这种可保权益可能只产生于合法占有这个事实，而不管其是否拥有产权。 对财产的保持和持续占有是各种形式的财产保险的两个基本因素。“保持”指的是财产保持原来的形状，不因火灾或其他可能的原因而受到物质的损失，“持续占有”指的是物主或受托保管人不被剥夺财产或对财产应享有的权利。因此，本书自然而然地分成两大部分：一部分涉及由火灾，闪电，爆炸，风暴或其他危险所引起的财产物质损失和破坏；另一部分涉及到盗窃广义地说就是非法剥夺一个人的财产或剥夺他对财产拥有的权利。在这两种情况下，我们都必须首先研究造成风险的危险事件的性质，以便对其危害程度进行计算或估计。然后再介绍为把风险及其影响降低到最低限度所应采取或可能采取的措施。火灾可能是造成财产物质损失的最大原因，也是陆上财产保险的最早的项目。为此，本书的很大一部分内容将涉及到火灾及其预防和扑救，这就需要了解物理，化学和电学方面的许多基本概念。下面我们就先来介绍一下这些基本知识。第一节 火、能量和物质 “火”可定义为一种伴有发光，发热现象(一般还有火焰)的化学反应。通常是指含碳化合物与空气中的氧之间的反应。在这种反应中，既包含有物质的转变，又包含有能量的释放。现对这两者的性质加以介绍。 宇宙万物都是由物质组成的。物质有三种形态，即气态、液态和固态；某些物质依据不同的条件，可以以三种不同的形态存在，例如，人们常见的水，它既能以液态的形态存在，又能以固态(冰)和气态(蒸气的形态存在；某些物质如蜡，人们只知道它可以表现为固态和液态两种形态；另外一些物质如淀粉，人们只知道它有固态一种形态。物质总是不断地从一种形态变为另外一种形态，或从一种物质变为另外一种物质。物理变化是指物质本身的性质基本上不发生变化，而只是其状态发生变化；相对来说，这种变化也比较容易。例如，水加热后就变成蒸气，奶油加热后就会融化，钢铁加热后就会膨胀等，所有这些变化都是单纯发生状态变化的可逆变化。而化学变化，则会产生具有不同性质的不同物质，(这种变化可能很难，有时困难还比较大)。如铁生锈、木头燃烧、硫和铁屑棍合后加热生成硫化铁等，这些都属于不可逆变化。 无论是物理变化还是化学变化，通常都伴有热量的变化-或者是产生热量(放热反应)，或者是吸收热量(吸热反应)。燃烧就是千种放热的化学变化，它是由温度达到燃点的可燃气体（或固体和液体的蒸气)与空气中的氧发生化合反应而引起的。水常用来扑灭正在燃烧的火，此时发生的反应则是吸热的物理变化。水不断地吸收热量，其自身温度逐渐升高，当它达到100时，水就会突然吸收大量的热量并转变为气态的蒸汽。引起水的形态变化所需的所有热量都是从火中吸收的。由于大多数现代工业过程都包含有化学变化，因此我们在对火灾风险进行估计时，总是要考虑这些变化是不是属于放热反应；如果是，这种放热反应到底能放出多少热量，各种物质发生化学反应时的热量变化是可知的或可以计算得出的。人们可查阅保险人在对火灾危险性进行评枯时所使用的“危险物品表”。这类表中最著名的可能要算欧洲保险委员会火险工作组1970年编制的危险物品表了，此表定期进行修订，在整个欧洲通用。 能量是指物体做功的能力，它有多种不同的形式： 1.动能是具有速度正在运动着的物体所具有的能量；它是物体由于自身运动所具有的能量，其大小等于物体的质量与运动速度平方乘积的一半（1/2mv2）。2.势能。势能又称“位能”，它是由于物体所处的空间位置关系而储存在其中的能量。物体在空间某一位置时，由于受到某种力(如重力、电力或应力等)的作用；趋向于向受力较小的另一位置运动。例如，山顶水池中的水受地球引力的作用而具有势能，一旦解除束缚，水就会在引力的作用下向下流动，这时水所具有的势能就会转换为与之相当的动能(此动能可以使水轮机转动，也可以克服管道的阻力使水从喷淋头中喷出以扑灭火灾)。盘绕的弹簧也具有势能，它是由盘绕时的应力造成的。 3化学能。化学能是物质内部由于原子间相互作用而重新排列所具有的能量。化学能也是一种势能。4. 热能。热能是以原子和分子运动的方式存在于物体内部的能量，热能是动能的一种。5电能。电能是在电位差的作用下，电子在导体中流动所具有的能量。 6原子能。原子能即核能，是由于基本粒子(质子、中子、电子)重新排列、形成新的原子核所释放的能量。按照E=mc2的公式，质量转变为能量。公式中，E是能量(单位：焦耳)，m是质量(单位：千克)，c是光速(单位：米秒)。 同物质一样，能量也不断地从一种形式转变为另一种形式。物理或化学反应所引起的热量变化，只是能量多种转换形式中的一种。高位水池中水的势能可以转换为水轮机的动能，然后再转换为电能。电能在灯丝中可以转换为光能或热能；在电动机中，却可转变为机械能。由于轴承的摩擦，机械能又转换为热能，这就可能引起火灾。在蓄电池和干电池中，化学能可以转换为电能。煤和油在锅炉中燃烧虽然可以产生有用的热能；但如从保验的角度来看，它同时也产生了造成火灾的热能。世界上一切物质，不是由单质组成，就是由化合物组成，或者由二者的混合物组成。单质的分子只含有一种元素的原子，而化合物的分子中则含有两种或两种以上元素的原子；但这并不意味着世界上各种物质都能以任意的比例完全混合，它们可以混合的程度对于火灾风险来说，是十分重要的，特别是涉及到易燃液体之时。比如，丙酮和水可以按照任何比例相混合，因此，人们只要向正在燃烧着的丙酮中加入大量的水，就可形成不能再继续燃烧的混合物，这时火也就被扑灭了。而油和水则不能互相混合，因此，当人们把水喷洒到油类的火上时，由于水比油重，就会使燃烧着的油漂浮在水面上，从而增大了油从容器中溢出的危险，这样就会加刷火势的扩大。但如果水在压力下以细沫状喷洒到燃烧着的油表面，那就会形成一层不可燃烧的油水乳浊液，它可以将空气隔开，从而使火窒息而灭。但是，油水乳浊液并不是稳定的混合物，油和水还会再度分离。 对于可以与水任意混合的易燃液体来说，水是一种良好的灭火剂；但如果易燃液体不能与水相混合，那就必须认真考虑其密度或相对重量是大于还是小于水，这将决定这种易燃液体是浮在水面上还是沉在水底下。物质的密度可以定义为单位体积物质的质量(在我们所讨论的范围内也可认为即是重量或数量)，其计量单位为克厘米3。在特定条件下的比重是一定体积的物质的质量与同体积的水的质量的比值，它是个无量纲的数值。因为公制中质量和长度单位酌取值关系，水的密度为1克厘米3，所以，同一物质的密度和比重具有相同的数字。气体的比重常以空气为1作为基准。下面我们列出一些常见的固体、液体和气体的密度和比重，见表1-1。与水互不混合的易燃液体是重于水还是轻于水，这一点十分重要。这是因为，如果它轻于水，那么我们再用水作灭火剂时，它就要浮在水面上，从而会扩大火势。从表1-1中我们可知，二硫化碳这种高度挥发的易燃液体比水重，水将浮在它上面；而苯和汽油均比水轻，他们则要浮在水的上面。除了按照上述不同的情况预先安装专用灭火器具外，最有效的一种灭火剂就是泡沫，由于它极轻，可以漂浮在各种易燃液体的表面上。泡沫不是一种混合物，而是由在液体中悬浮的惰性气体组成的，他在液体表面形成隔离层，可以隔断空气使火熄灭。第二节 温度“温度”是表示物体状态的定性计量参数，它决定着物体之间进行热量能够交换时热量流动的方向。热量总是由温度高的物体向温度低的物体流动。温度表示一个物体的冷热程度，它不象质量和时间那样可以用定义的单位来计量，而是用高于或低于某一基准点的人为规定的单位来计量的。因此，它可以通过物体随温度变化的某些特性（如长度、体积、蒸汽压力和电阻）的变化来间接测定，也可以通过测量辐射量来测定。在常见温度变化的范围内，一般均可利用液体受热体积增大的性质来测定温度。比如，医用温度表就是利用装于极薄玻璃管中的汞柱随温度变化而升降的高度来表示温度值的。当然，用醇类，特别是用乙醇来代替汞，不但可以得到更为精确的读数，而且价格比较便宜。当测量物体的温度超过汞柱温度表的量值范围时，人们就要用高温计来测定，常用的是热电偶高温计。热电偶高温计的工作原理是，当两种金属的接点处受热时，就会形成一个小的电流，电流强度的变化正比于温度的变化。这种热电偶通常用于测定电炉的温度，以及在测试建筑构件的耐火特性时用作记录温度。 所有已提出来的人为规定的温标都是基于水的冰点与沸点的关系。这是易于观察的常见现象。最早提出实用温标的是德国物理学家华伦海特(Fahrenht)，他于1715年建议把水的冰点和沸点两基准点的温度之差定为180度(此数便于作某些数学运算)，并将冰点定为32度，这样沸点即为212度，这就是华氏温标，记为。F，在英国已实际应用了许多年。1742年，瑞典天文学家摄尔色斯(Celsius)提出了另外一种温标，即以水的冰点为0度，沸点定为100度，这逐渐被认为是国际上的通用温度，称为百分度(Centigrade)温标或摄氏温标。在英国，特别是推行公制以来，摄氏温标正在取代华氏温标。摄氏温标的符号是，C既可指Centigr-ade，又可指Celsius。 虽然在本书讨论的范围内只具有学术性的意义，但这里我们还是有必要提一下开氏温标。1851年提出的开氏温标每一度所代表的温差与摄氏温标相同，但开氏温标的0度则相当于摄氏温标的-273度(此数值是理论上可以达到的最低温度值)，在此温度(如能达到)下，所有的分子都要静止不动，因而不再具有热量。因此，开氏温标又称绝对温标。该温标水的冰点是273.16K，一般四舍五入计为273K。表1一2是这三种温标之间的关系。 第三节 热 量热量是能量的一种形式。物体所具有的热量的增减会引起其温度的升降。这是个定量的概念，也就是说，它的量值可以用径定义的单位来计量。热量的量值可以用使一种标准物质温度升高的程度来测定。常用的计量单位是卡路里，1卡路里(简称卡)是将1克水的温度升高1摄氏度(即从14.5到15.5)所需的热量。同样，将1磅水温度并高1华氏度所需的热量定义为1英热单位(B.Th.U)，它相当于252卡。在民用范围内，常用的热量单位是撒姆(Therm)，1撒姆等于100000英热单位。热量以分子运动的形式存在于物质内部。当人们加热一种物质时，能量就以分子更剧烈运动的形式储存于其中。所加的热量越多，其温度也就越高。但是，物质的最终温度不仅取决于所加热量的多少，同时还取决于被加热物质的“比热”。比热的定义是将l克物质的温度升高1所需热量的卡数。由于l克水温度升高1所需的热量是1卡，因此水的比热是1。其它物质的比热均可以与之相比较。大多数固体和液体的比热都比水小，因此，当这些物质升高同样的温度时，它们所需要的热量通常都比相同质量的水升高同样温度所需的热量少。反过来说，当质量相同时，同样的热量可以使这些固体和液体升高的温度要大于水。某些常见物质的比热如下：铝 0.21铜 0.09乙醇 0.58冰 0.50铁 0.11蒸汽 0.50水 1.00从这些数值可知，物质的比热与它的状态有关。水的固态、液态和气态三种形态的不同比热证实了这一点。热量是产生火的前提，因此，认真研究热量由一种物质传递给另一种物质的方式，对于本书来说是至关重要的。下面我们将分别对热量传递的三种方式一传导、对流和辐射加以讨论1.3.1 传导在互相接触的两个物质之间，热量总是从温度较高的物质向温度较低的物质流动，同样，在物质内部，热量总是从温度较高的部分流向温度较低的部分。因此，热量可以通过钢梁从建筑物的一部分扩散或流动到另一部分(即使钢梁穿过砖墙或混凝土墙，也能出现这种情况)。引起热量传递的原因是：物质的温度越高，分子运动的速度就越大，由于相邻分子问的相互碰撞，就可使一部分热量传递到其相邻的部分。热能就这样在整个物质中传递，从理论上说，最后整个物质会升高到相同的温度。但实际上热量在传递过程中总会有一定的热量损失。 热能传导的方式类似于电能的传导方式。一般地说，热的良导体也是电的良导体。热和电的最良导体的排列顺序依次为：银，铜和铝。同样，热的不良导体一般也是电的不良导体，如砖和混凝土等。 物质的热导率在一定程度上取决于它的初始温度。热导率的符号是K。表13列出的是某些固体、液体和气体热导率的相对值。 从表1-3的数据我们可以知道： (1) 金属的热导率较高， (2) 气体、液体和多数非金属固体的热导率较低。 (3) 由于疏松、多孔材料的孔中含有大量的空气，因此其热导率与空气接近，如软木、毛毡和膨胀塑胶等。在有空气存在的情况下，它们一般都极易燃烧1.3.2对流多数液体和所有的气体都是热的不良导体，但它们可以通过对流来传递热量。这是由于液体或气体内部冷热部分的密度不一样而引起的运动造成的。液体（或气体)的温度升高时，其密度变小。这样，当热的液体(或气体)上升时，它原来的位置就由温度较低、密度较大的液体(或气体)所占据。家用壁炉中热的燃烧物和被加热的空气由于比外界的空气轻，因此就在烟筒中上升，这时随着热气体的上升，冷空气就从壁炉的下方进入。在这种情况下，对流是有益的，但是，它也可能成为火顺着楼梯间或电梯道向上蔓延的原因，为此，在楼梯间或电梯间通道向楼层的开口处应设置防护门来加以保护着。1.3.3 辐射 通常，炽热的表面均以光和热的形式向外辐射能量。太阳以多种方式向外辐射能量，当它的辐射线射落到物体的表面时也就同时传递了热量。物体表面吸收热量的快慢以及由此而引起物体温度升高的快慢，与物体表面的性质和物体表面的颜色有关。一般地说，深色表面要比白色表面(或浅色表面)更容易吸收热量。正因为如此，人们在冬季常穿深色的服装，以便容易吸收本来就较少的辐射热量：而在夏季，人们则穿白色或浅色的服装，以便把大部分的辐射热量反射出去。 建筑物一旦着火，其向外辐射的热量的多少取决于建筑物的大小和外形；而周围物体吸收辐射热量的多少则与物体受辐射面的形状和辐射角度有关。1000高温的大火可使40英尺(12米)远处地面上的木头着火，可使170英尺(51米)远的消防队队员受伤或感到明显的不适。 辐射强度与到辐射源距离的平方成反比。例如，距离每增加1倍，辐射强度就减少到原来的14。 许多工业过程都要用到辐射传热的原理。例如，在烘干窑中，利用电灯或煤气作为热源，就可以以辐射的方式将热量传递给已喷好漆的产品表面，而产品的喷漆表面由于吸收了大量的热量，使其本身温度升高，从而达到烘干的目的。1.34 热效应固体和液体 各种物质，不管它是处于固态，液态还是处于气态，在其受热时体积都要膨胀，这种情况极少有例外。这就是说，物质的体积可以增大到其外部封闭结构所能允许它达到的程度。 任何固体的正方体在受热时，其在三维方向上的长度均要增加，从而使其体积增大，要求有更大的空间来容纳它。如果正方体六个面上所受的热量相等，则膨胀后它仍是正方体。如果固体的三维不相等(即不是正方体)，则它最长的一维所增加的长度也最大。 例如对一个钢棒进行均匀加热，其环向方向虽然会有一定的增大，但比较来说，还是沿长度方向的增大要大得多，这称为线性膨胀。各种固体的线性膨胀系数可以从资料中查出来，也可以很方便地计算出来。在许多情况下，此系数与固体所处的温度范围有关。 表l4列出的是部分固体的线性膨胀系数。 从表14我们可以看出：一般地说，金属的线性膨胀系数要大于非金属，这一差别在估计火灾风险时具有非常重要的意义。一座1000英尺(300米)长的钢桥在冬夏季平均温度之间(即-1040。C)，其胀缩的长度通常约为055英尺(017米)，这样，如果人们在建桥时不用滚轮来加以调节的话，那就可能会使桥梁变形或弯曲。同样，建筑物中的钢结构遇火时也会膨胀，从而造成与之相连的膨胀系数较小的砖石结构变形或崩坍。为此，在建筑物中常将钢结构包在混凝土或砖石结构内，以混凝土或砖石结构作为热的绝缘体，使传到钢结构上的热量降到最低程度。如果建筑物的钢结构未做这种保护，那么由于钢的线性膨胀系数比较大，就可能造成外墙变形、错位以至完全坍塌。虽然砖石结构的线性膨胀系数较低，但是如果建筑物一旦着火，也会造成墙体变形或坍塌的情况，这是因为受热的内墙面的膨胀要大于不受热的外墙面。因此，在墙上设置的防火门在设计时不但要稳固可靠，而且要能够阻止火焰通过虽然防火门的向火一侧的膨胀要太子不向火的另一侧)。 对于液体来说，我们必须考虑它的体积的膨胀。所有的液体，当其温度升高时体积都会增大-体积增大的程度与温度变化的范围有关。因此，人们习惯上常用一定温度下的体积膨胀系数或一定温度范围内的平均体积膨胀系数来表示液体的膨胀特性。某些常见液体的体积膨胀系数如表1-5。液体受热膨胀的性质在家用和医疗用的温度表中具有实用价值。但对可燃液体来说，它的膨胀却可能引起火灾的危害。这类液体可能由于膨胀而从容器中溢流出来，处于封闭容器中的液体则可能膨胀到使容器爆裂，也许还伴有一定的爆炸力。球控型水喷淋头就是基于这一原理设计制造的，当达到预定温度时，玻璃球中的有色液体把玻璃球胀碎，从而启动水喷淋头喷出水来。 在热的作用下，水常常会显示出其独有的特性。当水的温度升100。C时，100加仑（1加仑=4.546升）的水约可增加4加仑。水的体积膨胀系数在20。C时是0.2*10-3”，而在100。C时，则是0.77*10-3。当水从4冷却到0时，它也膨胀，而且在0水结成冰时更会突然膨胀这就是造成许多管道破裂索赔的原因。1.3.5 热效应气体和蒸气 所有的液体和固体都能挥发出蒸气。但由于固体挥发的蒸气量十分微小，因此，一般几乎都测量不出来。物质挥发蒸气的趋势，可以用它特有的蒸气压来测定，此趋势随着温度的升高而增大。当水被加热到沸点100时就转变为蒸气，但事实上，在较低温度时，水也在不断地挥发出蒸气来，只是挥发量要小一些，挥发的速度也要慢一些。比如地面积聚的雨水，在一般的气温下就能逐渐气化(或称蒸发)为蒸气。 世界上任何物质的蒸气压都会随其温度的升高而增大，直到蒸气压与此物质本身所承受的压力相等时为止。置放于敞口容器中的液体所承受的是标准大气压(在纬度为45的海平面上0时标准大气压是760毫米汞柱)。当蒸汽压达到标准大气压时，作为液体的温度升高的结果，是液体开始沸腾逐渐变为气态，其形式是在液体中不断产生气泡水烧开时就能看到这种现象。 如果加在液体上的压力增大，则液体的沸点也会提高。举例来说，我们在一密闭的容器中装上液体，并在液面的上方留有一定的空间如家庭用的高压锅的情况，那么，随着液体温度的升高，密闭容器中的液体就开始逐渐蒸发，到某一时刻，就会出现一种平衡状态，：此时的液体不再变为蒸气，这时液面上方空间中的压力就是当时温度下的蒸气压。因此，如果容器中装的是蒸气压较高的液体，那么容器本身就必须具有足够的强度来承受这种高压，或者就必须装上适用的安全阀来释放多余的压力。很清楚，姐果液体易燃并具有较高的蒸气压，则存在着形成爆炸性“蒸气一空气混合物”的可能性。因此，液体的蒸气压可以作为标志其火灾危险性的实用指标。 压力可以使气体液化，其条件是温度必须等于或低于其“临界温度”。如果水的温度高于水的临界温度(374)，那么不管我们再加多大的压力，水蒸气(即蒸汽)也不可能液化成水。然而，石油气在中等压力下就可以液化成“液化石油气”(LPG)，这是一种常用的燃料。某些气体如氧气、氮气、氢气和空气(空气是多种气体的混合物)都极准液化，这是因为它们的临界温度极低，接近绝对零度。“蒸气”是对于接近其冷凝点的气体的一种称呼。因此，术语“蒸气”常用于称呼某些液体如乙醇、丙酮、汽油、四氯化碳等的气态形式；而对常见的氧气、氢气、氮。气、氦气。氖气等，则只称为气体而不称为蒸气。表l6、17列出的是某些常见的气体、液体和挥发性固体的蒸气压，其中包括水的数据，如前面已解释的，在沸点温度下，其蒸气压为760毫米汞柱。乙醚、二硫化碳和丙酮这些高度易燃物的危险性必须予以充分的注意。 多数液体和固体都不能被压缩，而气体和蒸气则很容易被压缩，因此，一定量的气体被加压时，其体积就会变小。气体的温度、压力和体积之间存在着直接的关系，此点在估计火灾和爆炸风险时十分重要。这三者之间的关系在若干物理定律中都曾以不同的方式作过解释。下面我们对这些定律略加介绍，但这里首先必须强调，这些定律只严格地适用于气体，而对于蒸气来说，它们只是近似正确，这是因为，从定义上来看蒸气易于冷凝为液体。 波义耳定律(以英裔爱尔兰科学家Robert Boyle16271691命名)： 温度不变时，一定质量的气体的体积与它的压力成反比。 这就是说，加于气体的压力增加到2倍时，其体积就减小到12，压力增加到3倍，其体积就减小到13。在水喷淋系统的压力水箱中，水面上方压缩空气的体积会随着水的排出而逐渐增大，因此，压缩空气的初始压力必须足够高，才能使得当水箱中最后一滴水排出时，剩余的空气压力也足以使水按照要求的速率从最高处的水喷淋头喷出。 查理定律(以法国物理学家J。ACCharles1823命名，他首次在气球中应用氢气)： 压力不变时，一定质量的气体的体积与开氏温标计，量的温度值成正比。 这就是说道，对在一定压力下的一定质量的气体来说，温度每升高或降低1K，其体积则增大或减小0时体积的1/273。因此，从理论上来说，0K时，气体的体积应该是零，但实际上，所有气体在高于0K时就已经液化成液体了。如果温度从7升高到567（开氏温标280K升高到840K，即3倍)，则密闭钢瓶中的气体压力也就增加到原来的3倍，这是由于容器中气体的体积不能变化造成的。如果容器装有安全法，则温度升高所引起的过高压方就会降下来；但只要安全阀失灵或容器强度不足以承受增高的压力，那就可能会造成灾害性的后果，特别是当容器内装的是易燃气体时。为此，所有的气体钢瓶(不管所装的气体是否易燃)，都必须储放于温度较低的地方广而不得放于日光的直接照射之下，同时还要注意远离房屋建筑。 上面所说的：温度从7升高到567的情况，在典型的火灾中绝非罕见。如果这种情况发生在封闭的室内，那么，由于其中空气的体积不能变化，其压力就要升高到3倍于常压(即大气压)。由于任何气体都有从高压区向低压区运动的趋势，所以，热空气就会从任何可能存在的开口中迅速流出，随之而来的不仅会有热量的释放，而且还会伴有火焰和火星，从而蔓延成火灾。因此，隔火墙和地板上绝不允许设开口，除非加以必要的保护(这一点将在后面的有关章节加以论述)。同样理由，如果打开通向已经着火的房间的门，就会使高压力房内的火焰和浓烟迅速冲出到低压力的外界，这种情况常常导致毁灭性的后果。阿伏伽德罗定律(以意大利物理学家Count Amadeo Avogadro di Quaregna 17761856命名)：一相同体积的各种气体；在相同温度和压力下，会有相同数量的分子。分子是物质能够独立存在的最小微粒。任何物质(不管它是单质还是化合物)，它的分子都有特定的重量，即分子量。因此，根据阿伏伽德罗定律，在相同时压力和温度下，单位体积(如立方英尺、加仑、升)的任何气体都含有相同的分子数，从而可以将气体和蒸气的比重计算出来严由此可知，在标准温度、压力的条件下(0，760毫米汞柱即1标准大气压)， 2克氢气、28克氮气、32克氧气、44克二氧化碳、46克乙醇蒸气、74克乙醚蒸气和154克四氯化碳蒸气都占有相同的体积，即224升。这样，一种气体或蒸气相对于空气的比重就可以确定下来，从而判断它重于还是轻于空气，以便决定在具体条件下究竟是应采用顶部通风还是底部通风。 空气是多种气体成分组成的不定的混合物，大体上含有了78的氮气和21的氧气。在标准温度、压力的条件下，1升空气重1.2932克，因此它在可比体积单位(224升)中的重量就为29克。由于相同体积的氢气只有2克，因此氢气在空气中就要上升，这样，人们就应当在建筑物的顶部开口通风，以便排出逸散的氢气。同样，乙醇和乙醚的蒸气由于重于空气，它们逸散于空气中时往往沉于地面附近；而且由于它们高度易燃，因此一经与空气混合，就存在着着火和爆炸的风险。不可燃的二氧化碳和四氯化碳也重于空气，也易于沉积于地面附近，由于它们可以取代助燃空气的位置，因此人们常用它们来作为灭火剂，但由于它们有毒性，故不宜在有人的封闭室内使用。自动喷出这类蒸气的灭火系统，当室内有人居住时，应改为手工操作。 格雷姆定律(以苏格兰化学家Thomas Graham?一1869命名)-不同气体的扩散速度反比于其密度的平方根。两种不时的液体混合置于同一容器中，会明显地分为两层；而所有的气体和蒸气都可以以任意比例相混合，尽管其混合(即扩散时速度不一样。根据格雷姆定律，气体的扩散速度与密度有关，这点对本书讨论的问题具有特殊的重要性。这是因为，易燃气体以某些已知的比例关系与空气混合就可形成爆炸混合物，而气体的扩散作用可以使得在某一步骤上形成爆炸混合物的情况不可避免。气体或蒸气的密度越小，其扩散的速度就越大。比如氢气在空气中的扩散逮度较快，而密度大的乙醇和乙醚蒸气的扩散速度则慢得多。一种气体与另一种气体一接触，扩散过程即开始，可以认为这是由分子快速运动引起的自动的自发的混合过程。易燃气体在空气中扩散，必然会形成爆炸性混合物；如这时再存在着火源，就有可能造成灾害性的恶果。当一种易燃气体、或几种易燃气体的混合物、或易燃气体与空气的混合物接触到具有足够高温度的热源时，根据混合物的组成情况，它们就有可能被点燃，也可能会立即爆炸-这都属于燃烧现象。燃烧可定义为物质与氧气(前已提到空气中含有21的氧气)之间伴有热量释放(通常还有火焰)的化学反应。如果化学反应的速度极快，就会形成爆炸。可燃气体与空气(或氧气)只有达到某一混合比例时才能燃烧，这一比例关系称为燃烧极限。表l-8是某些气体或蒸气在空气中时燃烧极限表。表18与空气形成混合物的气体或蒸气燃烧极限（气体或蒸气在混合物中的百分比%）丙酮2.55-12.8乙炔2.5-80.0苯1.41-7.45二硫化碳1.25-50.0一氧化碳12.4-74.2煤气5.3-31.0乙醚1.71-48.0乙醇3.56-18.0氢气4.0-75.0硫化氢4.3-45.5甲烷5.0-15.0甲醇6.7-36.5汽油1.4-6.0 气体与空气混合物的爆炸极限在其燃烧极跟的范围之内。根据格雷姆定律，气体与空气相互扩散直至均匀混合，必然要先后经过形成可燃混合物和可爆混合物的阶段。汽油的燃烧极限的范围很窄，这表明在现代汽车中需要对汽化器进行精确的调整；同时，我们还必须记住，为了避免发生爆震，应该使汽油与空气的混合物正常燃烧而不要爆燃。从上述数据中我们还应注意到，乙炔的燃烧极限的范围很宽。第二章 物质的燃烧第一节 引燃与燃烧 燃烧的定义是：已达到着火温度的气体或固体、液体的蒸气与空气中的氧化合的一种放热化学反应。虽然固体和液体一般也都被描绘为易燃或可燃，但从本质上来说，燃烧则是从物质散发出的气体或蒸气达到足够温度后与氧接合后发生的放热反应，通常伴有光或火焰。按照一般的说法，此时就说此物质在燃烧。发生燃烧的三个基本条件是： 1必须有可燃气体或蒸气的存在。换句话说，必须有一种能在一定温度条件下挥发出可燃气体或蒸气的固体或液体存在。 2必项有氧存在。氧一般来自周围的空气。有些化合物本身就含有丰富的氧，即使在没有游离氧或空气存在的条件下，它们也能释放出氧来引起燃烧。这类物质有氯酸盐、硝酸盐、高锰酸盐和过氧化物等。因此，在存放这类物质时，必须注意远离那些易与氧发生反应的物质。 3必须能有足够强度的引起化学反应的热源。这种热源可以是火焰，也可以是电器火花或具有足够高温度的热表面。通常车间照明用的手提泛光灯就可以形成一个600高温的热表面，它虽无火焰，但却可构成点火的热源。此外，有些物质在一定条件下会放热，甚至会自燃；还有些物质（如上面2项中所提到的那些物质)，即使温度不升高也会发生化学反应而放出热量。 为了便于分析燃烧现象，我们假定一切物质(无论是固体、液体还是气体。)都具有层系结构。在有空气存在的条件下，可燃固体表面一旦与火源接触，就会放出气体或蒸气，开始燃烧并出现火焰。但是，其燃烧过程却不一定向其下层延伸延伸与否取决于表层燃烧放出的热量能否使其下层也产生出气体或蒸气。如果该物质一层接一层都可以产生气体或蒸气，不断地向火焰补充燃料，那么整个固体就会燃烧起来。某些物质，如煤或炭，以及几乎一切含碳物质，都可以与氧发生强烈的放热反应；因此，这种物质的表层一旦燃烧，在没有其他制约因素影响的条件下，很快就会蔓延到整个物体。 气体和蒸气的情况与此相类似，它们能否维持燃烧完全取决于表面一层燃烧放出的热量能否使邻层(下一层)的温度很快地升到维持燃烧所需要的温度。但是，由于氧或空气(包括氧气在内的多种气体的混合物)的存在是发生燃烧的必要条件，因此，必须对气体的混合和扩散或对气体空气的混合物加以考虑。表层燃烧产生的热量能否足以使邻层燃烧，取决于混合物的成分。如果可燃成分的含量太低，那么火焰就不会蔓延到整个物体；相反，如果可燃成分所占的比例太高，那么由于混合物中氧气的相对含量必然很少，所以，这样的燃烧也不能维持长久；这是因为可燃气体与空气混合气有上限和下限两个燃烧极限的缘故(此点在前一章中已做过介绍)。维持燃烧的层系分析方法同样适用于液体。但主要还是得考虑表层燃烧产生的热量能否使邻层向火焰提供可燃的蒸气。所谓可燃液体，就是指这种液体放出的蒸气可与空气混合形成可燃混合气。液体放出的蒸气量和放出的速度取决于该液体的蒸气压(如前所述，液体的蒸气压随着温度的变化而有所不同)。综合以上分析，人们就可以估算出不同液体的可燃性。估算液体可燃性的参数是“闪点”，它的定义是：“使可燃液体放出的蒸气与空气形成的混合气遇火即燃时的温度”。2 . 1 .1闪点 闪点是估计液体火灾危险性的简便衡量标准。一般地说，闪点越低，其危验程度就越高；闪点越高，其危险程度就越低。从实用价值考虑；光有一般概念还是不够的；闪点只是在标准条件下进行标准试验所取得的数据才有价值。这种试验在“石油合并法”Petroleum(Consolidation)Act 1928中有规定。虽然该法中并未直接提到闪点，但却给汽油下子。这么一个定义，即“在用第章规定的方法试验时，它在不到73F的温度时，就产生可燃蒸气。”在第章中详细地规定了试验装置(称为阿贝尔测试仪)的尺寸和试验方法(对试验装置和试验方法的介绍已超出了本书研究的范围)。由于在进行这种试验时，液体及其蒸发出的蒸气是处在一个密封的尺寸精确的专用容器中，因而测得的数值称为“闭杯”闪点。表2-1列出的是标准阿贝尔试验中测得的部分液体的闪点值。 如立法中对可燃液体有具体规定时，虽然不用闪点这个名词，但往往都提到“当用石油合并法(1928)第章规走的方法试验时，在F以下产生可燃蒸气”。按照当时的“工厂法”(FactoriesAct)制定，的“纤维素溶液规程”（Cellulose Solutions Regulations 1934)中就有这样的一句话：“当按石油合并法(1928)规定的方法试验时，温度不超过90F时产生可燃蒸气。”但是，保险人有自己的关于油漆喷涂方法的规定，其中不仅包括遵守前述规程规定的纤维素漆，同时，还包括闪点在73F以下的所有的合成漆。 在此应当注意，“inflammable”(易燃)一词已不再使用了，代之以“flammable” (可燃)，其反意词是“nonflamnlable”(不燃)。这就把我们的术语同美国和其它讲英语国家统一起来了。 73F是有关石油制品使用，运输与储存等法规制定人选定的一个基准温度，因为它接近于英国的标准外界气温(即平均外界气温)。人们为了使生活舒适和保持最佳的工作条件，就必须尽力使家里和工厂里保持6874F(20233)的温度。如果液体的闪点低于外界气温，则液体总会放出可燃蒸气，因而就被视作危险性液体。如果闪点高于外界气温，液体不会放出足以引起燃烧的可燃蒸气，因此，危险性就较小。在英国，保险人和其他部门通常采用73F(228)作为估计可燃液体危险性的基准温度，这不仅仅是接受法令的约束。然而，这里还必须说明，此基准温度并不是把液体分为“危险的”和“不危险的”，而只是区分为“危险的”和、“不太危险的”，任何可燃液体如果被加热到足够高的温度(除非它先分解)时，都会产生可燃蒸气而闪发火花和燃烧。因此，如果温度足够高，在一般条件下认为是无危险的液体也会使火上加油。液体与火灾危险性相关的另一个因素是粘度。在加热稠油或重油时，不仅会越来越接近其闪点，而且会使粘度下降，更易于流动，从而使火灾危险区扩大。2.1.2火源 必须有火源才能够引起燃烧。火源的种类很多，最常见的一种是明火。一个热源能否引起燃烧，取决于下述三个条件：1 热源作用点的温度；2 作用持续时间；3被作用的可燃物质的性质气体、液体还是固体。 火花是一种持续时间极短的火焰，是最常见的火源。在将插销向带电插座插上，拔下而使电路接通或断开时，以及机器的运动部件积累的静电向大地或向低电位物体放电时，都会产生火花。机械摩擦也会产生火花，比如，钢铁撞击火石、磨削加工以及金属或陶瓷制品的碰撞等。两个固体或液体迅速分离所生成的电荷也足以产生火花。纸张、塑料布和织物迅速卷起或摊开时也会产生静电，因此，在它们积累别危险量之前必须予以消除。云层中水滴分裂会产生电势而形成闪电。可燃液体高速流过软管，如不采取接地措施，也会引起灾害性的后果。 可能造成意外失火的火源很多，火险调查员的大部分工作就是要消除这些火源。前面已经提到火焰和火花，并非燃烧的主要条件。任何可燃物质，如果在有空气或氧气存在的条件下，将温度升到足够高度，都将自行燃烧(即自燃)。造成温度升高的原因可能是与热表面直接接触，也可能是并不直接接触热表面，而从辐射或对流中获得热量。前面我们提到了泛光幻表面可达到很高的温度，若它用于有可燃气体空气混合物存在的场合，就有可能造成失火或爆炸。213 自燃温度 如果人们能够搞清楚一种物质在温度升高到什么程度时就会发生自燃(即在无明火和火花存在的条件下的自行燃烧)，那么，我们就可以将它作为衡量这种物质火灾或爆炸危险性的一个标准。这个温度称为“自燃温度”。自燃温度不是物质的固有性质，它随着试验条件的变化而变化。但如果在相同的试验条件下对一系列物质进行测试，人们就可以很容易地判断出这些物质的相对危险性。前面已经指出，燃烧是已达到着火温度的气体或固体、液体的蒸气与空气中的氧气相混合所引起的，因此，任何物质的自燃温度主要取决于在标准大气压下发生完全燃烧时气体或蒸气与空气的理论混合比，同时，也受加热方法和加热持续时间的影响。为了便于进行比较，表22列出的是一些物质自燃温度的实测值。表22物质名称黄磷二氧化碳乙醛硫松香松节油煤油汽油乙醚无烟煤硫化氢自燃点/30120175190240252240-290255-290275280-500290物质名称合成橡胶稻草柴油乙醇有机玻璃涤纶纤维树脂氢气镁铝锌自燃点/320330350-380392440442460572520645680第二节 气态混合物的危险性 在各种各样的环境和条件下，都可能会遇到多种可燃气体的混合物，或一种可燃气体与空气或氧气的混合物。工厂和家庭中挥发性可燃物质应用范围的扩大，增大了形成可燃的气体混合物的危险性。有关挥发性物质安全使用和安全储存的注意事项经常被人们所忽视，或至少来被人们充分地遵守或引起人们的重视。如果把这些物质应用于其适用的目的，并采取一定的安全措施，许多这类物质并不会产生什么危险性，但如果应用不当，就可能产生灾难性的后果。如人们在往油漆、涂料、去油剂、粘合剂里面掺兑汽油或酒精稀料，而又不遵守有关的注意事项或者由未经很好地培训的生手进行这些操作时，就会造成严重的后果。 一旦可燃气态混合物形成，就会对人身和财产带来确实的风险。因此，对于可能发生爆炸的场合，有关部门曾制定了专门的法规。除对某些危险性很大的场合(如矿井、汽车修理广)提出专门的要求外，1961年“工厂法”（Factories，Act1961)中还提出了有关防爆的一般规定。1960年“蒸馏釜、储罐等清洗、检修中防止爆炸和排气危险条例”(Memor-andum On explosSon and gassing risks in the cleaning，examining and repair Of stills，tanks，etc。)是专门性法规的又一实例。 保险人也有自己的一套规定，比如，对喷漆用的可燃稀料、香蕉水；催熟用的乙烯气等都有具体的规定。在某些情况下，保险人的规定通常要比立法的规定严格得多。可燃气态混合物的危险性以及产生可燃气态混合物的可燃液体的使用和储存，对所有负责这方面工作的人来说，都是至关重要的，这不但包括保险公司(特别是它的火险调查人员)，还包括企业家以及工厂监察员、石油官员、消肪官员等执法人员。这些人员必须充分了解可燃气体或蒸气与空气混合形成的混合物在接触火源时发生反应的基本特征。现介绍如下：1反应缓慢进行，不出现火焰。如果混合气在密闭容器中加热到中等温度，反应将缓慢进行并集中在容器表层，容器表层只起某种催化作用。其反应速度取决于表层的性质、温度(随温度升高而加快以及混合气的混合比例。在低温时，反应局限在容器表层而不会向中心扩展，这时，热量是缓慢放出的，不发光，也就没有火焰。 2条件合适时，可能出现火焰。如果混合气被加热到足够高的温度，它与热表面相接触的那层就会迅速反应而产生出高温，立刻将相邻区域加热到发光，即产生火焰。 3如果反应条件很合适，特别是混合气的组成比例很合适，火焰不仅会在紧挨热源的区域产生，而且，会迅速扩展到整个混合气。 4反应一旦发生，就可能极迅速地进行，从而成为爆炸。第三节 自燃前面已经介绍过，要引起燃烧，必须存在一个火源，常见火源有火焰、火花或高温热表面。对于绝大多数物质来说，这是千真万确的，但是，有些物质在一定的条件下，即使没有外部热源的作用，温度也会升高。这类材料在堆积存放或与其他材料紧密接触存放时，都可能发生反应（也许是物理反应，也许是化学反应)而自然发热。这一般是由于吸收或吸附了空气中的氧气而造成的；这类物质氧化作用的快慢取决于材料的种类及其物理状态，也就是说，材料包装或堆放的结构和方式是否有利于空气通过，使其表面区域形成最佳的混合比例。木炭，特别是新烧制的木炭，极易吸附大量的氧气和其他气体；炭黑也是一样。某些油漆用的干燥油，按照一般的理解是不会“变干”的，但它可因氧化作用而变硬，因此，浸有这类干燥油的抹布，在一定的条件下也会自然发热。印刷工人擦铅字用的抹布也是如此。 持续或经常地与蒸汽或热水管道接触的木材或纤维制品，只要供给足量的空气，加快氧气的吸附速度，就会逐渐升温而达到燃点。如果与集中供热管道接触的木材在一段时间里被周期性地加热和冷却，则会加快自燃条件的形成。 鉴于上述原因，人们应该注意做到以下几点。 1新烧制的木炭应先在空气中存放一段时间，然后再行包装和储存；2炭黑应与其它材料分开，存放在单独的库房中； 3煤在露天存放时，应远离主建筑物，而且每个煤堆的大小应加以适当的限制，与相邻煤堆的距离也应尽可能地远一些； 4所有浸油的抹布应存放在有自动关闭盖的金属箱内，如有可能，工作结束后应立即把箱子搬到室外；5木材和纤维制品应该与供热管道或散热片膈开一定的距离。 许多有机材料(如动植物的残体)会自然发热，发热原因可能是由于氧化作用，也可能是自于细菌活动(水分的存在加快了其发热过程)。草垛发热继而着火的现象是人们生活中屡见不鲜的，多是因为草未干透(或部分未干透)即堆放起来的缘故。植物种子、干椰仁、棕榈仁及其他植物材料雄放时也会发生这种现象。在有水分存在厂即未干透)的情况下，仅细菌活动一项就可使草垛内郁温度升高75。动物材料及其制品，如皮革、生皮和毛皮，在堆积存放时也会发热，部分原因是由于细菌活动，部分原因则是由于残存油脂的氧化作用。其发热过程一般均伴有发酵作用，它的温度虽不一定能够达到实际的着火温度，但也会造成严重的损失。在其他材料中也可能存在发酵作用，因此，在标准的火灾保险单中常把“自然发酵升温”列为除外条款。但人们应该注意：除保险单里列出的除外项目外，保险人对于应材料本身特殊缺陷所造成的损失是不负责任的；例如，爱伦堡勋爵(Lord：Ellenborough，C.J.)对一次海洋运输保险案例的裁决是： “如果麻纤维品处于易发气泡状态下装船，并确实因发泡起火而把货物烧光，那么，根据保险法的一般原则，被保险人不能取得因货物本身原因造成损失的赔偿。” 自然发热舶温度是否最终能引起燃烧，取决于所产生热量的散失速率。如果热量被封闭在材料内部，反应就会不断、加快，温度就会不断升高，不可避免地会导致自燃。草垛和其它饲料堆应作定期的检查，看其是否过热；草垛间距应尽可能的大，一旦一个草垛失火，就可减轻对其它草垛的影响。如果怀疑草垛过热，可以扒开散热，但此时应注意，草垛内部的高温材料如果突然与