防火防爆之第3章爆炸PPT课件

.,1,第三章爆炸,.,2,爆炸基本概念及种类爆炸机理爆炸极限及其理论爆炸温度和爆炸压力气体和粉尘爆炸煤尘爆炸及预防,.,3,爆炸实验及现象,.,4,爆炸案例,.,5,山西大同居民楼爆炸事故,2007年1月15日8时57分，山西省大同市城区新开北路龙岗苑小区15号楼单元发生爆炸，导致其中的户房屋塌落。爆炸事故造成3人死亡、6人受伤。爆炸系人为故意引爆并导致房间内的液化石油气爆炸。,.,6,发生爆炸的居民楼局部损毁严重,.,7,救援人员正在爆炸现场搜寻施救,.,8,大连一居民楼发生液化气泄漏闪爆事故,2006年11月17日凌晨3点58分，大连市甘井子区山日街60号居民楼一户住宅发生液化气泄漏闪爆事故，共造成9人死亡1人重伤，为居民家中民用液化气泄漏引起。,闪爆是指可燃气体达到一定浓度后遇明火引发的爆炸。,.,9,液化气泄漏爆炸事故现场,.,10,中石油吉林石化公司发生爆炸事故,2005年11月13日13时40分左右，地处吉林省吉林市的中石油吉林石化公司101厂一化工车间连续发生爆炸。据现场救援人员介绍，至少有60名伤员被送往吉化医院救治。该厂苯胺装置硝化单元发生着火爆炸是P-102塔发生堵塞，循环不畅，因处理不当造成的。,.,11,爆炸现场,.,12,施救现场,.,13,黄岛油库遭雷击起火爆炸,1989年8月12日9时55分，黄岛油库遭雷击起火爆炸。灭火战斗中有27人受伤，14人失踪，烧坏9辆消防车、1辆消防指挥车、3辆吉普车和面包车。出动直升飞机参加救护。党中央、国务院向在这场斗争中做出贡献的同志表示亲切的慰问，向牺牲的同志表示沉痛的哀悼，向伤亡同志的家属表示慰问。,.,14,强龙伏火,.,15,最后激战,.,16,铁岭昌图烟花爆竹爆炸事件,2003年12月30日上午辽宁省铁岭市昌图县双庙子镇发生烟花爆竹爆炸事故。发生事故的是昌图安全环保彩光声响有限责任公司。这起特大爆炸事故已经造成38人死亡，另有33人受伤，直接经济损失577万元。,.,17,爆炸发生地-昌图安全环保彩光声响有限责任公司2000余平方米厂房变成一片废墟。,.,18,发生爆炸现场,.,19,山西原平轩岗煤电公司职工医院爆炸,2006年4月10日发生在轩岗公司职工医院的爆炸事故，原因是由于王晋生等人非法购买、储存的自制炸药自燃自爆而引起的。炸药数量约为两吨以上。造成30人死亡，40余人重伤。犯罪嫌疑人王晋生和其司机王国华等人因涉嫌非法买卖、运输、储存爆炸物等三项罪名被警方刑事拘留。,.,20,爆炸现场,.,21,山西原平爆炸事故疑犯被刑拘,.,22,2006年7月6日早晨，西安市丰禾路一加气站突然发生爆炸，火焰翻腾着冲出设备房的屋顶。事故中，一名加气站员工不幸身亡。据调查，爆炸事故是因天然气压缩机汽缸冲顶，破损口瞬间压力过大，进而引发了天然气自燃。,爆炸案例,.,23,9.11恐怖袭击爆炸事故,.,24,2007年6月19日，甘肃省酒泉市金塔县双城镇一电焊工作业时，置于胸口衣兜里的手机电池突然爆炸，导致其肋骨断裂并刺破心脏而死亡。2007年6月27日，广州白云区打工仔蔡某在被窝里玩手机时，电池爆炸。同日，越秀区白领郑小姐手机爆炸，鼻梁被电池碎片割伤，一道2厘米长的伤口缝了6针。2008年6月17日，宁德市民林先生放在裤子口袋里的手机突然爆炸后燃烧，裤子烧损，左大腿内侧被烧伤。2009年1月30日，广州越秀区东华南路联想电脑专卖店内怀疑发生一起手机爆炸事件，一名20来岁的店员颈部大动脉破裂，当场死亡。,手机爆炸案例,.,25,(一)电池本身原因。由于电池内部缺陷，电池本身在不充电、不放电的情况下爆炸;(二)电芯长期过充。锂电池在特殊的温度、湿度以及接触不良等情况或环境下可能瞬间放电产生大量电流，引发自燃或爆炸;(三)短路。这种可能性较小。另外消费者将手机放在高温或易燃物品旁，也可能引起爆炸。,手机爆炸案例,.,26,专家们建议,应该尽量使用原厂的电池和充电器,不要使用破损的电池,在电池出现肿胀或充放电困难时,应该尽快更换。一些不合格的“山寨机”充电器，当与电源接通时，充电器的绝缘层会被电流击穿，这会导致带电部份外露，使用时有漏电、触电的安全隐患。正确的态度是对任何产品都保持警惕心态，例如不要让手机长期靠近要害部位，打手机时尽量用耳机，电池充电时远离易燃物品，锂电池不要长时间充电，也不要等到电池没电再充电，锂电池适合在含电和低温状态下储藏等等，养成相对安全的使用习惯。,手机爆炸案例,.,27,日本里氏9级大地震并引发海啸,日本宫城县石卷市一处海港，海面漂浮着大量建筑物碎片。,.,28,日本里氏9级大地震并引发海啸,.,29,日本里氏9级大地震并引发海啸,.,30,日本里氏9级大地震并引发海啸,.,31,日本里氏9级大地震并引发海啸,日本宫城县石卷市一处海港，海面漂浮着大量建筑物碎片。,.,32,日本里氏9级大地震,在地震中受灾严重的日本宫城县气仙沼市街景,.,33,日本里氏9级大地震,茨城县日立市拍摄的在地震中损毁的汽车,.,34,日本里氏9级大地震,仙台飞机场,.,35,日本里氏9级大地震,海啸,.,36,日本里氏9级大地震,.,37,日本里氏9级大地震,海啸,.,38,日本里氏9级大地震,.,39,日本里氏9级大地震,位于千叶县市原市的一处炼油厂，灭火行动仍在持续。,.,40,日本里氏9级大地震,日本东北部福岛第一核电站发生爆炸1号机组冒出白烟。,.,41,日本里氏9级大地震,.,42,日本里氏9级大地震,.,43,日本里氏9级大地震,.,44,日本里氏9级大地震,.,45,1、爆炸的基本概念爆炸是指物质在瞬间从一种状态变为另一种状态，以机械功的形式释放出大量气体和能量，同时产生巨大声响的现象。爆炸时物质发生急剧的物理、化学变化，能量在瞬间迅速释放或急剧转化成机械功或其他能量，使周围的物体遭受猛烈的冲击和破坏。,第一节爆炸及其分类,爆炸的主要特征是压力的急剧升高,.,46,1、爆炸的基本概念“瞬间”是指极短的时间，通常是在1s之内完成。如乙炔罐内的乙炔和氧气混合发生爆炸，大约在0.01s内完成，释放出大量的热能，热能加热空气，使得压力急剧升高，对外做机械功。常见的事故性爆炸有瓦斯爆炸、锅炉压力容器爆炸、粮食粉尘爆炸、轮胎爆炸等。,.,47,2、爆炸的分类,爆炸分类,按爆炸前后物质发生的变化,按爆炸瞬时燃烧速度,按爆炸反应相,物理性爆炸,化学性爆炸,核爆炸,轻爆,爆炸,爆轰,气相爆炸,液相爆炸,固相爆炸,.,48,2、爆炸的分类,按爆炸前后发生的变化分类(1)物理性爆炸是指体系中物质的状态参数(温度、压力、体积)发生突变，而造成物理能量迅速释放并以机械功、光和热等能量形式表现出来的爆炸现象。,物理性爆炸的显著特点是爆炸发生前后，爆炸物质的性质及化学成分均不变化，不发生化学反应。一般表现为气体或蒸气膨胀力的瞬时表现。日常可见到的有：啤酒瓶的爆炸、锅炉爆炸、车轮爆胎爆炸、压力容器爆炸等。,.,49,(2)化学爆炸是指体系中物质以极快的速度发生化学反应，产生高温、高压气体，并急剧膨胀作功而形成的爆炸现象。,如乙炔的爆炸，产生大量的二氧化碳和水，并有热量产生。化学性爆炸特点是反应速度快，放出大量的热，同时产生具有强大威力的冲击波。如：炸药的爆炸、可燃气体和空气混合物的爆炸、鞭炮烟花的爆炸、打火机的受热爆炸、汽车油箱的爆炸,2、爆炸的分类,.,50,1kg梯恩梯(TNT)炸药爆炸只需十万分之几秒，爆炸的传播速度(爆速)约7000m/s，放出热量(爆热)约42005000kJ/kg，生成气体产物，比容在标准状况下约740l/kg，爆炸瞬间放出的热量使气体产物的温度可高达3000，气体产物的压力按理论计算约等于2000MPa。爆炸产生的气体形成强大的冲击波，冲击波对建筑物有巨大的破坏。,炸药的爆炸-三硝基甲苯,.,51,化学性爆炸的分类:,1)简单分解爆炸，这种爆炸的热量由爆炸物质本身分解时产生，不一定发生燃烧反应。如乙炔在压力下的分解爆炸。这类爆炸在物质受到震动时就会发生，是很危险的,2)复杂分解爆炸，爆炸发生时伴随着燃烧，而所需的氧又由自身分解产生。如炸药的爆炸。,3)爆炸性混合物的爆炸，即所有可燃气体、蒸气、粉尘和雾滴与空气所形成的混合物的爆炸，如氢气、天然气、石油、煤粉等与空气混合的爆炸均属这种类型。,在化学性爆炸中，着重讨论可燃物质与空气混合形成爆炸性混合物的燃烧和防爆措施。,.,52,(3)核爆炸某些物质的原子核发生裂变反应或聚变反应，瞬间放出巨大能量而形成的爆炸现象。,如原子弹、氢弹的爆炸就属于核爆炸。原子核结构发生变化时，即当重核裂变和轻核聚变时将放出巨大的能量。物质所具有的原子能要比化学能大几百万倍到千万倍以上，因此爆炸威力很大。,2、爆炸的分类,.,53,.,54,原子弹,.,55,氢弹,.,56,按瞬时燃烧速度分类,轻爆(deflagration)：通常指燃烧速度为每秒数米的过程；爆炸（explosion）：通常指燃烧速度为每秒数10米至数百米的过程；有震耳的响声。可燃混合气体的爆炸及工业爆破等。,.,57,按瞬时燃烧速度分类,爆轰（detonation）：通常指每秒数1000米至7000米的过程。产生极高的压力和超音速的冲击波。于是形成的冲击波由它本身的能量所支持，迅速传播并能远离爆轰的发源地而独立存在，同时可引起该处的其他爆炸性气体混合物或炸药发生爆炸，从而发生一种“殉爆”现象。,.,58,按参加爆炸反应物的相的状态,气相爆炸：在气体（主要是空气）中发生的爆炸。包括可燃性气体和助燃性气体混合物的爆炸；气体的分解爆炸；液体被喷成雾状物引起的爆炸；飞扬悬浮于空气中的可燃粉尘引起的爆炸等。液相爆炸：液相和气相间急剧发生相变化时的现象。包括聚合爆炸、蒸发爆炸以及由不同液体混合所引起的爆炸。例如，硝酸和油脂，液氧和煤粉等混合时引起的爆炸；熔融的矿渣与水接触或钢水包与水接触时，由于过热发生快速蒸发引起的蒸汽爆炸等。固相爆炸：某些固体物质发生剧烈化学反应形成的爆炸。包括爆炸性化合物及其他爆炸性物质的爆炸(如乙炔铜的爆炸)；导线因电流过载，由于过热，金属迅速气化而引起的爆炸等。,.,59,1、爆炸机理爆炸是大量的能量在极短时间内迅速释放出或急剧转化成机械功的一种现象。本质是“气体压力的急剧升高”。,第二节爆炸机理,.,60,一般说来，爆炸具有以下特点：爆炸过程进行得很快，0.1到0.00001s；爆炸点附近压力急剧升高，多数爆炸伴有温度升高，105Pa到1010Pa；发出或大或小的响声；周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏。,爆炸的特征,.,61,爆炸的基本特征,爆炸现象的特征可以从内部和外部两方面说明：内部特征是：大量气体和能量在有限的体积内突然释放或急剧转化，造成高温高压等非同寻常状态对邻近介质形成急剧的压力突跃和随后的复杂运动，显示出不同寻常的移动或机械破坏效应。外部特征是：爆炸将能量以一定的方式转变为原物质或产物的压缩能，随后物质由压缩态膨胀，在膨胀过程中做机械功，进而引起附件介质的变形、破坏和移动，同时由于介质受振动而发生一定的声响效应。,.,62,爆炸发生的条件,发生爆炸同时具备下面5个条件：1、可燃物；2、助燃物；3、可燃物与助燃物均匀混合；4、混合物处于相对封闭空间内；5、足够能量的点火源。,.,63,爆炸的破坏作用,爆炸的破坏作用可包括以下5个方面：(1)爆炸火球对物体的直接作用炸药爆炸产生的高温、高压、高能量密度的气体产物最初呈一个炽热的火球，其迅速膨胀对周围的物体有燃烧和猛烈冲击作用，可以烧穿钢甲、炸碎弹体、炸坏建筑或设备，也可以使邻近炸药产生殉爆或引起火灾。,.,64,爆炸的破坏作用,(2)空气冲击波的作用高温、高压、高能量密度的气体产物压缩周围静止空气，形成冲击波，炸药爆炸形成的空气冲击波可以使人体内脏器官受到损伤，使建筑物遭到破坏，引起邻近炸药的殉爆。,空气冲击波在传播过程中，不断把能量传递给周围介质和遇到的障碍物，其自身能量不断减少，强度不断衰减。随着冲击波远离爆源，其压力和速度逐渐减小，最后衰减成对人员和建筑物不再构成危险的音波，以至最后完全消失。,.,65,爆炸的破坏作用,(3)固体飞散物的作用由于爆炸而抛掷起来的石块、破片、碎砖瓦等固体飞散物，可以击伤人员和砸坏建筑物。(4)地震波的作用爆炸引起的地震效应以地层波的形式向周围传播，使邻近建筑物遭到破坏。(5)有毒有害气体的作用在爆炸反应中会生成一定量的CO、NO、H2S、SO2等有毒气体。特别是在有限空间中发生的爆炸，有毒气体会导致人员中毒或死亡。,.,66,第三节爆炸极限及其理论,1、爆炸极限概念（1）爆炸极限的具体定义可燃气体(或蒸气、粉尘)与空气的混合物，并不是在任何浓度下，遇到火源都能爆炸，而必须在一定的浓度范围内，遇火源才能发生爆炸。这个遇火源能发生爆炸的可燃气浓度范围，称为爆炸极限(包括爆炸下限和爆炸上限)。一般用可燃气在空气中的体积百分比来表示,.,67,2、爆炸浓度上限、下限概念当可燃气浓度低到某一浓度以下时，火球温度降到可燃气燃点以下，火焰就不能传播下去，这个浓度称为爆炸浓度下限。若可燃气浓度比理论混合比高，空气(氧气)量不足，燃烧不完全，燃烧速度也渐慢，致使热量不足，火球温度下降。以当高达某一浓度时便没有火焰传播，这个浓度称为爆炸浓度上限。,.,68,爆炸的上限与下限之差，再除以下限取值，则表示其危险程度：H值越大，表示危险性越高。确定出爆炸极限就能正确确定工艺过程的火灾危险程度，便于制定各项预防燃烧爆炸的措施。,.,69,3、爆炸极限的实用意义,首先，根据某些可燃气体、液体蒸气的爆炸极限，可以知道它们的危险程度。爆炸极限的范围越大，其危险性也就越大。,.,70,3、爆炸极限的实用意义,在认识爆炸极限规律之后，就可以做到以下几个方面：判断可燃物质的爆炸危险程度，从而尽可能用爆炸危险性小的物质代替爆炸危险性大的物质。爆炸极限可作为评定和划分可燃物质的评定标准，如可燃气体按爆炸下限（10%或10%）分为一、二级。根据爆炸极限选择电机和电器。例如生成或储存爆炸下限10%的可燃气体场所可选用任一防爆型电气设备；爆炸下限10%的可燃气体场所则应选用隔爆型电气设备。确定建筑物的耐火等级、层数和面积等。,.,71,可燃气体(蒸气)的爆炸极限不是一个固定的常数，而是受许多因素的影响而变化的。1）初始温度2）初始压力3）氧气含量4)惰性介质5）容器6）外热源种类、强度,4、可燃气体爆炸极限的影响因素,.,72,4、可燃气体爆炸极限的影响因素(1)初始温度可燃性混合气的初始温度升高，使爆极限范围增大，即爆炸下限降低，上限增高。这是因为温度升高，会使反应物分子的活性增大，因而反应速度加快，反应时间缩短，导致反应放热速率增加，散热减少，使爆炸反应容易发生。,.,73,.,74,.,75,（2）初始压力初始压力对爆炸极限有影响，在高压下影响比较明显，但情况比较复杂，必须实测。一般来说，压力增高，爆炸极限范围扩大。因为压力增高，使分子间距缩小，碰撞几率增高，使烧燃反应更为容易。从实验得知：压力增高时，爆炸下限降低不太明显，上限增高较多。,.,76,.,77,.,78,（3）氧含量混合气中氧含量增加，一般对爆炸下限影响不大，因为在下限浓度时氧气对可燃气是过量的。由于在上限浓度时氧含量相对不足，所以增加氧含量会使上限显著增高。例如甲烷在空气中的爆炸极限范围为5.0-15.0，而在纯氧气中，爆炸极限范因为5.0-61.0。,.,79,（4）惰性气体含量及杂质若在可燃混合气中加入惰性气体，将使其爆炸范围缩小，当惰性气体含量逐渐增多达到一定浓度时，可使混合气不爆炸。这是因为加入惰性气体后，其分子会使可燃气分子与氧分子隔离，在二者间形成一道屏障。当活化分子撞击惰性气体分子时，则会减少或失去活化能，因而使反应链中断。若某处已经着火，则放出的热量会被惰性气体吸收，热量不能积聚，对燃烧起到抑制的作用。,.,80,.,81,（5）容器的尺寸及材质若容器材质的传热性能好，尺寸又小到一定程度，则由于器壁的热损失较大，要达到能使可燃气燃烧的最低温度，就需增加反应的发热量，导致爆炸范围缩小。容器大小对爆炸极限的影响也可从器壁效应得到解释。随着管径的减小，自由基与管壁碰撞的几率相应增大，当管径减小到一定程度时，则因自由基(与器壁相撞)销毁速度大于自由基产生速度，而使燃烧，爆炸不能进行。有时容器材质对爆炸极限也有影响。某些材料对可燃气爆炸有催化作用，某些材料有钝化作用。例如氢和氟在玻璃容器中混合、甚至在液态空气的低温下于黑暗中也能爆炸；而在银制容器中，常温下才能反应。,.,82,.,83,（6）点火源增高点火源的能量，增大火源的表面积和延长火源与混合物的接触时间都会使可燃气爆炸范围增大。以甲烷与空气的混合气为例：当电火花能量为1mJ时，其爆炸极限范围为6-15，当点火火花能量为10mJ时，其炸爆范围为4.9-15，当点火能量高到一定程度时，爆炸极限就趋近于一个稳定值。所以，一般情况下，测定混合气爆炸极限时应采用较高的点火能量。,.,84,（7）其它因素除以上影响因素外，光对爆炸极限也有影响。众所周知，在黑暗中氢与氯反应十分缓慢，但在强光下则会导致爆炸。又如甲烷和氯气混合，在黑暗中长时间内不发生反应，但在日光照射下，便会引起激烈的反应，如果两种气体的比例适当则会发生爆炸。,.,85,讨论可燃气体(蒸气)的爆炸极限的影响因素有两方面的意义：1)对测试结果进行分析。由于测试条件不同，所得到的爆炸极限的数据也有差异，在引用数据时应注明来源。2)一般表中所列爆炸极限都是在标准条件下测得的数据，在实际工作中使用这些数据时应根据生产过程或贮存的实际条件进行适当的修正。,4、可燃气体爆炸极限的影响因素,.,86,1、爆炸反应当量浓度的计算,爆炸性混合物中的可燃物质和氧化物质的浓度比例为恰好能发生完全的化合反应时（化学当量比浓度），爆炸所析出的热量最多，所产生的压力也最大。实际的反应当量浓度稍高于计算的反应当量浓度，这是因为爆炸性混合物通常含有杂质。,5、爆炸极限的计算,.,87,可燃气体或蒸气的完全反应浓度的计算,.,88,（1）、经验公式法,2、爆炸上限和爆炸下限的计算,根据完全燃烧反应所需的氧原子数估算有机物的爆炸下限和上限，其经验公式如下:,.,89,经验公式法计算实例,.,90,（2）理论混合比Lx0计算法,.,91,（2）理论混合比Lx0计算法实例,.,92,上式可用来计算烷烃以及其它有机可燃气体的爆炸极限，经验证明，按此式计算值与实验值比，误差不超过10。但它不适用于乙炔以及含氢、硫、氯等无机气体的混合气。,（2）理论混合比Lx0应用,.,93,对于多种可燃性气体组成的可燃性混合气，在已知各单独组分气体的爆炸极限的条件下，可按理查特里(Lechteilier)法则近似地计算混合气体的爆炸极限。此公式运用的条件是：1)各单独组分间不相互发生化学反应2)燃烧时无催化作用。,（3）多种可燃气组成的混合气体的爆炸极限,.,94,.,95,.,96,通常用上式求得的爆炸下限值比较接近实际，而爆炸上限则有时偏差较大。但用它来求爆炸上限值的大致趋向也是方便的。另外此公式用于煤气、水煤气，天然气等碳氢化学物类混合气爆炸极限的计算比较准确，而对氢与乙烯，氢与硫化氢，甲烷与硫化氢等混合气及一些含二硫化碳的混合气体，则误差较大。,理查特里(Lechteilier)法特点,.,97,（4）北川彻三法,此法是日本北川彻三教授提出用来计算可燃气爆炸上限的。他认为，在各有机同系物中，可燃气分子中碳原于数与可燃气爆炸上限所必需的氧原子数2n0之间存在着直线关系。各类有机同系物可由求n0，求出n0后可按下式求L上。,.,98,.,99,.,100,(5)含惰性气体的多种可燃气混合物爆炸极限计算利用常见的双组分混合气体(一种可燃气体与一种惰性气体)爆炸极限的测试曲线图。在计算方法上，需“借用”了数学消元法的思路，将一种惰性气体与一种可燃气体配对视为一种“新”的可燃气，然后用理查特里公式即可算出混合气的爆炸极限。,.,101,.,102,.,103,第四节爆炸破坏力计算,物质的爆炸温度和爆炸压力是衡量爆炸破坏力的两个重要参数。,.,104,第四节爆炸破坏力计算,一、爆炸温度的计算1、根据反应热计算爆炸温度,列出燃烧的反应方程式，确定爆炸后各产物的数量。假定爆炸过程容积不变，查表确定各产物的定容热容，认为跟温度成线性关系假定绝热，全部燃烧热用于提高燃烧产物的温度，即燃烧热（产物数量热容温度）,Q=（mCT）,.,105,爆炸温度计算算例,.,106,爆炸温度计算算例,.,107,2、根据燃烧反应方程式与气体的内能计算爆炸温度基于能量守恒，爆炸前系统内能之和等于爆炸后系统内能之和。计算：,Q=u,1、查燃烧前各物质内能，查表得燃烧热2、试给一个爆炸温度，查各产物内能3、依据能量守恒：燃烧后各产物内能燃烧前各物质内能+燃烧热4、重复2，3，试凑法得爆炸温度,.,108,可燃气体或蒸气的爆炸温度可利用能量守恒的规律估算，即根据爆炸后各生成物内能之和与爆炸前各种物质内能及物质的燃烧热的总和相等的规律进行计算。用公式表达为：u2=Q十u1式中，u2燃烧后产物的内能之总和；u1燃烧前物质的内能之总和；Q燃烧物质的燃烧热之总和。,Q=u,.,109,爆炸温度计算算例,.,110,.,111,可燃性混合物爆炸时产生的压力称为爆炸压力，它是度量可燃性混合物将爆炸产生热量用于做功的能力。如果爆炸时产生的爆炸压力大于窗口所能承受的压力极限，那么此容器就会破裂。可燃物爆炸后压力与初始压力、初始温度、浓度、组分及容器的形状、大小等因素有关。,二、爆炸压力的计算,.,112,二、爆炸压力的计算,p、T、n爆炸后的最大压力、最高温度和气体摩尔数p0，T0、m爆炸前的最大压力、最高温度和气体摩尔数,爆炸产生的最大压力可按压力与温度及摩尔数成正比的规律确定：,爆炸压力计算式为：,.,113,爆炸压力计算算例,.,114,三、爆炸力的计算发生化学爆炸常常是容器内部或在某一局限的空间。这种化学反应所放出的能量可根据参与反应的可燃气体量和这种气体的燃烧热(高热值)直接计算而得。LVH427式中L化学爆炸时的爆炸力，千克力m；V参与反应的高热气体体积(标准状态下)，m3；H可燃气体的高燃烧值，千克m3；427热功当量，1千卡热相当于427千克力m。1千克力等于9.8N。,.,115,不过，在一般情况下，参与反应的可燃气体是难以弄清楚的。所以只能进行估算，即估算混入多少可燃气体或混入的氧气(空气)可与多少可燃气体进行反应。或者根据容器的压力及容积计算氧气与可燃气体适当的比例时最大可能参与反应的气量。发生在容器外空间的化学爆炸，虽然容器内部的可燃性气体已经全部逸出，但一般不全部参与反应，因为喷出的气体呈球状进入空间大气，只是外围的一部分可燃气体与空气混合形成爆炸性气体。,.,116,例如：1kg汽油蒸气与空气混合并达到爆炸极限，遇火花在1秒钟内发生爆炸，试求爆炸所作的功。1kW102公斤力米秒，1kg汽油蒸气的燃烧热为10300千卡，因此，（42710300）（1102）4.31104kW，就是说爆炸将会产生43100kW的功率。这个功率足以破坏容器。产生如此大的功率主要因为是在1秒钟之内发生爆炸的结果。假若在十分之一秒内发生爆炸，则功率又大10倍，将达到431000kW。相反，如果作用在十分钟内发生，功率则降为72kW。因此，爆炸之所以有这么大的摧毁力，主要因为爆炸反应是在瞬间(110、1100s)发生的。,.,117,第五节气体和粉尘爆炸,一、气体爆炸,凡是常温、常压下以气体状态存在，在受热、受压、撞击或遇火花等外界能力作用下具有燃烧或爆炸性能的气体称为可燃性气体。如矿井瓦斯。,.,118,第五节气体和粉尘爆炸,一、气体爆炸1、气体爆炸的危险性,产生火球可燃气体的燃烧反应,.,119,第五节气体和粉尘爆炸,一、气体爆炸2、气体爆炸的机理,热点火机理：气体混合物爆炸是由加热和温度升高，引发自动着火或自动点燃，进而发展为爆炸。链式反应机理：可燃气体混合物积累了活化中间产物，游离基与原始混合气体发生一系列链式反应生成最终产物，释放出燃烧反应热。,.,120,第五节气体和粉尘爆炸,一、气体爆炸3、气体爆炸特性,（1）气体混合物爆炸可燃气体（或可燃液体蒸气）空气的混合物遇到点火源，发生气体混合物爆炸。描述气体混合物爆炸特性的参数有两组：一是气体点火特性表征参数，包括闪点、引燃温度、最小点燃能量、爆炸极限、最大试验安全间隙；另一组是气体爆炸效应表征参数，包括燃烧温度、爆炸指数等。,.,121,第五节气体和粉尘爆炸,一、气体爆炸3、气体爆炸特性,闪燃与闪点自燃与自燃温度最小点火能量最小点燃电流及最小点燃电流比在标准测试条件下，采用直流24V和95mH电感电路火花试验装置进行点燃试验时，在最晚点燃的浓度下，点燃可燃气体空气混合物所需的最小电流称为最小点燃电流。可燃气体空气混合物最小点燃电流与甲烷空气混合物最小点燃电流之比称为最小点燃电流比。,.,122,第五节气体和粉尘爆炸,一、气体爆炸3、气体爆炸特性,爆炸极限最大试验安全间隙在标准试验装置及测试条件下，点燃壳体内所有浓度范围的被试验气体（蒸气）空气混合物后，通过25mm长法兰接合面均不能点燃壳外爆炸性气体混合物的外壳空腔与壳内两部分之间的最大间隙，称为最大试验安全间隙，这个值是确定防爆电气设备和设备隔爆外壳的重要依据。,.,123,法兰,法兰是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端。,.,124,（2）气体的分解爆炸分解爆炸性气体及临界压力能够发生分解爆炸的气体，在温度、压力等作用下的分解反应，会释放相当数量的热量，从而给燃爆提供了所需的能量。生产中常见的分解爆炸的气体有：乙炔、乙烯、环氧乙烷C2H4O等。以乙炔分解爆炸为例，乙炔受热或受压，先发生聚合加成反应，后发生分解爆炸。温度在200300时，乙炔分子开始发生聚合反应，形成较复杂的化合物，如苯C6H6、苯乙烯C8H8等，同时放出热量：3C2H2C6H6630J/mol，放出的热量使乙炔温度升高，加速了聚合反应，从而放出更多热量，当温度达到700，压力超过0.15MPa时，未聚合的乙炔分子就发生爆炸性分解。,.,125,由元素生成乙炔时需要消耗大量的热，当乙炔分解时即放出生成时所吸收的全部热量：C2H22CH2266.04J/mol分解时的生成物是细粒固体碳和氢气，假如分解是在密闭容器（如乙炔储罐）中进行的，则由于温度升高，压力急剧增大1013倍，从而引起容器爆炸。要想防止分解爆炸，在乙炔的聚合反应时，要及时导出大量的热。,.,126,增加压力也能促使和加速乙炔的聚合及分解反应。温度和压力对乙炔的聚合与爆炸分解的影响如图31所示。,压力越高，爆炸分解所需要的温度越低；温度越高，在较低的压力下就能发生爆炸分解。,在高压下容易引起分解爆炸的气体，当压力降至某数值时，就不在发生分解爆炸，此压力称之为分解爆炸的临界压力。乙炔分解爆炸的临界压力是0.14Mpa，二氧化氮为0.25Mpa,一氧化氮为0.15Mpa,乙烯在0下的分解爆炸临界压力为4Mpa,.,127,乙烯分解爆炸：C2H4C+CH4+127.4kJ/mol环氧乙烷分解爆炸：C2H4OCH4+CO+134.4kJ/mol,.,128,简单分解爆炸（物质）这类物质在爆炸时分解为元素，并在分解过程中释放出热量。如乙炔银、乙炔铜、碘化氮、迭氮铅等。Ag2C22Ag2CQPbN6Pb3N2Q简单分解的爆炸性物质很不稳定，受摩擦、撞击，甚至轻微震动都可能发生爆炸，其危险性很大。复杂分解爆炸（物质）这类物质包括各种含氧炸药和烟花爆竹等。其危险性比简单分解的爆炸物稍低。含氧炸药在发生爆炸时伴有燃烧反应，燃烧所需的氧由物质本身分解供给。TNT、硝化棉均属此类。硝化甘油的分解爆炸反应式如下：4C3H5(ONO2)312CO2+10H2O+O2+6N2+Q每公斤硝化甘油爆炸就能产生715L气体,.,129,4、常见爆炸类型,（1）混合气体爆炸混合气体爆炸指在可燃性气体中,除了氢气、天然气、乙炔、液化石油气等外，还包括由汽油、苯、甲苯、醇类、醚类等可燃性液体蒸发出的蒸气；在氧化性气体中，除了有空气、氧气外，还包括氧化亚氮、氧化氮、二氧化氮、氯气、氟等，两类气体混合后发生的爆炸。在密封的容器内发生爆炸时，生成气体的压力可达到最初压力的710倍。（2）气体分解爆炸气体分子分解过程中(即使是单一成分的气体），有时会发热而发生分解爆炸。例如，压缩纯净的乙炔气，若有火源，则分解成氢气和二氧化碳，同时也会发热而发生爆炸。,.,130,4、常见爆炸类型,（3）粉尘爆炸粉尘爆炸指可燃物固体的微细粉尘分散在空气等氧化剂气体中，当达到一定浓度时，被着火源点着引起的爆炸。相对而言，粉尘爆炸的燃烧速度和压力上升速度没有混合气体爆炸时的速度那么快。镁、铝、硅化钙、硅、煤粉、面粉、木粉、塑料粉、硫磺粉等粉尘都会发生爆炸。（4）危险性混合物质的爆炸危险性混合物质的爆炸指两种或两种以上物质混合或接触时(如氧化性物质与还原性物质相互混合后)，由于受到冲击或加热，或是混合物相互进行化学反应而发生的爆炸。如黑色炸药(硝酸钾、硫磺、木炭粉)，液氧炸药(液氧、炭粉)，照相用闪光剂(硝酸钾、镁粉)等物质。,.,131,4、常见爆炸类型,（5）爆炸性化合物的爆炸爆炸性化合物爆炸指化学合成炸药在制造、加上或使用过程中发生的爆炸。此外，也有在反应过程中生成敏感的副产品，蓄积在反应釜内而引起爆炸的。例如，在氧化反应釜内残留过氧化物蓄积时就是这样。（6）蒸气爆炸蒸气爆炸指液体(包括液化气体)处于过热状态时，瞬间急剧蒸发汽化引起的爆炸。蒸气爆炸是所有液体都可能发生的现象，它不需要火源引爆。不论是水，还是有机液体或液化碳酸气，都可产生蒸气爆炸。如锅炉的爆炸（7）雾滴爆炸可燃性液体的雾滴空气混合物在有限空间中的爆炸,.,132,5、燃烧和化学性爆炸的关系,相同点,(2)爆炸(化学性爆炸)与燃烧的本质是相同的（除简单分解反应部分)，都能发光、发热并发出声音。,(3)爆炸和燃烧都可以用连锁反应理论来解释，因此，同一种物质在一种条件下可以发生燃烧，在另一种条件下可能产生爆炸。如汽油在敞口容器里可以燃烧，在闭口容器里可发生爆炸。,(1)都发生氧化反应（除简单分解反应），两者都需具备可燃物、氧化剂和火源三个基本条件。,.,133,5、燃烧和化学性爆炸的关系,不同点,（1）爆炸的最主要特征是压力的急剧上升，并不一定着火(发光、放热)；而燃烧一定有发光放热现象，但与压力无特别关系。（2）一般燃料的燃烧需要外界供给氧，没有氧，燃烧反应就不能进行，如煤炭在空气中燃烧；某些含氧的化合物(如一硝基甲苯等)或混合物，在缺氧的情况下虽然也能燃烧，但由于其含氧不足，隔绝空气后燃烧就不完全或熄灭。而炸药的化学组成或混合组分中含有较丰富的氧元素或氧化剂，发生爆炸变化时无需外界的氧参与反应，所以，它是能够发生自身燃烧反应的物质。化学爆炸反应的实质就是瞬间的剧烈燃烧反应。,.,134,（3）燃烧的传播是依靠传热进行的，因而燃烧的传播速度慢，一般是每秒几毫米到几百米；而爆炸的传播是依靠冲击波进行的，传播速度快，一般是每秒几百米到几千米。但是，对于可燃性气体、蒸气或粉尘与空气形成的爆炸性混合物，其燃烧与爆炸几乎是不可分的，往往是被点火后首先燃烧，然后由于温度和压力的升高，使燃速迅速加快，因而连续产生无数个压缩波。这些压缩波在传播过程中迭加成冲击波，使尚未来得及燃烧的其余部分发生爆炸。瓦斯爆炸就是这种类型。,5、燃烧和化学性爆炸的关系,不同点,.,135,为什么汽油、煤气有时发生燃烧，有时爆炸？,.,136,汽油、煤气等可燃物的燃烧与爆炸的本质部是氧化反应，区别在于速度和气体压力不同。对于汽油、煤气等同一种可燃物来说，由于燃烧条件不同，有时是平稳燃烧，有时则可能发生爆炸。如果我们点燃盛装在敞口容器中的汽油。实际上是汽油表面的蒸气在燃烧，可以看作是一种扩散燃烧，不会形成爆炸，因为（1）反应速度慢，（2）反应产生的气体和热量都散失到空间中了。如果容器中的汽油没有被点燃而任其蒸发到受限空间，与空气形成预混气。遇明火则可能爆炸。这是因为（1）反应速度快，（2）在受限空间中气体形成高温高压会膨胀做功。煤气发生燃烧或爆炸的情形与汽油蒸气类似。,为什么汽油、煤气有时发生燃烧，有时爆炸？,.,137,瓦斯爆炸三要素,.,138,面粉爆炸实验,粉尘爆炸,.,139,粉尘爆炸,1、分类,按存在粉尘爆炸危险性的行业分类（1)金属粉尘：如镁、钛、铝粉等；（2)煤炭粉尘：如煤尘、活性炭；（3)林产品粉尘：如纸粉，木粉；（4)合成材料粉尘：如塑料、染料粉尘、化纤原料粉尘。（5)粮食粉尘：如面粉、淀粉等。（6)农副产品粉尘：如棉花、烟草、糖粉尘等；（7)饲料粉尘：如血粉、鱼粉等。,.,140,2、粉尘爆炸机理,悬浮在空气中的粉尘与空气组成混合物，和气体或蒸汽混合物一样，具有爆炸下限和爆炸上限。粉尘混合物的爆炸反应也是一种连锁反应，在火源作用下，产生原始小火球，随着热和活性中心的发展和传播，火球不断扩大而形成爆炸。,粉尘爆炸,.,141,粉尘爆炸,3、粉尘爆炸形成过程,1.粒子表面接受热能，表面温度上升,2.粒子表面的分子热分解或干馏气体释放并包裹在粒子周围,.,142,4.火焰产生的热量，加速粉粒的分解，放出可燃气体与空气混合着火，并激烈反应、传播，产生光、声和冲击波，形成爆炸。,3.该气体与空气混合成为爆炸性混合气体，着火产生火焰,粉尘爆炸,.,143,4、粉尘爆炸特点,(1)粉尘混合物爆炸时，燃烧不完全，如煤粉爆炸时，燃烧的基本上是分解出的气体产物，而灰渣来不及燃烧。(2)有产生二次爆炸可能性。(3)爆炸的感应期较长，爆炸前要经过尘粒表面的分解或蒸发阶段，有时要经过从表面向中心延烧的过程,因而感应期较长，可达数10s，为气体的数10倍。(4)粉尘点火的起始能量大，达10J数量级，为气体的近百倍。(5)粉尘爆炸会产生有毒气体，如CO或自身(如塑料)分解有毒气体。,粉尘爆炸,.,144,5、评价粉尘燃爆危险性的主要指标,a）粉尘自燃点b）粉尘爆炸极限(g/m3)通常是爆炸下限(爆炸上限浓度很难测得确定值)。c）粉尘最小着火能d）粉尘爆炸压力,粉尘爆炸,.,145,（1）粉尘的化学组分及性质这是引起粉尘爆炸的内因。粉尘的化学结构及反应特性对能否引起粉尘爆炸具有决定性作用。此外，燃烧热大的粉尘，爆炸性强。粉尘中含有挥发分越多，越易爆炸。粉尘中含有的灰分越多，则爆炸性减少。,粉尘爆炸,6、影响粉尘爆炸的因素粉尘爆炸危险性主要随粉尘的种类、粒度、粒度分布、氧含量和水分等因素而变化。,.,146,（2）粉尘的粒度及粒度分布粉尘粒度越细越易飞扬，且粒度细的粉尘比表面积大，表面活性大，爆炸性强。,粉尘爆炸,.,147,（3）含氧量粉尘和空气混合物中，气相中氧含量的多少对其爆炸特性影响很大。粉尘爆炸体系是一个缺氧的体系，所以气相中氧含量增加，粉尘的爆炸下限浓度降低，上限浓度增高，爆炸范围扩大。在纯氧中的爆炸下限浓度只为在空气中爆炸下限的1/3-1/4，而能发生爆炸的最大颗粒尺寸则加大到空气中相应值的5倍。,粉尘爆炸,.,148,（4）含水量粉尘中含水量越大，粉尘爆炸的危险性越小。水分的影响可从以下几点解释：,a.水分使粉尘的凝聚增强，使粉尘总浓度值降低。b.水分蒸发吸收热能，降低热量积聚,降低升温速度。c.水蒸气的产生导致氧含量降低。d.含水量增高会使最小起爆能增高。,粉尘爆炸,.,149,粉尘爆炸,.,150,(5)可燃气含量可燃气的存在使粉尘爆炸浓度下限降低，最小点燃能量也降低，增加了粉尘爆炸的危险。,粉尘爆炸,.,151,粉尘爆炸,（6）粒子的形状与表面状态即使平均粒径相同的粉尘，其形状和表面状态不同时，爆炸危险性也不一样。偏平状粒子爆炸危险性最大，针状粒子次之，球形粒子最小。粒子表面新鲜，暴露时间短，则爆炸危险性高。,.,152,6.粉尘的爆炸下限、爆炸压力、自燃点,粉尘爆炸,.,153,7、生产场所粉尘爆炸的危险性评价,了解该生产场所存在可燃性粉尘的爆炸极限浓度(主要是爆炸下限)，这是判断是否能产生粉尘爆炸的主要依据。了解粉尘的粒度、比重、自燃温度、导电性等物理性质，这些物理性质直接与燃爆危险性有关。了解在正常生产状态下，可燃粉尘产生与释放的情况。如粉尘释放的具体部位、释放量、释放速度、方向及其在空间可能分布的范围。,粉尘爆炸,.,154,了解生产场所的通风情况。了解生产场所的其他情况：（1)现场有无点火源；（2)有无易积存粉尘的部位；（3)有无报警或指示信号装置等。,粉尘爆炸,.,155,煤尘爆炸原理,煤尘爆炸与预防,.,156,煤尘爆炸与预防煤尘爆炸同瓦斯爆炸一样都属于矿井中的重大灾害事故。我国历史上最严重的一次煤尘爆炸发生在1942年日本侵略者统治下的本溪煤矿，死亡1549人，残246人，死亡的人员中大多为CO中毒，事故发生前，巷道内沉积了大量煤尘，是由于电火花点燃局部聚积的瓦斯而引起的重大煤尘爆炸事故。,.,157,一、煤尘爆炸的机理及特征1、煤尘爆炸的机理煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作用下，空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程，是一种非常复杂的链式反应。一般煤尘爆炸机理及过程主要表现在以下方面：(1)煤本身是可燃物质，当它以粉末状态存在时，总表面积显著增加，吸氧和被氧化的能力大大增强，一旦遇见火源，氧化过程迅速展开；(2)当温度达到300400时，煤的干馏现象急剧增强，放出大量的可燃性气体。(3)形成的可燃气体与空气混合在高温作用下吸收能量，在尘粒周围形成活化中心，当活化中心的能量达到一定程度后，链反应过程开始，游离基迅速增加，发生了尘粒的闪燃；(4)闪燃所形成的热量传递给周围的尘粒，并使之参与链反应，导致燃烧过程急剧地循环进行。,.,158,2煤尘爆炸的特征(1)形成高温、高压、冲击波；(2)煤尘爆炸具有连续性；(3)煤尘爆炸的感应期，即煤尘受热分解产生足够数量的可燃气体形成爆炸所需的时间；(4)挥发分减少或形成“粘焦”；(5)产生大量的CO。二、煤尘爆炸的条件煤尘爆炸必须同时具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮于空气中并达到一定浓度；存在能引燃煤尘爆炸的高温热源。我国煤尘爆炸的引燃温度在6101050之间，一般为700800。煤尘爆炸的最小点火能为4.540mJ。,.,159,三、影响煤尘爆炸的因素1、煤的挥发分煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强。判定煤尘爆炸性的指标叫挥发分指数(v),也称煤尘爆炸指数。计算方法是：v=挥发份/可燃物质。过去根据其爆炸指数来判断煤尘有无爆炸性，认为煤尘V10，即有爆炸危险，否则不会爆炸。但试验证明，有些V10的煤尘也会爆炸。所以煤矿安全规程规定，必须通过煤尘爆炸性试验来确定煤尘有无爆炸危险。2、煤的灰分和水分煤内的灰分是不燃性物质，能吸收能量，阻挡热辐射，破坏链反应，降低煤尘的爆炸性。煤尘中的水分有吸热、粘结煤尘的作用。但当其中水分含量少时，水能在高温下分解成氢和氧，反而使煤尘更易氧化。只有当煤尘中水分含量足够大(捏团不散)时，才能阻止爆炸。,.,160,三、影响煤尘爆炸的因素3、煤尘粒度粒度对爆炸性的影响极大。1mm以下的煤尘粒子都可能参与爆炸，而且爆炸的危险性随粒度的减小而迅速增加。褐煤粉的爆炸下限浓度为49-68g/m3有烟煤粉的爆炸下限浓度为41-57g/