安全管理-技术讲义作业技术13爆炸基本概念术

安全管理技术讲义作业技术13爆炸基本概念术

【大纲考试内容要求】：

1.熟悉爆炸的机理及其分类；

2.熟悉各类爆炸的反应历程。

3.熟悉爆炸极限的影响因素：

【教材内容工

第二节爆炸基本概念

一、爆炸的概念

（一）爆炸的机理及其分类

在自然界中存在各类爆炸现象。广义地讲，爆炸是物质系统的一种极为迅速的物理的或者化

学的能量释放或者转化过程，是系统蕴藏的或者瞬间形成的大量能量在有限的体积与极短的

时间内，骤然释放或者转化的现象。在这种释放与转化的过程中，系统的能量将转化为机械

功与光与热的辐射等。

爆炸能够由不一致的原因引起，但不管是何种原因引起的爆炸，归根结底务必有一定的能源。

按照能量的来源，爆炸能够分为三类，即物理爆炸、化学爆炸与核爆炸。

⑴物理爆炸。物理爆炸是由系统释放物理能引起的爆炸。比如，高压蒸汽锅炉当过热蒸汽

压力超过锅炉能承受的程度时，锅炉破裂，高压蒸汽骤然释放出来，形成爆炸；陨石落地、

高速弹丸对目标的撞击等物体高速碰撞时，物体高速运动产生的功能，在碰撞点的局部区域

内迅速转化为热能，使受碰撞部位的压力与温度急剧升高，并在碰撞部位材料发生急剧变形,

伴随巨大响声，形成爆炸现象；自然界中的雷电也属于物理爆炸，它是由带有不一致电荷的

云块间发生强烈的放电现象，使能量在10-6〜10-7S内释放出来，放电区达到极大的能量密

度与高温，导致放电区空气压力急剧升高并迅速膨胀，对周围空气产生强烈扰动，从而形成

闪电雷鸣般的爆炸现象；高压电流通过细金属丝时，温度可达到2X104C,使金属丝瞬间

化为气态而引起爆炸现象；此外，地震与火山爆发等现象也能属于物理爆炸。总之，物理爆

炸是机械能或者电能的释放与转化过程，参与爆炸的物质只是发生物理状态或者压力的变

化，其性质与化学成分不发生改变。

⑵化学爆炸。化学爆炸是由于物质的化学变化引起的爆炸，如炸药爆炸，可燃气体（甲烷、

乙焕等）爆炸。悬浮于空气中的粉尘（煤粉、面粉等）以一定的比例与空气混合时，在一定的条

件下所产生的爆炸也属于化学爆炸。化学爆炸是通过化学反应，将物质内潜在的化学能，在

极短的时间内释放出来，使其化学反应产物处于高温、高压状态的结果。通常气体爆炸与粉

尘爆炸的压力能够达到2X106Pa,高能炸药爆炸时的爆轰压可达2X10l（）Pa以上，二者爆

炸时产物的温度均可达到3X1O3~5X1O3K,因而使爆炸产物急剧向周围膨胀，产生强冲击

波，造成对周围介质的破坏。化学爆炸时，参与爆炸的物质在瞬间发生分解或者化合，变成

新的爆炸产物。

⑶核爆炸。核爆炸是核裂变（如原子弹是用铀235、钵239裂变）、核聚变（如氢弹是用气、筛;

或者锂核的聚变）反应所释放出的巨大核能引起的。核爆炸反应释放的能量比炸药爆炸时放

出的化学能大的多，核爆炸中心温度可达数107K,压力

爆炸反应历程

(二)爆炸反应历程

爆炸性物质或者混合物发生爆炸有热反应与链式反应两种不一致的历程。按照链式反应理论，爆

炸性混合物(如可燃性气体与氧气)与火源接触后，活化分子就会汲取能量而离解为游离基，并与

其他分子相互作用形成一系列的链式反应，释放燃烧热。链式反应有直链式反应与支链式反应两

种。直链反应是指每一个游离基都进行自己的连锁反应，如氯与氢属于这一类反应。即氯分子在

光的作用下被活化成两个氯的游离基，每一个氯的游离基都进行自己的连锁反应，而且每次反应

只引出一个新的游离基，即：

c%+△(光量子)=cr+cr

cr+n2=HCl+H'

ci2=HCI+cr

cr+H2=HCI+ir

H+CL=HCI+cr

依此类推

cr+cr=ci2

H+H'=H，

支链反应是指在反应中一个游离基能生成一个以上的新的游离基，如氢与氧的连锁反应属于此类

反应，其反应历程为：I压+0.=2oir

II。｝「+比=no+i「

inir+0.=oH+o'

iv。'+出=oir+H'

链式反应历程大致分为3个阶段：

(1)链引发，游离基生成。

(2)链传递，游离基作用于其他参与反应的化合物，产生新的游离基。

(3)链终止，即游离基的消耗，使连锁反应终I匕

链式反应速度可用下式表示:

尸（。）

y=------------------------------（2-1）

fs+f1-+A（1-a）

式中网c）——反应物浓度函数；

一一链在器壁上销毁因数：

f.一一链在气相上销毁因数：

A——与反应物浓度有关的函数；

a——链的分支数，在直链反应中n=l,支链反应中n>l。

热反应历程是指危险物受热发生化学反应，反应在某一定空间内进行时，假如散热不良会使反应

温度不断提高，温度的提高乂会使反应速度加快，使得热天于失热，导致爆炸发生。

至于什么情况下发生热反应，什么情况下发生链式反应，需根据具体情况而定，甚至同•爆炸性

混合物在不一致条件下有的时候也会是完全不一致的。图23所示为氢与氧按完全反应的浓度

（2乩+0）构成的混合气发生暴炸的温度与压力区间。从图中能够看出，当压力很低且温度不高时

（如在温度500℃与压力不超过200Pa时），由于游离基很容易扩散到器壁上销毁，如今连锁中

断速度超过支链产生速度，因而反应进行较慢，混合物不可能发生爆炸；当温度为500C,压力

升高到200Pa与6666Pa之间时（如图中的a与b点之间），由于产生支链速度大于销毁速度，链

反应很猛烈，就会发生爆炸；当压力继续提高，超过b点（大于6666Pa）以后，由于混合物内分

子的浓度增高，容易发生链中断反应，致使游离基销毁速度又超过链产生速度，链反应速度趋于

缓与，混合物又不可能发生爆炸了.

【例题】：悬浮于空气中的粉尘（煤粉、面粉等）以一定的比例与空气混合时，在一定的条件下所

产生的爆炸，属于（）。

A.物理爆炸

B.化学爆炸

C.碰撞爆炸

D.机械爆炸

【答案】：B

甲以炸极限

二、爆炸极限

（一）爆炸极限的基本理论及其影响因素

爆炸极限是表征可燃气体与可燃粉尘危险性的要紧示性数。当可燃性气体、蒸气或者可燃粉尘与空气（或者

氧）在•定浓度范围内均匀混合，遇到火源发生爆炸的浓度范围称之爆炸浓度极限，简称爆炸极限。

将这一浓度范围的混合气体（或者粉尘）称作爆炸性混合气体（或者粉尘）。可燃性气体、蒸气的爆炸极限通

常用可燃气体或者蒸气在混合气体中的所占体积分数来次示；可燃粉尘的爆炸极限是以在混合物中的质量

浓度（g/m3）来表示。

可燃性气体的体积分数及质量浓度比在20℃时的换算公式如下：

L1000M273M

Y=——X-------------X-------------=LX——（2—2）

10022.4273+202.4

式中L一一体积分数，

Y-----质量浓度，g/m30

M一—可燃性气体或者蒸气的相对分子质量：

22.4——标准状态下（0℃,1atm）1mol物质气化时的体积。

把能够爆炸的最低浓度称作爆炸下限：能发生爆炸的最高浓度称作爆炸上限。用爆炸上限与下限浓度之差

与爆炸下限浓度之比值表示其危险度H,即：

H=（L上一L下）/L下或者H=（Y±-Y下）/Y下（2-3）

I【值越大，表示可燃性混合物的爆炸极限范围越宽，其爆炸危险性越大。

可燃性气体、蒸气或者粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源（明火或者温度），火焰瞬间传播于整个混合气体（或

者混合粉尘）空间化学反应速度极快，同时粹放大量的热，生成很多气体，气体受热膨胀，形成很高的温度

与很大的压力，具有很强的破坏力。

可燃性气体、蒸气或者粉尘爆炸极限的概念能够用热爆炸理论来解驿。当可燃性气体、蒸气或者粉尘的浓

度小于爆炸下限时，由于在混合物中含有.过量的空气，过量空气的冷却作用及可燃物浓度的不足，导致系

统得热小于失热，反应不能连续下去：同样，当可燃性气体（或者粉尘）的浓度大于爆炸上限时，则会有过

量的可燃物，过量的可燃物不仅因缺轨而不能参与反应、放出热且:，反而起冷却作用，阻止了火焰的延延。

当然，也还有爆炸上限达100%的可燃气体与蒸气（如环氧乙烷、硝化甘油等），可燃性粉尘（如火炸药粉尘）。

这类物质在分解时会自身供氧，使反应持续进行卜.去。随着气体压力与温度的升高，越容易引起分解爆炸。

【例题】：乙烷在空气中的爆炸极限范围是3〜15%,那么乙烷在空气中爆炸的危险度H是。

A1

B2

C.3

D4

【答案】：D

【解析】：根据H=（L上一L下）/L下

=（15-3）/3=4

一、名选题：

1、下列有关爆炸极限说法正确的是：0

A.爆炸极限是表征可燃气体与可燃粉尘危险性的要紧示性数

B.可燃性气体、蒸气的爆炸极限通常用可燃气体或者蒸气在混合气体中的所占质量浓度（g/m3）来表示

C.可燃粉尘的爆炸极限是以在混合物中的质量浓度（g