4.4 第四节 可燃液体的闪燃

《消防燃烧学》教案序号4.4课题第四章第四节可燃液体的闪燃课时2课型理论课一、教学目标及要求（一）教学目标【知识与技能】1.掌握闪燃和闪点的概念，理解闪燃是可燃液体的重要特征、闪燃往往是着火的先兆；2.掌握可燃液体爆炸温度上、下限的概念，理解爆炸温度下限就是液体的闪点；3.掌握同系物闪点的变化规律（随分子量、沸点、密度增加而升高，随蒸气压降低而升高，正构体比异构体高）；4.掌握混合液体闪点的变化规律（两种互溶可燃液体混合闪点低于平均值，可燃液体与不燃液体混合闪点随不燃含量增加而升高）；5.掌握闪点的测定方法（闭杯试验、开杯试验）和计算方法（道尔顿公式式4-8、内插值法式4-9、爆炸浓度下限式4-10）；6.掌握闪点在消防工作中的应用（评定火灾危险性、划分火灾危险性类别、确定灭火剂供给强度）。本节是《消防燃烧学》第四章"可燃液体的燃烧"中的第四节。上一节学习了可燃液体的燃烧速率。闪燃是可燃液体的重要特征，闪点是评价可燃液体火灾危险性的主要参数。掌握闪燃、闪点及其变化规律、测定和计算方法，是评定液体火灾危险性、划分火灾危险性类别、制定灭火方案的基础。对于消防救援人员而言，掌握本节内容有助于评估液体火灾危险性、正确选用灭火剂和确定供给强度。【过程与方法】1.通过闪燃、闪点概念的讲解，理解闪燃是可燃液体的火灾危险信号；2.通过同系物闪点变化规律（表4-9、表4-10、表4-11）的分析，掌握闪点随分子量、沸点、密度等变化规律；3.通过混合液体闪点变化规律（图4-5、图4-6、表4-12）的分析，理解混合液体闪点降低的危险性；4.通过闪点测定（图4-7、图4-8）和计算（式4-8、式4-9、式4-10、例题4-1）的学习，掌握闪点确定方法；5.通过闪点在消防工作中的应用（表4-14、表4-15、表4-16）的分析，理解闪点在火灾危险性分类和灭火剂供给强度确定中的作用。【情感、态度、价值观】通过本节学习，使学员认识闪燃、闪点在评定液体火灾危险性和消防工作中的重要意义。理解闪点越低的液体火灾危险性越大的规律，掌握根据闪点划分火灾危险性类别（甲/乙/丙类）和确定灭火剂供给强度的方法。结合汽油、煤油、柴油等常用液体的闪点数据，增强安全意识，培养消防救援人员科学评定火灾危险性、精准扑救的专业素养。（二）教学要求1.识记闪燃、闪点、爆炸温度上、下限的概念；2.掌握同系物闪点的变化规律；3.掌握混合液体闪点的变化规律；4.掌握闪点的测定方法和计算方法（式4-8、式4-9、式4-10）；5.掌握闪点在消防工作中的应用（评定火灾危险性、划分火灾危险性类别、确定灭火剂供给强度）。二、教学重点1.闪燃和闪点的概念，爆炸温度上、下限的概念；2.同系物闪点的变化规律（随分子量、沸点、密度增加而升高，随蒸气压降低而升高，正构体比异构体高）；3.混合液体闪点的变化规律；4.闪点的测定方法和计算方法（式4-8、式4-9、式4-10）；5.闪点在消防工作中的应用（划分火灾危险性类别、确定灭火剂供给强度）。三、教学难点1.爆炸温度上、下限的概念及与爆炸浓度极限的对应关系；2.同系物闪点变化规律的机理（范德华力作用）；3.混合液体闪点低于平均值的规律；4.闪点的计算（式4-8道尔顿公式、式4-9内插值法、例题4-1苯的闪点计算）。四、教学方法与手段本节教学内容以可燃液体的闪燃、闪点为主，插图4张（图4-5甲醇与乙酸戊酯混合液的闪点、图4-6甲醇和丁醇混合液的闪点、图4-7闭杯试验闪点测定仪、图4-8开杯试验闪点测定仪），数据表10个（表4-7~表4-16），公式3个（式4-8道尔顿公式、式4-9内插值法、式4-10爆炸浓度下限计算），例题1个（例题4-1苯的闪点计算）。教学应注重闪点概念的分层讲解、变化规律的归纳、测定和计算的演示、消防应用的分析。授课全过程使用PPT课件，将闪点概念、10张表格、4张插图、3个公式清晰展示；采用讲授法、归纳法和案例法相结合，通过例题4-1演示闪点的计算。教学中注重理论联系实际：闪点是评定液体火灾危险性的主要参数，直接用于火灾危险性分类和灭火剂供给强度确定。汽油闪点低（-58~10℃），火灾危险性大；菜籽油闪点高（157℃），火灾危险性小。教学中应设置提问、讨论环节（如"为什么汽油比煤油更容易着火""为什么往煤油中加入少量汽油会显著降低闪点""为什么开杯闪点比闭杯闪点高""扑救不同闪点液体火灾如何确定泡沫供给强度"），启发学员思考，将闪点知识应用于消防实践。五、教学过程设计首先，从闪燃与闪点概念引入，讲解闪燃的定义、闪点的定义及爆炸温度上、下限；其次，讲解同系物闪点的变化规律（表4-9、表4-10、表4-11）；再次，讲解混合液体的闪点变化规律（图4-5、图4-6、表4-12）；第四，讲解闪点的测定和计算（图4-7、图4-8、表4-13、式4-8、式4-9、式4-10、例题4-1）；最后，讲解闪点在消防工作中的应用（表4-14、表4-15、表4-16）并进行课堂小结和布置思考题。（一）引言同学们，上一节我们学习了可燃液体的燃烧速率。可燃液体火灾的危险性大小，可以用闪点来评定。闪燃是可燃液体的重要特征之一，闪点是评价可燃液体火灾危险性的主要参数。汽油、煤油、柴油的火灾危险性之所以不同，正是因为它们的闪点不同。掌握闪燃、闪点及其变化规律、测定和计算方法，是评定液体火灾危险性、划分火灾危险性类别、制定灭火方案的基础。（二）阐述、分析、推导【板书】第四章可燃液体的燃烧【板书】第四节可燃液体的闪燃【板书】一、闪燃与闪点【讲解】闪燃是可燃液体的重要特征之一。闪燃是指可燃性液体挥发的蒸气与空气混合达到一定浓度或者可燃性固体加热到一定温度后，遇明火发生一闪即灭的燃烧。【讲解】各种可燃液体表面都有一定数量蒸气，蒸气浓度取决于该液体温度，液体温度越高，其蒸气浓度越大。当可燃液体升温至一定的温度，蒸气达到一定浓度时，如有火焰或炽热物体靠近液体表面，就会发生一闪即灭的燃烧。【讲解】另外，某些能够在室温下挥发或缓慢蒸发（升华）的固体，也会发生闪燃现象，如萘和樟脑等。在规定的试验条件下，可燃性液体或固体表面产生的蒸气在试验火焰作用下发生闪燃的最低温度称为闪点。【讲解】部分可燃液体的闪点值见表4-7。【讲解】在闪点时，可燃液体生成的蒸气还不多，仅能维持一刹那的燃烧；可燃液体蒸发速率还不快，来不及补充新的蒸气以维持稳定的燃烧，所以闪燃一下就熄灭了。闪燃往往是着火的先兆，当可燃液体加热到闪点以上时，一经火焰或火星的作用，就不可避免地引起着火。【讲解】当液体上方空间的饱和蒸气压与空气的混合气体中可燃液体蒸气浓度达到爆炸浓度极限时，混合气体遇火源就会发生爆炸。根据蒸气压的理论，对特定的可燃液体，饱和蒸气压（或相应的蒸气浓度）与温度成一一对应关系。蒸气爆炸浓度上、下限所对应的液体温度称为可燃液体的爆炸温度上、下限。【讲解】爆炸温度下限，即液体在该温度下蒸发出等于爆炸浓度下限的蒸气浓度，也就是说，液体的爆炸温度下限就是液体的闪点；爆炸温度上限，即液体在该温度下蒸发出等于爆炸浓度上限的蒸气浓度。爆炸温度上、下限值之间的范围越大，爆炸危险性就越大。【讲解】显然，利用爆炸温度极限来判断可燃液体的蒸气爆炸危险性比爆炸浓度极限更方便。部分可燃液体的爆炸浓度极限与对应的爆炸温度极限见表4-8。【讲解】从表4-8可以看出：酒精的爆炸浓度极限为3.3%~19.0%，对应的爆炸温度极限为11℃~+40℃；车用汽油的爆炸浓度极限为1.1%~7.1%，对应的爆炸温度极限为-38℃~-8℃。液体的爆炸温度下限即为其闪点。【板书】二、同系物闪点变化规律【讲解】从消防观点来说，闪燃是可燃液体和某些低熔点固体可燃物发生火灾的危险信号，闪点是评价可燃液体火灾危险性的主要参数。可燃液体的闪点越低，火灾危险性越大。【讲解】一般而言，可燃液体多数是有机化合物。有机化合物根据其分子结构不同，分成若干同系物，同系物虽然结构相似，但分子量却不相同。分子量大的分子结构变形大，分子间力大，蒸发困难，蒸气浓度低，闪点高。同系物的闪点具有以下规律：【板书】同系物液体的闪点，随其分子量的增加而升高。【板书】同系物液体的闪点，随其沸点的增加而升高。【板书】同系物液体的闪点，随其密度的增加而升高。【板书】同系物液体的闪点，随其蒸气压的降低而升高。【讲解】部分醇和芳烃的物理性能见表4-9。【讲解】从表4-9可以看出：醇类中，甲醇式量32、沸点64.7℃，闪点12℃；正丁醇式量74、沸点117.8℃，闪点29℃。随分子量增大，沸点升高，闪点也升高。芳烃类中，苯式量78、沸点80.1℃，闪点-11℃；邻二甲苯式量106、沸点144.4℃，闪点16℃。同样随分子量增大，沸点升高，闪点升高。【讲解】同系物中正构体比异构体闪点高，正构体与异构体的闪点比较见表4-10。【讲解】从表4-10可以看出：正戊烷沸点36℃、闪点-49℃，异戊烷沸点27.8℃、闪点低于-51℃；正辛烷沸点125.6℃、闪点12℃，异辛烷沸点99℃、闪点-12.5℃。正构体比异构体闪点高。【讲解】同系物的闪点的变化规律，是由于分子间范德华力作用的不同造成的。式量的增大表明分子中原子数增加了，而原子数增多，分子间范德华力也就增大，结果造成液体的沸点增高，蒸气压降低，密度增大，闪点升高。【讲解】相同碳原子数的异构体中，支链数增多，造成空间阻碍增大，使分子间距离变远，从而分子间的范德华力减弱，沸点降低，闪点下降。【讲解】汽油的闪点随着馏分温度的提高而升高更为明显，见表4-11。【讲解】从表4-11可以看出：汽油50~60℃馏分闪点为-58℃，140~150℃馏分闪点为10℃。汽油的闪点随馏分温度的提高而明显升高。【提问】请同学们思考：为什么同系物闪点随分子量增加而升高？为什么正构体比异构体闪点高？【讲解】同系物分子量增大，分子中原子数增多，分子间范德华力增大，造成沸点增高、蒸气压降低、密度增大，闪点升高。正构体支链少，分子间距离近，范德华力大，沸点高，闪点高；异构体支链多，空间阻碍大，分子间距离远，范德华力弱，沸点低，闪点低。【板书】三、混合液体的闪点变化规律【板书】（一）两种完全互溶可燃性液体的混合液体闪点【讲解】两种完全互溶可燃性液体的混合液体的闪点一般低于各组分闪点的平均值，并且接近于混合物中含量较大的组分的闪点。【讲解】例如甲醇和乙酸戊酯的混合物，纯甲醇的闪点为12℃，纯乙酸戊酯的闪点为28℃，当60%的甲醇与40%的乙酸戊酯混合时，其闪点并不等于12×60%+28×40%=18.4℃，而为10℃，如图4-5所示。【讲解】甲醇和丁醇1:1的混合液的闪点不是（12+29）/2=20.5℃，而是13℃，要比平均值低，如图4-6所示。【讲解】又如，车用汽油的闪点为-38℃，灯用煤油的闪点为40℃，如果将这两种液体按1:1比例混合时，其闪点低于（-38+40）/2=1℃。【讲解】有人曾做实验发现，在煤油中加入1%的汽油，可使煤油的闪点降低10℃以上。可见，如果往可燃液体中添加闪点更低的可燃液体，即使加入的量不多，也能大大降低可燃液体的闪点，增大其火灾危险性。【板书】（二）可燃液体与不可燃液体的混合液体的闪点【讲解】在可燃液体中掺入互溶的不燃液体，其闪点随着不燃液体含量的增加而升高。当不燃组分含量达到一定值时，混合液体不再发生闪燃。这类混合物常见的如甲醇与水、乙醇与水、丙酮与水以及甲醇与四氯化碳等。醇与水混合液体的闪点变化见表4-12。【讲解】从表4-12中可以看出，能与水互溶的醇，随含水量的增加闪点随之提高。对于乙醇的水溶液，当水分占60%时，其闪点将由纯乙醇时的闪点13℃升至25℃；当水占97%时，混合液体就不再发生闪燃。【讲解】所以，对于能溶于水的可燃液体引发的火灾，用水稀释虽能提高闪点，但只有当溶液极稀时，才能使其不再发生闪燃。若可燃液体体积较大时，单纯用水稀释法来灭火并不适合，因为在这种情况下，不但可燃液体在火灭后不能再使用，而且稀释需要耗费大量的水，容易使可燃液体溢出容器，造成火势蔓延扩大。【板书】四、闪点的测定和计算【板书】（一）闪点的测定【讲解】根据测定方法的不同，可燃液体闪点分为闭杯试验闪点和开杯试验闪点两种。用规定的闭口杯法测得的结果称为闭杯试验闪点，测试过程是将可燃液体样品放在有盖的容器中加热测定（图4-7），常用于测定煤油、柴油等轻质油品或闪点低的液体。【讲解】用规定的开口杯法测得的结果称为开杯试验闪点，测试过程是将可燃液体样品放在敞口容器中，加热后蒸气可以自由扩散到周围空气中进行测定（图4-8），常用于测定润滑油等重质油品或闪点高的液体。【讲解】测定的方法不同，其闪点值也不同，一般开杯试验闪点要比闭杯试验闪点高15~25℃，闪点越高，两者差别越大。【讲解】图4-7为闭杯试验闪点测定仪，各部件为：1—溢流口补溶液；2—试样用温度计；3—试验火苗标准球；4—试验火苗；5—水溶液用温度计；6—试验容器；7—气体加热器。【讲解】图4-8为开杯试验闪点测定仪，各部件为：1—温度计；2—点火器；3—瓷坩埚；4—砂浴；5—酒精灯；6—支架。【板书】（二）闪点的计算【讲解】可燃液体的闪点，也可以通过计算方法求得，但计算值不如仪器测定值准确，因为在计算时只考虑到混合物的组成和燃烧时所需氧气的理论量，不考虑其他因素的影响。由于闪点是可燃液体重要的燃烧性能参数，因而用计算方法求算出的闪点近似值，在消防工作中仍不失其参考价值。【板书】1．通过液体的饱和蒸气压计算液体的闪点【讲解】通过液体的饱和蒸气压来计算液体的闪点，其计算原理是根据可燃液体温度与其饱和蒸气压的对应关系，也就是说，可燃液体的饱和蒸气压是其温度的函数，计算可燃液体闪燃时的饱和蒸气压，由此得出该液体的闪点。常见可燃液体的饱和蒸气压力见表4-13。【讲解】注：760mmHg=101.325kPa，1mmHg=0.133kPa。【讲解】利用道尔顿公式求算：【板书】式（4-8）P饱=P/（1+A/0.21）【讲解】式中：P饱—闪点温度下可燃液体的饱和蒸气压（mmHg）；P—可燃液体蒸气与空气混合物的总压强，通常等于大气压（760mmHg）；A—燃烧1mol液体所需氧气的摩尔数。【讲解】计算出P饱后，再利用内插值法计算闪点，计算公式如下：【板书】式（4-9）T闪=T1＋（P饱－P1）×（T2－T1）/（P2－P1）【讲解】式中：T闪—可燃液体的闪点（℃）；T1—前插值点可燃液体对应的闪点（℃）；T2—后插值点可燃液体对应的闪点（℃）；P1—前插值点可燃液体对应的饱和蒸气压（mmHg）；P2—后插值点可燃液体对应的饱和蒸气压（mmHg）。【板书】【例题4-1】试计算苯在760mmHg大气压下的闪点？【讲解】解：（1）根据苯的燃烧反应方程式算出1mol苯燃烧所需氧气的摩尔数A：C6H6+7.5O2→6CO2+3H2O，则A=7.5。【讲解】（2）将A值代入式（4-8）中，求算出苯在闪燃时的饱和蒸气压：P饱=760/（1+7.5/0.21）≈11.24（mmHg）。【讲解】（3）从表4-13查知，苯的饱和蒸气压为11.24时，其温度范围为-20~-10℃。再用内插值法即可求算出苯的闪点为：【讲解】T闪=-20＋（11.24-7.43）×（-10-（-20））/（14.63-7.43）=-20+3.81×10/7.2=-20+5.29≈-14.7（℃）。【讲解】答：在一个大气压下苯的闪点为-14.7℃。【板书】2．利用可燃液体蒸气爆炸浓度下限计算闪点【讲解】由于在闪点时可燃液体的饱和蒸气浓度就是该可燃液体蒸气的爆炸浓度下限（V%）。可燃液体的饱和蒸气浓度与饱和蒸气压的关系为：【板书】式（4-10）P饱=P×V/100【讲解】式中：P饱—闪点温度下可燃液体的饱和蒸气压（mmHg）；P—可燃液体蒸气与空气混合物的总压强，通常等于大气压（760mmHg）；V—可燃液体蒸气的爆炸浓度下限（%）。【讲解】根据式（4-10）求出P饱后，利用前面所述的内插值法，就可以计算出可燃液体的闪点。【板书】五、闪点在消防工作中的应用【板书】（一）闪点是评定液体火灾危险性的重要参数【讲解】闪点越低的液体，其火灾危险性就越大，有的液体在常温下甚至在冬季，只要遇到明火就可能发生闪燃。例如，苯的闪点为-11℃，乙醇的闪点为13℃，苯的火灾危险性就比乙醇大。【讲解】又如乙酸的闪点是39℃，它在室温下与明火接近是不能立即燃烧的，因为此时蒸发出来的乙酸蒸气量很少，不能闪燃，更不能燃烧，只有把乙酸加热到39℃时才能闪燃，继续加热到燃点温度时，才会燃烧。几种易燃液体的闪点见表4-14。【板书】（二）根据闪点，划分可燃液体及其火灾危险性类别【讲解】根据闪点，划分可燃液体及其火灾危险性类别见表4-15。【讲解】按照我国《危险货物分类和品名编号》（GB6944-2012），易燃液体包括易燃液体和液体退敏爆炸品，易燃液体是指易燃的液体或液体混合物，或是在溶液或悬浮液中有固体的液体，其闭杯实验闪点不高于60℃，或开杯实验闪点不高于65.6℃。【讲解】按照《建筑防火设计规范》（GB50016-2018）的规定，根据闪点的高低和生产、储存中的火灾危险性大小，易燃液体可分为3类：甲类，即闪点＜28℃的液体；乙类，即28℃≤闪点＜60℃的液体；丙类，即闪点≥60℃的液体。【板书】（三）根据闪点确定灭火剂供给强度【讲解】灭火剂供给强度是指每单位面积上，在单位时间内供给灭火剂的数量，如泡沫液可表示为L/（s·m2）。一般而言，扑救闪点越低的液体火灾，其灭火剂供给强度就越大。石油化工企业固定顶储罐的空气泡沫液供给强度见表4-16。【讲解】从表4-16可以看出：闪点低于60℃的液体，固定、半固定式泡沫灭火系统供给强度为0.8L/（s·m2），移动式泡沫灭火设备为1.0L/（s·m2）；闪点高于等于60℃的液体，供给强度分别为0.6和0.8L/（s·m2）。闪点越低，灭火剂供给强度越大。【提问】请同学们思考：闪点在消防工作中有哪些应用？为什么闪点越低的液体灭火剂供给强度越大？【讲解】闪点在消防工作中的应用：一是评定液体火灾危险性（闪点越低火灾危险性越大）