消防燃烧学课件

1、消防燃烧学,消防技能基础教研室 张友达,内容,燃烧的化学基础：燃烧的本质和条件,一、燃烧和火灾的基本概念 1、燃烧：可燃物与氧化剂作用发生的放热反应， 通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象，称为燃烧。 2、火灾：在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的 灾害，叫火灾。 二、燃烧本质 特殊的氧化-还原反应 氧化-还原反应：发生电子转移，反应物和生成物在 反应前后的化合价发生变化。 特殊性：伴有放热、发光、火焰和发烟四个特点。,燃烧的化学基础：燃烧的本质和条件,三、燃烧条件 1、燃烧的必要条件 可燃物：凡能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反 应的物质都称为可燃物。 助燃物：凡与可燃物结合能导致和支持燃烧的

2、物质 称助燃物。 点火源：凡能引起物质燃烧的点火能源统称为点火 源。 2、燃烧的充分条件 可燃物和助燃物要有一定的数量和浓度，点 火源有 一定的温度和足够的能量。,燃烧的化学基础：燃烧的本质和条件,燃烧的化学基础：燃烧的本质和条件,四、燃烧条件的应用 防火措施： 1、控制可燃物 2、隔绝空气 3、消除点火源 灭火方法： 1、隔离法 2、窒息法 3、冷却法 4、抑制法,燃烧的化学基础：燃烧的产物,基本概念 燃烧产物：由燃烧或热解作用而产生的全部物质。 烟：由于燃烧或热解作用所产生的悬浮于大气中可 见的固体和（或）液体微粒。,燃烧的化学基础：燃烧的产物,产烟量的影响因素： 氧气供给情况：氧气供给充

3、分，碳粒子生成少，或不 生成碳粒子。氧气供给不充分，碳粒子生成多。 可燃物分子中碳氢比值：可燃物分子中碳氢比值不 同，生碳能力不同，碳氢比值大的生碳能力强。 可燃物分子结构：环状结构的芳香族化合物生碳能力 比直链的脂肪族化合物高。,燃烧的化学基础：燃烧的产物,二、燃烧产物的毒害作用及危害性 1、燃烧产物的毒害作用 （1）缺氧、窒息作用 （2）毒性、刺激性、腐蚀性 （3）高温气体的热损伤 2、燃烧产物的危害作用 （1）烟气的毒害性 （2）烟气的减光性 （3）不完全燃烧产物的爆炸性,燃烧的化学基础：燃烧的产物,建筑火灾中常见的可燃物和燃烧产物,燃烧的化学基础：有关计算,燃烧反应速度方程 燃烧时空气

4、需要量的计算 固液体可燃物燃烧时的空气需要量计算 气体可燃物燃烧时的空气需要量计算 固、液体理论燃烧产物生成量 燃烧热与燃烧温度的计算,燃烧的物理基础：热量的传递,热量传递的方式： 一、热传导 1、热传导定义：相互接触而温度不同的物体或物体中 温度不同的各个部分之间，当不存在宏观的相对位移时， 由微观粒子的热运动引起的热传递现象。 、傅里叶定律： 内容：在不均匀温度场中，由于导热形成的某点的 热流密度正比于该时刻同一地点的温度梯度。,燃烧的物理基础：热量的传递,二、热对流 1、热对流定义：流体中温度不同的各个部分之间， 由于相对的宏观运动而把热量从一处带到另一处的现象。 2、对流换热：具有相对

5、位移的流体与所接触的固壁 面之间的热量传递过程。 三、热辐射 辐射是通过电磁波传递能量的方式。 热辐射是因热的原因而发出辐射能的现象。 辐射换热是物体间以辐射方式进行的热量传递。,着火与灭火的基本理论,一、着火 着火：可燃体系因某种原因引起自动升温，反应自动 加速，最后出现火焰的现象。 二、着火分类 1、自燃：可燃物在无外部火源作用下，因受热或自 身发热并蓄热而发生燃烧的现象。 热自燃：可燃物因被预先均匀加热而产生的自燃。 化学自燃：可燃物在常温常压下因化学反应产生的热 量着火。 2、点燃(引燃)：可燃物局部受到火花、炽热物体等 高温热源的强加热而着火，然后依靠燃烧波传播到整个可 燃物中。,着

6、火与灭火的基本理论,三、着火条件 1、着火条件 如果在一定的初始条件下，系统将不可能在整个时间 区段保持低温水平的缓慢反应态，而将出现一个剧烈的加 速的过渡过程，使系统在某个瞬间达到高温反应态，这个 初始条件便称为着火条件。 2、正确理解着火条件 达到着火条件，只是具备着火的可能。 着火条件指的是系统初始应具备的条件。 着火条件是多种因素的总和。,着火与灭火的基本理论,谢苗诺夫自燃理论 在整个温度范围内，放热速率都大于散热速率，体系 温度自动增加化学反应加速，着火。 FK自燃理论 (弗兰克-卡门涅茨基自燃理论) 预测物质发生自燃的可能性。 求材料活化能。,着火与灭火的基本理论,典型物质自燃 一

7、、易自燃的化合物与单质 (一）与水作用发生自燃的物质 1、活泼金属 2、金属氢化物 3、硼烷 4、金属磷化物 5、炭化物 6、金属粉末 7、保险粉 8、 CaO 无水AlCl3 Na2O2 NaOH 发烟H2SO4 氯磺酸、PCl3 （与水接触时，虽不产生可燃气体，但放出大量的热，能将附近的可 燃物引燃。）,着火与灭火的基本理论,与水作用发生自燃的物质共同特点： 放出可燃气和大量热，可燃气在局部高温环境中与氧 结合，发生自燃。 与水作用发生自燃的物质消防安全要求。 储运中防止包装破损，防止吸水、吸潮。 防止与酸接触。 着火后，严禁用水扑救。,着火与灭火的基本理论,（二）空气中能自燃的物质 1、

8、黄磷 （存放在水中） 2、烷基铝 （存放在苯中） 3、硝化纤维素（存放在水中或酒精中，含水量不得少于32%或放 在低于20的密闭箱子中） （三）相互接触能自燃的物质 相互接触能自燃的两种物质，一般一种是强氧化剂，一种是强还 原剂。 （四）与氧化剂混合，在撞击或摩擦作用下能着火或爆炸 相互接触能自燃的物质储运过程中要分开； 与氧化剂混合，在撞击或摩擦作用下能着火或爆炸的物质，运输过 程中要防止撞击或摩擦。,着火与灭火的基本理论,强迫着火 一、强迫着火的特征 1、强迫着火 当一个冷的反应混合物被一个热源迅速地局部加热时，在热源附 近就会引发火焰，并且这个火焰就会传播到附近的冷的混合物中去， 这种引

9、发火焰传播的过程即定义为强迫着火或引燃。 点燃(引燃): 可燃物局部受到火花、炽热物体等高温热源的强加热而着火，然 后依靠燃烧波传播到整个可燃物中。 2、强迫着火特征 （1）体现为局部火焰及其传播 （2）燃点远高于自燃点 （3）点燃过程比自燃过程复杂 （电火花引燃）,着火与灭火的基本理论,热理论中的灭火措施 降低系统的氧气或可燃气的浓度。 降低系统的环境温度。 改善系统的散热条件，使系统的热量更容易散发出去。 重要结论： 降低氧气或可燃气的浓度，对灭火来讲比降低环境温 度的作用更大；相反对防止着火来讲，降低环境温度的作 用大于降低氧气或可燃气浓度的作用。,着火与灭火的基本理论,链琐反应理论中的

10、灭火分析 1、链锁反应理论中灭火的关键要使已着火的系统灭火，关键在 于使系统中自由基的增长速度小于其销毁速度。 2、链锁反应理论中的灭火措施： 降低环境温度，以减慢自由基的增长速度； 增加自由基在固相器壁的销毁速度； 增加自由基在气相中的销毁速度。 灭火基本原理 1、降低着火系统温度； 2、断绝可燃物； 3、稀释空气中的氧气浓度； 4、抑制着火区内的链锁反应。,可燃气体的燃烧,预混气中火焰的传播理论 正常火焰传播区 1、正常火焰传播 主要依靠导热的作用，将火焰中产生的热量传给未燃混气，使之 升温并着火，从而使燃烧波在未燃气中传播的现象。 2、特点 燃烧后气体压力要减小或接近不变。 燃烧后气体密

11、度要减小。 燃烧波以亚音速进行传播。,可燃气体的燃烧,爆轰 1、爆轰： 主要依靠冲击波（激波）的高压使未燃气受到近似绝热压缩的作 用而升温着火，从而使燃烧波在未燃区中传播的现象。 2、爆轰区的特点： （1）燃烧后气体压力要增加； （2）燃烧后气体密度要增加； （3）燃烧波以超音速传播。,可燃气体的燃烧,层流预混气中正常火焰传播速度 火焰传播机理 1、热理论 火焰能在混气中传播是由于火焰中化学反应放出的热量传播到 新鲜冷混气中，使冷混气温度升高，化学反应加速的结果。 2、扩散理论 火焰能在新鲜混气中传播是由于火焰中的自由基向新鲜冷混 气中扩散，使新鲜冷混气发生链锁反应的结果。 （层流火焰传播速度

12、马兰特简化分析）,可燃气体的燃烧,物理化学参数对层流火焰传播速度的影响 （一）可燃气与空气比值的影响 混气中可燃气与空气比值不同， Sl不同。存在一最佳比值，在 此最佳比值条件下火焰传播速度最快； 火焰传播存在浓度极限，混气中可燃气太少或太多，火焰均不能 传播。 （二）可燃气体的分子结构 （三）初始压力 对二级反应，压力与火焰传播速度关系不大。 （四）初始温度 混气初温增加，火焰传播速度越高。 （五）惰性气体的含量 惰性气体加入量越多，火焰传播速度越小。,可燃气体的燃烧,可燃气体爆炸 预混气爆炸温度、爆炸压力、爆炸升压速度的计算； 爆炸威力指数和爆炸总能量计算。 爆炸温度： 爆炸压力： 爆炸升

13、压速度： 爆炸威力指数=最大爆炸压力平均升压速度。 爆炸总能量：,可燃气体的燃烧,爆炸极限 一、基本概念 1、爆炸下限：可燃气与空气组成的混合气体遇火源能发生爆炸 的最低浓度。 2、爆炸上限：可燃气与空气组成的混合气体遇火源能发生爆炸 的最高浓度。 二、实用意义 （一）评定气体和液体蒸气的火灾危险性大小。 （二）评定气体生产、储存的火险类别。 （三）确定安全生产操作规程。,可燃气体的燃烧,分解爆炸 （一）分解爆炸的条件 1、分解爆炸必须是放热反应； 2、存在能量足够的火源或热源； 3、初始压力不小于分解爆炸的临界压力； 4、分解爆炸不需要氧气，爆炸上限为100%。 （二）能分解爆炸的几种气体

14、1、乙炔 2、氧化乙烯 3、乙烯 4、氮氧化物,可燃气体的燃烧,爆轰 爆轰产生的条件 （1）初始正常火焰传播能形成压缩扰动。 （2）管子足够长或自由空间的预混气体积足够大。 （大于爆轰前期距离） （3）可燃气浓度处于爆轰极限范围之内。 （4）管径大于爆轰临界直径。 爆轰波对设备破坏特点 1、波速很快，会使设备中常用的泄压装置失去作用。 2、压力很大，特别碰到器壁时，会产生反射增压作用。 3、体现为动压冲击作用。,可燃气体的燃烧,爆轰的预防措施 防止火焰向爆轰波转移，在未生成爆轰波之前，阻止 火焰传播，可安装阻火器。 在爆轰初始生成时，可将管径急剧增大，使爆轰中 断，并与阻火器并用。,可燃气体的

15、燃烧,气体爆炸的预防 可燃气爆炸的条件： 有可燃气。 有空气，并且可燃气与空气的比例必须在一定范围内。 存在火源。 预防可燃气爆炸的原则： 严格控制火源。 防止可燃气与空气形成爆炸性混气。 切断爆炸传播途径（抑爆技术）。 在爆炸开始时及时泄出压力，防止爆炸范围扩大及爆 炸压力升高（卸压技术）。,可燃气体的燃烧,严格控制火源 1、化学火源： 明火 化学反应放热 2、高温火源： 高温表面 热辐射 3、电器火源： 电火花 静电火花 4、冲击火源： 冲击与摩擦 绝热压缩,可燃气体的燃烧,防止可燃气与空气形成爆炸性预混气 密封操作 浓度监测报警 通风换气 惰气保护,可燃气体的燃烧,切断爆炸传播途径 （一

16、）安全水封 （二）阻火器：阻火器是阻止火焰传播的火焰阻断装置。 金属网阻火器：在器内用若干层有一定 孔径的金属网，把空间分隔成许多小孔隙。 砾石阻火器：器内是用沙粒、卵石、玻璃 球、铁屑等作为充填料，将器内空间分隔 成许多小孔隙。 波纹金属片阻火器：通常由交迭放置的 波纹金属片组成的有三角形孔隙的方形 阻火器和将一条波纹带与一条扁平带绕 在一个芯子上组成的圆形阻火器。,可燃气体的燃烧,泄压装置 （一）安全阀 1、定义:通过阀瓣的开启泄放出介质而降低容器内压力的一种特殊 装置。 2、特点：操作不用中断。 3、缺点：密封性能有时不良； 不能适于急剧的化学反应迅速升压所需的快速泄放情况； 对各种腐蚀

17、性介质适应能力差； 对于黏性较大或有结晶体的液态介质，有时会黏住阀瓣， 影响启 跳压力的精度等。 4、适用场所 适用于容易产生物理过程超压的操作，容许介质存在微量泄漏， 且介质黏度不大的场所。 （二）爆破片 1、特点： 爆破压力精度高、动作快，泄放量大，可用耐腐蚀性强 的材料制造。 2、缺点： 膜片破裂后操作中断，且其制造质量要求高。 3、适用场所：主要用于防止化学性爆炸，用于泄压要求灵敏介质 不易泄漏，不宜安装安全阀的压力容器。,液体的燃烧,一、闪燃和闪点 1.闪燃 可燃液体蒸气与空气混合气体遇火源发生一闪即灭的现 象。 2.闪点 在规定的实验条件下，液体表面发生闪燃的最低温度。 二、同类液

18、体闪点变化规律 1、同系物闪点随分子量增加、沸点升高、比重增大、 蒸气压降低而变高。 2、正构体比异构体的闪点高。 丁醇丙醇乙醇甲醇； 同系物间点随分子量增加而升高。,液体的燃烧,三、混合液体闪点 1.两种完全互溶可燃液体的闪点低于平均值，且接近含 量大组分的闪点 2.不可燃液体的加入，使可燃液体的闪点升高，当不燃 组分含量达一定值时，混合液体不再发生闪燃 闪点在消防中的意义： 是衡量可燃液体火灾危险性的重要参数。 是可燃液体生产、储运的火灾危险性分类的依据。 甲类危险可燃液体：闪点28 乙类危险可燃液体：闪点为2860 丙类危险可燃液体：闪点60 是配置灭火剂供给强度的依据。,液体的燃烧,爆

19、炸温度极限 1、爆炸（浓度）极限：与空气混合后，能发生爆炸的 蒸汽最低浓度称爆炸下限；能发生爆炸的蒸汽最高浓度称 爆炸上限。 2、爆炸温度极限：对应于爆炸浓度上下限的液体温度 称为可燃液体爆炸温度上下限。 3、判断方法 凡爆炸温度下限小于最高室温且爆炸温度上限大于最 低室温的可燃液体，其蒸汽与空气混合物遇火源能爆炸； 凡爆炸温度下限大于最高室温的可燃液体，其蒸汽与 空气混合物遇火源不能爆炸； 凡爆炸温度上限小于最低室温的可燃液体，其饱和蒸 汽与空气混合物遇火源不能爆炸、其不饱和蒸汽与空气混 合物遇火源有可能爆炸。,液体的燃烧,液体的引燃 基本概念 1、引燃着火：可燃液体的蒸汽与空气的混气在一定

20、的 温度条件下，与火源接触发生连续燃烧现象，称为可燃体 的引燃着火。 2、燃点（着火点）：发生引燃着火的最低温度称为燃 点或着火点。 3、燃点与闪点的关系 燃点闪点 对低闪点液体，二者非常接近 高闪点液体差别很大,液体的燃烧,液体的自燃 1、液体自燃：液体在没有外部火花作用下，因受热而 发生的燃烧称液体自燃。 2、自燃点：发生液体自燃的最低温度。 影响自燃点的外部因素 1、压力 压力增加，自燃点下降。 2、浓度 可燃气浓度与空气中氧浓度等于化学计量比时，自 燃点最低。 3、氧含量 氧含量增加，自燃点下降。,液体的燃烧,原油和重质油品燃烧时的沸溢和喷溅 有关原油和重质油品的基本概念 1.轻组分：

21、原油中比重最轻、沸点最低的很少一部分烃类。 2.重组分：原油中比重最重、沸点最高的很少一部分烃类。 3.初沸点：原油中比重最轻的烃类沸腾时的温度。 4.终沸点：原油中比重最重的烃类沸腾时的温度。 5.沸程：不同比重不同沸点的馏分转变为蒸气的最低和最 高沸点的温度范围。,液体的燃烧,原油和重质油品燃烧时热量的传递规律 （一）热波 在原油和重质石油产品燃烧过程中，重质组分携带热 量向液体深层沉降时形成的热的锋面。 （二）热波特性 1.随燃烧时间增加，热波在下降过程中温度逐渐升高（150315）。 2.热波向下沉降，温度逐渐降低。 3.热波下降速度大于液体的燃烧速度,所以液面下加热 层厚度不断变化。

22、,液体的燃烧,热波传播速度的影响因素 1、油品的组成 轻组分越多，气化速度越快，燃烧越猛烈，向液面传 递的热量越多；此外，油品的粘性越小高温重组分沉降速 度越快，热波速度越快。 2、油品中含水量 在一定数值范围内（如含量小于4%），含水量增 加，热波传播速度增大； 含水量继续增加，油品燃烧不稳定至点燃困难。 3、油品储罐的直径 油品储罐直径越大，热波传播速度越快。 4、储罐内油品液位 液位越高，热波传播速度越快。 5、外界条件（杂质和风）,液体的燃烧,热波的形成条件 1、沸程宽的混合液体 2、原油中含有杂质、游离炭。 原油燃烧时沸溢和喷溅 （一）原油组成特点 1、粘度大。 2、含一定量水分，水

23、以乳化水和水垫层两种形式存在。 （二）沸溢 1、沸溢：热波在油品中传播时，乳化水或自由水蒸 发，形成大量油包气气泡，最后发生向外溢出的现象。,液体的燃烧,2、沸溢形成条件 原油具有形成热波的特性。 原油中含有乳化水或自由水。 原油粘度大。 3、沸溢发生时的特征 火焰由红变白变亮，突然增高。 烟气由浓黑变稀白。 油面发生蠕动，伴有轻微的呼隆和“嘶嘶”声。 （三）喷溅 1、喷溅：热波下降到水垫层，使其中的水大量蒸 发，蒸汽压迅速升高，把上部油品抛出罐外的现象。 2、发生条件 原油具有形成热波的特性。 原油底部存在水垫层。 高温层与水垫层接触。,液体的燃烧,喷溅发生时的征兆 火焰增大 、发白、变亮，

24、高度突然增加； 烟由浓变淡； 油面蠕动、涌涨的现象，出现 24 次的油沫； 发出剧烈的“嘶！嘶！”声； 金属罐壁发生颤抖，伴有强烈的噪声。 （四）沸溢和喷溅的预防 减少油品含水量 定期的从油罐的底部将水抽出。 减少油品粘度 这主要是通过在一定温度范围内加热油品来实现的。 设置冷却系统降温 通常在油罐的周围都会设置许多水喷淋装置，当油罐 起火后，这些喷水系统对油罐罐体喷水降温。,固体燃烧,一、固体燃烧的形式 （一）蒸发式燃烧 火源加热熔融蒸发着火燃烧 火源加热升华着火燃烧 （二）表面燃烧 在可燃固体表面上由氧和物质直接作用而发生的燃烧现象。 异相（非均相）燃烧：可燃物与氧化剂处固、气两种不同状态

25、时 的燃烧现象。 同相（均相）燃烧：可燃物与氧化剂都处气相状态时的燃烧现象。 （三）分解燃烧 火源加热热解着火燃烧（关键阶段） （四）熏烟燃烧（阴燃） 某些物质在堆积或空气不足的条件下发生的只冒烟而无火焰的燃 烧现象。 （五）轰燃 可燃固体析出的可燃挥发分在空气中的爆炸式燃烧。,固体燃烧,二、固体着火和燃烧的影响因素 （一）外界火源或外加热源 引火源必须处于可燃挥发的气流之内。 单位表面积上的加热速率越大，越容易被引燃。 外加热源使固体燃烧速度和其表面的火焰传播速度加 快。 （二）固体材料的性质 1、熔点、热分解温度、气化热、燃烧热。 2、材料的热惯性（kc）。 3、燃烧的释热速率。,固体燃烧,三、固体材料的形状尺寸及表面位置 1、比表面积大的易引燃，且燃烧稳定性好。 2、薄物体比厚物体易着火燃烧。 3、竖直表面的稳定燃烧速度比水平表面快。 4、倒着向上比顺着向下更易引燃。 5、竖直向上固体表面火焰传播速度最快，竖直向下慢。 四、外加环境因素 1、风速 2、氧浓度 3、压力 4、环境温度,固体燃烧,一、阴燃的特点 1、阴燃 固体物质在一定条件下发生的无可见