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2014年安全工程师《生产技术》讲义:第七章四节2

2014-01-15  点击: 次  建培教育

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二、火灾

  火灾(燃烧)是可燃物与氧化剂结合,并释放出能量的化学反应,释放出能量中的一部分用来维持其反应。

  (一)燃烧的形式

  燃烧是可燃物质与氧或氧化剂化台时发生的一种伴有放热和发光的激烈氧化反应。由于可燃物质可以是气体、液体或固体,所以它们的燃烧形式是多种多样的。

  按照产生燃烧反应相的不同,可分为均相燃烧和非均相燃烧。均相燃烧是指燃烧反应在同一相中进行,如天然气在审气中燃烧是在同一的气相中进行的,就属于均相燃烧。与此相反的情况则为非均相燃烧,如石油、木材等液体和固体的燃烧就属于非均相燃烧。非均相燃烧较为复杂,必须考虑到可燃液体及固体物质的加热,以及由此而产生的相变化。

  1.可燃性气体的燃烧有混合燃烧和扩散燃烧2种形式:

  (1)混合燃烧。将可燃性气体预先与空气混合,在这种情况下发生的燃烧成为混合燃烧。混合燃烧反应速度快、温度高,通常的混合气体爆炸就属于这一类。

  (2)扩散燃烧。可燃气体从管中喷出,与周围空气接触,边混合边燃烧,这种形式的燃烧称为扩散燃烧。在扩散燃烧中,由于反应不完全,所以经常产生没有完全燃烧的炭黑。

  2可燃性液体和固体的燃烧分别属手蒸发燃烧、分解燃烧或表面燃烧等3种形式:

  (1)蒸发燃烧。可燃液体燃烧时,通常液体本身并不燃烧,而只是由液体蒸发产生的蒸气进行燃烧,这种形式的燃烧叫做蒸发燃烧。蒸气被点燃起火后。形成的火焰温度进一步加热了可燃物体表面,从而加速易燃液体的蒸发。使燃烧继续蔓延和扩大。汽油、酒精等易燃液体的燃烧就属于蒸发燃烧。

  (2)分解燃烧。很多固体或不挥发性液体,由于受热分解而产生可燃性气体,这种气体的燃烧称为分解燃烧。例如木材和油脂,大多是先分解产生可燃气体再行燃烧,所以是分解燃烧的一种。

  (3)表面燃烧。可燃固体燃烧到后期,分解不出可燃气体,就剩下无定形炭和灰,此时没有可见火焰。燃烧是在高温可燃固体与空气相接触的表面上进行的,这种燃烧称为表面燃烧。金属的燃烧也是男一种表面燃烧,没有汽化过程,燃烧温度较高。

  (二)燃烧条件

  燃烧必须同时具备3个条件,即:

  (1)有可燃物质存在;

  (2)有助燃物质存在,常见者为空气、氧气等;

  (3)有能导致燃烧的能源即点火源,如撞击、摩擦、明火、静电火花、雷电等。

  可燃物、助燃物和点火源是构成燃烧的三要素,缺少其中任何一个燃烧都不能发生。但是燃烧在可燃物浓度、温度、点火能等方面都存在着极限值。在某些情况下,如可燃性混合物未达到燃烧极限浓度范围之内或不具备足够的点火能量,那么即使具备了上述3个条件,燃烧也不会发生。例如当空气中的含氧量低于14%时,一般可燃物质便不会发生燃烧:又如一根火柴的热量不能点燃一根木柴。对于已经进行着的燃烧,若消除3个条件中的任何一个,燃烧就会终止,这就是灭火的基本原理。

  (三)闪点

  可燃液体的表面都有一定量的蒸气存在,蒸气的浓度取决于液体的温度。可燃液体的蒸气与空气所组成的混合物遇明火时产生闪燃,引起闪燃的最低温度称为闪点。闪燃不能使液体燃烧,原因是在闪点温度下,液体蒸发缓慢,可燃液体蒸气与空气的混合物瞬间燃尽,新的可燃蒸气来不及补充,故闪燃瞬间就熄灭。虽然仅是闪燃,但闪点却是衡量石油及油品火灾危险性的主要标志。闪点数据通过标准仪器测定,有开杯式和闭杯式2种。常温下能闪燃的液体常用闭杯闪点仪测定,闪点较高的液体则用开杯容器测定。同系列的可燃液体,其闪点变化规律是:随分子量的增加而增高;随密度的增加而增高;随沸点的增高而增高:随蒸气压的降低而增高。可燃液体混合物的闪点不具有加和性,高闪点液体中即使加入少量低闪点液体也会大大降低闪点,增加火灾危险性。石油的密度比煤油高,但石油的闪点却比煤油低就是一个例子。

  (四)引燃温度

  引燃温度是指物质(不论是固态、液态或气态)在没有外部火花或火焰的条件下,能自动引燃和继续燃烧的最低温度。

  对石油产品来讲,密度愈大,闪点愈高,而引燃温度却愈低。因此,从引燃温度来说,重质油料比轻质油料的火灾危险性大。

  对天然气来讲无闪点数据,但是天然气中气态烃的引燃温度则具有随分子量增加而降低的规律,例如甲烷时引燃温度高于乙烷、丙烷的引燃温度。

  (五)石油的燃烧速度

  液体燃料的燃烧速度有2种表示方法:①以每平方米面积上l小时烧掉液体的质量表示,称为液体燃烧的质量速度;②以l小时(或1分钟)烧掉液体屡的高度来表示,称为液体燃烧的直线速度。

  液体燃料燃烧前须先蒸发而后燃烧,故液体燃烧速度取决于液体钧蒸发,并且与很多因素有关。例如液体的初温越高,燃烧速度越快;储罐中低液位燃烧比高液位燃烧的速度要快(因为受火焰加热的罐壁可以进一步加速油品的蒸发);不含水的比含水的石油产品燃烧速度要快;蒸气压高的比蒸气压低的石油产品燃烧速度要快。

  油品燃烧时。火焰靠辐射向油品表面传热,使油品液面温度逐渐升高,同时油品蒸发加剧。油品蒸发要吸收大量蒸发热,最后在液面上保持热平衡,液面温度不再升高而维持定值。轻质油品挥发强度大,吸收的蒸发热量多,故液面温度较低。重质油品挥发强度小,液面温度较高。

  油品着火后火焰便很快沿油品表面蔓延。火焰沿液面蔓延的速度取决于液体的初温、热容、蒸发热和火焰的辐射能力。此外,风速对火焰蔓延速度也有很大影响。

  (六)天然气的燃烧速度

  天然气的燃烧不需要像固体、液体那样经过熔化蒸发等过程,所以燃烧速度很快。

  气体燃烧分混合燃烧和扩散燃烧,通常情况下混合燃烧速度高于扩散燃烧速度。气体的燃烧速度常用火焰传播速度来衡量,火焰传播速度在不同直径的管道中测试时其值不同。一般讲火焰传播速度随着管道直径增加而增加,当达到某个直径时速度就不再增加。同样,随着管道直径的减少而减少,当直径小到一定程度时火焰就不再传播而熄灭,这是因为管子直径减小时热损失增加所致,这也就是阻火器的原理。

  (七)燃烧温度

  燃烧温度实质上就是火焰温度。因为可燃物质燃烧所产生的热量是在火焰燃烧区域内析出的,因而火焰温度也就是燃烧温度。

  油品着火燃烧时,火焰的中央部分由于空气供应不足,燃烧不充分,所以温度不高。因此火焰的温度是:在比油面稍高的位置上,火焰温度相当于油品的沸点温度:随着高席增加,火焰温度急剧升高,约距油面1. 5 m高度上,火焰温度可达最高值;当高度继续增加,火焰温度有所下降。此外,火焰的高度则取决于燃烧液面直径和燃烧速度。一般说,燃烧速度越快,火焰高度与燃烧液面直径之比值越大。

 

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