工作介质的燃烧和爆炸机理解析

在实验室使用的工作介质不少具有易燃、易爆的特性，且多以气体和液体状态存在，极易泄漏和挥发，一旦出现管理不善、设计不当、操作不慎或设备故障等情况，就可能导致发生火灾及爆炸事故。

(1)燃烧的种类

1)燃烧的三个特征:放热、发光、生成新物质。

2)燃烧的三个必要条件:可燃物、助燃物(可燃物和助燃物都有一定的含量和数量要求)和点火源。由此可见，所有的防火措施都在于防止这三个条件同时存在，所有的灭火措施都在于消除其中的任一条件。

3)燃烧的种类燃烧现象按形成的条件和瞬间发生的特点，分为闪燃、着火、自燃、爆燃等四种。即①闪燃是在一定的温度下，易燃、可燃液体表面上的蒸汽和空气的混合气与火焰接触时，闪出火花但随即熄灭的瞬间燃烧过程。②着火是可燃物受外界火源直接作用而开始的持续燃烧现象。③自燃是可燃物质没有外界火源的直接作用，因受热或自身发热使温度上升，当达到一定温度时发生的自行燃烧现象。④爆燃是可燃物质和空气或氧气的混合物由火源点燃，火焰立即从火源处以不断扩大的同心球形式自动扩展到混合物的全部空间的燃烧现象。

(2)爆炸及其影响

1)爆炸是物质由一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间以声、光、热、机械功等形式释放大量能量的现象。实质上爆炸是一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程。

2)可燃气体、可燃蒸气或粉尘和空气构成的混合物，只有在一定的含量范围内遇到火源才能发生燃烧爆炸，这个含量范围称为爆炸极限。在压力容器或管道中，如可燃气含量在爆炸上限以上、当压力容器有焊接裂纹或其他原因产生缝隙时，空气会立即渗漏进去，则随时有燃烧、爆炸的危险。所以对含量在上限以上的混合气，随时要密切关注，以防止事故发生。表2-30为部分可燃气体和蒸气的爆炸极限。

3)爆炸极限的影响因素。爆炸极限一般是在常温常压条件下测定出来的数据，它随着温度、压力、含氧量、惰性气体含量、火源强度等因素变化而变化，具体如下:①初始温度。混合气着火前的初始温度升高，会使分子的反应活性增加，导致爆炸范围扩大，即爆炸下限降低，上限提高，从而增加了混合物的爆炸危险性。②初始压力。混合气的初始压力增加(降低)，爆炸范围随之扩大(缩小)。压力对爆炸上限的影响十分显著，对下限的影响较小。③含氧量。混合气中增加氧含量，一般情况下对下限影响不大，但会使上限显著增高，爆炸范围扩大。④惰性气体含量。混合气体中增加惰性气体含量，会使爆炸上限显著降低，爆炸范围缩小。⑤点火源与最小点火能量。点火源的强度高，会使爆炸范围扩大，增加爆炸的危险性。最小点火能量是指能引起一定含量可燃物燃烧或爆炸所需要的最小能量。⑥消焰距离。实验证明:通道尺寸越小，通道内混合气体的爆炸含量范围越小。当通道小到一定程度时，火焰就不能通过，火焰蔓延不下去的最大通道尺寸称为消焰距离。

表2-30 部分可燃气体和蒸气的爆炸极限

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4)火灾危险性。国家安全生产监督管理总局颁布的《危险化学品名录》中的第1类爆炸品、第2类第2项易燃气体、第4类易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品及第5类氧化剂和有机过氧化物，应当根据其爆炸或者燃烧危险性、闪点和介质的状态(气体、液体)视为甲、乙类可燃气体、液化烃或者甲、乙类可燃液体。

甲类可燃气体指可燃气体与空气混合物的爆炸下限小于10％(体积)；乙类可燃气体指可燃气体与空气混合物的爆炸下限大于或者等于10％(体积)，液化烃指15℃时的蒸气压力大于0.1MPa的烃类液体和类似液体。

甲类可燃液体指闪点小于28℃的可燃液体，乙类可燃液体指闪点高于或者等于28℃，但小于60℃的可燃液体，工作温度超过闪点的丙类可燃液体(闪点高于或者等于60℃)，应当视为丙类可燃液体。

(3)预防易燃、易爆介质爆炸事故的措施 预防易燃、易爆介质发生燃烧爆炸事故，主要从两方面:一是防止可燃物、助燃物形成燃烧爆炸系统；二是清除和严格控制一切足以导致着火燃烧爆炸的着火源，具体如下。

1)控制或消除燃烧爆炸条件的形成。①设计要符合规范，即设计要充分考虑火灾爆炸的危险性，要符合防火防爆的安全技术要求，需采用先进的工艺技术和可靠的防火防爆措施，以减少促成燃烧爆炸的因素，实现本质安全。②正确操作，严格控制和执行工艺。在工艺控制上，应重点把好以下几个环节:控制温度，严防超温；控制压力，严防超压；控制原料的纯度；控制好加料速度、加料比例和加料顺序；严禁超量贮存，超量充装。③加强设备维护，确保设备完好。火灾爆炸事故能否发生，其中一条重要的因素是设备状况的好坏。设备状况好、运转周期长，不发生跑、冒、滴、漏，就能避免或减少事故的发生。④加强通风排气，防止可燃气体积聚。有爆炸危险的生产岗位，要充分利用自然通风，采用局部或全面的机械通风装置，及时将泄漏出来的可燃气体排出，防止积聚引起爆炸。⑤采用自动控制和安全防护装置。火灾爆炸危险性大的生产现场，应设置可燃气体、有毒有害气体含量自动报警器，以便及时发现和消除险情。⑥使用惰性气体保护。向易燃易爆设备中加入惰性气体，可稀释可燃气体含量，使设备中的氧含量降到安全值。破坏其燃烧爆炸条件。

2)阻止火灾蔓延措施。采用阻止火灾蔓延到盛装可燃气体的设备或实验系统中的各种措施，对于减少事故损失是非常重要的。常用的阻火设施主要有切断阀、止回阀、安全水封、阻水器等。此外，在建筑上还有防火门、防火墙、防火堤以及防火安全距离等，都是防止火灾蔓延扩大的措施。

3)防爆泄压措施。实验工艺装置均须设置防爆泄压设施，常用的泄压设施有安全阀、爆破片、防爆门、放空管等。有爆炸危险的实验室，还应有足够的泄压面积。

4)加强火源的控制和管理。在实验工作中可能遇到的火源，除实验过程中本身具有的加热火源、反应热、电火花等以外，还有维修用火、机械摩擦热、撞击火星等。这些火源经常是引起易燃易爆物着火爆炸的原因。控制这些火源的使用范围，严格用火管理。

5)加强易燃易爆物质的管理。了解实验中所使用的原料、中间产品和成品的物理化学性质及其火灾爆炸危险程度，了解实验过程中所用物料的数量也是十分重要。