培训模块三-燃烧和火灾基本知识（三）
培训项目1 燃烧基础知识
b.粉尘爆炸的定义及条件。火焰在粉尘云中传播，引起压力、温度明显跃升的现象，称为粉尘爆炸。粉尘爆炸应具备以下五个基本条件：
一是粉尘本身要具有可燃性或可爆性。一般条件下，并非所有的可燃粉尘都能发生爆炸，如无烟煤、焦炭、石墨、木炭等粉尘基本不含挥发分，因此，发生爆炸的可能性较小。
二是粉尘为悬浮粉尘且达到爆炸极限。
三是有足以引起粉尘爆炸的引火源。
四是氧化剂。大多数粉尘需要氧气、空气或其他氧化剂作助燃剂。而对于一些自供氧的粉尘，例如TNT粉尘可以不需要外来的助燃剂。
五是受限空间。当粉尘在封闭、半封闭的设备设施及场所或建筑物等受限空间内悬浮，一旦被引火源引燃，受限空间内的温度和压力将迅速升高，从而引起爆炸。但有些粉尘即使在开放的空间内也能引起爆炸，这类粉尘由于化学反应速度极快，其引起压力升高的速率远大于粉尘云边缘压力释放的速率，因此，仍然能引起破坏性的爆炸。
c.粉尘爆炸的过程。对于像木粉、纸粉等受热后分解、熔融蒸发或升华能释放出可燃气体的粉尘而言，其爆炸形成大致要经历以下过程：
第一步，悬浮粉尘在热源作用下温度迅速升高并产生可燃气体；
第二步，可燃气体与空气混合后被引火源引燃发生有焰燃烧，火焰从局部传播、扩散；
第三步，粉尘燃烧放出的热量，以热传导和火焰辐射的方式传给附近悬浮的或被吹扬起来的粉尘，这些粉尘受热分解汽化后便燃烧循环进行下去。从本质上讲，这类粉尘的爆炸是可燃气体爆炸，只是这种可燃气体“储存“在粉尘之中，粉尘受热后才会释放出来。而对于像木炭、焦炭和一些金属类粉尘而言，其在爆炸过程中不释放可燃气体，它们在接受引火源的热能后直接与空气中的氧气发生剧烈的氧化反应并着火，产生的反应热使火焰传播，在火焰传播过程中，反应热使周围炽热的粉尘和空气加热迅速膨胀，从而导致粉尘爆炸。
d.粉尘爆炸的特点及现场特征。粉尘爆炸的特点：
一是能发生多次爆炸。二次爆炸往往比初次爆炸压力更大，破坏更严重。
二是爆炸所需的最小点火能量较高，引爆时间长， 过程复杂。
三是高压持续时间长，破坏力强。与可燃性气体爆炸相比，粉尘爆炸压力上升较缓慢，较高压力持续时间长，释放的能量大，加上粉尘粒子边燃烧边飞散，其爆炸的破坏性和对周围可燃物的烧损程度也更为严重。
粉尘爆炸现场特征：粉尘爆炸特征与气体爆炸特征类似，即现场没有明显的炸点，击碎力小，抛出物块大、量少、 抛出距离近，可使墙体外移、开裂，门窗外凸、变形，爆炸燃烧波作用范围广，能烧伤人、畜呼吸道。另外，粉尘爆炸可能会发生二次或多次爆炸，其具有的破坏程度和爆炸威力比气体爆炸更大。
e.粉尘爆炸的控制。一般要求：粉尘爆炸危险场所工艺设备的连接，如不能保证动火作业安全，其连接应设计为能将各设备方便地分离和移动；在紧急情况下，应能及时切断所有动力系统的电源；存在粉尘爆炸危险的工艺设备，应采用泄爆、抑爆和隔爆、抗爆中的一种或多种控爆方式但不能单独采取隔爆。
抗爆：生产和处理能导致爆炸的粉料时，若无抑爆装置，也无泄压措施，则所有的工艺设备应采用抗爆设计，且能够承受内部爆炸产生的超压而不破裂；各工艺设备之间的连接部分（如管道、法兰等），应与设备本身有相同的 强度；高强度设备与低强度设备之间的连接部分，应安装隔爆装置。
泄爆：工艺设备的强度不足以承受其实际工况下内部粉尘爆炸产生的超压时，应设置泄爆口，泄爆口应朝向安全 的方向，泄爆口的尺寸应符合相关要求；对安装在室内的粉尘爆炸危险工艺设备应通过泄压导管向室外安全方向泄爆，泄压导管应尽量短而直，泄压导管的截面积应不小于泄压口面积，其强度应不低于被保护设备容器的强度；不能通过泄压导管向室外泄爆的室内容器设备，应安装无焰泄爆装置；具有内联管道的工艺设备，设计指标应能承受至少0.1MPa的内部超压。
抑爆：存在粉尘爆炸危险的工艺设备，宜采用抑爆装置进行保护。
隔爆：通过管道相互连通的存在粉尘爆炸危险的设备设施，管道上宜设置隔爆装置；存在粉尘爆炸危险的多层建（构）筑物楼梯之间，应设置隔爆门，隔爆门关闭方向应与爆炸传播方向一致。
【案例3-5】2014年8月2日7时34分，江苏省某金属制品有限公司抛光二车间发生特别重大铝粉尘爆炸事故，造成97人死亡、163人受伤，直接经济损失达3.51亿元。经国务院事故调查组 认定，导致事故的直接原因是车间除尘系统较长时间未按规定 清理，铝粉尘集聚。除尘系统风机开启后，打磨过程产生的高 温颗粒在集尘桶上方形成粉尘云。1号除尘器集尘桶锈蚀破损，桶内铝粉受潮，发生氧化放热反应，达到粉尘云的引燃温度， 引发除尘系统及车间的系列爆炸。因没有泄爆装直，爆炸产生的高温气体和燃烧物瞬间经除尘管道从各吸尘口喷出，导致全车间所有工位操作人员直接受到爆炸冲击，造成群死群伤。
⑥炸药爆炸。炸药是指一种在一定的外界能量作用下， 能由其自身化学能快速反应发生爆炸，生成大量的热和气体产物的物质。炸药爆炸时化学反应速度非常快，在瞬间形成高温高压气体，以极高的功率对外界做功，使周围介质受到强烈的冲击、压缩而变形或碎裂。炸药爆炸的发生，一般应具备以下三个条件：
爆炸药（包括炸药包装）、起爆装置和起爆能源。
炸药爆炸造成的危害表现在以下三个方面：
一是爆炸瞬间产生的高温火焰，可引燃周围可燃物而酿成火灾；
二是爆炸产生的高温高压气体所形成的空气冲击波，可造成对周围的破坏，严重的可摧毁整个建筑物及设备，也可破坏邻近建筑物，甚至离爆炸点很远的建筑物也会受到损坏并造成人员伤亡；
三是爆炸时产生的爆炸飞散物，向四周散射，造成人员伤亡 和建筑物的破坏，当爆炸药量较大时，飞散物有很高的初速度，对邻近爆炸点的人员和建筑物危害很大，有的飞散物可抛射很远，对远离爆炸点的人员和建筑物也会造成伤亡和破坏。
⑦爆燃。爆燃是指以亚音速传播的燃烧波。爆燃的产生必须要有三个条件：
一是有燃料和助燃空气的积存；
二是燃料和空气混合物达到了爆燃的浓度；
三是有足够的点火能量。爆燃的这三要素缺一不可。
例如，锅炉在启动、运行、停运中，避免燃料和助燃空气积存就是杜绝炉膛爆燃的关键所在。
【案例3-6】2018年11月28日零时40分，河北某化工有限公司氯乙烯泄漏扩散至厂外区域，遇火源发生爆燃，造成24人死亡、21人受伤，38辆大货车和12辆小型车损毁，直接经济损失达4149万元。经省事故调查组认定，导致事故的直接原因是该化工公司违反有关规程的规定，聚氯乙烯车间的1号氯乙烯气柜长期未按规定检修，事发前氯乙烯气柜卡顿、倾斜，开始泄漏，压缩机入口压力降低，操作人员没有及时发现气柜卡顿，仍然按照常规操作方式调大压缩机回流，进入气柜的气量加大，加之调大过快，氯乙烯冲破环形水封泄漏，向厂区外扩散，遇火源发生爆燃。
⑧爆轰。爆轰又称爆震，是指以冲击波为特征，传播速 度大于未反应物质中声速的化学反应。发生爆轰时能在爆炸点引起极高压力，并产生超音速的冲击波。爆轰具有很大的破坏力，一旦条件具备爆轰会突然发生，并同时产生高速、高温、高压、高能、高冲击力的冲击波，该冲击波能远离爆震源独立存在，能引起位于一定距离处、与其没有联系的其他爆炸性气体混合物或炸药的爆炸，从而产生一种“殉爆“现象。
3）爆炸极限
①爆炸极限的定义。可燃的蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物，遇火源、即能发生爆炸的最高或最低浓度，称为爆炸极限。可燃的蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物，遇火源即能发生爆炸的最低浓度，称为爆炸下限。可燃的蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物，遇火源即能发生爆炸的最高浓度，称为爆炸上限。爆炸下限和上限之间的间隔称为爆炸极限范围。爆炸极限范围越大，爆炸下限越低，爆炸上限越高，爆炸危险性就越大。混合物的浓度低于下限或高于上限时，既不能发生爆炸，也不能发生燃烧。但若浓度高于爆炸上限的爆炸混合物，离开密闭的设备、容器或空间，重新遇到空气仍有燃烧或爆炸的危险。
②不同物质的爆炸极限。可燃气体和液体的爆炸极限， 通常用体积百分比表示。不同的物质由于其理化性质不同，其爆炸极限也不同。即使是同一种物质，在不同的外界条 件下，其爆炸极限也不同。物质在氧气中的爆炸极限范围要比在空气中的爆炸极限范围大。可燃粉尘的爆炸极限一般用单位体积的质量（g/m³）表示。试验表明，许多工业粉尘的爆炸上限为2000-6000g/m³，但由于粉尘沉降等原因，实际情况下很难达到爆炸上限值。因此，通常只应用粉尘的爆炸下限，其爆炸上限一般没有实用价值。
③爆炸极限在消防中的应用。主要体现在以下三个方面：
第一方面：作为评定可燃气体、液体蒸气或粉尘等物质火灾爆炸危险性大小的主要指标。由于爆炸极限范围越大， 爆炸下限越低，越容易与空气或其他助燃气体形成爆炸性混合物，其可燃物的火灾爆炸危险性就越大。因此，《建筑设计防火规范》（GB50016）在对生产及储存物品的火灾危险性分类时，以爆炸极限为其中的火灾危险性特征对其进行了相应分类。
第一，在对生产的火灾危险性分类时，将生产中使用或产生爆炸下限小于10%的气体物质，划分为甲类生产，例如氢气、甲烷、乙烯、乙炔、环氧乙烷、氯乙烯、硫化氢、水煤气和天然气等 气体；将生产中使用或产生爆炸下限不小于10%的气体，划分为乙类生产，例如一氧化碳压缩机室及净化部位，发生炉煤气或鼓风炉煤气净化部位，氨压缩机房。
第二，在对储存物品的火灾危险性分类时，将储存爆炸下限小于10%的气体和受到水或空气中水蒸气的作用能产生爆炸下限小于10%气体的固体物质，划分为甲类储存物品场所；将储存爆炸下限不小于10%的气体，划分为乙类储存物品场所。
第二方面：作为确定厂房和仓库防火措施的依据。以爆炸极限为特征对生产厂房的火灾危险性和储存物品仓库的火灾危险性进行分类后，以此为依据可以进一步确定厂房和仓库的耐火等级、防火间距、电气设备选用、建筑消防设施以及灭火救援力量的配备等。
第三方面：在生产、储存、运输、使用过程中，根据可燃物的爆炸极限及其危险特性，确定相应的防爆、泄爆、抑爆、隔爆和抗爆措施。例如，利用可燃气体或蒸气氧化法生产时，可采用惰性气体稀释和保护的方式，避免可燃气体或蒸气的浓度在爆炸极限范围之内。存在粉尘爆炸危险的工艺设备，采用监控式抑爆装置进行保护，从而在爆炸初始阶段，通过物理化学作用扑灭火焰，使未爆炸的粉尘不再参与爆炸。
4）最低引爆能量
①最低引爆能量的定义。最低引爆能量又称最小点火能量，是指在一定条件下，每一种爆炸性混合物的起爆最小点火能量。
②不同物质的最低引爆能量。爆炸性混合物的最低引爆能量越小，其燃爆危险性就越大，低于该能量，混合物就不会爆炸。
5）引发爆炸的直接原因。引发爆炸事故的直接原因可归纳为以下两大方面：
①机械、物质或环境的不安全状态。由机械、物质或环境的不安全状态引发爆炸事故的原因主要有以下三个方面：
a.生产设备原因。选材不当或材料质量有问题，导致设备存在先天性缺陷；由于结构设计不合理，零部件选配不当，导致设备不能满足工艺操作的要求；由于腐蚀、超温、超压等导致出现破损、失灵、机械强度下降、运转摩擦部件过热等。
b.生产工艺原因。物料的加热方式方法不当，致使引爆物料；对工艺性火花控制不力而形成引火源；对化学反应型工艺控制不当，致使反应失控；对工艺参数控制失灵，导致出现超温、超压现象。
c.物料原因。生产中使用的原料、中间体和产品大多是有 火灾、爆炸危险性的可燃物；工作场所过量堆放物品；对易燃易爆危险品未采取安全防护措施；产品下机后不待冷却便入库堆积；不按规定掌握投料数量、投料比、投料先后顺序；控制失误或设备故障造成物料外溢，生产粉尘或可燃气体达到爆炸极限。
②人的不安全行为。由人的不安全行为导致爆炸的原因主要有：违反操作规程，违章作业，随意改变操作控制条件；生产和生活用火不慎，乱用炉火、灯火，乱丢未熄灭的火柴杆、烟蒂；判断失误、操作不当，对生产出现的超温、超压等异常现象束手无策；不遵循科学规律指挥生产，盲目施工，超负荷运转等。
【案例3-7】2018年7月12日18时42分，四川省某科技有限公司发生重大爆炸着火事故，造成19人死亡、12人受伤，直接经济损失达4142万元。经省事故调查组调查认定，引起该起重大爆炸着火事故的直接原因是：该公司在生产咪草烟的过程中，操作人员将无包装标识的氯酸钠当作2-氨基-2，3-二甲基丁酰胺，补充投入到2R301釜中进行脱水操作。在搅拌状态下，丁酰胺-氯酸钠混合物 形成具有迅速爆燃能力的爆炸体系，开启蒸汽加热后，丁酰胺-氯酸钠混合物的摩擦及撞击感度随着釜内温度升高而升高，在物料之间、物料与釜内附件和内壁相互撞击、摩擦下，引起釜内的丁酰胺一氯酸钠混合物发生化学爆炸，爆炸导致釜体解体。随釜体解体过程冲出的高温甲苯蒸气，迅速与外部空气形成爆炸性混合物并产生二次爆炸，同时引起车间现场存放的氨酸钠、甲苯与甲醇等物料殉爆殉燃和二车间、三车间着火燃烧，进一步扩大了事故后果，造成重大人员伤亡和财产损失。
6）爆炸对火灾发生变化的影响。爆炸冲击波能将燃烧着的物质抛散到高空和周围地区，如果燃烧的物质落在可燃物体上就会引起新的火源，造成火势蔓延扩大。除此之外，爆炸冲击波能破坏难燃结构的保护层，使保护层脱落，可燃物体暴露于表面，这就为燃烧面积迅速扩大增加了条件。由于冲击波的破坏作用，使建筑结构发生局部变形或倒塌，增加空隙和孔洞，其结果必然会使大量的新鲜空气流入燃烧区， 燃烧产物迅速流到室外。
