第三節(jié)　燃燒的類型

一、閃燃

在一定溫度下，易燃、可燃液體（包括能蒸發(fā)出蒸氣的少量固體，如萘、樟腦、石蠟等）表面上產(chǎn)生的蒸氣，當與空氣混合后，一遇著火源，就會發(fā)生一閃即滅的燃燒，這種現(xiàn)象叫做閃燃。

（一）閃點

易燃與可燃液體表面能夠發(fā)生閃燃的最低溫度稱為閃點。閃點可用標準儀器測定。

（二）閃點的變化特點

不同種類的易燃和可燃液體，根據(jù)其化學組成不同，閃點一般有如下的變化規(guī)律。

1．同系物的閃點隨其分子量的增加而升高。例如：甲醇的閃點為11．1℃，而正丙醇的閃點為23．5℃；已烷的閃點為-20℃，而辛烷的閃點為16．50℃。

2．同系物的閃點隨沸點的增加而升高。

3．多種組份的混合液，如汽油、煤油、柴油等，其閃點隨沸程的增加而升高。

4．兩種可燃液體混合物的閃點，一般低于這兩個可燃液體閃點的平均值。例如：車用汽油閃點為-38℃，照明用煤油閃點40℃，若將二者按體積比1∶1混合，混合物閃點低于二者閃點平均值1℃。

5．能溶于水的易燃液體的閃點隨含水量的增加而升高。例如：純乙醇閃點為12．78℃；含水25%時，則變?yōu)?2℃；含水45%時，則變?yōu)?3℃；含水90%時，則變?yōu)?0℃。

（三）閃點在消防上的應用

在消防工作中，以閃點的高低作為評價液體火災危險性的依據(jù)。因為通常認為，液體的閃點就是可能引起火災的最低溫度。

1．根據(jù)閃點將能燃燒的液體分為兩類：閃點小于或等于45℃稱為易燃液體，閃點大于45℃的液體稱為可燃液體。

2．根據(jù)閃點可評定液體火災危險性的大小。閃點越低的液體其火災危險性就越大。

3．根據(jù)閃點可確定液體生產(chǎn)、加工、儲存的火災危險性分類，進而采取相應的安全措施（如表2-3-1所示）。

表2-3-1　幾種液體的閃點

二、著火

可燃物質與空氣氧化劑共存，達到某一溫度時與火源接觸即發(fā)生燃燒，將火源移去后，仍能繼續(xù)燃燒，直至可燃物燃盡為止，這種持續(xù)燃燒的現(xiàn)象叫做著火。可燃物質開始持續(xù)燃燒時所需要的最低溫度叫做燃點。

一切可燃液體的燃點都高于其閃點。一般的規(guī)律是，易燃液體的燃點比其閃點高出1℃～5℃，而且液體的閃點越低，這一差別越小。例如：汽油、丙酮的閃點低于0℃，這一差值僅為1℃。實際上在敞開的容器中很難把這些液體的閃燃和著火區(qū)別開。閃點在100℃以上的可燃液體，這一差值可達30℃以上。既然易燃液體的閃點和燃點區(qū)別不大，因此，在評定這類液體的危險性時，燃點沒有實際意義。

燃點對可燃固體和閃點比較高的可燃液體，具有實際意義?？刂七@些物質的溫度在燃點以下，也是預防火災發(fā)生的措施之一（如表2-3-2所示）。

表2-3-2　幾種可燃物質的燃點

三、受熱自燃

如果物質的溫度達到燃點，不用明火去點燃是不會著火的。若可燃物質在空氣中，連續(xù)均勻地加熱到一定的溫度，在沒有外部火花、火焰等火源的作用下，能夠發(fā)生自動燃燒的現(xiàn)象叫做受熱自燃。

（一）自燃點

可燃物質受熱發(fā)生自燃的最低溫度叫自燃點。在這一溫度時，可燃物質與空氣接觸，不需要明火源的作用，就能自動發(fā)生燃燒。

（二）影響自燃點的因素

可燃物質的自燃點不是固定不變的，它主要取決于氧化時所放出的熱量和向外導出的熱量，還受到其他因素的影響。

1．液體與氣體可燃物自燃點的影響因素。

（1）壓力。壓力越高，自燃點越低。例如：汽油在1×10⁵Pa時自燃點是480℃，在10×10⁵Pa時為310℃，在25×10⁵Pa時為250℃。

（2）濃度?；旌衔镏锌扇嘉镔|的濃度越低，自燃點越高；可燃物質濃度達到化學計量濃度時，自燃點最低；若繼續(xù)加大可燃物的濃度，自燃點又開始升高。例如：硫化氫在著火下限濃度時的自燃點為373℃，在化學計量濃度時為246℃，在著火上限濃度時為304℃。物質的自燃點通常采用該物質在化學計量濃度時的自燃點。

（3）氧含量。助燃氣體中氧濃度越高，自燃點越低。這是由于氧濃度高，氧化速率快，燃燒完全，放熱速率快且熱損失少。

（4）催化劑?；钚源呋瘎┠芙档臀镔|的自燃點，鈰、鐵、釩、鈷、鎳等的氧化物均屬活性催化劑。鈍性催化劑能提高物質的自燃點。為防止內(nèi)燃機爆震、將汽油中加抗震劑，如四乙基鉛，就是一種鈍性催化劑。

（5）容器的材質和內(nèi)徑。容器的內(nèi)壁與加熱表面也具有催化性能，因而自燃點儀器的構造材料不同，測得的自燃點數(shù)值也不相同。例如：汽油在鐵管中測得的自燃點為685℃，在石英管中則為585℃，在鉑坩堝中為390℃。容器的直徑越小，測得的自燃點越高；直徑小到一定數(shù)值氣體混合物便不能自燃。阻火器就是根據(jù)這個道理制作的。

2．固體可燃物自燃點的影響因素。

（1）凡在受熱時能熔融的固體，其自燃點的影響因素與液體和氣體的相同。屬于這一類的物質有磷、硫、松香等。

（2）復雜成分的固體物質受熱時，不熔化而發(fā)生分解，并析出氣體產(chǎn)物。如果析出的氣體可燃物越多，其自燃點越低。如木材、褐煤、賽璐珞、棉花等屬于這類物質。

（3）可燃固體粉碎得越細，自燃點越低。有許多金屬在塊狀時不燃燒，但粉碎為粉末后，就易燃燒。

（4）可燃固體的自燃點隨受熱時間長短而發(fā)生變化。像木材、棉花等物質，若長時間受熱，其自燃點就會降低。

大部分固體物質的自燃點低于液體和氣體的自燃點，這是因為前者比后者的分子密集，蓄熱條件好。

3．引起受熱自燃的原因。

（1）接觸灼熱物體。如可燃物質靠近煙囪、取暖設備、電熱器具，或烘烤可燃物質時，若距離近或溫度過高就有著火的危險。

（2）直接用火加熱。主要是指熬煉和熱處理過程中，由于溫度失控，達到自燃點而著火。

（3）摩擦生熱。如機器的軸承和摩擦部分缺乏潤滑油或纏繞纖維物質，摩擦力增大，產(chǎn)生大量熱而引起可燃物燃燒。

（4）化學反應。由于此物質在化學反應中釋放出大量熱，使可燃物質受熱升溫而自燃。

（5）絕熱壓縮。物質在以很大的壓力壓縮時，會產(chǎn)生大量的熱，若達到物質的自燃點則自行著火。柴油發(fā)動機的工作原理，就是由于絕熱壓縮空氣的高溫引起燃料的燃燒。

（6）熱輻射作用。除明火和灼熱體發(fā)出的輻射熱能引起周圍可燃物質著火外，太陽的輻射能也能引起易燃物質發(fā)生自燃。

四、本身自燃

有些可燃物質在空氣中，在遠低于自燃點的溫度下自然發(fā)熱，并且這種熱量經(jīng)長時間的積蓄使物質達到自燃點而燃燒的現(xiàn)象，叫做本身自燃。物質本身自燃發(fā)熱的原因有物質氧化生熱、分解生熱、吸附生熱、聚合生熱和發(fā)酵生熱。

物質本身自燃和受熱自燃，兩種現(xiàn)象的本質是一樣的，只是熱的來源不同，前者是物質本身的熱效應，后者是外部加熱的作用。因此，二者可以統(tǒng)稱為自燃（如表2-3-3所示）。

表2-3-3　幾種可燃物質的燃點

五、爆炸

爆炸是物質從一種狀態(tài)迅速轉變成另一狀態(tài)，并在瞬間放出大量能量，同時產(chǎn)生聲響的現(xiàn)象。爆炸是由物理變化和化學變化引起的。一旦發(fā)生爆炸，將會對鄰近的物體產(chǎn)生極大的破壞作用，這是由于構成爆炸體系的高壓氣體作用到周圍物體上，使物體受力不平衡，從而遭到破壞。

（一）爆炸的分類

1.按爆炸物質在爆炸過程中的變化，可分為化學爆炸、物理爆炸和核爆炸。

（1）化學爆炸。由于爆炸性物質本身發(fā)生了化學變化，產(chǎn)生出大量氣體和較高溫度而形成的爆炸叫化學爆炸。例如：炸藥、可燃氣體、粉塵于空氣的混合物發(fā)生的爆炸就是化學爆炸。

（2）物理爆炸。物質因狀態(tài)或壓力發(fā)生突變而形成的爆炸叫物理爆炸。例如：蒸汽鍋爐、壓縮和液化氣鋼瓶的爆炸，屬于物理爆炸。

（3）核爆炸。由于原子核裂變或核聚變引起的爆炸叫核爆炸，如原子彈、氫彈的爆炸就屬于核爆炸。

2．按照爆炸的變化傳播速度，化學爆炸可分為爆燃、爆炸、爆震。

（1）爆燃。爆炸物質的變化速率為每秒數(shù)十米至百米，爆炸時壓力不激增，沒有爆炸特征的響聲，無多大破壞力。例如：氣體爆炸性混合物在接近爆炸濃度下限或上限的爆炸屬爆燃。

（2）爆炸。爆炸物質的變化速率為每秒百米至千米，爆炸時僅在爆炸點引起壓力激增，有震耳的響聲和破壞作用，如火藥受摩擦或遇火源引起的爆炸屬之。

（3）爆震。這種爆炸的特點是突然升起極高的壓力，其傳播是通過超音速的沖擊波實現(xiàn)的，每秒可達數(shù)千米。這種沖擊波能遠離爆震發(fā)源地而存在，并引起該處其他炸藥的爆炸（稱為徇爆），具有很大的破壞力。

實際上化學爆炸就是可燃物質事先與氧化劑混合好了的混合物（或本身是含氧的炸藥），遇到火源而發(fā)生的極短時間的燃燒；這種燃燒速度很快，每秒可達幾十米到幾千米，燃燒的同時產(chǎn)生大量的氣態(tài)物質，因而在爆炸時形成很高的溫度，產(chǎn)生很大的壓力，并發(fā)出巨大的響聲。而一般可燃物質卻沒有這種現(xiàn)象。因為，一般可燃物質與氧化劑的混合物，不是預先混合好了的，而是在燃燒過程中逐漸形成的，所以，燃燒速度較慢，放出熱量和氣體少，沒有向四周沖擊的巨大壓力，也沒有多大的響聲，因而沒有爆炸現(xiàn)象。

（二）可燃氣體和蒸氣與空氣混合物的爆炸

1．爆炸反應的歷程。如果可燃氣體或蒸氣預先按一定比例與空氣均勻混合，遇火源即發(fā)生爆炸，這種混合物稱為爆炸混合物。

爆炸混合物與著火源接觸，便有原子或游離基生成而成為鏈鎖反應的中心。爆炸混合物被點燃后，熱以及鏈鎖載體都向外傳播，促使鄰近一層爆炸混合物發(fā)生化學反應，然后這一層又成為熱和鏈鎖載體的源泉而引起另一層爆炸混合物反應，這樣循環(huán)地持續(xù)下去，直至全部爆炸混合物反應完為止?；鹧?zhèn)鞑サ乃俣?，在距爆炸點0.5米—1米處是不變的，僅每秒若干米；但以后逐漸增加，可達每秒數(shù)百米，而爆震可達數(shù)千米。若火焰擴展的路上有障礙物，則由于混合物溫度和壓力的劇增，能導致很大的破壞。

2．爆炸濃度極限?？扇細怏w和液體蒸氣與空氣的混合物，遇著火源能夠發(fā)生爆炸的最低濃度叫做爆炸濃度下限（也稱為爆炸下限）；遇火源能發(fā)生爆炸的最高濃度叫爆炸濃度上限（也叫爆炸上限）。

爆炸性混合物在不同濃度時發(fā)生爆炸所產(chǎn)生的壓力和放出的熱量不同，因而，具有的危險性也不同。在爆炸下限時，爆炸壓力一般不會超過4×10⁵Pa，放出的熱量不多，爆炸溫度不高。隨著爆炸性混合物中可燃氣體或液體蒸氣濃度的增加，爆炸產(chǎn)生的熱量增多，壓力增大。當混合物中可燃物質的濃度增加到稍高于化學計量濃度時，可燃物質與空氣中的氧發(fā)生充分反應后爆炸放出的熱量最多，產(chǎn)生的壓力最大。當混合物中可燃物質濃度超過化學計量濃度時，爆炸放出的熱量和爆炸壓力隨可燃物質濃度的增加而降低。

爆炸性混合氣體發(fā)生爆震也有一定的濃度范圍。有些可燃氣體和蒸氣只有在與氧混合時才能發(fā)生爆震。例如：氫氣在空氣中發(fā)生爆震的濃度為18．3%～59．0%（體積百分比），在氧氣中則為15．0%～90．0%；丙烷在氧氣中為3．2%～37．0%（如表2-3-4所示）。

表2-3-4　幾種可燃氣體、蒸氣的爆炸濃度極限

3．爆炸溫度極限。可燃液體除了爆炸濃度極限外，還有一個爆炸溫度極限，因為液體的蒸氣濃度是在一定溫度下形成的?？扇家后w在一定溫度下，由于蒸發(fā)而形成的等于爆炸濃度極限的蒸氣濃度，這時的溫度叫做爆炸溫度極限。爆炸溫度下限，即液體在該溫度下所蒸發(fā)出等于爆炸濃度下限的蒸氣濃度；爆炸溫度上限，即液體在該溫度下蒸發(fā)出等于爆炸濃度上限的蒸氣濃度。液體的爆炸溫度下限即為液體的閃點（如表2-3-5所示）。

表2-3-5　幾種可燃液體的爆炸溫度極限

4．最小點火能量。對于每一種氣體爆炸混合物，都有一個起爆的最小點火能量，低于該能量，混合物就不爆炸，目前都采用mJ作為最小點火能量的單位。掌握各種氣體混合物爆炸所需要的最小點火能量，對于有爆炸危險的場所判斷哪種火源能引起爆炸事故和選用安全通信報警系統(tǒng)等有重要意義。

5.影響爆炸極限的因素。同一種可燃氣體和液體的爆炸極限會受溫度、壓力、含氧量、容器和火源性質等因素影響。

（1）溫度。若混合氣體在遇到著火源之前的最初溫度升高，則爆炸下限降低，上限增高，爆炸的危險性增加。

（2）壓力?；旌蠚怏w在加壓的條件下，其爆炸下限無顯著變化，但上限一般都顯著提高。當混合氣體的原始壓力減小時，爆炸極限的范圍將縮小，當壓力降到某一數(shù)值時，上限和下限合成一點，壓力再降低，就不爆炸了。這一最低壓力稱為爆炸的臨界壓力。

（3）含氧量?；旌蠚怏w中含氧量增加，爆炸極限擴大。若摻入氮、二氧化碳等不燃的氣體，混合氣體中氧濃度降低，爆炸的危險性降低。

（4）容器。容器的直徑越小，火焰在其中蔓延速度越小，爆炸極限范圍越小。容器直徑小到某一數(shù)值時，火焰就不能蔓延，混合氣體就不會爆炸。

（5）火源。如果火源強度高，熱表面積大，與混合氣體接觸時間長，就會使爆炸極限擴大。

（三）可燃粉塵與空氣混合物的爆炸

粉塵是指分散的固體物質。所謂粉塵爆炸，就是懸浮于空氣中的可燃粉塵觸及明火或電火花等火源時發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。

可燃粉塵爆炸應具備三個條件，即粉塵本身具有爆炸性，粉塵必須懸浮在空氣中并與空氣混合到爆炸濃度，有足以引起粉塵爆炸的火源。能夠發(fā)生爆炸的懸浮粉塵的濃度，也有一個濃度下限和一個濃度上限，通常用g/m³來表示。

可燃粉塵爆炸濃度上限因為太大，以致在多數(shù)場合都不會達到，所以，沒有實際意義，通常只應用粉塵的爆炸下限。

1．粉塵爆炸的過程。懸浮于空氣中的可燃粉塵之所以能發(fā)生爆炸，原因之一是粉塵具有較大的表面積和化學活性，許多固體物質處于塊狀時不易燃燒，但成為粉塵狀就很容易燃燒；原因之二是由于氧化表面的增加，強化了粉塵的熱過程，加速了氣體產(chǎn)物的釋放；發(fā)生粉塵爆炸的另一個原因，就是它受熱后能放出大量的可燃氣體，如lkg揮發(fā)分為20%～26%的焦煤，在高溫下可以放出290L～350L的氣體。

粉塵的爆炸可視為由以下三步發(fā)展形成的：第一步是懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地干餾或氣化而產(chǎn)生出可燃氣體；第二步是可燃氣體與空氣混合而燃燒；第三步是粉塵燃燒放出的熱量，以熱傳導和火焰輻射的方式傳給附近原來懸浮的或被吹揚起來的粉塵，這些粉塵受熱氣化后使燃燒循環(huán)地進行下去。隨著每個循環(huán)的逐次進行，其反應速度逐漸加快，通過劇烈的燃燒，最后形成爆炸。這種爆炸反應以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸壓力等將持續(xù)加快和升高，并呈跳躍式的發(fā)展。

2．影響粉塵爆炸的因素。粉塵的爆炸性能受下列因素影響：

（1）顆粒度。粉塵的顆粒度越小，相對表面積越大，燃燒速度越快，爆炸極限越大。顆粒度大于10^-3cm的粉塵，一般無爆炸危險性。

（2）揮發(fā)分。粉塵含揮發(fā)性物質愈多，爆炸危險性越大。

（3）水分。粉塵中的水分有減弱和阻礙爆炸的性能，所以增加水分其爆炸危險性便降低。

（4）灰分。粉塵中含灰分增加，其爆炸性隨之減小。因為灰分有吸收粉塵、加速粉塵的沉降、降溫等作用。

（5）火源強度?；鹪吹臏囟仍礁?，釋放的熱量越多，與混合物接觸時間越長，爆炸極限就大。每一種粉塵都有一個最低點火能量，低于這個能量，粉塵與空氣的混合物就不能起爆。