2第4章防火防爆安全技术

第一节火灾**事故机理。

一、燃烧与火灾。

一）燃烧和火灾的定义、条件 1．燃烧的定义。

燃烧是物质与氧化剂之间的放热反应，它通常同时释放出火焰或可见光。

2．火灾定义。

消防基本术语：第一部分》（gb 5907--1986）将火灾定义为：在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。以下情况也列入火灾的统计范围：

1）民用**物品引起的火灾。

2）易燃或可燃液体、可燃气体、蒸气、粉尘以及其他化学易燃易爆物品**和**引起的火灾（地下矿井部分发生的**，不列入火灾统计范围）。

3）破坏性试验中引起非实验体燃烧的事故。

4）机电设备因内部故障导致外部明火燃烧需要组织扑灭的事故，火灾引起其他物件燃烧的事故。

5）车辆、船舶、飞机以及其他交通工具发生的燃烧事故，火灾由此引起的其他物件燃烧的事故（飞机因飞行事故而导致本身燃烧的除外）。

3．燃烧和火灾发生的必要条件。

同时具备氧化剂、可燃物、点火源，即火的三要素。这三个要素中缺少任何一个，燃烧都不能发生或持续。获得三要素是燃烧的必要条件。在火灾防治中，阻断三要素的任何一个要素就可以扑灭火灾。

二）燃烧和火灾过程和形式。

1．燃烧过程。

可燃物质的聚集状态不同，其受热后所发生的燃烧过程也不同。除结构简单的可燃气体（如氢气）外，大多数可燃物质的燃烧并非是物质本身在燃烧，而是物质受热分解出的气体或液体蒸气在气相中的燃烧。

由可燃物质燃烧过程可以看出，可燃气体最容易燃烧，其燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解，并使其达到自燃点而燃烧。可燃液体首先蒸发成蒸气，其蒸气进行氧化分解后达到自燃点而燃烧。在固体燃烧中，如果是简单物质硫、磷等，受热后首先熔化，蒸发成蒸气进行燃烧，没有分解过程；如果是复杂物质，在受热时首先分解为气态或液态产物，其气态和液态产物的蒸气进行氧化分解着火燃烧。

有的可燃固体如焦炭等，不能分解为气态物质，在燃烧时则呈炽热状态，没有火焰产生。

可燃物质的燃烧过程包括许多吸热、放热的化学过程和传热的物理过程。在燃烧发生的整个过程中，热量通过热传导、热辐射和热对流三种方式进行传播。在凝聚相中，主要是吸热过程，而在气相燃烧中则是放热过程。

大多数情况下，凝聚相中发生的过程是靠气相燃烧放出的热量来实现的，在所有反应区域内，若放热量大于吸热量，燃烧则持续进行，反之燃烧则中断。

可燃物质燃烧过程中，温度变化是很复杂的。最初一段时间，加热的大部分热量用于对燃烧物质的熔化、蒸发或分解，可燃物质的温度上升缓慢。当温度达到氧化开始温度时，可燃物质开始进行氧化反应。

此时由于温度尚低，氧化反应速度不快，氧化所产生的热量还不足以抵消系统向外界的散热，此时停止加热，可燃物质温度会降低，不会发生燃烧。继续加热，温度的上升则很快，到氧化产生的热量和系统向外界散失的热量相等，温度再稍升高一点，则打破了这种平衡状态，这时即使停止加热，可燃物质温度亦会自行升高，达到某个温度，就会出现火焰并燃烧起来。因此，这个温度可视为可燃物质理论上的自燃点，是开始出现火焰的温度，即通常实际测得的自燃点。

2．燃烧形式。

气态可燃物通常为扩散燃烧，即可燃物和氧气边混合边燃烧；液态可燃物（包括受热后先液化后燃烧的固态可燃物）通常先蒸发为可燃蒸气，可燃蒸气与氧化剂发生燃烧；固态可燃物先是通过热解等过程产生可燃气体，可燃气体与氧化剂再发生燃烧。

根据可燃物质的聚集状态不同，燃烧可分为以下4种形式：

1）扩散燃烧。可燃气体（氢、甲烷、乙炔以及苯、酒精、汽油蒸气等）从管道、容器的裂缝流向空气时，可燃气体分子与空气分子互相扩散、混合，混合浓度达到**极限范围内的可燃气体遇到火源即着火并能形成稳定火焰的燃烧，称为扩散燃烧。

2）混合燃烧。可燃气体和助燃气体在管道、容器和空间扩散混合，混合气体的浓度在**范围内，遇到火源即发生燃烧，混合燃烧是在混合气体分布的空间快速进行的，称为混合燃烧。煤气、液化石油气泄漏后遇到明火发生的燃烧**即是混合燃烧，失去控制的混合燃烧往往能造成重大的经济损失和人员**。

3）蒸发燃烧。可燃液体在火源和热源的作用下，蒸发出的蒸气发生氧化分解而进行的燃烧，称为蒸发燃烧。

4）分解燃烧。可燃物质在燃烧过程中首先遇热分解出可燃性气体，分解出的可燃性气体再与氧进行的燃烧，称为分解燃烧。

三）火灾的分类。

1．《火灾分类》（gb／t 4968--2008）按物质的燃烧特性将火灾分为6类：

a类火灾：指固体物质火灾，这种物质通常具有有机物质，一般在燃烧时能产生灼热灰烬，如木材、棉、毛、麻、纸张火灾等；．

b类火灾：指液体火灾和可熔化的固体物质火灾，如汽油、煤油、柴油、**、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾等；

c类火灾：指气体火灾，如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气火灾等；

d类火灾：指金属火灾，如钾、钠、镁，钦、错、锉、铝镁合金火灾等；

e类火灾：指带电火灾，是物体带电燃烧的火灾，如发电机、电缆、家用电器等； f类火灾：指烹饪器具内烹饪物火灾，如动植物油脂等。

2．按照一次火灾事故造成的人员**、受灾户数和财产直接损失金额，火灾划分为3类：

1）具有以下情况之一的为特大火灾：死亡10人以上（含本数，下同）；重伤20人以上；死亡、重伤20人以上；受灾户数50户以上；烧毁财物损失l00万元以上。

2）具有以下情况之一的为重大火灾：死亡3人以上；重伤l0人以上；死亡、重伤10人以上；受灾户30户以上；烧毁财产损失30万元以上。

3）不具有前两项情形的燃烧事故，为一般火灾。（四）火灾基本概念及参数。

1．闪燃。可燃物表面或可燃液体上方在很短时间内重复出现火焰一闪即灭的现象。闪燃往往是持续燃烧的先兆。

2．阴燃。没有火焰和可见光的燃烧。

3．爆燃。伴随**的燃烧波，以亚音速传播。

4．自燃。是指可燃物在空气中没有外来火源的作用下，靠自热或外热而发生燃烧的现象。根据．热源的不同，物质自燃分为自热自燃和受热自燃两种。

5．闪点。在规定条件下，材料或制品加热到释放出的气体瞬间着火并出现火焰的最低温度。闪点是衡量物质火灾危险性的重要参数。一般情况下闪点越低，火灾危险性越大。

6．燃点。在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度。燃点对可燃固体和闪点较高的液体具有重要意义，在控制燃烧时，需将可燃物的温度降至其燃点以下。

一般情况下燃点越低，火灾危险性越大。

7．自燃点。

在规定条件下，不用任何辅助引燃能源而达到引燃的最低温度。液体和固体可燃物受热分解并析出来的可燃气体挥发物越多，其自燃点越低。固体可燃物粉碎得越细，其自燃点越低。

一般情况下，密度越大，闪点越高而自燃点越低。比如，下列油品的密度：汽油《煤油《轻柴油《重柴油《蜡油《渣油，而其闪点依次升高，自燃点则依次降低。

8．引燃能、最小点火能．

引燃能是指释放能够触发初始燃烧化学反应的能量，也叫最小点火能，影响其反应发生的因素包括温度、释放的能量、热量和加热时间。

9．着火延滞期（诱导期）

对着火延滞期时间一般有下列2种描述：着火延滞期时间指可燃性物质和助燃气体的混合物在高温下从开始暴露到**的时间；混合气着火前自动加热的时间称为诱导期，在燃烧过程中又称为着火延滞期或着火落后期，单位用ms表示。

五）典型火灾的发展规律。

通过对大量的火灾事故的研究分析得出，典型火灾事故的发展分为初起期、发展期、最盛期、减弱期和熄灭期。初起期是火灾开始发生的阶段，这一阶段可燃物的热解过程至关重要，主要特征是冒烟、阴燃；发展期是火势由小到大发展的阶段，一般采用t平方特征火灾模型来简化描述该阶段非稳态火灾热释放速率随时间的变化，即假定火灾热释放速率与时间的平方成正比，轰燃就发生在这一阶段；最盛期的火灾燃烧方式是通风控制火灾，火势的大小由建筑物的通风情况决定；熄灭期是火灾由最盛期开始消减直至熄灭的阶段，熄灭的原因可以是燃料不足、灭火系统的作用等。由于建筑物内可燃物、通风等条件的不同，建筑火灾有可能达不到最盛期，而是缓慢发展后就熄灭了。

典型的火灾发展过程如图4—1所示。

图4—1火灾的发展过程。

六）燃烧机理。

燃烧作为一种化学反应，对反应物的组分浓度、引燃能的大小及反应的温度和压力均有一定的要求。在这些情况下，若可燃物没有达到一定浓度，或氧化剂的量不足，或引燃能不够大，燃烧反应也不会发生。例如，氢气在空气中的浓度低于4％时便不能点燃，当空气中氧气含量低于l4％时常见可燃物不会燃烧，而一根火柴的能量不足以点燃大煤块。

实际上，当可燃物和氧化剂开始发生燃烧后，为了使化学反应能够持续下去，反应区内还必须能够不断生成活性基团。因为可燃物与氧化剂之间的反应不是直接发生的，而是经过生成活性基团和原子等中间物质，通过链反应进行。如果除去活性基团，链反应中断，连续的燃烧也会停止。

1．活化能理论。

物质分子间发生化学反应。首要的条件是相互碰撞。在标准状态下，单位时间、．单位体积内气体分子相互碰撞约l0”次。

但相互碰撞的分子不一定发生反应，而只有少数具有一定能量的分子相互碰撞才会发生反应，这种分子称为活化分子。活化分子所具有的能量要比普通分子高，这一能量超出值可使分子活化并参加反应。使普通分子变为活化分子所必需的能量称为活化能。

气体分子总是按直线轨迹不断地运动，其运动速度取决于温度；温度越高，气体分子运动越快，反之，温度越低，气体分子运动也越慢。在任一气流中，都有大量的气体分子，当它们进行无规律运动时，许多分子会互相碰撞、弹开和改变方向，随着气体温度和能级的提高，这些碰撞会变得更加频繁和剧烈。．

2．过氧化物理论。

气体分子在各种能量（例如热能、辐射能、电能、化学反应能等）作用下可被活化。在燃烧反应中，首先是氧分子在热能作用下活化，被活化的氧分子形成过氧键一0—0一，这种基团加在被氧化物的分子上成为过氧化物。此种过氧化物是强氧化剂，不仅能氧化形成过氧化物的物质，而且也能氧化其他较难氧化的物质。

例如在氢和氧的反应中，先生成过氧化氢，而后过氧化氢再与氢反应生成h20，其反应式如下：

有机过氧化物，通常可看作是过氧化氢h—o一0一h的衍生物，即其中有一个或两个氢原子被烷基所取代而生成r—o—o—h。所以过氧化物是可燃物质被氧化的最初产物，是不稳定的化合物，能在受热、撞击、摩擦等情况分解甚至引起燃烧或**。如蒸馏乙醚的残渣中，常由于形成过氧化醚（c2h；一0—o—c2h5）而引起自燃或**。

烃类氧化时是以破坏氧的一个键而不是破坏氧的两个键而进行的，因为要同时破坏两个氧的键需489kj的能量，而破坏一个键只需要293～334kj的能量。因此，烃类氧化首先生成的是烃的过氧化物或过氧化物自由基r一0～0一，而过氧化物也会分解为自由基。随着自由基的产生，反应具有链反应性质，因而可以自动延续并且由于出现分支而自动加速。

整个燃烧前的氧化过程是一连串有自由基参加的链反应。

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