物質(zhì)燃燒、爆炸過程中會釋放出物質(zhì)內(nèi)部潛藏的能量，這些能量通常是人們生產(chǎn)、生活所需能量的主要來源。但是，當人們對燃燒爆炸失去控制，就要釀成災(zāi)害，造成火災(zāi)或爆炸事故。所以，防止火災(zāi)、爆炸事故必須控制燃燒、爆炸發(fā)生的條件，限定燃燒、爆炸發(fā)生的空間范圍。

　　火災(zāi)、爆炸事故的形成和發(fā)展，有其自身的規(guī)律和特點。當火災(zāi)發(fā)生后，火要向四周各個方向蔓延，而且會隨著時間的延長，火勢向外蔓延的速度加快，著火的范圍急劇擴大，失的程度也就越發(fā)嚴重。所以，火災(zāi)發(fā)生后需要及時迅速地進行撲救。爆炸事故是突然發(fā)生的，所以一旦發(fā)生爆炸就無法控制和制止。為了防爆，只能在爆炸事故出現(xiàn)之前，采取安全防范措施，防止爆炸條件的形成。火災(zāi)和爆炸，除了各自單獨發(fā)生外，有時還互為因果，擴大事故的規(guī)模，造成更加嚴重的損失。

　　1.燃燒和爆炸的形成機理

　　(1)燃燒及其必要條件? 燃燒是一種放熱、發(fā)光的化學反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，物質(zhì)會改變原有的性質(zhì)變成新的物質(zhì)，所以放熱、發(fā)光、生成新物質(zhì)是燃燒反應(yīng)的三個特征。下列反應(yīng)均為燃燒反應(yīng)：

　　燃燒反應(yīng)在本質(zhì)上屬于氧化—還原反應(yīng)，參加反應(yīng)的物質(zhì)必須包含有氧化劑和還原劑，也就是通常所說的助燃物和可燃物。助燃物主要是氧、氟、氯、一些含氧酸及其鹽也可作助燃物(如HNO₃、NHNO₃、KCO₃)。許多金屬(如鐵、鋁、鎂等)和非金屬單質(zhì)(如氫、碳、硫等)可作可燃物，有機化合物(如甲烷、汽油、合成高分子材料等)幾乎都是可燃物。

　　要使可燃物和助燃物發(fā)生化學反應(yīng)，還必須具有點火能源，明火、電火花、摩擦和撞擊火花、靜電火花、化學反應(yīng)熱、高溫表面、雷電火花、光和射線、壓縮升溫等均可作為點火能源。

　　綜上所述，可燃物、助燃物和點火能源是燃燒得以發(fā)生的3個必要條件，也就是通常說的燃燒三要素。但是，有時即使上述3個要素都具備，燃燒也并不一定發(fā)生，這是因為燃燒對可燃物和助燃物有一定的濃度和數(shù)量要求，對點火能源有一定的強度和能量要求。例如甲烷的濃度小于5％或空氣中氧氣含量小于12％時甲烷不能燃燒。當空氣中氧氣含量小于14％時，木材也不會燃燒。若用熱能引燃甲烷—空氣混合氣體，當溫度低于甲烷的自燃點時，燃燒不會發(fā)生。電焊火星的溫度高達1200℃，可以點燃爆炸性混合氣體。但如果落在木板上，通常不會引起燃燒。因為木板所需的點火能量遠大于爆炸性混合氣體，火星的溫度雖高，但熱量不足，故不能引燃木材。由此可見，具備一定數(shù)量和濃度的可燃物和助燃物以及具備一定強度和數(shù)量的點火能源同時存在，并且發(fā)生相互作用，才是引起燃燒的必要條件。

　　一切防火和滅火措施，都是根據(jù)物質(zhì)的特性和生產(chǎn)現(xiàn)場的條件，控制和消滅燃燒條件中的任何一個。

　　(2)燃燒的形式和種類

　　①燃燒過程? 大多數(shù)可燃物質(zhì)的燃燒是在蒸氣或氣態(tài)下進行的。由于可燃物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同，其受熱所發(fā)生的燃燒過程也不同。氣體最容易燃燒，其燃燒所需的熱量只用于本身的氧化分解，并使其達到自燃點而燃燒。液體在熱源作用下，首先蒸發(fā)成蒸氣，然后蒸氣被氧化、分解，然后在氣相中著火燃燒。固體的燃燒，如果呈硫、磷、萘等單質(zhì)，它們首先受熱熔化或升華，然后蒸發(fā)生蒸氣，氧化分解后著火燃燒。如果是復(fù)雜的化合物，在受熱時首先分解，然后氣態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)產(chǎn)物的蒸氣發(fā)生氧化后著火燃燒。燃燒時放出的熱量又會使可燃物繼續(xù)溶化，分解、蒸發(fā)、氧化、著火、燃燒，只有助燃物源源不斷地供給，燃燒就一直進行到燃物燒完為止。各種狀態(tài)可燃物質(zhì)的燃燒過程如圖20—8所示。

　?、谌紵问? 可燃物質(zhì)由于其聚集狀態(tài)有氣態(tài)、液體和固態(tài)，它們在空氣中燃燒時，一般有5種燃燒形式：

　　a．擴散燃燒。當可燃氣體(如氫、丙烷、汽油蒸氣等)從管口、管道或容器的裂縫等處流向空氣時，由于可燃氣體和空氣互相擴散混合，其混合濃度達到爆炸范圍的部分遇火源即能著火燃燒。它們形成的火焰叫擴散焰。擴散焰的結(jié)構(gòu)見圖20—9所示。

　　b．蒸發(fā)燃燒?？扇家后w(如酒精、苯等)的燃燒，是由于液體受熱蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣和空氣互相混合后，被點燃產(chǎn)生火焰，它放出的熱量進一步加熱液體表面，使液體持續(xù)蒸發(fā)，燃燒持續(xù)進行下去。

　　c．分解燃燒。固體可燃物(如木材、煤、橡膠等)、高沸點液體和低熔點的固體物質(zhì)-(如重油、蠟、瀝青等)燃燒時，首先受熱分解，放出可燃氣體，這種氣體被點燃產(chǎn)生火焰，放出的熱量使可燃物不斷地分解，燃燒不斷地進行下去。

　　d．表面燃燒。一些不揮發(fā)也不分解的固體可燃物(如焦炭、鋁、鐵、鈦)在空氣中點燃后，燃燒反應(yīng)發(fā)生在固體可燃物的表面，它能產(chǎn)生紅熱的表面，而不產(chǎn)生火焰。

　　e．混合燃燒?？扇細怏w或可燃粉塵與助燃氣體在容器內(nèi)或空氣中擴散混合，其濃度在爆炸范圍內(nèi)，遇火源即會發(fā)生燃燒，產(chǎn)生一個小火球，此火球在混合氣所分布的空間中快速擴大，直到把混合氣全部燒盡。但是，在某種條件下，也可能轉(zhuǎn)化為爆炸。很多火災(zāi)、爆炸事故是由混合燃燒引起的，失去控制的混合燃燒往往會造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

　　在上述5種燃燒形式中，某種燃燒形式一經(jīng)發(fā)生，就有可能轉(zhuǎn)化為其他形式，或者導(dǎo)致幾種形式同時發(fā)生。一旦發(fā)生這種情況，往往會帶來重大災(zāi)難和后果。

　?、廴紵N類? 燃燒現(xiàn)象按其形成的條件和瞬間發(fā)生的特點，分為著火、閃燃、自燃3種。

　　乙著火?？扇嘉锸艿酵饨缁鹪粗苯幼饔枚_始的持續(xù)燃燒現(xiàn)象叫作著火。這是日常生產(chǎn)、生活中最常見的燃燒現(xiàn)象。例如，用火柴點燃柴草、煤油、液化氣等?？扇嘉镩_始著火所需的最低溫度叫做燃點，也稱著火點?？扇嘉镔|(zhì)的燃點越低，越容易著火。

　　氣體、液體、固體可燃物都有燃點。但是，燃點對可燃氣體和易燃液體沒有多大實際意義。因為可燃氣體除氨外，其燃點都大大低于零度；而易燃液體的燃點僅比閃點高1—5℃。但是，燃點對于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(zhì)的溫度在燃點以下，是預(yù)防火災(zāi)發(fā)生的一個措施。在滅火時采用的冷卻法，其原理就是將燃燒物質(zhì)的溫度降到它的燃點以下，使其燃燒過程中止。

　　b．閃燃。任何一種液體的表面上都有一定數(shù)量的蒸氣存在，蒸氣的濃度則取決于該液體所處的溫度，溫度越高則蒸氣濃度越大。在一定的溫度下，易燃、可燃液體表面上的蒸氣和空氣的混合氣與火焰接觸時，能閃出火花，但隨即熄滅。這種瞬間燃燒的過程叫閃燃，液體能發(fā)出閃燃的最低溫度叫閃點。液體在閃點溫度下，蒸發(fā)速度較慢，表面上積聚的蒸氣遇火一瞬間即已燒盡，易燃、可燃液體隨時都有遇火源而被點燃的危險。所以閃點是液體可以引起火災(zāi)危險的最低溫度。液體的閃點越低，它的火災(zāi)危險性越大。

　　c.自燃?？扇嘉镔|(zhì)在沒有外界火源的直接作用下受熱或自身發(fā)熱，并由于散熱受到阻礙，使熱量蓄積，溫度逐漸上升，當達到一定溫度時發(fā)生的自行燃燒現(xiàn)象，叫做自燃。可燃物質(zhì)不需點火源的直接作用就能發(fā)生自行燃燒的溫度，叫做自燃點三

　　自燃按其引燃燒源分為自熱燃燒和受熱燃燒兩種。

　　(a)自熱燃燒?？扇嘉镔|(zhì)因內(nèi)部所發(fā)生的化學、物理或生物化學過程而產(chǎn)生熱量，這些熱量在適當條件下會逐漸積累，使物質(zhì)溫度上升達到自燃點而燃燒，這種現(xiàn)象稱為自熱燃燒。

　　(b)受熱自燃?？扇嘉镔|(zhì)在外部熱源作用下，使溫度逐漸升高，當達到其自燃點時，即可著火燃燒。這種現(xiàn)象稱為受熱自燃。

　　(3)可燃物質(zhì)的危險特性? 能夠發(fā)生火災(zāi)、爆炸危險的可燃物質(zhì)種類繁多，為了評價它們的危險程度，并采取相應(yīng)的正確的預(yù)防措施，首先就要確定它們的危險特性。能直接導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生的危險特性，有爆炸極限、閃點、燃點、自燃點、最小點火能量和最大滅火間距等。下面著重敘述爆炸極限、最小點火能量和最大滅火間距。

　?、俦O限? 可燃氣體、蒸氣或粉塵和空氣構(gòu)成的混合物，并不是在任意濃度下遇火源都能燃燒爆炸，而只是在一定的濃度范圍內(nèi)才能發(fā)生燃燒爆炸。在此濃度范圍內(nèi)，濃度不同，火焰蔓延速度(即燃燒速度)也不相同。當混合物中所含的量稍多于化學計算濃度時，混合物的放熱量最大，火焰蔓延速度最快，燃燒也最劇烈。町燃物濃度增加或減少都要減少發(fā)熱量，減慢蔓延速度。當濃度低于某一最低濃度或高于某一最高濃度，火焰便不能蔓延，燃燒也就不能進行。在火源作用下，可燃氣體、蒸氣或粉塵在空氣中恰足以使火焰蔓延的最低濃度，稱為該氣體、蒸氣或粉塵與空氣混合物的爆炸下限，也稱燃燒下限。同理，恰足以使火焰蔓延的最高濃度，稱為爆炸上限，也稱燃燒上限。上限和下限統(tǒng)稱爆炸極限或燃燒極限。濃度在上、下限之間的范圍內(nèi)，在火源作用下能夠引起燃燒或爆炸；在此范圍之外，則不會著火，更不會爆炸。濃度在爆炸上限以上，若空氣能補充進來，則隨時有發(fā)生燃燒，爆炸的危險。

　　因此，對濃度在上限以上的混合氣，通常仍認為它們是危險的。

　　多組分可燃氣體的爆炸極限，通常用計算的方法獲得。單組分可燃氣體、蒸氣的爆炸極限可以從各種手冊中查到。

　　根據(jù)理?查特理法則計算，當混合氣體中含有兩種以上成分的町燃氣體或蒸氣時，它們的爆炸極限，可根據(jù)理?查特理法則計算。其計算公式如下：

　　式中??? X_1m——混合氣體的爆炸下限；

　　X_2m，——混合氣體的爆炸上限；

　　n_a，n_b，n_c…——可燃混合氣中a，b，c…各組分的百分含量；na，十nb+nc+…＝100％；

　　X_1a，X_lb，X_1c…——混合氣中各可燃氣組分的爆炸下限。

　　X_2a，X_2b,X_2c，…——混合氣中各可燃氣組分的爆炸上限。

　　例題1? 某天然氣含甲烷80％，乙烷15％，丙烷4％，丁烷1％。求天然氣的爆炸極限。假設(shè)a、b、c、d分別表示甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。

　　由于理?查特理法則推導(dǎo)時引入了各種可燃氣組分同時著火的假設(shè)，所以(1)和(2)式適用于計算反應(yīng)活性和活化能正相近的各種碳氫化合物混合氣的爆炸極限，對其他可燃性氣體混合物的計算結(jié)果有些偏差，但亦有一定的參考價值。

　　根據(jù)經(jīng)驗公式計算，含有惰性氣體的多組分可燃氣體混合物的爆炸極限可用下式計算：

　　煤氣的爆炸范圍為16．7％~84．8％。

　　爆炸極限的影響因素。爆炸極限通常是在常溫、常壓等標準條件下測定出來的數(shù)據(jù)，它不是固定的物理常數(shù)。不同的物質(zhì)有不同的爆炸極限。同一種可燃氣體、蒸氣的爆炸極限也不是固定不變的。它隨溫度、壓力、含氧量、惰性氣體含量、火源強度等因素的變化而變化。

　　初始溫度。混合物著火前的初溫升高，會使爆炸極限范圍擴大，爆炸危險性就會增加。

　　初始壓力?；旌蠚怏w的初始壓力增加，上限顯著提高，爆炸范圍擴大。例如甲烷的爆炸范圍在100 kPa下為5．3％~14％，在1000kPa下為5．7％~17。2％?；旌蠚怏w在減壓的情況下，爆炸范圍會隨著減小。壓力降到某一數(shù)值，上限與下限重合，這一壓力稱為臨界壓力。低于臨界壓力，混合物則無燃燒爆炸的危險。所以在化工生產(chǎn)中，對于一些燃爆危險性大的物料的生產(chǎn)、儲存，往往采用在臨界壓力以下的條件進行。

　　含氧量?；旌衔镏械暮趿吭黾樱ㄉ舷尢岣?，爆炸范圍擴大，爆炸危險性增加。例如，甲烷在空氣中的爆炸范圍為5．3％~14％，在純氧中的爆炸范圍為5．0％～61％。