消防安全培训课件：燃烧的本质和条件篇.doc

消防从业人员基础知识之燃烧的本质和条件篇第一节 燃烧本质一、燃烧的本质燃烧是可燃物与氧化剂作用产生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。简而言之，燃烧是一种放热、发光的化学反应。随着现代科学的发展，近代链锁反应理论认为：燃烧是一种游离基的链锁反应。链锁反应也称为链式反应，即由游离基在瞬间进行的循环连续反应。游离基又称自由基或自由原子，是化合物或单质分子中的共价键在外界因素（如光、热）的影响下，分裂而成含有不成对电子的原子或原子基团，它们的化学活性非常强，在一般条件下是不稳定的，容易自行结合成稳定分子或与其它物质的分子反应生成新的游离基。当反应物产生少量的活化中心游离基（自由基或自由原子）时，即可发生链锁反应。只要反应一经开始，就可经过许多链锁步骤自行加速发展下去（瞬间自发进行若干次），直至反应物燃尽为止。当活化中心全部消失（即游离基消失）时，链锁反应就会终止。一般认为，链锁反应机理大致可分为三个阶段：1、链引发。即生成游离基，使链式反应开始。生成的方法通常有热离解、光照法、催化法、放射线照射法、加入引发剂和氧化还原法等。2、链传递。游离基作用于其它参与反应的分子，在生成产物的同时，产生新的游离基，使链式反应自行地一个传一个，不断地进行下去。3、链终止。即游离基的消失，使链式反应终止。终止的原因一般是由于杂质的影响、抑制剂的掺人、游离基形成稳定分子、游离基撞击器壁或反应物全部变完等。链反应有分支链和不分支链两种。核爆炸就是典型的分支链反应。综上所述，物质燃烧是氧化反应，而氧化反应不一定是燃烧，能被氧化的物质不一定都是能够燃烧的物质。可燃物质的多数氧化反应不是直接进行的，而是经过一系列复杂的中间阶段反应；不是氧化整个分子，而是氧化链锁反应中间产物游离基和原子。可见，燃烧是一种极其复杂的化学反应，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中发生的物理现象。第二节 燃烧必须具备的条件一、发生燃烧的必要条件发生燃烧所需要的必要条件有三个，即：可燃物、助燃物（氧化剂）和引火源。（一）可燃物凡是能与空气中的氧或其他氧化剂发生剧烈化学反应的物质，都称为可燃物（也就是一切能够燃烧的物质）。1、气体可燃物。凡是在空气中能发生燃烧的气体，都称为可燃气体。2、液体可燃物。凡是在空气中能发生燃烧的液体，都称为可燃液体。3、固体可燃物。凡遇明火、热源能在空气（氧化剂）中燃烧的固体物质，都称为可燃固体。（二）助燃物（氧或氧化剂）凡能帮助和支持燃烧的物质，即能与可燃物发生反应的物质都称为助燃物（实质上是氧或氧化剂）。助燃物主要有两大类：1、空气或氧气2、其他氧化剂。如氯酸甲、高锰酸甲、氯、溴等。（三）引火源（也称点火源）凡是能引起可燃物与助燃物发生燃烧反应的热能，都称为引火源。二、发生燃烧的充分条件（一）一定的可燃物浓度（二）一定的氧气（氧化剂）含量实验证明，虽有空气（氧气）存在，但浓度不够，燃烧也不会发生。由于可燃物质性质不同，燃烧所需要的含氧量也不同；在等量情况下，使某些物质完全燃烧，所需要的含氧量也有差异。便如，部分常见物质燃烧所需的最低含氧量，如图所示： 部分常见物质燃烧所需要最低氧量物质名称含氧量（%）物质名称含氧量（%）气油14.4乙醇15.0煤油15.0橡胶屑13.0氢气5.9多量棉花8.0（三）一定的引火能量（点火能）不管何种形式的点火能量，都必须达到一定的强度才能引起可燃物质着火。否则，燃烧就不会发生不同可燃物质燃烧所需的引火能（点火能）各不相同。几种常见可燃物燃烧所需要的温度如表所示物质名称燃点（）物质名称燃点（）松木250照明煤油86棉花210橡油120布匹200麻150纸张130黄磷34-60蜡烛190松节油53（四）相互作用燃烧不仅必须具备必要条件（三要素）和充分条件，而且还必须使以上条件相互结合、相互作用，燃烧才会发生和持续，否则，燃烧也不能发生。对无火焰燃烧可用经典三角形（如图1-2-2）表示三者关系。燃烧三要素（三边连接）同时存在、相互作用，燃烧才会发生。无火焰燃烧具有三个特点：（1）无链锁反应。（2）氧在可燃烧的界面。（3）可燃物为炽热的固体。对有火焰燃烧，由于燃烧过程中存在未受抑制的游离基（自由基）作中间体，所以燃烧三角形增加了一个空间坐标，形成燃烧四面体。如图1-2-3所示。图1-2-3燃烧四面体图1-2-2燃烧三角形链反应的自由基燃料氧温度温度氧温度 火第三节 燃烧中的几个常用概念闪燃：在液体（固体）表面上能产生足够的可燃蒸气，遇火能产生一闪 ，即灭的火焰的燃烧现象称为闪燃。阴燃：没有火焰的缓慢燃烧现象称为阴燃。爆燃：以亚音速传播的爆炸称为爆燃。自燃：可燃物质在没有外部明火等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自行燃烧现象称为自燃。亦即物质在无外界引火源条件下，由于其本身内部所进行的生物、物理、化学过程而产生热量，使温度上升，最后自行燃烧起来的现象。闪点：在规定的试验条件下，液体（固体）表面能产生闪燃的最低温度称为闪点。同系物中异构体比正构体的闪点低；同系物的闪点随其分子量的增加而升高，随其沸点升高而升高。各组分混合液，如汽油、煤油等，其闪点随沸程的增加而升高；低闪点液体和高闪点液体形成的混合液，其闪点低于这两种液体闪点的平均值。木材的闪点在260摄氏度左右。 闪点的意义：（1） 闪点是生产厂房的火灾危险性分类的重要依据；（2） 闪点是储存物品仓库的火灾危险性分类的依据；（3） 闪点是甲、乙、丙类危险液体分类的依据；（4） 以甲、乙、丙类液体分类为依据规定了厂房和库房的耐火等级、层数、占地面积、安全疏散、防火间距、防爆设置等；（5） 以甲、乙、丙类液体的分类为依据规定了液体储罐、堆场的布置、防火间距、可燃和助燃气体储罐的防火间距，液化石油气储罐的布置、防火间距等。燃点：是指在规定的试验条件下，液体或固体能发生持续燃烧的最低温度称为燃点。一切液体的燃点都高于闪点。自燃点：是指在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度是该物质的自燃点。可燃物质发生自燃的主要方式是：（1） 氧化发热；（2） 分解放热；（3） 聚合放热；（4） 吸附放热；（5） 发酵放热；（6） 活性物质遇水；（7） 可燃物与强氧化剂的混合。影响液体、气体可燃物自燃点的主要因素：压力：压力越高，自燃点越低；氧浓度：混合气中氧浓度越高，自燃点越低；催化：活性催化剂能降低自燃点，钝性催化剂能提高自燃点；容器的材质和内径：器壁的不同材质有不同的催化作用；容器直径越小，自燃点越高。 影响固体可燃物自燃点的主要因素：受热熔融：熔融后可视液体、气体的情况；挥发物的数量：挥发出的可燃物越多，其自燃点越低；固体的颗粒度：固体颗粒越细，其比表面积就越大，自燃点越低；受热时间：可燃固体长时间受热，其自燃点会有所降低。氧指数：是指在规定条件下，固体材料在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低氧含量。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧，一般认为氧指数22属于易燃材料，氧指数在22-27之间属可燃材料，氧指数27属难燃材料。可燃液体的燃烧特点：可燃液体的燃烧实际上是可燃蒸气的燃烧，因此， 液体是否能发生燃烧，燃烧速率的高低与液体的蒸气压、闪点、沸点和蒸发速率等性质有关。在不同类型油类的敞口贮罐的火灾中容易出现三种特殊现象：沸溢、喷溅和冒泡。 突沸现象：液体在燃烧过程中，由于不断向液层内传热，会使含有水分、粘度大、沸点在100以上的重油、原油产生沸溢和喷溅现象，造成大面积火灾，这种现象称为突沸现象。能产生突沸现象的油品称为沸溢性油品。 液体火灾危险分类及分级是根据其闪点来划分的，分为甲类（一级易燃液体）：液体闪点小于28摄氏度；乙类（二级易燃液体）：闪点大于等于28小于60摄氏度；丙类（可燃液体）：液体闪点大于等于60摄氏度三种。固体燃烧特点：固体可燃物必须经过受热、蒸发、热分解，固体上方可燃气体浓度达到燃烧极限，才能持续不断地发生燃烧。燃烧方式分为：蒸发燃烧、分解燃烧、表面燃烧和阴燃四种。阴燃：一些固体可燃物在空气不流通、加热温度较低或含水分较高时会阴燃，如成捆堆放的棉、麻、纸张及大堆垛的煤、草、湿木材等。第四节热传播的途径和火灾蔓延的途径 火灾的发生、发展就是一个火灾发展蔓延、能量传播的过程。热传播是影响火灾发展的决定性因素。热量传播有以下三种途径：热传导、热对流和热辐射。热传导：是指热量通过直接接触的物体，从温度较高部位传递到温度较低部位的过程。影响热传导的主要因素是：温差、导热系数和导热物体的厚度和截面积。导热系数愈大、厚度愈小、传导的热量愈多。热对流是指热量通过流动介质，由空间的一处传播到另一处的现象。火场中通风孔洞面积愈大，热对流的速度愈快；通风孔洞所处位置愈高，热对流速度愈快。热对流是热传播的重要方式，是影响初期火灾发展的最主要因素。热辐射是指以电磁波形式传递热量的现象。当火灾处于发展阶段时，热辐射成为热传播的主要形式。 火灾在建筑物之间和建筑物内部的主要蔓延途径有：建筑物的外窗、洞口；突出于建筑物防火结构的可燃构件；建筑物内的门窗洞口，各种管道沟和管道井，开口部位；未作防火分隔的大空间结构，未封闭的楼梯间；各种穿越隔墙或防火墙的金属构件和金属管道；未作防火处理的通风、空调管道等。第五节 燃烧的特殊形式爆炸（一）爆炸的概念 爆炸是指由于物质急剧氧化或分解反应，使温度、压力急剧增加或使两者同时急剧增加的现象。爆炸可分为：物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。物理爆炸：由于液体变成蒸气或者气体迅速膨胀，压力急速增加，并大大超过容器的极限压力而发生的爆炸。如蒸气锅炉、液化气钢瓶等的爆炸。化学爆炸：因物质本身起化学反应，产生大量气体和高温而发生的爆炸。如炸药的爆炸，可燃气体、液体蒸气和粉尘与空气混合物的爆炸等。化学爆炸是消防工作中防止爆炸的重点。（二）爆炸极限 爆炸极限：爆炸极限是指可燃气体、蒸汽或粉尘与空气混合后，遇火产生爆炸的最高或最低浓度。通常以体积百分数表示。 可燃气体、蒸气或粉尘与空气组成的混合物，能使火焰传播的最低浓度称为该气体或蒸气的爆炸下限，也称燃烧下限。 可燃气体、蒸气或粉尘与空气组成的混合物，能使火焰传播的最高浓度称为该气体或蒸气的爆炸上限，也称燃烧上限。 建筑设计防火规范中将爆炸下限小于百分之十的气体划分为甲类气体，少数爆炸下限大于等于百分之十的气体划分为乙类气体。 （三）影响爆炸极限的因素爆炸极限值受各种因素变化的影响，主要有：初始温度、初始压力、惰性 介质及杂质、混合物中氧含量、点火源等。初始温度高，爆炸极限范围大；初始压力高，爆炸极限范围大；混合物中加入惰性气体，爆炸极限范围缩小，特别对爆炸上限的影响更大。混合物含氧量增加，爆炸下限降低，爆炸上限上升。（四）粉尘爆炸的特点粉尘爆炸的条件：（1） 粉尘本身必须是可燃性的；（2） 粉尘必须具有相当大的比表面积；（3） 粉尘必须悬浮在空气中，与空气混合形成爆炸极限范围内的混合物；（4） 有足够的点火能量。影响粉尘爆炸的因素：（1）颗粒的尺寸； （2）粉尘浓度； （3）空气的含水量；（4）含氧量； （5）可燃气体含量。颗粒越小其比表面积越大，氧吸附也越多，在空气中悬浮时间越长，爆炸危险性越大。空气中含水量越高、粉尘越小、引爆能量越高。随着含氧量的增加，爆炸浓度范围扩大。有粉尘的环境中存在可燃性气体时，会大大增加粉尘爆炸的危险性。粉尘爆炸的特点：（1） 多次爆炸是粉尘爆炸的最大特点；（2） 粉尘爆炸所需的最小点火能量较高，一般在几十毫焦耳以上。（3） 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，破坏力强。第六节 燃烧产物及其毒性 燃烧产物是指由燃烧或热解作用产生的全部物质。燃烧产物包括：燃烧生成的气体、能量、可见烟等。燃烧生成的气体一般是指：一氧化碳、氢化氢、二氧化碳、丙烯醛、氯化氢、二氧化硫等。 火灾统计表明，火灾中死亡人数大约80%是由于吸入火灾中燃烧产生的有毒烟气而致死的。火灾产生的烟气中含有大量的有毒成分，如二氧化碳、HCH、二氧化硫、二氧化氮等。二氧化碳是主要的燃烧产物之一，而一氧化碳是火灾中致死的主要燃烧产物之一，其毒性在于对血液中血红蛋白的高亲和性，其对血红蛋白的亲和力比氧气高出250倍。