防火防爆理论与技术第5章.ppt

第五章第五章 可燃液体燃烧与爆炸可燃液体燃烧与爆炸主要内容主要内容第一节第一节 液体燃料的燃烧特性和种类液体燃料的燃烧特性和种类第二节第二节 液体燃料的蒸发液体燃料的蒸发第三节第三节 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限第四节第四节 液体燃料的火灾蔓延液体燃料的火灾蔓延第五节第五节 油罐火灾油罐火灾1编辑ppt第一节第一节 液体的燃烧特性和种类液体的燃烧特性和种类燃烧特性燃烧特性属于气相燃烧属于气相燃烧燃烧种类燃烧种类液面燃烧液面燃烧灯芯燃烧灯芯燃烧蒸发燃烧蒸发燃烧雾化燃烧雾化燃烧2编辑ppt第二节第二节 液体燃料蒸发液体燃料蒸发液体蒸发概述液体蒸发概述汽化汽化：由液态变为气态的过程：由液态变为气态的过程蒸发蒸发：低于沸点，在液体表面进行的汽化：低于沸点，在液体表面进行的汽化沸腾沸腾：沸点时，在液体表面和内部同时进行的汽化：沸点时，在液体表面和内部同时进行的汽化蒸发蒸发：液体表面分子运动的宏观表现：液体表面分子运动的宏观表现汽化过程；汽化过程；扩散过程；扩散过程；凝结过程。凝结过程。气液动态平衡：逸出的分子数返回的分子数气液动态平衡：逸出的分子数返回的分子数饱和蒸气：液相和气相平衡时为饱和状态，此时的蒸饱和蒸气：液相和气相平衡时为饱和状态，此时的蒸气为饱和蒸气，饱和蒸气产生的压力为气为饱和蒸气，饱和蒸气产生的压力为饱和蒸气压饱和蒸气压3编辑ppt第二节第二节 液体燃料蒸发液体燃料蒸发蒸发的动力学基础蒸发的动力学基础液体表面层的分子由于热运动克服了相邻分子对它的液体表面层的分子由于热运动克服了相邻分子对它的引力而离开液面。即分子热运动的速度必须大到一定引力而离开液面。即分子热运动的速度必须大到一定程度程度m m表示分子的质量，表示分子的质量，u ux x表示垂直于液面的表示垂直于液面的x x轴上分子运轴上分子运动的速度分量，动的速度分量，表示液体分子逸出表面层所做的功，表示液体分子逸出表面层所做的功，则液体蒸发必须的条件为：则液体蒸发必须的条件为：4编辑ppt假定真空条件下液体自由蒸发的速度：假定真空条件下液体自由蒸发的速度：单位时间单位面积上蒸发出的液体的质量单位时间单位面积上蒸发出的液体的质量为为5编辑ppt假定液体表面每平方厘米气相层有假定液体表面每平方厘米气相层有C C0 0个蒸气分子，个蒸气分子，则单位时间内在单位面积液面上所发生的蒸气分子则单位时间内在单位面积液面上所发生的蒸气分子撞击次数撞击次数Z Z为：为：假定每假定每次撞击有一次被吸回液面，则在单位时间次撞击有一次被吸回液面，则在单位时间内每平方厘米表面上被吸回液面的分子数为内每平方厘米表面上被吸回液面的分子数为6编辑ppt当蒸发继续进行，直到平衡状态，即蒸发出去的分当蒸发继续进行，直到平衡状态，即蒸发出去的分子数等于被吸回的分子数，此时蒸气达到饱和状态，子数等于被吸回的分子数，此时蒸气达到饱和状态，饱和状态下的蒸气浓度为饱和蒸气浓度饱和状态下的蒸气浓度为饱和蒸气浓度C Cs s，压力为，压力为p ps s：由前面由前面n n0 0的计算公式，可得的计算公式，可得即由饱和蒸气浓度和蒸发潜热可以计算撞合系数即由饱和蒸气浓度和蒸发潜热可以计算撞合系数7编辑ppt则单位时间内液体表面层每平方厘米表面内蒸发出则单位时间内液体表面层每平方厘米表面内蒸发出去的分子数去的分子数n n由前面的由前面的1/1/计算公式，可得计算公式，可得8编辑ppt换算成单位时间内单位面积上蒸发出去的液体质量，换算成单位时间内单位面积上蒸发出去的液体质量，即蒸发速度即蒸发速度 此即为纯液体蒸发公式，可以看出蒸发速此即为纯液体蒸发公式，可以看出蒸发速度与液体温度、密度、饱和蒸气压成正比，和液体度与液体温度、密度、饱和蒸气压成正比，和液体摩尔数、蒸发潜热、气相中的分压成反比。摩尔数、蒸发潜热、气相中的分压成反比。当液体温度一定时，式中当液体温度一定时，式中、R R、T T、及及l li i均为常数，故上式可以写成：均为常数，故上式可以写成：9编辑ppt一定温度下饱和蒸气压不变，则一定温度下饱和蒸气压不变，则在一定温度下，液体蒸发速度取决于饱和蒸气压和在一定温度下，液体蒸发速度取决于饱和蒸气压和液面上该液体蒸气压之差。液面上该液体蒸气压之差。10编辑ppt第二节第二节 液体燃料蒸发液体燃料蒸发静蒸发静蒸发液体在容器中处于静止状态，液面空气不流动时的蒸液体在容器中处于静止状态，液面空气不流动时的蒸发；发；液体在容器中储存时的蒸发。液体在容器中储存时的蒸发。密封条件下，蒸发速度密封条件下，蒸发速度11编辑ppt第二节第二节 液体燃料蒸发液体燃料蒸发静蒸发静蒸发蒸发与外界压力成反比蒸发与外界压力成反比与表面积成正比与表面积成正比蒸发损耗蒸发损耗小呼吸小呼吸12编辑ppt第二节第二节 液体燃料蒸发液体燃料蒸发动蒸发动蒸发液体在流动的气流中分散为细小颗粒的蒸发。液体在流动的气流中分散为细小颗粒的蒸发。大呼吸大呼吸动蒸发的速度远超过静蒸发。动蒸发的速度远超过静蒸发。13编辑ppt第二节第二节 液体燃料蒸发液体燃料蒸发动蒸发的影响因素动蒸发的影响因素沸点和饱和蒸气压；沸点和饱和蒸气压；扩散系数：越大，蒸发速度越快扩散系数：越大，蒸发速度越快蒸发潜热：越大，蒸发速度越慢蒸发潜热：越大，蒸发速度越慢黏度：越大，蒸发速度越慢黏度：越大，蒸发速度越慢表面张力：越大，蒸发速度越慢表面张力：越大，蒸发速度越慢空气温度：越高，蒸发速度越快空气温度：越高，蒸发速度越快蒸发表面：越大，蒸发速度越快蒸发表面：越大，蒸发速度越快14编辑ppt 沸点及饱和蒸气压沸点及饱和蒸气压：沸点越低，饱和蒸气：沸点越低，饱和蒸气压越高，蒸发性越好。压越高，蒸发性越好。克劳修斯克劳修斯克拉佩龙方程：克拉佩龙方程：已知蒸发潜热，蒸气看作理想气体，由于已知蒸发潜热，蒸气看作理想气体，由于V V1 1远远小远远小于于V V2 2，则上述方程积分后，则上述方程积分后15编辑ppt安顿方程（蒸气压计算公式）安顿方程（蒸气压计算公式）a a、b b、c c为常数，可以查手册或用三个已知的蒸气压为常数，可以查手册或用三个已知的蒸气压计算计算16编辑ppt 蒸发潜热蒸发潜热：单位质量液体变成蒸气所需要：单位质量液体变成蒸气所需要的热量。单位的热量。单位KJ/KgKJ/Kg。越大，蒸发越慢越大，蒸发越慢 1mol1mol液体的蒸发潜热与该液体的沸点成正液体的蒸发潜热与该液体的沸点成正比。比。17编辑ppt第三节第三节 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限同类液体闪点变化规律同类液体闪点变化规律随随分子量增加分子量增加而升高；而升高；随随沸点升高沸点升高而升高；而升高；随随比重增大比重增大而升高；而升高；随随蒸气压降低蒸气压降低而升高；而升高；正构体比异构体闪点高。正构体比异构体闪点高。18编辑ppt第三节第三节 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限混合液体闪点混合液体闪点完全互溶的可燃性液体闪点：低于算术平均值，接近完全互溶的可燃性液体闪点：低于算术平均值，接近于含量大的组分的闪点。于含量大的组分的闪点。19编辑ppt第三节第三节 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限混合液体闪点混合液体闪点可燃性液体和不燃性液体混合后的闪点：其闪点随着可燃性液体和不燃性液体混合后的闪点：其闪点随着不燃性液体含量的增加而升高。当不燃性液体含量达不燃性液体含量的增加而升高。当不燃性液体含量达到一定值时，混合液体不再发生闪燃。到一定值时，混合液体不再发生闪燃。醇水溶液的闪点。醇水溶液的闪点。溶液中醇的含量（）甲醇乙醇1007117518225522234030251060505-603-20编辑ppt第三节第三节 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限爆炸温度极限爆炸温度极限饱和蒸气浓度与温度为一一对应关系；饱和蒸气浓度与温度为一一对应关系；已知液体温度可以求得它表面的蒸气浓度已知液体温度可以求得它表面的蒸气浓度p pH H为混合物的压力，为混合物的压力，PaPa。大气压力。大气压力101325Pa101325Pa21编辑ppt第三节第三节 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限爆炸温度极限爆炸温度极限例例1 1：有一个储存苯的罐温度为：有一个储存苯的罐温度为1010，请确定是否有，请确定是否有爆炸危险，如有在什么温度下存储较安全？爆炸危险，如有在什么温度下存储较安全？例例2 2：已知甲苯的爆炸浓度极限为：已知甲苯的爆炸浓度极限为1.271.277.757.75，大，大气压力为气压力为101325Pa101325Pa，试求其爆炸温度极限。，试求其爆炸温度极限。22编辑ppt-20-100+10+20+30+40+50+60丙酮丙酮516084431470524531373305590281168115510苯苯991195135465966997215785241983582452329航空汽油航空汽油117321519920532279883773050262车用汽油车用汽油533366669333130661813224065二硫化碳二硫化碳6463111991799627064402375826282260114217156040乙醚乙醚89331497224583282375768884526120923168626216408甲醇甲醇8361796357667731182219998324645088983326乙醇乙醇33374716273173586610412177852930446863丙醇丙醇4369521933370667731179918598丁醇丁醇2716281227238644137893甲苯甲苯23245690116932973496079061239918598乙酸甲酯乙酸甲酯253346868279139722263835330乙酸乙酯乙酸乙酯867172032265840970615825244913763755369乙酸丙酯乙酸丙酯93321733413643394531618622918几种常见可燃液体的饱和蒸气压力几种常见可燃液体的饱和蒸气压力23编辑ppt物质名称爆炸下限爆炸上限物质名称爆炸下限爆炸上限甲烷乙烷丙烷乙烯乙炔苯甲苯二甲苯甲醇乙醇丙醇异丙醇甲醛糠醛乙醚5.003.222.372.752.501.411.271.006.723.282.552.653.972.101.8515.0012.459.5028.6080.006.757.756.0036.5018.9513.5011.8057.0036.50丙酮氢氰酸醋酸醋酸甲酯醋酸戊酯松节油氢一氧化碳氨二氧化碳硫化氢氧硫化碳一氯甲烷溴甲烷苯胺2.555.604.053.151.100.804.0012.5015.501.251.3011.908.2513.501.5812.8047.0015.6011.4074.0080.0027.0050.0045.5028.5018.7014.50可燃气体与蒸气在可燃气体与蒸气在2020及及101 325 Pa101 325 Pa下的爆炸极限下的爆炸极限24编辑ppt第三节第三节 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限可燃液体闪点的直接计算可燃液体闪点的直接计算利用液体分子中的碳原子数求闪点利用液体分子中的碳原子数求闪点利用波道查公式利用波道查公式碳原子数可燃液体沸点25编辑ppt第三节第三节 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限可燃液体闪点的间接计算可燃液体闪点的间接计算利用爆炸浓度极限求闪点利用爆炸浓度极限求闪点多尔恩顿公式多尔恩顿公式布里诺夫公式布里诺夫公式氧原子数仪器常数扩散系数氧摩尔数26编辑ppt第三节第三节 闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限爆炸温度极限的影响因素爆炸温度极限的影响因素可燃性液体的性质；可燃性液体的性质；压力；压力；水分或其他物质含量；水分或其他物质含量；火火源强度与点火时间。源强度与点火时间。27编辑ppt第四节第四节 可燃液体火灾蔓延可燃液体火灾蔓延油池火油池火盛装于圆柱形立式盛装于圆柱形立式容器中容器中的液体燃烧的液体燃烧用液面下降速度表示燃烧速度用液面下降速度表示燃烧速度28编辑ppt第四节第四节 可燃液体火灾蔓延可燃液体火灾蔓延油池火焰向液体内传热主要有：油池火焰向液体内传热主要有：容器器壁向液体的热传导：容器器壁向液体的热传导：液面上高温气体与液面的热对流：液面上高温气体与液面的热对流：火焰和高温气体向液体的热辐射：火焰和高温气体向液体的热辐射：29编辑ppt 三个热量的总和应该等于三个热量的总和应该等于液体蒸发液体蒸发和和升温升温所需热量，即所需热量，即则液面的下降速度为：则液面的下降速度为：30编辑ppt第四节第四节 可燃液体火灾蔓延可燃液体火灾蔓延液面火液面火如果在大面积的水面上有一层较薄的浮油，这层浮油如果在大面积的水面上有一层较薄的浮油，这层浮油燃烧时的火就称为液面火；燃烧时的火就称为液面火；液面火液面火有一个不断扩大的过程，一旦着火，会很快在有一个不断扩大的过程，一旦着火会很快在整个油面上形成火焰；而整个油面上形成火焰；而油池火油池火主要集中于有限的范主要集中于有限的范围内。围内。31编辑ppt第四节第四节 可燃液体火灾蔓延可燃液体火灾蔓延含油固面火含油固面火油泄漏到地面，地面就成了含有可燃性液体的固面，油泄漏到地面，地面就成了含有可燃性液体的固面，如果着火燃烧就形成了含油固面火。如果着火燃烧就形成了含油固面火。粒径、初温、倾角、砂层导热系数对蔓延速度影响粒径、初温、倾角、砂层导热系数对蔓延速度影响32编辑ppt第五节第五节 油罐火灾燃烧油罐火灾燃烧液体的燃烧速度液体的燃烧速度可燃液体一旦着火并完成液面上的火焰传播之后，就可燃液体一旦着火并完成液面上的火焰传播之后，就进入了稳定燃烧阶段；进入了稳定燃烧阶段；可燃液体的燃烧速度取决于液体的蒸发速度；可燃液体的燃烧速度取决于液体的蒸发速度；直线燃烧速度直线燃烧速度单位时间内燃烧掉的液层厚度。单位时间内燃烧掉的液层厚度。质量燃烧速度质量燃烧速度单位时间内单位面积上燃烧掉的液体质量。单位时间内单位面积上燃烧掉的液体质量。33编辑ppt第五节第五节 油罐火灾燃烧油罐火灾燃烧液体燃烧速度的影响因素液体燃烧速度的影响因素液体初温的影响：液体初温的影响：容器直径的影响：容器直径的影响：34编辑ppt第五节第五节 油罐火灾燃烧油罐火灾燃烧液体燃烧速度的影响因素液体燃烧速度的影响因素容器中液面高度的影响容器中液面高度的影响液体中含水量的影响液体中含水量的影响风的影响风的影响35编辑ppt第五节第五节 油罐火灾燃烧油罐火灾燃烧油罐燃烧的火焰特征油罐燃烧的火焰特征火焰的燃烧状态火焰的燃烧状态火焰的倾斜度火焰的倾斜度火焰的高度火焰的高度火焰的温度火焰的温度火焰的辐射火焰的辐射36编辑ppt第五节第五节 油罐火灾燃烧油罐火灾燃烧单组分液体燃烧时热量在液层内的传播特点单组分液体燃烧时热量在液层内的传播特点单组分液体和沸程较窄的混合液体，会形成稳定燃烧，单组分液体和沸程较窄的混合液体，会形成稳定燃烧，且燃烧速度基本不变；且燃烧速度基本不变；液面温度接近但稍低于液体的沸点；液面温度接近但稍低于液体的沸点；液面加热层很薄。液面加热层很薄。原油燃烧时热量在液层中的传播特点原油燃烧时热量在液层中的传播特点沸程较宽的混合液体沸程较宽的混合液体热波的形成热波的形成热波传播速度热波传播速度37编辑ppt第五节第五节 油罐火灾燃烧油罐火灾燃烧沸溢和喷溅火灾沸溢和喷溅火灾沸溢形成的原因沸溢形成的原因沸溢形成条件沸溢形成条件具有形成热波的条件，沸程宽，密度相差大；具有形成热波的条件，沸程宽，密度相差大；原油中含有浮化水；原油中含有浮化水；原油黏度大。原油黏度大。喷溅形成的原因喷溅形成的原因沸溢及喷溅的危害沸溢及喷溅的危害38编辑ppt