关于火灾的一点小知识

蒲城人

<p class="ql-block">  近来全国发生了好几起火灾,引起了大家的关注和热议。我也说一点关于火灾爆炸的知识,供大家参考。奇文共欣赏,疑义相与析。愿意与同行们共同探讨,共同提高。</p><p class="ql-block"> 2022年9月16日下午,位于湖南省长沙市芙蓉区的中国电信大楼发生火灾,网传视频显示,现场浓烟滚滚,有带火物品坠落,数十层楼体燃烧剧烈。根据湖南消防通报,目前,明火已扑灭,暂未发现人员伤亡。</p><p class="ql-block"> 公开资料显示,荷花园中国电信大厦曾以218米的高度成为长沙首座突破200米的楼宇,当时也曾被称为湖南第一高楼,目前仍是长沙地标建筑之一。</p><p class="ql-block"> 从视频中可以看到,着火现场浓烟滚滚,火很快就沿大楼外墙烧到高层。从视频和公开报道中可以得到几个信息:</p><p class="ql-block"> 1.四十多层高的楼,人员全部逃生,说明楼内没有着火,人员逃生没有受阻。</p><p class="ql-block"> 2.火灾很快被扑灭,说明火只是在外墙,从外面喷水就可以灭火。如果是大楼内部着火,灭火就没有这么容易。湖南衡阳的衡州大厦火灾,扑灭很困难,最后甚至牺牲了十几位消防队员。</p><p class="ql-block"> 3.从滚滚浓烟可以判断是外墙保温材料着火。使用聚氨酯塑料泡沫和聚苯乙烯板都是易燃材料,而且烟毒性很大。这些泡沫在燃烧时燃烧不充分,所以产生滚滚浓烟。</p><p class="ql-block"> 4.易燃可燃性保温材料引发高层建筑火灾的案例很多。岩棉等不燃保温材料在施工上有点难度。使用易燃保温材料没有按照规定进行认真的水平不燃隔断,给火向上蔓延留下隐患。</p> <p class="ql-block">液化气燃烧就没有那么多黑烟,因为气体燃烧比较充分。从火的颜色和亮度就基本能够判断是固体燃烧还是气体燃烧。液体燃烧有的有浓烟,有的没有。</p><p class="ql-block"> 气体泄漏出来是立体蔓延,在没有着火以前会向可能的空间扩散。着火就是预混燃烧,整个空间几乎同时着火,给人的逃生造成困难。</p> <p class="ql-block">吉林省长春市的小油饼餐厅火灾,看火焰的颜色和亮度,开始燃烧时没有浓烟,可以认为是燃气燃烧。后来有浓烟是别的物质着火产生的。</p><p class="ql-block"> 现在又有消息说是醇基燃料引起的。醇基燃料是液体,泄漏出来順地面流淌,中午时分,吃饭的人那么多,怎么会没有人发现呢?液体着火不像气体着火那样的预混燃烧,不会那么猛,人的逃生机会比较大。</p> <p class="ql-block">  消防部门通报的小油饼餐厅火灾成因是燃气泄漏爆炸燃烧引起的火灾。可是火灾后的图片显示餐厅建筑物并没有被爆炸破坏的样子。警方说的爆炸燃烧的意思可能是两层,火灾发生起始的一瞬间是爆炸,爆炸引起更多可燃物燃烧,但是,爆炸能量没有达到摧毁建筑物的程度,或者是建筑物的泄爆面积够大,把爆炸产生的压力泄掉了。</p><p class="ql-block"> 下面讲一点关于爆炸的知识。</p><p class="ql-block"> 可燃气体或者可燃粉尘爆炸的起爆点都在点火源处。起爆以后,由起爆点向周围产生两个传播波,一个就是燃烧的火焰波传播过程,另一个就是冲击波传播过程,这两种传播都有一定的速度。无论是化学爆炸(例如由燃烧产生)还是物理爆炸(例如空气压缩机爆炸),共同物理本质就是压力骤变形成压缩波。爆炸就是按照传播速度进行分类。</p><p class="ql-block">1. 按照爆炸的火焰传播速度分为三类:</p><p class="ql-block">⑴ 轻爆:爆炸传播速度数量级0.1~10m/s;</p><p class="ql-block">⑵ 爆炸(狭义):爆炸传播速度数量级10~1000m/s;</p><p class="ql-block">⑶ 爆轰:爆炸传播速度大于1000m/s。</p><p class="ql-block">2. 爆燃。爆炸性混合气体或者粉尘的火焰波以低于声速传播的燃烧过程称为爆燃。爆燃反应速度快到不能被控制,火焰传播速度高,燃烧产物体积迅速膨胀,并产生压力波,具有一定的破坏性。但爆燃不能持续,同爆炸类似,在瞬间完成。因此,爆燃与正常燃烧的本质区别在于:爆燃发生时,燃烧产物体积急速膨胀,火焰传播速度远远大于燃烧速度,同时产生压力波。而正常燃烧因其燃烧产物体积膨胀是稳定的,因而其火焰传播速度与燃烧速度相等,不会产生压力波。</p><p class="ql-block">3. 爆炸。是物质非常迅速的化学或物理变化过程,在变化过程里迅速地放出巨大的热量并生成大量的气体,此时的气体由于在爆炸发生的瞬间尚存在于有限的空间内,故有极大的压强,对爆炸点周围的物体产生了强烈的压力,当高压气体迅速膨胀时形成爆炸。爆燃和爆炸的区别是,虽然爆燃也是在短时间内使可燃物燃烧,但是产生的压力可以及时散开,所以不会造成即时杀伤。总的来说两者的发生原理是一致的,爆炸和爆燃的烈度和破坏程度要看环境来定。</p><p class="ql-block">4. 爆轰。爆炸性混合气体的火焰波以高于声速传播的燃烧过程称为爆轰。爆炸首先在起爆点发生爆炸反应而产生大量高温、高压和高速的气流,在爆炸性气体、蒸气和粉尘云中激发冲击波。冲击波强烈压缩邻近的爆炸物质薄层引起爆炸反应,产生大量气体与大量热。反应所释放出来的热量的一部分足以补偿冲击波传播时的能量损耗,因此,冲击波得以维持固有波速和波阵面压力继续向前传播。其后紧接着引起爆炸物质进行化学反应,并以同等速度向前传播。这种伴随有化学反应、在爆炸物质中传播的特殊形式的冲击波称为爆轰波,这个过程叫做爆轰过程。爆轰波扫过后,爆炸介质成为高温高压的爆轰产物。</p><p class="ql-block">5. 冲击波:以超音速运动的激波称为冲击波。某些爆炸火焰温度可高达2000℃,爆炸压力可高达1.9Mpa。爆炸时,冲击波传播的速度大于火焰传播速度,国内外实测的火焰传播速度为610~1800m/s,而爆炸冲击波最高可达2000m/s。带有化学反应的冲击波就称为爆轰波,即:冲击波+化学反应区=爆轰波。</p><p class="ql-block">由于冲击波的存在,爆轰所引起的爆炸烈度和产生的破坏程度远远大于爆燃和爆炸。可燃气体、可燃液体蒸气和粉尘云在应用空间与空气形成了混合体,被点火源点燃以后,燃烧的火焰波就在这个可燃物质与空气的混合物中传播,很多情况下都会产生爆轰现象。</p> <p class="ql-block">  对气体的密度要给于足够的重视。河北省张家口市盛华化工厂氯乙烯罐建在公路高处8米的高台上,氯乙烯泄漏以后,像瀑布一样流向公路,造成严重后果。</p><p class="ql-block"> 虽然都是燃气,但是天然气以甲烷为主,密度低于空气,泄漏以后上升。所以使用天然气的地方,气体浓度检测仪要安装在可能的泄漏点上方。液化石油气成份主要是丙烷和丁烷,密度大于空气,泄漏以后下沉。气体浓度检测仪要安装在可能的泄漏点下方距离地面30厘米左右处。</p><p class="ql-block"> 这是我勘察的一个事故现场。今年六月份,一个出租屋住户要求燃气站送液化气。送气工来了以后,换了气瓶,把减压阀拧上。女主人带孩子与送气工一起下楼去做核酸。做了核酸以后,女主人回到二楼的家,打开门,闻到有燃气味。就走到炉灶旁。突然,从裤子上开始着火,上下衣前面全部着火,女主人严重烧伤。</p><p class="ql-block"> 可以看到,厨房与大厅之间没有门,是敞开的,厨房窗户是打开的,上面还有一个排气扇。着火是怎么发生的?我分析,气瓶连接减压阀和炉灶,中间有一个泄漏点。泄漏出来的燃气密度大,集聚在灶台下面窗户下面窝风的地方。灶台下面没有任何可能的点火源。点火源只能是女主人衣服上的静电。她下楼上楼,走了那么多的路,带有化纤面料的衣裤集聚了足够的静电,成了点火源。</p> <p class="ql-block">  我经常检查三小场所,很多大排档都是用50公斤的液化气瓶。这种气瓶有气相的也有液相的。气相瓶可以直接用。液相瓶要通过汽化器变成气体才能用。我们都是要求商家不能把气瓶放在灶间,要有专门的气瓶房,通过管道连接到厨房。气瓶房要有气体浓度检测仪和通风。所以,深圳这种气瓶爆炸的事故少。长春这起事故可能不是把气瓶和厨房分开的,而是直接在饭馆房间内。看火的大小,估计用的是50公斤大瓶。</p> <p class="ql-block">液相气瓶上面有字。</p> <p class="ql-block">气相液化气瓶上也有字。</p> <p class="ql-block">  火场逃生的一个方法是湿布捂鼻法。湿布可以把吸入的火场的空气温度降低一点、毒性过滤一点。但是网上有人说,湿布捂鼻子会窒息,湿布不透气。我做了一个实验,把厚毛巾叠八层,泡湿,捂在鼻子上,呼吸仍然畅通。不知道湿布令人窒息的说法是怎么一回事?</p> <p class="ql-block">  这是燃烧四要素图。 </p><p class="ql-block"> 以下是从我的书稿里面摘录出来的部分内容,供大家参考。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">一、燃烧的形成</p><p class="ql-block">燃烧是指可燃物与助燃物发生化学反应、放出大量热量的现象。一般的燃烧有发光、发烟、冒火焰现象,也有的燃烧不冒火焰不发烟,比如铁的燃烧。甚至有的燃烧也不发光,比如阴燃。在燃烧过程中,燃烧区的高温使得某些白炽状态的固体粒子和某些受激发的中间物质内部的电子发生能级跃迁,就发出各种波长的光。发光的气相燃烧区就是我们能够看得见的火焰,火焰是燃烧的最明显、最直接的标志,也是人们对火的最基本的、最原始的认识,随着人们知识的积累,才把对火的认识扩展到各种各样的燃烧概念。一般燃烧产生的烟是由于没有充分燃烧的小颗粒形成的。</p><p class="ql-block"> 物质要开始燃烧必须满足图所示的燃烧三角形,即可燃物,助燃物和点火源。这三个要素必须同时存在且相互发生作用,燃烧才能开始。这三个条件是燃烧开始的充分而必要的条件,缺少其中一个条件,燃烧也不能开始,除了这三个条件,再不需要其他任何条件,燃烧就能开始。明火燃烧开始以后,链式反应的自由基就起到关键作用。所以扑灭明火有四个有力的手段,就是把可燃物、助燃物、点火源和自由基任何一项去掉,火都会熄灭。</p><p class="ql-block"> 自由基在化学上也称为“游离基”,是指化合物的分子在光热等外界条件下,共价键发生断裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。物质分子间的联系最牢固的就是共价键,其次是离子键,再次是氢键。明火燃烧是靠自由基进行链式反应持续下去的。干粉灭火器和七氟丙烷等化学灭火方法就是抑制自由基、阻断链式反应而达到灭火目的的。化学灭火法只能扑灭明火,不能扑灭没有火焰的固体燃烧。</p><p class="ql-block">二、可燃物</p><p class="ql-block">可燃物是一个相当宽泛的概念,一般意义上的可燃物是指凡是能够与氧或者其他氧化剂产生化学反应的物质。可燃物分为气体、液体、固体三大类。气体包括氢气、天然气、甲烷等。液体包括汽油、酒精、及种类繁多、数量庞大的烃类及酊类、醇类、醚类、酯类、醛类、酮类液体及其蒸气。固体品种就更多了,既有纸张、木材、煤炭、塑料、粮食、糖、棉、麻等有机物,也有硅、铁等无机物。有的无机物,比如锂、铝、镁、钠等不但能直接在空气中燃烧,它们遇到水,与水产生化学反应,释放出氢气,氢气又能与氧气发生剧烈的化学反应,变成更猛烈的燃烧,甚至爆炸。</p><p class="ql-block">有的物质不但能够在氧气中燃烧,还能够在其他气体中燃烧,甚至有的物质不但能在氧气中燃烧,也能够与其他的物质产生化学反应,引起燃烧。例如能够在二氧化碳里面燃烧的非常活泼的金属镁(Mg)、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)。能在氯气里燃烧的金属就更多了,钛、锰、锌、镁、钠、铝、铁、铜、钾都可以在氯气里面燃烧,大部分物质都可以在氯气里面燃烧。最活泼的助燃气体非氟气莫属,氟气化学性质十分活泼,是已知的最强的氧化剂,几乎可以与所有的有机物和无机物发生反应,产生大量的热。大多数金属都会被氟腐蚀,碱性金属在氟气中都会燃烧,甚至连黄金烧热以后也能在氟气中燃烧,还有许多非金属,例如硅、磷、硫等同样也会在氟气在燃烧。</p><p class="ql-block">发烟硫酸是浓度超过100%的硫酸,也就是它含有游离的三氧化硫气体,发烟硫酸在敞开状态时,由于三氧化硫气体的逸出,与空气中的水分有很强的结合性,形成白色酸雾,好象冒烟一样,故称发烟硫酸。发烟硫酸具强氧化性、脱水性及腐蚀性,遇到木材等可燃物就会迅速使其脱水氧化,同时大量放热,引起火灾甚至爆炸。发烟硝酸是含硝酸90~97.5%的有毒液体,因溶解了NO2而呈红褐色,腐蚀性极强,在空气中猛烈发烟并吸收水分。与浓硫酸一样,发烟硝酸与强还原剂接触可能爆炸,与有机物接触有起火的风险。这些强酸遇到了可燃物发生了化学反应,并不需要外部点火源就可以燃烧,因此,发烟硫酸归为乙类可燃物,在存放发烟硫酸和发烟硝酸的地方要配备干粉灭火球等自动灭火装置,防止他们意外遇到有机物而引起火灾。</p><p class="ql-block">三、助燃物</p><p class="ql-block">凡是能与可燃物相互结合而导致燃烧并支持燃烧持续下去的物质叫做助燃物。除了上面提到的二氧化碳、氯气、氟气能够对一些特定物质起到助燃作用以外,普遍意义上的助燃物就是指氧气,更普遍意义就是指空气中的氧气,一般所说的燃烧就是可燃物在空气中的燃烧。可燃物只能在一定的氧含量浓度的环境中才能燃烧,环境氧含量过低,燃烧就不可能发生。</p> <p class="ql-block">四、点火源(温度)</p><p class="ql-block">凡是能够引起物质燃烧的点燃能源,皆称为点火源。在一定条件下,各种物质能够开始燃烧,其本身都需要一定的点燃能量,点火源不一定是明火,只要温度超过物质的燃点就可以了。潜在的点火源包括:</p><p class="ql-block">1.高温表面:如加热器、旋转轴承摩擦生热、电气接头松动局部大电阻发热;</p><p class="ql-block">2.明火:生产、生活中产生的明火、非阻燃电气绝缘塑料被异常器件点燃产生的明火、施工管理不当产生的明火、焊接产生的明火和焊渣、没有熄灭的烟头、撞击或者摩擦产生的火星、机动车辆排气管冒出的火星、飞火等;</p><p class="ql-block">3.灼热的气体或者液体:高温蒸气及其管道、高温设备旁边热对流形成的高温气流、钢水、铁水等;</p><p class="ql-block">4.机械火花:风扇等部件脱落撞击或旋转刮擦的机械火花;</p><p class="ql-block">5.电弧和电火花:电气设备、电气线路、电力开关及漏电打火、电话、手机等通讯工具的火花、溶剂滴落腐蚀电线绝缘外皮引起的短路电弧;</p><p class="ql-block">6.雷击:雷击瞬间高压大电流放电能够引燃任何可燃物;</p><p class="ql-block">7.绝热压缩:气体压缩设备在外界没有冷却设施,即设备本身与外界没有热交换的前提下对气体进行压缩,就会产生热量集聚,设备表面就产生高温;</p><p class="ql-block">8.振动波生热:超声波、红外线、微波都能够使物体产生热量。比如锂离子电池生产过程的超声波焊接、对极片的红外线加热烘干、家庭生活用的微波炉;</p><p class="ql-block">9.高温环境:环境的高温加热、烘烤、积热不散、机械故障发热、摩擦发热、聚焦发热等。</p><p class="ql-block">10.化学反应发热:化学反应发热包括氧化剂和还原剂相遇产生的化学反应,以及化学品本身的自燃。2012年3月25日,深圳市松岗街道某企业发生一起危险化学品火灾事故,造成2人死亡,直接经济损失为人民币165万元。事故直接原因是该厂将强氧化剂亚氯酸钠与木质卡板一起存放,强氧化剂亚氯酸钠与易燃物、有机物、还原剂或铵的化合物、氰化物、金属粉末混合后有引起燃烧或爆炸的危险。工人以滚桶的方式运送亚氯酸钠,木质卡板与泄漏出的亚氯酸钠混合发生化学反应,铁桶与地面摩擦产生火星,随即发生爆炸。</p><p class="ql-block">1993年8月5日13时26分,深圳市清水河化学危险品仓库发生特大爆炸事故也是因为大量氧化剂高锰酸钾、过硫酸铵、硝酸铵、硝酸钾等与强还原剂硫化碱、可燃物樟脑精等混存在4号仓内,此外,仓库内还有数千箱火柴,为火灾爆炸提供了物质条件。货物堆放混乱,使氧化剂与还原剂相遇,引发火灾,发展成爆炸事故。</p><p class="ql-block">11.粉尘受潮自燃:铝、镁等粉尘受潮以后与水分发生化学反应,释放出氢气和化学反应热。在绝热条件下热量积聚,温度达到五百多度,超过铝、镁粉尘的燃点,就会产生自燃着火。2014年8月2日7时34分,位于江苏省苏州市昆山市昆山经济技术开发区的中荣金属制品有限公司抛光二车间发生特别重大铝粉尘爆炸事故,当天造成75人死亡、185人受伤,事故共造成146人死亡、95人受伤,直接经济损失3.51亿元。事故直接原因是事故车间除尘系统较长时间未按规定清理,铝粉尘集聚。除尘系统风机开启后,打磨过程产生的高温颗粒在集尘桶上方形成粉尘云。1号除尘器集尘桶锈蚀破损,桶内铝粉受潮,发生氧化放热反应,达到粉尘云的引燃温度,引发除尘系统及车间的系列爆炸。这个事故的化学反应过程如下:</p><p class="ql-block">铝与水的化学反应:2Al + 6H2O = 2Al(HO)3 + 3H2 (发热) </p><p class="ql-block"> 铝与氧的化学反应:4Al + 3O2 = 2Al2O3 (被点燃) </p><p class="ql-block">铝热反应:2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe </p><p class="ql-block">铝、镁粉受潮生热有一个湿度平衡点。水分太多,反应热被水分蒸发带走,不会着火。水分太少,反应发生不起来。</p><p class="ql-block">12.化学品自燃:有一些化学品在空气中就会产生自燃。一些活泼金属,比如钠、钾、铷、铯就会在常温空气中自燃。自燃物品按其危险性可以分为三类:第一类自燃物品化学性质很活泼,在空气中很容易自燃,如黄磷、还原铁、还原镍、以及多种作为聚合催化剂(或原料)的金属有机化合物(三乙基铝、三丁基硼等)。第二类自燃物品化学性质较第一类自燃物品稳定,但可在空气中氧化并引起自燃,主要是一些含植物油类的物质,包括:桐油配料制品(如油布、油绸、油纸、漆布、蜡布、蜡管等)、浸油金属屑、浸油棉麻、毛发、破布或纸屑、云母带等。桐油、亚麻仁油、白苏油等干性油类,由于含有不饱和键化合物(如桐油酸、亚麻酸等高级不饱和脂肪酸的甘油酯),在潮湿和高温环境中易于发生自氧化作用与聚合作用,从而可引起自燃。虽然这一类自燃物品性能比第一类自燃物品稳定,但可因积热不散而发生自燃,遇火星也可致燃,应贮存于阴凉、干燥、通风处,温度不宜超过30~32℃,相对湿度要在75~80%以下,与氧化剂、氧、氯分贮。浸油金属屑应与酸类分开,以防致燃,严禁烟火,曝晒,应注意通风防潮。第三类是其他自燃物品,包括:</p><p class="ql-block">(1)精制油之后废弃的白土过滤布等类浸油织物、活性炭、油烟、金属粉、硫化碱、橡胶粉等物品,均可因在氧化过程中积热不散而引起自燃;</p><p class="ql-block">(2)煤粉在含有适量水分或硫矿石时可以自燃;</p><p class="ql-block">(3)干草、饲料由于堆贮发酵、通风散热不良等原因可以自燃;</p><p class="ql-block">(4)高压容器中的液态氢氰酸,在含有微量水分时会发热自燃。</p><p class="ql-block">(5)苯甲酸、反丁烯二酸(又称富马酸、延胡索酸)、顺丁烯二酸(又称马来酸、缩苹果酸)、苯酐(又称苯二甲酸酐)等在亚铁化合物的催化下可因氧化而自燃;</p><p class="ql-block">(6)硝化棉、赛璐珞、硝化甘油等硝酸酯类物质以及有机过氧化物在自行分解过程中可以发生自燃。</p><p class="ql-block">2019年3月21日14时48分许,位于江苏省盐城市响水县生态化工园区的天嘉宜化工有限公司发生特别重大爆炸事故,造成78人死亡、76人重伤,640人住院治疗,直接经济损失二十亿元。事故直接原因是该公司存放的硝化棉废料自燃引爆。硝化废料具有自分解特性,分解时释放热量,且分解速率随温度升高而加快。实验数据表明,绝热条件下,硝化废料的贮存时间越长,越容易发生自燃。天嘉宜公司旧固废料库内贮存600吨硝化废料,最长贮存时间超过七年。在堆垛紧密、通风不良的情况下,长期堆积的硝化废料内部因热量累积,温度不断升高,当上升至自燃温度时发生自燃,火势迅速蔓延至整个堆垛,堆垛表面快速燃烧,内部温度快速升高,硝化废料剧烈分解发生爆炸。</p><p class="ql-block">(7)其他一些含不饱和键、易于聚合的有机物在混入催化性物质时可以引起自燃或自发爆炸。</p> <p class="ql-block">第三节 燃烧的类型、方式及特点</p><p class="ql-block">可燃物在空气中被热源加热到一定的温度就开始与空气中的氧气发生化学反应,释放出热量和光,这就是一般意义上的着火,也是燃烧的开始。可燃物着火以后,把加热源移开,燃烧能够持续进行下去,这就是燃烧的两个特点:物质可点燃、燃烧可持续。着火是日常生活中最常见的燃烧现象。可以从着火方式、持续燃烧的方式来进行分类。</p><p class="ql-block">一、按照燃烧形成的起始条件和发生瞬间的特点,燃烧可分为:</p><p class="ql-block"> 1.点燃(强迫着火)。点燃也称引燃,特点是强迫着火,是指从外部能源,例如上两节所讲的除了自燃以外的那些点火源得到能量,使可燃物与空气结合的局部范围受到强烈的加热而着火。着火以后,可燃物不断地获得空气而使燃烧持续进行,然后依靠燃烧波传播到整个可燃混合物中,一直到可燃物燃尽或者火被扑灭。</p><p class="ql-block">2.自燃。可燃物在无外界引火源的条件下,其本身内部所发生的生物、物理或者化学变化产生热量,并且由于散热条件不好而使热量积蓄,温度不断上升,自然燃烧起来的现象。比如第一节所讲的化学品自燃和粉尘受潮自燃,还有干草、饲料由于堆贮发酵、通风散热不良等原因引起自燃。</p><p class="ql-block">二、燃烧的方式及其特点</p><p class="ql-block">物质的气态、液态、固态都可以发生燃烧现象,可燃物质受热后,因其状态的不同而发生不同的变化。常见的燃烧都是有火焰、冒烟的,这些燃烧物质都是在蒸气和气体的状态下进行的。有的燃烧只冒烟不冒火,炼焦炭和烧木炭就是这样。有的甚至既不冒烟也不冒火,只有热量,有的也可以看到燃烧表面发光,例如焦炭和木炭的燃烧。</p><p class="ql-block">1.气体燃烧</p><p class="ql-block">可燃气体的燃烧不需要像固体和液体那样经过熔化、蒸发的过程,所需热量只需要把气体加热到燃点即可。因为没有固体和液体那样经过熔化、蒸发的吸热过程,所以,引燃所需热量小很多,很容易点燃且燃烧速度快。根据点燃前可燃气体与氧气混合状况不同,燃烧方式分为扩散燃烧和预混燃烧。</p><p class="ql-block">(1)扩散燃烧</p><p class="ql-block">扩散燃烧就是可燃气体或蒸气分子与氧气相互扩散,边混合边燃烧。在扩散燃烧过程中,燃烧的化学反应速度要比气体混合扩散的速度快的多。整个燃烧速度的快慢由可燃气体与助燃气体物理混合速度决定,可燃气体或蒸气扩散多少就燃烧多少。就像做饭用的炉灶那样,天然气从炉灶的气孔中冒出,被点燃以后形成火苗。天然气源源不断的冒出来,火苗就保持稳定燃烧,持续下去。可以观察到火苗由外及里颜色越来越深,这是因为从气孔里冒出来的天然气在不同的层面所得到的氧气不同,形成了焰心、内焰和外焰。天然气刚刚从气孔里冒出来,受到外面的火苗包围,得不到充足的氧气,不能充分燃烧,温度最低,且有还原作用,这一部分叫做焰心。焰心的外面是火焰的中层,火焰呈明亮的深红色或者浅黄色,温度比焰心高,称为内焰。火苗的外层几乎看不见颜色,这是因为供氧充足,燃烧完全、充分,温度最高且有氧化作用,称为外焰或者氧化焰。</p><p class="ql-block">扩散燃烧的特点是燃烧比较稳定,扩散火源不运动,可燃气体与气体氧化剂的混合在可燃气体喷口进行。对于稳定的扩散燃烧,只要控制得好,就不至于造成火灾,一旦发生火灾,也较容易扑灭。有时候由于各种原因,可燃气体或者可燃蒸气供氧不足,燃烧不充分,就会冒黑烟。在火灾状态,得不到充分燃烧的可燃气体或可燃蒸气集聚在密闭的空间内,如果这时候打开门窗,充满在房间里的可燃蒸气或者可燃气体温度本来就高,突然得到了充足的氧气,就会产生轰燃。</p><p class="ql-block">(2)预混燃烧</p><p class="ql-block">预混燃烧又称爆炸式燃烧,它是指可燃气体、可燃蒸气或者粉尘预先同空气或者氧气混合,遇到点火源产生带有冲击力的燃烧。预混燃烧一般发生在封闭系统中或者在混合气体向周围扩散的速度远小于燃烧速度的敞开体系中。燃烧放热造成空气迅速膨胀,压力升高,压力可达到800KPa左右。通常的化学爆炸就是预混燃烧。</p><p class="ql-block">预混燃烧的特点是燃烧反应快,温度高,火焰传播速度快,参加反应的混合气体不扩散,在可燃混合气中任何地方引入一个点火源即产生一个火焰中心,成为热量与化学活性粒子集中源。如果预混气体从管口喷发出就形成动力燃烧,若流速大于燃烧速度,则在管口形成稳定的燃烧火焰,由于燃烧充分,燃烧速度快,燃烧区呈高温的白炽状态,例如气灯的燃烧是如此。若可燃混合气体在管口的流速小于燃烧速度,则会发生“回火”,就是燃烧向管道内部移动的现象。制气系统检修前不进行置换就烧焊,或者燃气系统开车前不进行吹扫就点火,用气系统产生负压“回火”,或者漏气未被发现而用火时往往形成动力燃烧,有可能造成设备损坏和人员伤亡。最常见的回火现象发生在氧—乙炔焰切割或者焊接的时候,虽然乙炔管道里流动的是纯粹的乙炔气体,在焊炬点火以后,由于操作不当,压力比较大的氧气进入乙炔管道,燃烧就在乙炔管道里进行,迅速发展到乙炔气瓶,如果乙炔气瓶的回火阀失效,就会发生乙炔气瓶爆炸。这一种回火不属于预混燃烧,它是氧气向乙炔气体内扩散的燃烧。这种回火也属于一种动力燃烧,因为两种气体在管道里都是流动的,燃烧点在乙炔管道里迅速向乙炔瓶方向移动。</p><p class="ql-block">2.液体燃烧</p><p class="ql-block">可燃液体在燃烧过程中并不是液体本身在燃烧,而是液体受热时,蒸发出来的液体蒸气被分解氧化,达到燃点而燃烧。因此液体能否发生燃烧、燃烧速度高低,与液体的蒸气气压、闪点、沸点和蒸发速率等性质密切相关。</p><p class="ql-block">像电解液等烃类可燃液体燃烧时产生橘红色火焰并散发浓密的黑色烟云。酒精等醇类燃烧时通常产生透明的蓝色火焰,几乎不产生烟雾,在比较明亮的环境甚至看不到燃烧发生,温度可达到800℃。某些醚类燃烧时,液体表面伴有明显的沸腾状。这些物质的火灾较难扑灭,而且酒精火灾扑灭的方式与其他可燃液体火灾的扑灭方式不同,所以酒精不能与其他可燃液体同库存放。</p><p class="ql-block">闪燃是液体燃烧的一种特有的现象。易燃或可燃液体(包括可溶化的少量固体,如石蜡、樟脑、萘等)在较低的温度挥发出来的蒸气分子与空气混合之后,达到一定的浓度时,遇到引火源着火,一闪即灭(持续时间小于5秒)。发生的原因是易燃或可燃液体在闪燃温度下蒸发的速度比较慢,蒸发出来的蒸气仅能维持一刹那的燃烧,来不及补充新的蒸气以维持稳定的燃烧,因而一闪就灭了。但是闪燃却是引起火灾事故的先兆之一,闪点则是易燃、可燃液体表面产生闪燃的最低温度。</p><p class="ql-block">3.固体燃烧</p><p class="ql-block">根据可燃固体的燃烧方式和燃烧特性,分为五大类,大的方面可分为气相燃烧和固相燃烧。</p><p class="ql-block">(1)蒸发燃烧。硫、磷、钾、钠、蜡烛、松香、沥青等可燃固体在受到火源加热时,先熔融蒸发,随后蒸气与氧气发生燃烧反应。这种形式的燃烧一般称为蒸发燃烧。樟脑、萘等易升华物质,不经过熔融过程,直接升华为气体燃烧,这种现象也可看作一种蒸发燃烧。物质先变成气体,然后才能燃烧的现象叫做气相燃烧。最常见的就是点蜡烛,没有烛芯,蜡烛是很难点燃的。点蜡烛时,先由比较细小的烛芯上面的蜡变成蒸气开始燃烧,其热量把下面的蜡烛变成液体,沿着烛芯蒸发,蜡烛就能一直燃烧下去。吹灭蜡烛时,可以看到蜡的蒸气在飘荡。</p><p class="ql-block">(2)表面燃烧。如木炭、焦炭、铁、铜等可燃固体的燃烧反应是在其表面由氧和可燃物质直接作用而发生的,称作为表面燃烧。这是一种没有火焰的燃烧,所以又称为固相燃烧。有时候木炭和焦炭燃烧时也会产生烟气,这是因为木材和煤炭在炭化过程中挥发物没有完全挥发的原因,残留的挥发物燃烧不充分就形成烟气。</p><p class="ql-block">(3)分解燃烧。木材、煤、合成塑料、钙塑材料等,在受到火源加热时,先发生热分解,然后分解出的可燃挥发成分与氧发生燃烧反应,这种形式的燃烧称为分解燃烧,也是气相燃烧的一种。</p><p class="ql-block">(4)熏烟燃烧(阴燃)。只冒烟而无火焰的燃烧现象就是熏烟燃烧,又称为阴燃。发生阴燃的原因就是可燃固体从外界加热温度低、或者空气不流通得不到充足的氧气、分解出的可燃挥发成分较少或者逸散较快、或者湿度较大。比如在农村为了取得制硝的草木灰,就不能把蓬蒿草晒得太干,点燃以后还要用比较湿的草盖在上面,只冒烟不冒火。如果冒火了,草就被完全烧成灰了。对于火灾来讲,阴燃是很危险的,尤其在的初起阶段,容易被人们忽视,没有及时采取灭火措施,终于酿成大火。</p><p class="ql-block">(5)动力燃烧(爆炸)。动力燃烧是可燃固体或其分解析出的可燃挥发成分遇火源所发生的爆炸式燃烧。当可燃固体遇到加热源产生可燃性挥发成分,这些可燃性挥发成分一般是气体。可燃气体集聚在一个空间,没有遇到明火,没有及时燃烧,或者虽有燃烧,但是空间又比较密闭,空气不流通,可燃气体得不到充分的氧气,不能充分燃烧。当遇到充分的氧气,又有适当的点火源,就形成了预混燃烧,也就是爆炸。常见的例子有赛璐璐能够分解出一氧化碳、聚氨酯塑料泡沫能够析出氰化氢,这些物质在大量堆积而受热时就会产生动力燃烧。粉尘爆炸也是一种预混燃烧,也属于动力燃烧。总结一下,各种状态物质的燃烧过程如图8.2所示。</p> <p class="ql-block">国家能源局标准《易燃液体、气体和蒸气的分类及化工生产区域中电气安装危险区的划分》(SY/T6519-2017)对可燃液体和易燃液体的划分标准规定:</p><p class="ql-block">闪点高于或者等于37.8℃(100℉)的液体属于可燃液体。可细分为:</p><p class="ql-block">Ⅱ级液体:闪点高于或者等于37.8℃(100℉),同时低于60℃(140℉);</p><p class="ql-block">ⅢA级液体:闪点高于60℃(140℉),同时低于93.4℃(200℉);</p><p class="ql-block">ⅢB级液体:闪点高于93.4℃(200℉)。</p><p class="ql-block">关于易燃液体的判定标准是闭杯闪点低于37.8℃(100℉)的液体。按照火灾危险性分为Ⅰ类、ⅠA类、ⅠB类和ⅠC类:</p><p class="ql-block">Ⅰ类液体:是指闭杯闪点低于37.8℃(100℉)且蒸气压力在37.8℃(100℉)时不超过0.276MPa(2068.6mmHg) [40psi(绝压)]的液体;</p><p class="ql-block">ⅠA类液体:是指闭杯闪点低于22.8℃(73℉)且沸点低于37.8℃(100℉)的液体;</p><p class="ql-block">ⅠB类液体:是指闭杯闪点低于22.8℃(73℉)且沸点大于或等于37.8℃(100℉)的液体;</p><p class="ql-block">ⅠC类液体:是指闭杯闪点高于或等于22.8℃(73℉)但低于37.8℃(100℉)的液体。</p>