可燃物質(zhì)的燃燒與爆炸——可燃液體的燃燒與爆炸前言Qianyan目錄頁

ContentsPage液體燃燒的特點及種類液體蒸發(fā)及影響因素閃燃與爆炸溫度極限油罐火災【思考】什么是蒸發(fā)？物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的相變過程?！舅伎肌糠忾]容器里的液體隨著時間變化有什么變化？將液體置于密閉容器中，液體表面能量大的分子克服鄰近分子的吸引力，脫離液面進入空間成為蒸氣分子。蒸氣分子由于運動撞到液體表面或器壁被凝結(jié)。初始狀態(tài)，由于空間中無蒸氣分子，蒸發(fā)速度最大，凝結(jié)速度為零。隨著蒸發(fā)過程的繼續(xù)，蒸氣分子增加，凝結(jié)速度增加?！舅伎肌空舭l(fā)和凝結(jié)過程會停止嗎？不會。最終，液體和氣體會達到氣液平衡狀態(tài)。這種平衡是一種動態(tài)平衡，液面分子仍在蒸發(fā)，蒸氣分子仍在凝結(jié)，只是蒸發(fā)速度和凝結(jié)速度相等。液態(tài)氣態(tài)蒸發(fā)碰撞液體表面、氣體分子或器壁被凝結(jié)液體蒸發(fā)過程在一定溫度下，液體和它的蒸氣處于平衡狀態(tài)時，蒸氣所具有的壓力即為飽和蒸氣壓。液體的飽和蒸氣壓與液體的性質(zhì)和溫度有關。相同溫度下，液體分子間引力越強，蒸氣壓越低；同一液體，溫度不同時，溫度升高，飽和蒸氣壓增大。飽和蒸氣壓液體蒸發(fā)過程中，失去高能量分子使液體分子平均動能較小，液體溫度逐漸降低。液體要保持原有溫度，必須從外界吸熱。使液體在恒溫恒壓下汽化或蒸發(fā)所必須吸收的熱量，即為液體的蒸發(fā)潛熱。蒸發(fā)潛熱蒸發(fā)熱一方面用于增加液體分子動能來克服分子間引力使分子逸出液面進入氣態(tài)，另一方面用于分子汽化時體積膨脹所做的功。因此，不同分子因分子間引力不同，其蒸發(fā)熱也不同。一般地說，液體分子間引力越大，其蒸發(fā)熱越大。是指液體的飽和蒸氣壓與外界壓力相等時的溫度。在此溫度時，汽化在整個液體中進行，即為沸騰；而在低于此溫度時的汽化，僅在液面上進行。因此，液體沸點與外界氣壓密切相關，液體沸點隨外界氣壓升高而升高。液體的沸點液體種類不同液體，外界條件均相同，由于液體分子間引力大小不同，其蒸發(fā)速度不盡相同。蒸發(fā)過程的影響因素【思考】相同條件下，水與酒精相比，誰蒸發(fā)更快？溫度越高，分子的平均動能越大，脫離液面進入空間的分子越多，蒸發(fā)越快。液體溫度液體表面積增大，處于液體表面的分子增多，使得脫離液面進入空間的分子增多，蒸發(fā)加快。液面面積當進入空間的蒸氣分子與其他氣體分子發(fā)生碰撞時，可能會導致動能減小而凝結(jié)。如果液面空氣流動快，蒸發(fā)的蒸氣分子很快被帶走，減小凝結(jié)的幾率，蒸發(fā)加快?？諝饬鲃幽夸涰?/p>

ContentsPage液體燃燒的特點及種類液體蒸發(fā)及影響因素閃燃與爆炸溫度極限油罐火災可燃性液體受熱蒸發(fā)可燃性氣體空氣可燃混合氣預混燃燒點火源點火源擴散、擴散燃燒可燃液體燃燒過程即為直接在液體燃料表面發(fā)生的燃燒。若液體燃料容器附近有熱源或火源，則在輻射和對流影響下，液體表面蒸發(fā)加快，液面上方的燃料蒸氣增加，當與周圍的空氣形成一定濃度的可燃混合氣并達到著火溫度，便可以發(fā)生燃燒。液體的燃燒的種類液面燃燒是利用吸附作用將燃油從容器中吸上來在燈芯表面產(chǎn)生蒸氣然后發(fā)生的燃燒，燃燒功率小。燈芯燃燒液體燃料通過一定的蒸發(fā)管道，利用燃燒時所放出的一部分熱量加熱管中的燃料，使其蒸發(fā)，然后再像氣體燃料那樣進行燃燒。蒸發(fā)燃燒是利用各種形式的霧化器將液體燃料破碎成許多直徑為幾微米到幾百微米的小液滴，懸浮在空氣中邊蒸發(fā)邊燃燒。霧化燃燒目錄頁

ContentsPage液體燃燒的特點及種類液體蒸發(fā)及影響因素閃燃與爆炸溫度極限油罐火災互溶的兩種液體混合，混合液體的閃點一般低于其算術平均值。可燃液體與不可燃液體混合，閃點隨著不可燃液體含量的增加而升高，當不燃成分含量達到一定值，混合液體便不會發(fā)生燃燒。閃點變化規(guī)律根據(jù)蒸氣壓理論，可燃液體的飽和蒸氣壓與溫度相對應。蒸氣的爆炸濃度上、下限對應的液體溫度即為液體的爆炸溫度上、下限。爆炸溫度極限評價液體燃爆危險性的主要技術參數(shù)評價可燃液體火災爆炸危險性的主要技術參數(shù)是閃點、飽和蒸氣壓和爆炸極限。此外，還有液體的其他性能，如相對密度、流動擴散性、沸點和膨脹性等。

1．飽和蒸氣壓飽和蒸氣是指在一定溫度下，液體和它的蒸氣處于平衡狀態(tài)，蒸氣所具有的壓力，簡稱蒸氣壓，以Pa表示。在密閉容器中，液體都能蒸發(fā)成飽和蒸氣。表2

幾種易燃液體的飽和蒸氣壓根據(jù)可燃液體的蒸氣壓力，就可以求出蒸氣在空氣中的濃度，其計算式為：

C——混合物中的蒸氣濃度，％；

PZ——在給定溫度下的蒸氣壓力，Pa；

PH——混合物的壓力，Pa。

如果PH等于大氣壓力即101325Pa（760mmHg），則可將計算式改寫為：C=Pz/101325[例1]桶裝甲苯的溫度為20℃，而大氣壓力為101325Pa。試求甲苯的飽和蒸氣濃度，并確定是否有爆炸危險？

[解]從表2查得甲苯在20℃時飽和蒸氣壓力Pz為2973Pa，代入公式即得：C=2973/101325=2.93％答：桶裝甲苯在20℃時的飽和蒸氣濃度為2.93％。從表1中可以查出甲苯的爆炸極限為1.27％～7.75％，比較例題中求得甲苯的蒸氣濃度，即可說明甲苯在20℃時具有爆炸危險。

由于可燃液體的蒸氣壓力是隨溫度而變化的，因此可以利用飽和蒸氣壓來確定可燃液體在貯存和使用時的安全溫度和壓力。

[例2]有一個苯罐的溫度為10℃，確定是否有爆炸危險？如有爆炸危險，請問應選擇什么樣的貯存溫度比較安全?[解]先求出苯在10℃時的蒸氣壓力為5960Pa，代入公式，則

C=Pz/101325=5960/101325=5.89％苯的爆炸極限為1.5％～9.5％，故苯在10℃時具有爆炸危險。

消除形成爆炸濃度的溫度有兩個可能：一是低于閃點的溫度；二是高于爆炸上限的溫度。本例中采用后者，即安全貯存溫度應采取高于爆炸上限的溫度。已知苯的爆炸上限為9.5％，代入下式：Pz=101325C=（101325×0.095）Pa=9625.8Pa從表2查得苯的蒸氣壓力為9625.8Pa時，處于10～20℃范圍內(nèi)，用內(nèi)插法求得：[10+（9625.8-5966）×10/（9972-5966）]℃=（10+9）℃=19℃

答：貯存苯的安全溫度應高于19℃。[例3]某廠在車間中使用丙酮作溶劑，操作壓力為500kPa，操作溫度為25℃。請問丙酮在該壓力和溫度下有無爆炸危險？如有爆炸危險，應選擇何種操作壓力比較安全？

[解]先求出丙酮的蒸氣濃度。從表3—4查得丙酮在25℃時的蒸氣壓力為30931Pa，代入式（3—3）得出丙酮在500kPa下的蒸發(fā)濃度：C=Pz/PH=30931/500000=6.2％

丙酮的爆炸極限為2％～13％，說明在500kPa壓力下丙酮是有爆炸危險的。

如果溫度不變，那么為保證安全則操作壓力可以考慮選擇常壓或負壓。如選擇常壓，則濃度為：C=Pz/101325=30931/101325=30.5％如選擇負壓，假設真空度為39997Pa，則濃度為：C=Pz/PH=30931/（101325—39997）=50.4％顯然在常壓或負壓的兩種壓力下，丙酮的蒸氣濃度都超過爆炸上限，無爆炸危險。但相比之下，負壓生產(chǎn)比較安全。

2．爆炸極限

可燃液體的著火和爆炸是蒸氣而不是液體本身，因此爆炸極限對液體燃爆危險性的影響和評價同可燃氣體?？扇家后w的爆炸溫度極限可以用儀器測定，也可利用飽和蒸氣壓公式，通過爆炸濃度極限進行計算。[例4]已知甲苯的爆炸濃度極限為1.27％～7.75％，大氣壓力為101325Pa。試求其爆炸溫度極限。

[解]先求出甲苯在101325Pa下的飽和蒸氣壓：Pz=[1.27×101325/100]Pa=1286.83Pa

表2查得甲苯在1286.83Pa蒸氣壓力下，處于0～10℃之間;

利用內(nèi)插法求得甲苯的爆炸溫度下限：

[(1286.83-901)×10/(1693-901)]℃=[3858.3/792]℃=4.87℃再利用公式求甲苯的爆炸溫度上限：Pz=7.75×101325/100=7852.69Pa

從表2查得甲苯在6839.43Pa蒸氣壓力下處于30～40℃之間，利用內(nèi)插法求得甲苯的爆炸溫度上限：

[30+（7582.69-460）×10/（7906-4960）]℃=[30+26226.9/2946]=38.9℃

答：在101325Pa大氣壓力下，甲苯的爆炸溫度極限為4.87～38.9℃。

在易燃的溶劑中摻入四氯化碳，其閃點即提高，加入量達到一定數(shù)值后，不能閃燃。

例如，在甲醇中加入41％的四氯化碳，則不會出現(xiàn)閃燃現(xiàn)象，這種性質(zhì)在安全上可加以利用。各種可燃液體的閃點可用專門儀器測定，也可用計算法求定。可燃液體的閃點利用飽和蒸氣壓力進行計算時，可有以下幾種計算方法:

（1）利用爆炸濃度極限求閃點和爆炸溫度極限。

[例5]已知乙醇的爆炸濃度極限為3.3％～18％，試求乙醇的閃點和爆炸溫度極限。

[解]乙醇在爆炸濃度下限（3.3％）時的飽和蒸氣壓為：由：PZ=（101325×0.033）Pa=3343.73Pa

從表2查得乙醇蒸氣壓力為3343.73Pa時，其溫度處于10～20℃之間，并且在

10℃和20℃時的蒸氣壓分別為3173Pa和5866Pa。可用內(nèi)插法求得閃點和爆炸溫度下限：

[10+（3343.73-3173）×10/（5866-3173）]℃=（10+0.6）℃=10.6℃

再按式求出乙醇的爆炸溫度上限：C=Pz/101325Pz=0.18×101325Pa=18238.5Pa

從表2中查得乙醇在18238.5Pa蒸氣壓力時的溫度約等于40℃。

答：乙醇的閃點約為10.6℃，其爆炸溫度極限為10.6～40℃。

4．受熱膨脹性

熱脹冷縮是一般物質(zhì)的共性，可燃液體貯存于密閉容器中，受熱時由于液體體積的膨脹，蒸氣壓也會隨之增大，有可能造成容器的鼓脹，甚至引起爆炸事故?？扇家后w受熱后的體積膨脹值，可用下式計算：Vt=V0（1+βt）式中：Vt，V0——液體在t和0℃時的體積，L；

t——液體受熱后的溫度，℃；

β——體積膨脹系數(shù)，即溫度升高1℃時，單位體積的增量。幾種液體在0～100℃的平均體積膨脹系數(shù)見表6。表6液體在0～100℃的平均體積膨脹系數(shù)液體名稱體積膨脹系數(shù)液體名稱體積膨脹系數(shù)乙醚0.00160戊烷0.00160丙酮0.00140煤油0.00090苯0.30120石油0.00070甲苯0.00110醋酸0.00140二甲苯0.00095氯仿0.00140甲醇6.00140硝基苯0.00083乙醇0.00110甘油0.00050二硫化碳0.00120苯酚0.00089

[例8]玻璃瓶裝乙醚，存放在暖氣片旁，試問這樣放乙醚玻璃瓶有無危險？(玻璃瓶體積為24L，并留有5％的空間。暖氣片的散熱溫度平均為60℃)[解]從表6查得乙醚的體積膨脹系數(shù)為0.0016，根據(jù)公式求出乙醚受熱達到60℃時的總體積

Vt=V0(1+βt)=[(24—24×5％)×(1+0.00160×60)]L=[22.8(1+0.096)]L=24.988LVt=V0(1+βt）乙醚的原體積為22.8L，實際增加的體積應為：(24.988-22.8)L≈2.19L而乙醚玻璃瓶原有5％的空間，體積為24L×5％=1.2L，顯然膨脹增加的體積已超過預留空間：(2.19-1.2)L=0.99L。同時，乙醚在60℃時的蒸氣壓已達到230008Pa。

答：乙醚玻璃瓶存放在暖氣片旁有爆炸危險，應移放在其他安全地點。

線燃燒速度單位時間內(nèi)燃燒的液體層厚度，即式中：v—燃燒線速度(m/h)；H—燃燒的液體層厚度(m)；t—液體燃燒的時間(h)。液體燃燒速度單位時間內(nèi)單位面積燃燒的液體的質(zhì)量，即式中：G—質(zhì)量燃燒速度[kg/(m2·h)]；m—燃燒的液體質(zhì)量(kg)；F—液體燃燒的表面積(m2)；t—液體燃燒的時間(h)。質(zhì)量燃燒速度液體初始溫度液體初始溫度越高，蒸發(fā)速度越快，可燃蒸氣濃度越高，燃燒速度越快。儲罐液面高度隨著液面高度降低，液面和燃燒區(qū)的距離增大，傳到液面的熱量減少，燃燒速度降低。液體燃燒速度的影響因素水的影響燃燒時，水的蒸發(fā)要吸收部分熱量，蒸發(fā)的水蒸氣進入燃燒區(qū)，降低可燃蒸氣與氧氣的濃度，降低燃燒速度。風的影響風有利于可燃蒸氣與氧氣的充分接觸，同時及時帶走燃燒產(chǎn)物，加快燃燒速度。但風速過大不利于可燃蒸氣和熱量的集聚，導致燃燒熄滅。目錄頁

ContentsPage液體燃燒的特點及種類液體蒸發(fā)及影響因素閃燃與爆炸溫度極限油罐火災原油中組分較多，密度小、沸點低的部分烴類被稱為輕組分；密度大、沸點高的部分烴類被稱為重組分。初沸點：原油中密度最小的烴類沸騰時的溫度。終沸點：原油中密度最大的烴類沸騰時的溫度。沸程：不同密度不同沸點的所有成分轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵獾淖畹秃妥罡叻悬c的溫度范圍。液體燃燒時，火焰?zhèn)鹘o液面的熱量使得液面溫度升高。達到沸點時，葉面溫度不再升高。液體在敞開空間燃燒，蒸發(fā)在非平衡狀態(tài)下進行，且液面不斷向液體內(nèi)部傳熱，因此液面溫度達不到沸點。單組分液體燃燒時熱量在液層中傳播特點液面溫度接近但稍低于液體的沸點原油燃燒時熱量在液層中傳播特點沸程較寬的混合液體燃燒時，沸點較低的組分蒸發(fā)進入燃燒區(qū)燃燒，而沸點較高的組分則攜帶在表面接受的熱量向液體深層沉降，形成一個向深層移動的熱的鋒面，熱量逐漸向液體深層傳播，熱的鋒面就稱為熱波。重質(zhì)油品的沸溢和噴濺原油中的水一般以乳化水和水墊兩種形式存在。乳化水是指在原油開采過程中，由于強力攪拌形成細小的水珠懸浮于油中。水墊是指經(jīng)過長時間放置，油水分離，水因密度大沉降在底部形成的水層。熱波在向液體深沉運動中，由于熱波溫度遠高于