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      化學(xué)品的火災(zāi)與爆炸危害----浙江中普防爆電器有限公司

      2010年12月10日 19:11:36人氣:1818來源:浙江中普防爆電器有限公司

       

      近幾年來,我國化工系統(tǒng)所發(fā)生的各類事故中,由于火災(zāi)爆炸導(dǎo)致的人員傷亡為各類事故,由此導(dǎo)致的直接經(jīng)濟損失也相當(dāng)可觀。如1997年北京東方化工廠油品罐區(qū)發(fā)生特大火災(zāi)爆炸事故,在較短的時間內(nèi),整個罐區(qū)一片火海,死亡9人,傷37人,直接經(jīng)濟損失高達(dá)數(shù)億元。1993年深圳清水河危險化學(xué)品倉庫發(fā)生特大火災(zāi)爆炸事故,死亡15人,200多人受傷,其中重傷25人,直接經(jīng)濟損失超過2.5億元。這些事故都是由于化學(xué)品自身的火災(zāi)爆炸危險性造成的。因此了解化學(xué)品的火災(zāi)與爆炸危害,正確進(jìn)行危險性評價,及時采取防范措施,對搞好安全生產(chǎn),防止事故發(fā)生具有重要意義。

      1.1 化學(xué)品的燃燒與爆炸危險性
       
          人的生存至少需要三個基本條件:食物、氧和熱量,這些條件必須有正確的比例,太多或太少的食物、氧和熱量都可能導(dǎo)致不身體不適、生病或死亡。同樣化學(xué)品的燃燒與爆炸也需要三要素:可燃物、助燃物和點火源。燃燒三要素示意圖如圖1.1所示。它們也必須有正確的比例和在合適的狀態(tài)下才能燃燒或爆炸,過量的燃料與不充足的氧、高濃度的氧與不足量的燃料都不能燃燒,如圖1.2所示。只有具備了一定數(shù)量和濃度的燃料和氧,以及具備一定能量的點火能源,三者同時存在并且發(fā)生相互作用,才能引起燃燒或爆炸。
          例如:甲烷在空氣中的濃度小于5.3%或大于14%時,由于甲烷濃度過低或氧氣濃度過低,甲烷便不能燃燒。同時,要使燃燒發(fā)生必須具備一定能量的點火源。若用熱能引燃甲烷和空氣的混合物,當(dāng)點燃溫度低于595℃時燃燒便不能發(fā)生。若用電火花點燃,則zui小點火能為0.28mJ,若點火源的能量小于該數(shù)值,該混合氣體便不著火。
      1.1.1 可燃?xì)怏w、可燃蒸氣、可燃粉塵的燃爆危險性
          可燃?xì)怏w、可燃蒸氣或可燃粉塵與空氣組成的混合物,當(dāng)遇點火源時極易發(fā)生燃燒爆炸,但并非在任何混合比例下都能發(fā)生,而是有固定的濃度范圍,在此濃度范圍內(nèi),濃度不同,放熱量不同,火焰蔓延速度(即燃燒速度)也不相同。在混合氣體中,所含可燃?xì)怏w為化學(xué)計量濃度時,發(fā)熱量zui大,稍高于化學(xué)計量濃度時,火焰蔓延速度zui大,燃燒zui劇烈;可燃物濃度增加或減少,發(fā)熱量都要減少,蔓延速度降低,當(dāng)濃度低于某一zui低濃度或高于某一zui高濃度時,火焰便不能蔓延,燃燒也就不能進(jìn)行,在火源作用下,可燃?xì)怏w、可燃蒸氣或粉塵在空氣中,恰足以使火焰蔓延的zui低濃度稱為該氣體、蒸氣或粉塵的爆炸下限,也稱燃燒下限。同理,恰足以使火焰蔓延的zui高濃度稱為爆炸上限,也稱燃燒上限。上限和下限統(tǒng)稱為爆炸極限或燃燒極限,上限和下限之間的濃度稱為爆炸范圍。濃度在爆炸范圍以外,可燃物不著火,更不會爆炸。但是,在容器或管道中的可燃?xì)怏w濃度在爆炸上限以上,若空氣能補充或滲漏進(jìn)去,則隨時有燃燒、爆炸的危險。因此,對濃度在上限以上的混合氣,通常仍認(rèn)為它們是危險的。
          通常用可燃?xì)怏w、可燃蒸氣在空氣中的體積百分?jǐn)?shù)表示,可燃粉塵用mg/m3表示。例如:乙醇爆炸范圍為4.3% ~19.0%,4.3%稱為爆炸下限,19.0%稱為爆炸上限。爆炸極限的范圍越寬,爆炸下限越低,爆炸危險性越大。通常的爆炸極限是在常溫、常壓的標(biāo)準(zhǔn)條件下測定出來的,它隨溫度、壓力的變化而變化。
          部分可燃?xì)怏w、可燃蒸氣的爆炸極限見表7-1。
          表7-1 部分可燃?xì)怏w、蒸氣的爆炸極限

      可燃?xì)怏w或蒸氣
      分子式
      爆炸極限(%)
      下限
      上限
      氫氣
      H2
      4.0
      75
      NH3
      15.5
      27
      一氧化碳
      CO
      12.5
      74.2
      甲烷
      CH4
      5.3
      14
      乙烷
      C2H6
      3.0
      12.5
      乙烯
      C2H4
      3.1
      32
      C6H6
      1.4
      1.1
      甲苯
      C7H8
      1.4
      6.7
      環(huán)氧乙烷
      C2H4O
      3.0
      80.0
      乙醚
      (C2H5)O
      1.9
      48.0
      乙醛
      CH3CHO
      4.1
      55.0
      丙酮
      (CH3)2CO
      3.0
      11.0
      乙醇
      C2H5OH
      4.3
      19.0
      甲醇
      CH3OH
      5.5
      36
      醋酸乙酯
      C4H8O2
      2.5
      9

          另外,某些氣體即使沒有空氣或氧存在時,同樣可以發(fā)生爆炸。如乙炔即使在沒有氧的情況下,若被壓縮到2個大氣壓以上,遇到火星也能引起爆炸。這種爆炸是由物質(zhì)的分解引起的,稱為分解爆炸。乙炔發(fā)生分解爆炸時所需的外界能量隨壓力的升高而降低。實驗證明,若壓力在1.5MPa以上,需要很少能量甚至無需能量即會發(fā)生爆炸,表明高壓下的乙炔是非常危險的。針對乙炔分解爆炸的特性,目前采用多孔物質(zhì),即把乙炔壓縮溶解在多孔物質(zhì)上。除乙炔外,其它一些分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)的氣體,也有同樣性質(zhì),如乙烯、環(huán)氧乙烷、丙烯、聯(lián)氨、一氧化氮、二氧化氮、二氧化氯等。
      1.1.2 液體的燃爆危險性
          易(可)燃液體在火源或熱源的作用下,先蒸發(fā)成蒸氣,然后蒸氣氧化分解進(jìn)行燃燒。開始時燃燒速度較慢,火焰也不高,因為這時的液面溫度低,蒸發(fā)速度慢,蒸氣量較少。隨著燃燒時間延長,火焰向液體表面?zhèn)鳠幔贡砻鏈囟壬仙?,蒸發(fā)速度和火焰溫度則同時增加,這時液體就會達(dá)到沸騰的程度,使火焰顯著增高。如果不能隔斷空氣,易(可)燃液體就可能*燒盡。
          液體的表面都有一定數(shù)量的蒸氣存在,蒸氣的濃度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(可)燃液體表面上的蒸氣和空氣的混合物與火焰接觸時,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)生閃燃的zui低溫度叫閃點。液體在閃點溫度,蒸發(fā)速度較慢,表面上積累的蒸氣遇火瞬間即已燒盡,而新蒸發(fā)的蒸氣還來不及補充,所以不能持續(xù)燃燒。當(dāng)溫度稍高于閃點時,易(可)燃液體隨時都有遇火源而被點燃的可能。因此,閃點是液體可以引起火災(zāi)危險的zui低溫度。液體的閃點越低,它的火災(zāi)危險性越大。常見易(可)燃液體的閃點見表7-2。
          表7-2常見易燃、可燃液體的閃點

      液體名稱
      閃點(
      液體名稱
      閃點(
      汽油
      -5810
      甲苯
      4
      石油醚
      -50
      甲醇
      9
      二硫化碳
      -45
      乙醇
      13
      乙醚
      -45
      醋酸丁酯
      13
      乙醛
      -38
      石腦油
      25
      原油
      -35
      丁醇
      29
      丙酮
      -17
      氯苯
      29
      辛烷
      -16
      煤油
      3070
      -11
      重油
      80130
      醋酸乙酯
      1
      乙二醇
      100

      1.1.3 固體的燃爆危險性
          固體燃燒分兩種情況,對于硫、磷等低熔點簡單物質(zhì),受熱時首先熔化,繼之蒸發(fā)變?yōu)檎魵膺M(jìn)行燃燒,無分解過程,容易著火;對于復(fù)雜物質(zhì),受熱時首先分解為物質(zhì)的組成部分,生成氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物,然后氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物的蒸氣再發(fā)生氧化而燃燒。
          某些固態(tài)化學(xué)物質(zhì)一旦點燃將迅速燃燒,例如鎂,一旦燃燒將很難熄滅;某些固體對摩擦、撞擊特別敏感,如爆炸品、有機過氧化物,當(dāng)受外來撞擊或摩擦?xí)r,很容易引起燃燒爆炸,故對該類物品進(jìn)行操作時,要輕拿輕放,切忌摔、碰、拖、拉、拋、擲等;某些固態(tài)物質(zhì)在常溫或稍高溫度下即能發(fā)生自燃,如白磷若露置空氣中可很快燃燒,因此生產(chǎn)、運輸、儲存等環(huán)節(jié)要加強對該類物品的管理,這對減少火災(zāi)事故的發(fā)生具有重要意義。
          工業(yè)事故中,引發(fā)固體火災(zāi)事故較多的是化學(xué)品自熱燃燒和受熱自燃。
          可燃固體因內(nèi)部所發(fā)生的化學(xué)、物理或生物化學(xué)過程而放出熱量,這些熱量在適當(dāng)條件下會逐漸積累,使可燃物溫度上升,達(dá)到自燃點而燃燒,這種現(xiàn)象稱自熱燃燒。
          在常溫的空氣中能發(fā)生化學(xué)、物理、生物化學(xué)作用放出氧化熱、吸附熱、聚合熱、發(fā)酵熱等熱量的物質(zhì)均可能發(fā)生自熱燃燒。例如,硝化棉及其制品(如火藥、硝酸纖維素、電影膠片等)在常溫下會自發(fā)分解放出分解熱,而且它們的分解反應(yīng)具有自催化作用,容易導(dǎo)致燃燒或爆炸;植物和農(nóng)副產(chǎn)品(如稻草、木屑、糧食等)含有水分,會因發(fā)酵而放出發(fā)酵熱,若積熱不散,溫度逐漸升高至自燃點,則會引起自燃。
          可燃物質(zhì)在外部熱源作用下,溫度逐漸升高,當(dāng)達(dá)到自燃點時,即可著火燃燒,這種現(xiàn)象稱為受熱自燃。如合成橡膠干燥工段,若橡膠長期積聚在蒸汽加熱管附近,則極易引起橡膠的自燃;合成橡膠干燥尾氣用活性炭纖維吸附時,尾氣中往往含有少量的防老劑,由于某些防老劑不易解吸,長期吸附后,活性炭纖維中防老劑含量逐漸增多,當(dāng)達(dá)到一定量時,若用水蒸汽高溫解吸后不能立即降溫,某些防老劑則極易發(fā)生自燃事故,導(dǎo)致吸附裝置燒毀。
       
      1.2 火災(zāi)與爆炸的破壞作用
       
          火災(zāi)與爆炸都會帶來生產(chǎn)設(shè)施的重大破壞和人員傷亡,但兩者的發(fā)展過程顯著不同。火災(zāi)是在起火后火場逐漸蔓延擴大,隨著時間的延續(xù),損失數(shù)量迅速增長,損失大約與時間的平方成比例,如火災(zāi)時間延長一倍,損失可能增加四倍。爆炸則是猝不及防??赡軆H在一秒鐘內(nèi)爆炸過程已經(jīng)結(jié)束,設(shè)備損壞、廠房倒塌、人員傷亡等巨大損失也將在瞬間發(fā)生。
          爆炸通常伴隨發(fā)熱、發(fā)光、壓力上升、真空和電離等現(xiàn)象,具有很強的破壞作用。它與爆炸物的數(shù)量和性質(zhì)、爆炸時的條件、以及爆炸位置等因素有關(guān)。主要破壞形式有以下幾種:
          1.直接的破壞作用
          機械設(shè)備、裝置、容器等爆炸后產(chǎn)生許多碎片,飛出后會在相當(dāng)大的范圍內(nèi)造成危害。一般碎片在100~500米內(nèi)飛散。如1979年浙江溫州電化廠液氯鋼瓶爆炸,鋼瓶的碎片zui遠(yuǎn)飛離爆炸中心830米,其中碎片擊穿了附近的液氯鋼瓶、液氯計量槽、貯槽等,導(dǎo)致大量氯氣泄漏,發(fā)展成為重大惡性事故,死亡59人,傷779人。
          2.沖擊波的破壞作用
          物質(zhì)爆炸時,產(chǎn)生的高溫高壓氣體以*的速度膨脹,象活塞一樣擠壓周圍空氣,把爆炸反應(yīng)釋放出的部分能量傳遞給壓縮的空氣層,空氣受沖擊而發(fā)生擾動,使其壓力、密度等產(chǎn)生突變,這種擾動在空氣中傳播就稱為沖擊波。沖擊波的傳播速度極快,在傳播過程中,可以對周圍環(huán)境中的機械設(shè)備和建筑物產(chǎn)生破壞作用和使人員傷亡。沖擊波還可以在它的作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生震蕩作用,使物體因震蕩而松散,甚至破壞。 沖擊波的破壞作用主要是由其波陣面上的超壓引起的。在爆炸中心附近,空氣沖擊波波陣面上的超壓可達(dá)幾個甚至十幾個大氣壓,在這樣高的超壓作用下,建筑物被摧毀,機械設(shè)備、管道等也會受到嚴(yán)重破壞。 當(dāng)沖擊波大面積作用于建筑物時,波陣面超壓在20kPa~30kPa內(nèi),就足以使大部分磚木結(jié)構(gòu)建筑物受到強烈破壞。超壓在100kPa以上時,除堅固的鋼筋混凝土建筑外,其余部分將全部破壞。
           3.造成火災(zāi)
           爆炸發(fā)生后,爆炸氣體產(chǎn)物的擴散只發(fā)生在極其短促的瞬間內(nèi),對一般可燃物來說,不足以造成起火燃燒,而且沖擊波造成的爆炸風(fēng)還有滅火作用。但是爆炸時產(chǎn)生的高溫高壓,建筑物內(nèi)大量的熱或殘余火苗,會把從破壞的設(shè)備內(nèi)部不斷流出的可燃?xì)怏w、易燃或可燃液體的蒸氣點燃,也可能把其它易燃物點燃引起火災(zāi)。 當(dāng)盛裝易燃物的容器、管道發(fā)生爆炸時,爆炸拋出的易燃物有可能引起大面積火災(zāi),這種情況在油罐、液化氣瓶爆破后zui易發(fā)生。正在運行的燃燒設(shè)備或高溫的化工設(shè)備被破壞,其灼熱的碎片可能飛出,點燃附近儲存的燃料或其它可燃物,引起火災(zāi)。 如1979年12月,吉林液化石油氣廠2號球罐破裂時,涌出的石油氣遇明火而燃燒爆炸,大火持續(xù)了整整23個小時,造成了巨大的損失。
           4.造成中毒和環(huán)境污染
           在實際生產(chǎn)中,許多物質(zhì)不僅是可燃的,而且是有毒的,發(fā)生爆炸事故時,會使大量有害物質(zhì)外泄,造成人員中毒和環(huán)境污染。
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