燃烧的类型

第三节　燃烧的类型

一、闪燃

在一定温度下，易燃、可燃液体（包括能蒸发出蒸气的少量固体，如萘、樟脑、石蜡等）表面上产生的蒸气，当与空气混合后，一遇着火源，就会发生一闪即灭的燃烧，这种现象叫做闪燃。

（一）闪点

易燃与可燃液体表面能够发生闪燃的最低温度称为闪点。闪点可用标准仪器测定。

（二）闪点的变化特点

不同种类的易燃和可燃液体，根据其化学组成不同，闪点一般有如下的变化规律。

1．同系物的闪点随其分子量的增加而升高。例如：甲醇的闪点为11．1℃，而正丙醇的闪点为23．5℃；已烷的闪点为-20℃，而辛烷的闪点为16．50℃。

2．同系物的闪点随沸点的增加而升高。

3．多种组份的混合液，如汽油、煤油、柴油等，其闪点随沸程的增加而升高。

4．两种可燃液体混合物的闪点，一般低于这两个可燃液体闪点的平均值。例如：车用汽油闪点为-38℃，照明用煤油闪点40℃，若将二者按体积比1∶1混合，混合物闪点低于二者闪点平均值1℃。

5．能溶于水的易燃液体的闪点随含水量的增加而升高。例如：纯乙醇闪点为12．78℃；含水25%时，则变为22℃；含水45%时，则变为23℃；含水90%时，则变为50℃。

（三）闪点在消防上的应用

在消防工作中，以闪点的高低作为评价液体火灾危险性的依据。因为通常认为，液体的闪点就是可能引起火灾的最低温度。

1．根据闪点将能燃烧的液体分为两类：闪点小于或等于45℃称为易燃液体，闪点大于45℃的液体称为可燃液体。

2．根据闪点可评定液体火灾危险性的大小。闪点越低的液体其火灾危险性就越大。

3．根据闪点可确定液体生产、加工、储存的火灾危险性分类，进而采取相应的安全措施（如表2-3-1所示）。

表2-3-1　几种液体的闪点

二、着火

可燃物质与空气氧化剂共存，达到某一温度时与火源接触即发生燃烧，将火源移去后，仍能继续燃烧，直至可燃物燃尽为止，这种持续燃烧的现象叫做着火。可燃物质开始持续燃烧时所需要的最低温度叫做燃点。

一切可燃液体的燃点都高于其闪点。一般的规律是，易燃液体的燃点比其闪点高出1℃～5℃，而且液体的闪点越低，这一差别越小。例如：汽油、丙酮的闪点低于0℃，这一差值仅为1℃。实际上在敞开的容器中很难把这些液体的闪燃和着火区别开。闪点在100℃以上的可燃液体，这一差值可达30℃以上。既然易燃液体的闪点和燃点区别不大，因此，在评定这类液体的危险性时，燃点没有实际意义。

燃点对可燃固体和闪点比较高的可燃液体，具有实际意义。控制这些物质的温度在燃点以下，也是预防火灾发生的措施之一（如表2-3-2所示）。

表2-3-2　几种可燃物质的燃点

三、受热自燃

如果物质的温度达到燃点，不用明火去点燃是不会着火的。若可燃物质在空气中，连续均匀地加热到一定的温度，在没有外部火花、火焰等火源的作用下，能够发生自动燃烧的现象叫做受热自燃。

（一）自燃点

可燃物质受热发生自燃的最低温度叫自燃点。在这一温度时，可燃物质与空气接触，不需要明火源的作用，就能自动发生燃烧。

（二）影响自燃点的因素

可燃物质的自燃点不是固定不变的，它主要取决于氧化时所放出的热量和向外导出的热量，还受到其他因素的影响。

1．液体与气体可燃物自燃点的影响因素。

（1）压力。压力越高，自燃点越低。例如：汽油在1×10⁵Pa时自燃点是480℃，在10×10⁵Pa时为310℃，在25×10⁵Pa时为250℃。

（2）浓度。混合物中可燃物质的浓度越低，自燃点越高；可燃物质浓度达到化学计量浓度时，自燃点最低；若继续加大可燃物的浓度，自燃点又开始升高。例如：硫化氢在着火下限浓度时的自燃点为373℃，在化学计量浓度时为246℃，在着火上限浓度时为304℃。物质的自燃点通常采用该物质在化学计量浓度时的自燃点。

（3）氧含量。助燃气体中氧浓度越高，自燃点越低。这是由于氧浓度高，氧化速率快，燃烧完全，放热速率快且热损失少。

（4）催化剂。活性催化剂能降低物质的自燃点，铈、铁、钒、钴、镍等的氧化物均属活性催化剂。钝性催化剂能提高物质的自燃点。为防止内燃机爆震、将汽油中加抗震剂，如四乙基铅，就是一种钝性催化剂。

（5）容器的材质和内径。容器的内壁与加热表面也具有催化性能，因而自燃点仪器的构造材料不同，测得的自燃点数值也不相同。例如：汽油在铁管中测得的自燃点为685℃，在石英管中则为585℃，在铂坩埚中为390℃。容器的直径越小，测得的自燃点越高；直径小到一定数值气体混合物便不能自燃。阻火器就是根据这个道理制作的。

2．固体可燃物自燃点的影响因素。

（1）凡在受热时能熔融的固体，其自燃点的影响因素与液体和气体的相同。属于这一类的物质有磷、硫、松香等。

（2）复杂成分的固体物质受热时，不熔化而发生分解，并析出气体产物。如果析出的气体可燃物越多，其自燃点越低。如木材、褐煤、赛璐珞、棉花等属于这类物质。

（3）可燃固体粉碎得越细，自燃点越低。有许多金属在块状时不燃烧，但粉碎为粉末后，就易燃烧。

（4）可燃固体的自燃点随受热时间长短而发生变化。像木材、棉花等物质，若长时间受热，其自燃点就会降低。

大部分固体物质的自燃点低于液体和气体的自燃点，这是因为前者比后者的分子密集，蓄热条件好。

3．引起受热自燃的原因。

（1）接触灼热物体。如可燃物质靠近烟囱、取暖设备、电热器具，或烘烤可燃物质时，若距离近或温度过高就有着火的危险。

（2）直接用火加热。主要是指熬炼和热处理过程中，由于温度失控，达到自燃点而着火。

（3）摩擦生热。如机器的轴承和摩擦部分缺乏润滑油或缠绕纤维物质，摩擦力增大，产生大量热而引起可燃物燃烧。

（4）化学反应。由于此物质在化学反应中释放出大量热，使可燃物质受热升温而自燃。

（5）绝热压缩。物质在以很大的压力压缩时，会产生大量的热，若达到物质的自燃点则自行着火。柴油发动机的工作原理，就是由于绝热压缩空气的高温引起燃料的燃烧。

（6）热辐射作用。除明火和灼热体发出的辐射热能引起周围可燃物质着火外，太阳的辐射能也能引起易燃物质发生自燃。

四、本身自燃

有些可燃物质在空气中，在远低于自燃点的温度下自然发热，并且这种热量经长时间的积蓄使物质达到自燃点而燃烧的现象，叫做本身自燃。物质本身自燃发热的原因有物质氧化生热、分解生热、吸附生热、聚合生热和发酵生热。

物质本身自燃和受热自燃，两种现象的本质是一样的，只是热的来源不同，前者是物质本身的热效应，后者是外部加热的作用。因此，二者可以统称为自燃（如表2-3-3所示）。

表2-3-3　几种可燃物质的燃点

五、爆炸

爆炸是物质从一种状态迅速转变成另一状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生声响的现象。爆炸是由物理变化和化学变化引起的。一旦发生爆炸，将会对邻近的物体产生极大的破坏作用，这是由于构成爆炸体系的高压气体作用到周围物体上，使物体受力不平衡，从而遭到破坏。

（一）爆炸的分类

1.按爆炸物质在爆炸过程中的变化，可分为化学爆炸、物理爆炸和核爆炸。

（1）化学爆炸。由于爆炸性物质本身发生了化学变化，产生出大量气体和较高温度而形成的爆炸叫化学爆炸。例如：炸药、可燃气体、粉尘于空气的混合物发生的爆炸就是化学爆炸。

（2）物理爆炸。物质因状态或压力发生突变而形成的爆炸叫物理爆炸。例如：蒸汽锅炉、压缩和液化气钢瓶的爆炸，属于物理爆炸。

（3）核爆炸。由于原子核裂变或核聚变引起的爆炸叫核爆炸，如原子弹、氢弹的爆炸就属于核爆炸。

2．按照爆炸的变化传播速度，化学爆炸可分为爆燃、爆炸、爆震。

（1）爆燃。爆炸物质的变化速率为每秒数十米至百米，爆炸时压力不激增，没有爆炸特征的响声，无多大破坏力。例如：气体爆炸性混合物在接近爆炸浓度下限或上限的爆炸属爆燃。

（2）爆炸。爆炸物质的变化速率为每秒百米至千米，爆炸时仅在爆炸点引起压力激增，有震耳的响声和破坏作用，如火药受摩擦或遇火源引起的爆炸属之。

（3）爆震。这种爆炸的特点是突然升起极高的压力，其传播是通过超音速的冲击波实现的，每秒可达数千米。这种冲击波能远离爆震发源地而存在，并引起该处其他炸药的爆炸（称为徇爆），具有很大的破坏力。

实际上化学爆炸就是可燃物质事先与氧化剂混合好了的混合物（或本身是含氧的炸药），遇到火源而发生的极短时间的燃烧；这种燃烧速度很快，每秒可达几十米到几千米，燃烧的同时产生大量的气态物质，因而在爆炸时形成很高的温度，产生很大的压力，并发出巨大的响声。而一般可燃物质却没有这种现象。因为，一般可燃物质与氧化剂的混合物，不是预先混合好了的，而是在燃烧过程中逐渐形成的，所以，燃烧速度较慢，放出热量和气体少，没有向四周冲击的巨大压力，也没有多大的响声，因而没有爆炸现象。

（二）可燃气体和蒸气与空气混合物的爆炸

1．爆炸反应的历程。如果可燃气体或蒸气预先按一定比例与空气均匀混合，遇火源即发生爆炸，这种混合物称为爆炸混合物。

爆炸混合物与着火源接触，便有原子或游离基生成而成为链锁反应的中心。爆炸混合物被点燃后，热以及链锁载体都向外传播，促使邻近一层爆炸混合物发生化学反应，然后这一层又成为热和链锁载体的源泉而引起另一层爆炸混合物反应，这样循环地持续下去，直至全部爆炸混合物反应完为止。火焰传播的速度，在距爆炸点0.5米—1米处是不变的，仅每秒若干米；但以后逐渐增加，可达每秒数百米，而爆震可达数千米。若火焰扩展的路上有障碍物，则由于混合物温度和压力的剧增，能导致很大的破坏。

2．爆炸浓度极限。可燃气体和液体蒸气与空气的混合物，遇着火源能够发生爆炸的最低浓度叫做爆炸浓度下限（也称为爆炸下限）；遇火源能发生爆炸的最高浓度叫爆炸浓度上限（也叫爆炸上限）。

爆炸性混合物在不同浓度时发生爆炸所产生的压力和放出的热量不同，因而，具有的危险性也不同。在爆炸下限时，爆炸压力一般不会超过4×10⁵Pa，放出的热量不多，爆炸温度不高。随着爆炸性混合物中可燃气体或液体蒸气浓度的增加，爆炸产生的热量增多，压力增大。当混合物中可燃物质的浓度增加到稍高于化学计量浓度时，可燃物质与空气中的氧发生充分反应后爆炸放出的热量最多，产生的压力最大。当混合物中可燃物质浓度超过化学计量浓度时，爆炸放出的热量和爆炸压力随可燃物质浓度的增加而降低。

爆炸性混合气体发生爆震也有一定的浓度范围。有些可燃气体和蒸气只有在与氧混合时才能发生爆震。例如：氢气在空气中发生爆震的浓度为18．3%～59．0%（体积百分比），在氧气中则为15．0%～90．0%；丙烷在氧气中为3．2%～37．0%（如表2-3-4所示）。

表2-3-4　几种可燃气体、蒸气的爆炸浓度极限

3．爆炸温度极限。可燃液体除了爆炸浓度极限外，还有一个爆炸温度极限，因为液体的蒸气浓度是在一定温度下形成的。可燃液体在一定温度下，由于蒸发而形成的等于爆炸浓度极限的蒸气浓度，这时的温度叫做爆炸温度极限。爆炸温度下限，即液体在该温度下所蒸发出等于爆炸浓度下限的蒸气浓度；爆炸温度上限，即液体在该温度下蒸发出等于爆炸浓度上限的蒸气浓度。液体的爆炸温度下限即为液体的闪点（如表2-3-5所示）。

表2-3-5　几种可燃液体的爆炸温度极限

4．最小点火能量。对于每一种气体爆炸混合物，都有一个起爆的最小点火能量，低于该能量，混合物就不爆炸，目前都采用mJ作为最小点火能量的单位。掌握各种气体混合物爆炸所需要的最小点火能量，对于有爆炸危险的场所判断哪种火源能引起爆炸事故和选用安全通信报警系统等有重要意义。

5.影响爆炸极限的因素。同一种可燃气体和液体的爆炸极限会受温度、压力、含氧量、容器和火源性质等因素影响。

（1）温度。若混合气体在遇到着火源之前的最初温度升高，则爆炸下限降低，上限增高，爆炸的危险性增加。

（2）压力。混合气体在加压的条件下，其爆炸下限无显著变化，但上限一般都显著提高。当混合气体的原始压力减小时，爆炸极限的范围将缩小，当压力降到某一数值时，上限和下限合成一点，压力再降低，就不爆炸了。这一最低压力称为爆炸的临界压力。

（3）含氧量。混合气体中含氧量增加，爆炸极限扩大。若掺入氮、二氧化碳等不燃的气体，混合气体中氧浓度降低，爆炸的危险性降低。

（4）容器。容器的直径越小，火焰在其中蔓延速度越小，爆炸极限范围越小。容器直径小到某一数值时，火焰就不能蔓延，混合气体就不会爆炸。

（5）火源。如果火源强度高，热表面积大，与混合气体接触时间长，就会使爆炸极限扩大。

（三）可燃粉尘与空气混合物的爆炸

粉尘是指分散的固体物质。所谓粉尘爆炸，就是悬浮于空气中的可燃粉尘触及明火或电火花等火源时发生的爆炸现象。

可燃粉尘爆炸应具备三个条件，即粉尘本身具有爆炸性，粉尘必须悬浮在空气中并与空气混合到爆炸浓度，有足以引起粉尘爆炸的火源。能够发生爆炸的悬浮粉尘的浓度，也有一个浓度下限和一个浓度上限，通常用g/m³来表示。

可燃粉尘爆炸浓度上限因为太大，以致在多数场合都不会达到，所以，没有实际意义，通常只应用粉尘的爆炸下限。

1．粉尘爆炸的过程。悬浮于空气中的可燃粉尘之所以能发生爆炸，原因之一是粉尘具有较大的表面积和化学活性，许多固体物质处于块状时不易燃烧，但成为粉尘状就很容易燃烧；原因之二是由于氧化表面的增加，强化了粉尘的热过程，加速了气体产物的释放；发生粉尘爆炸的另一个原因，就是它受热后能放出大量的可燃气体，如lkg挥发分为20%～26%的焦煤，在高温下可以放出290L～350L的气体。

粉尘的爆炸可视为由以下三步发展形成的：第一步是悬浮的粉尘在热源作用下迅速地干馏或气化而产生出可燃气体；第二步是可燃气体与空气混合而燃烧；第三步是粉尘燃烧放出的热量，以热传导和火焰辐射的方式传给附近原来悬浮的或被吹扬起来的粉尘，这些粉尘受热气化后使燃烧循环地进行下去。随着每个循环的逐次进行，其反应速度逐渐加快，通过剧烈的燃烧，最后形成爆炸。这种爆炸反应以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸压力等将持续加快和升高，并呈跳跃式的发展。

2．影响粉尘爆炸的因素。粉尘的爆炸性能受下列因素影响：

（1）颗粒度。粉尘的颗粒度越小，相对表面积越大，燃烧速度越快，爆炸极限越大。颗粒度大于10^-3cm的粉尘，一般无爆炸危险性。

（2）挥发分。粉尘含挥发性物质愈多，爆炸危险性越大。

（3）水分。粉尘中的水分有减弱和阻碍爆炸的性能，所以增加水分其爆炸危险性便降低。

（4）灰分。粉尘中含灰分增加，其爆炸性随之减小。因为灰分有吸收粉尘、加速粉尘的沉降、降温等作用。

（5）火源强度。火源的温度越高，释放的热量越多，与混合物接触时间越长，爆炸极限就大。每一种粉尘都有一个最低点火能量，低于这个能量，粉尘与空气的混合物就不能起爆。