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危险化学品的分类及危害(三)
【来源/作者】周世红 【更新日期】2018-01-06

气体的燃烧方式一般有两种,即混合燃烧和扩散燃烧。混合燃烧是指可燃性气体与空气预先混合,然后引发产生的燃烧,一般具有反应迅速、传播速度快、温度高、有冲击波效应,并伴随爆炸等特点;扩散燃烧是指可燃性气体从管中喷出,与周围空气接触,可燃性气体与空气中氧分子相互扩散,伴随混合进行的燃烧。一般易燃易爆气态物质引发的火灾爆炸等事故,都伴随着两种燃烧形式,混合燃烧具有更强的危害。

爆炸极限与自燃点是评价气体燃烧爆炸危险性的主要指标。

爆炸下限是指可燃蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物遇火源即能发生爆炸的最低浓度,当低于爆炸下限时只能发生燃烧;爆炸上限是指可燃蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物遇火源即能发生爆炸的最高浓度,超过此浓度就不能发生爆炸。上限和下限统称爆炸极限,上限和下限之间的浓度称为爆炸范围。

氢气为易燃压缩气体,与空气混合能形成爆炸性混合物,遇火源能引起燃烧爆炸。氢气比空气轻,在室内使用和存储时,泄漏的气体上升滞留屋顶不易排出,遇火星会引起爆炸。氢气的爆炸范围是4.0%~75.6%(体积浓度),即当氢气在空气中的体积浓度为4.0%~75.6%时,遇火源就会爆炸,而当氢气浓度小于4.0%或大于75.6%时,即使遇到火源,也不会爆炸。但是,在容器或管道中的可燃气体浓度都在爆炸上限以上,若发生泄漏或者空气能补充或渗漏进去,遇火源则随时有燃烧、爆炸的危险。因此,对浓度在上限以上的混合气体,通常仍认为它们是危险的。

爆炸范围通常用可燃气体、可燃蒸气在空气中的体积百分数表示,可燃粉尘则用mg/ms表示。爆炸极限的范围越宽,爆炸下限越低,爆炸危险性越大。通常的爆炸极限是在常温、常压的标准条件下测定出来的,它随温度、压力的变化而变化,此外,混合物含氧量、容器直径以及引发爆炸的火源强度、火花能量、电流强度、热表面大小、火源与爆炸混合物接触时间等均对爆炸极限有影响。

自燃点是指可使某易燃化学品发生自燃的最低温度。气体的自燃点越低,其火灾爆炸危险洼越大。可燃气体的自燃点不是固定不变的数值,而是受压力、容器直径、催化剂等因素的影响而变化的。另外,气体的相对密度、扩散性和膨胀性等也决定其危险的程度。

另外,某些气体即使没有空气或氧气存在,同样可以发生爆炸。如乙炔,即使在没有氧气的情况下,若被压缩到2个大气压以上,遇到火星也能引起爆炸。这种爆炸是由物质的分解引起的,称为分解爆炸。乙炔发生分解爆炸所需的外界能量随压力的升高而降低。实验证明,若压力在1.5 MPa以上,需要很少能量甚至无须能量乙炔就会发生爆炸,这表明高压下的乙炔是非常危险的。除乙炔外,其他一些发生放热分解反应的气体,也有同样性质,如乙烯、环氧乙烷、丙烯、联氨、一氧化氮、二氧化氮等。

2、液体的燃烧危险性

易燃液体一般采取的是蒸发燃烧的方式,即在火源或热源的作用下,先蒸发成蒸气,然后再氧化分解进行燃烧。开始时燃烧速度较慢,火焰也不高,因为这时的液面温度低,蒸发速度慢,蒸气量较少。随着燃烧时间延长,火焰向液体表面传热,使表面温度上升,蒸发速度和火焰温度则同时增加,这时液体就会达到沸腾的程度,使火焰显著升高。如果不能隔断空气,易燃液体就可能完全烧尽。

液体的表面都有一定数量的蒸气存在,蒸气的浓度取决于该液体所处的温度,温度越高,蒸气浓度越大。在一定的温度下,易燃液体表面上的蒸气和空气的混合物与火焰接触时,能闪出火花,但随即熄灭,这种瞬间燃烧的过程称为闪燃。液体能发生闪燃的最低温度称为闪点。在闪点温度,液体蒸发速度较慢,表面上积累的蒸气遇火瞬间烧尽,而新蒸发的蒸气还来不及补充,所以不能持续燃烧,当温度升高至超过闪点一定温度时,液体蒸发出的蒸气在点燃以后足以维持燃烧,能维持液体持续燃烧的最低温度称为该液体的着火点,也称燃点。液体的闪点与燃点相差不大,对易燃液体来说,一般在10C~50C之间;而可燃液体可能相差几十摄氏度。闪点是评价液体危险化学品燃烧危险性的重要参数,闪点越低,它的火灾危险性越大。

可燃、易燃液体的爆炸同燃烧一样,一般也是因为其蒸气在空气中达到一定浓度,遇到火源满足其爆炸浓度极限与爆炸温度极限引起的。

另外,液体的其他性能,如白燃点、饱和蒸气压、相对密度、流动扩散性、沸点、膨胀性和带电性等,也决定了其危险性程度。同时,大部分可燃、易燃液体的电阻率在1010~1015Ω·cm之间,容易在灌注、运输、喷溅和流动过程中因摩擦产生静电,当静电积聚到一定程度引发静电放电后,也可能引起火灾或爆炸。

3、固体的燃烧与爆炸危险性

固体化学品的火灾爆炸危险性主要决定于固体的熔点、燃点、自燃点、表面积及热分解性能等。

固体燃烧分为分解燃烧和表面燃烧两种情况。分解燃烧是指复杂固体物质受热后分解或简单固体物质自身熔化蒸发形成可燃性气体,所释放气体发生化学氧化过程引起的燃烧;表面燃烧是指对于分解燃烧的固体物质燃烧到后期已无法分解或释放出可燃气体,燃烧在高温可燃的残余无定形碳和灰表面进行,此种燃烧一般难以见到明显的火焰。

由于固体化学品组成中分子间隔小、密度大,受热时蓄热条件好,所以其白燃点一般低于可燃液体和气体的自燃点,只有少数低燃点的易燃固体才可能出现闪燃现象。一般来说,同样的固体化学品,单位体积的氧化表面越大,其危险性越大。另外,许多化合物的分子中含有容易游离的氧原子或含有不稳定的单体,受热或遭受摩擦、撞击后极易分解放热并产生大量的气体,从而引起燃烧和爆炸。

固态物质的爆炸主要是由于易燃固体表面积较大,粉尘扩散到空气中形成爆炸混合物或不稳定物质受热或遭受撞击、摩擦等引发的。

某些同态化学物质一旦点燃将迅速燃烧,例如镁,一旦燃烧将很难熄灭;某些固体对摩擦、撞击特别敏感,如爆炸品、有机过氧化物,当受外来撞击或摩擦时,很容易引起燃烧爆炸,故对该类物品进行操作时,要轻拿轻放,切忌摔、碰、拖、拉、抛、掷等;某些固态物质在常温或稍高温度下即能发生自燃,如白磷.若露置空气中可很快燃烧,因此生产、运输、存储等环节要加强对该类物品的管理,这对减少火灾事故的发生具有重要意义。

工业事故中,引发固体火灾事故较多的是危险化学品自热自燃和受热自燃。

(1)自热自燃。

可燃固体因内部所发生的化学、物理、生物化学作用放出氧化热、吸附热、聚合热、发酵热等热量,均可引发自热自燃。例如,硝化棉及其制品(如火药、硝酸纤维素、电影胶片等)在常温下会自发进行分解反应,且具有自催化作用,放出的分解热容易导致燃烧或爆炸;含有水分的植物和农副产品(如稻草、木屑、粮食等),会因发酵而放出发酵热,若积热不散,温度逐渐升高至自燃点时,则会引起自燃。

引起自热自燃是有一定条件的:①必须是比较容易产生反应热的物质。如,那些化学上不稳定的容易分解或自聚合并发生放热反应的物质,能与空气中的氧作用而产生氧化热的物质,由发酵而产生发酵热的物质等。②此类物质要具有较大的比表面积或是呈多孔状的(如纤维、粉末或重叠堆积的片状物质),并具有良好的绝热和保温性能。③热量产生的速度必须大于向环境散发的速度。满足了这三个条件,自热自燃才会发生。因此,预防自热自燃的措施,也就是设法防止这三个条件的形成。

参考资料:实验室安全与环境保护

相关链接:

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【关键词】危险化学品,危害,分类,国家标准物质网 

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