事故预防方法—火灾、爆炸事故的预防
物质燃烧、爆炸过程中会释放出物质内部潜藏的能量，这些能量通常是人们生产、生活所需能量的主要来源。但是，当人们对燃烧爆炸失去控制，就要酿成灾害，造成火灾或爆炸事故。所以，防止火灾、爆炸事故必须控制燃烧、爆炸发生的条件，限定燃烧、爆炸发生的空间范围。
火灾、爆炸事故的形成和发展，有其自身的规律和特点。当火灾发生后，火要向四周各个方向蔓延，而且会随着时间的延长，火势向外蔓延的速度加快，着火的范围急剧扩大，失的程度也就越发严重。所以，火灾发生后需要及时迅速地进行扑救。爆炸事故是突然发生的，所以一旦发生爆炸就无法控制和制止。为了防爆，只能在爆炸事故出现之前，采取安全防范措施，防止爆炸条件的形成。火灾和爆炸，除了各自单独发生外，有时还互为因果，扩大事故的规模，造成更加严重的损失。
1.燃烧和爆炸的形成机理
(1)燃烧及其必要条件 燃烧是一种放热、发光的化学反应，在反应过程中，物质会改变原有的性质变成新的物质，所以放热、发光、生成新物质是燃烧反应的三个特征。下列反应均为燃烧反应：
燃烧反应在本质上属于氧化—还原反应，参加反应的物质必须包含有氧化剂和还原剂，也就是通常所说的助燃物和可燃物。助燃物主要是氧、氟、氯、一些含氧酸及其盐也可作助燃物(如HNO3、NHNO3、KCO3)。许多金属(如铁、铝、镁等)和非金属单质(如氢、碳、硫等)可作可燃物，有机化合物(如甲烷、汽油、合成高分子材料等)几乎都是可燃物。
要使可燃物和助燃物发生化学反应，还必须具有点火能源，明火、电火花、摩擦和撞击火花、静电火花、化学反应热、高温表面、雷电火花、光和射线、压缩升温等均可作为点火能源。
综上所述，可燃物、助燃物和点火能源是燃烧得以发生的3个必要条件，也就是通常说的燃烧三要素。但是，有时即使上述3个要素都具备，燃烧也并不一定发生，这是因为燃烧对可燃物和助燃物有一定的浓度和数量要求，对点火能源有一定的强度和能量要求。例如甲烷的浓度小于5％或空气中氧气含量小于12％时甲烷不能燃烧。当空气中氧气含量小于14％时，木材也不会燃烧。若用热能引燃甲烷—空气混合气体，当温度低于甲烷的自燃点时，燃烧不会发生。电焊火星的温度高达1200℃，可以点燃爆炸性混合气体。但如果落在木板上，通常不会引起燃烧。因为木板所需的点火能量远大于爆炸性混合气体，火星的温度虽高，但热量不足，故不能引燃木材。由此可见，具备一定数量和浓度的可燃物和助燃物以及具备一定强度和数量的点火能源同时存在，并且发生相互作用，才是引起燃烧的必要条件。
一切防火和灭火措施，都是根据物质的特性和生产现场的条件，控制和消灭燃烧条件中的任何一个。
(2)燃烧的形式和种类
①燃烧过程 大多数可燃物质的燃烧是在蒸气或气态下进行的。由于可燃物质的聚集状态不同，其受热所发生的燃烧过程也不同。气体最容易燃烧，其燃烧所需的热量只用于本身的氧化分解，并使其达到自燃点而燃烧。液体在热源作用下，首先蒸发成蒸气，然后蒸气被氧化、分解，然后在气相中着火燃烧。固体的燃烧，如果呈硫、磷、萘等单质，它们首先受热熔化或升华，然后蒸发生蒸气，氧化分解后着火燃烧。如果是复杂的化合物，在受热时首先分解，然后气态产物和液态产物的蒸气发生氧化后着火燃烧。燃烧时放出的热量又会使可燃物继续溶化，分解、蒸发、氧化、着火、燃烧，只有助燃物源源不断地供给，燃烧就一直进行到燃物烧完为止。各种状态可燃物质的燃烧过程如图20—8所示。
②燃烧形式 可燃物质由于其聚集状态有气态、液体和固态，它们在空气中燃烧时，一般有5种燃烧形式：
a．扩散燃烧。当可燃气体(如氢、丙烷、汽油蒸气等)从管口、管道或容器的裂缝等处流向空气时，由于可燃气体和空气互相扩散混合，其混合浓度达到爆炸范围的部分遇火源即能着火燃烧。它们形成的火焰叫扩散焰。扩散焰的结构见图20—9所示。
b．蒸发燃烧。可燃液体(如酒精、苯等)的燃烧，是由于液体受热蒸发，产生的蒸气和空气互相混合后，被点燃产生火焰，它放出的热量进一步加热液体表面，使液体持续蒸发，燃烧持续进行下去。
c．分解燃烧。固体可燃物(如木材、煤、橡胶等)、高沸点液体和低熔点的固体物质-(如重油、蜡、沥青等)燃烧时，首先受热分解，放出可燃气体，这种气体被点燃产生火焰，放出的热量使可燃物不断地分解，燃烧不断地进行下去。
d．表面燃烧。一些不挥发也不分解的固体可燃物(如焦炭、铝、铁、钛)在空气中点燃后，燃烧反应发生在固体可燃物的表面，它能产生红热的表面，而不产生火焰。
e．混合燃烧。可燃气体或可燃粉尘与助燃气体在容器内或空气中扩散混合，其浓度在爆炸范围内，遇火源即会发生燃烧，产生一个小火球，此火球在混合气所分布的空间中快速扩大，直到把混合气全部烧尽。但是，在某种条件下，也可能转化为爆炸。很多火灾、爆炸事故是由混合燃烧引起的，失去控制的混合燃烧往往会造成重大的经济损失和人员伤亡。
在上述5种燃烧形式中，某种燃烧形式一经发生，就有可能转化为其他形式，或者导致几种形式同时发生。一旦发生这种情况，往往会带来重大灾难和后果。
③燃烧种类 燃烧现象按其形成的条件和瞬间发生的特点，分为着火、闪燃、自燃3种。
乙着火。可燃物受到外界火源直接作用而开始的持续燃烧现象叫作着火。这是日常生产、生活中最常见的燃烧现象。例如，用火柴点燃柴草、煤油、液化气等。可燃物开始着火所需的最低温度叫做燃点，也称着火点。可燃物质的燃点越低，越容易着火。
气体、液体、固体可燃物都有燃点。但是，燃点对可燃气体和易燃液体没有多大实际意义。因为可燃气体除氨外，其燃点都大大低于零度；而易燃液体的燃点仅比闪点高1—5℃。但是，燃点对于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，是预防火灾发生的一个措施。在灭火时采用的冷却法，其原理就是将燃烧物质的温度降到它的燃点以下，使其燃烧过程中止。
b．闪燃。任何一种液体的表面上都有一定数量的蒸气存在，蒸气的浓度则取决于该液体所处的温度，温度越高则蒸气浓度越大。在一定的温度下，易燃、可燃液体表面上的蒸气和空气的混合气与火焰接触时，能闪出火花，但随即熄灭。这种瞬间燃烧的过程叫闪燃，液体能发出闪燃的最低温度叫闪点。液体在闪点温度下，蒸发速度较慢，表面上积聚的蒸气遇火一瞬间即已烧尽，易燃、可燃液体随时都有遇火源而被点燃的危险。所以闪点是液体可以引起火灾危险的最低温度。液体的闪点越低，它的火灾危险性越大。
c.自燃。可燃物质在没有外界火源的直接作用下受热或自身发热，并由于散热受到阻碍，使热量蓄积，温度逐渐上升，当达到一定温度时发生的自行燃烧现象，叫做自燃。可燃物质不需点火源的直接作用就能发生自行燃烧的温度，叫做自燃点三
自燃按其引燃烧源分为自热燃烧和受热燃烧两种。
(a)自热燃烧。可燃物质因内部所发生的化学、物理或生物化学过程而产生热量，这些热量在适当条件下会逐渐积累，使物质温度上升达到自燃点而燃烧，这种现象称为自热燃烧。
(b)受热自燃。可燃物质在外部热源作用下，使温度逐渐升高，当达到其自燃点时，即可着火燃烧。这种现象称为受热自燃。
(3)可燃物质的危险特性 能够发生火灾、爆炸危险的可燃物质种类繁多，为了评价它们的危险程度，并采取相应的正确的预防措施，首先就要确定它们的危险特性。能直接导致火灾、爆炸事故发生的危险特性，有爆炸极限、闪点、燃点、自燃点、最小点火能量和最大灭火间距等。下面着重叙述爆炸极限、最小点火能量和最大灭火间距。
①爆炸极限 可燃气体、蒸气或粉尘和空气构成的混合物，并不是在任意浓度下遇火源都能燃烧爆炸，而只是在一定的浓度范围内才能发生燃烧爆炸。在此浓度范围内，浓度不同，火焰蔓延速度(即燃烧速度)也不相同。当混合物中所含的量稍多于化学计算浓度时，混合物的放热量最大，火焰蔓延速度最快，燃烧也最剧烈。町燃物浓度增加或减少都要减少发热量，减慢蔓延速度。当浓度低于某一最低浓度或高于某一最高浓度，火焰便不能蔓延，燃烧也就不能进行。在火源作用下，可燃气体、蒸气或粉尘在空气中恰足以使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体、蒸气或粉尘与空气混合物的爆炸下限，也称燃烧下限。同理，恰足以使火焰蔓延的最高浓度，称为爆炸上限，也称燃烧上限。上限和下限统称爆炸极限或燃烧极限。浓度在上、下限之间的范围内，在火源作用下能够引起燃烧或爆炸；在此范围之外，则不会着火，更不会爆炸。浓度在爆炸上限以上，若空气能补充进来，则随时有发生燃烧，爆炸的危险。
因此，对浓度在上限以上的混合气，通常仍认为它们是危险的。
多组分可燃气体的爆炸极限，通常用计算的方法获得。单组分可燃气体、蒸气的爆炸极限可以从各种手册中查到。
根据理•查特理法则计算，当混合气体中含有两种以上成分的町燃气体或蒸气时，它们的爆炸极限，可根据理•查特理法则计算。其计算公式如下：
式中 X1m——混合气体的爆炸下限；
X2m，——混合气体的爆炸上限；
na，nb，nc…——可燃混合气中a，b，c…各组分的百分含量；na，十nb+nc+…＝100％；
X1a，Xlb，X1c…——混合气中各可燃气组分的爆炸下限。
X2a，X2b,X2c，…——混合气中各可燃气组分的爆炸上限。
例题1 某天然气含甲烷80％，乙烷15％，丙烷4％，丁烷1％。求天然气的爆炸极限。假设a、b、c、d分别表示甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。
由于理•查特理法则推导时引入了各种可燃气组分同时着火的假设，所以(1)和(2)式适用于计算反应活性和活化能正相近的各种碳氢化合物混合气的爆炸极限，对其他可燃性气体混合物的计算结果有些偏差，但亦有一定的参考价值。
根据经验公式计算，含有惰性气体的多组分可燃气体混合物的爆炸极限可用下式计算：
煤气的爆炸范围为16．7％~84．8％。
爆炸极限的影响因素。爆炸极限通常是在常温、常压等标准条件下测定出来的数据，它不是固定的物理常数。不同的物质有不同的爆炸极限。同一种可燃气体、蒸气的爆炸极限也不是固定不变的。它随温度、压力、含氧量、惰性气体含量、火源强度等因素的变化而变化。
初始温度。混合物着火前的初温升高，会使爆炸极限范围扩大，爆炸危险性就会增加。
初始压力。混合气体的初始压力增加，上限显著提高，爆炸范围扩大。例如甲烷的爆炸范围在100 kPa下为5．3％~14％，在1000kPa下为5．7％~17。2％。混合气体在减压的情况下，爆炸范围会随着减小。压力降到某一数值，上限与下限重合，这一压力称为临界压力。低于临界压力，混合物则无燃烧爆炸的危险。所以在化工生产中，对于一些燃爆危险性大的物料的生产、储存，往往采用在临界压力以下的条件进行。
含氧量。混合物中的含氧量增加，爆炸上限提高，爆炸范围扩大，爆炸危险性增加。例如，甲烷在空气中的爆炸范围为5．3％~14％，在纯氧中的爆炸范围为5．0％～61％。
惰性气体。增加混合物中的惰性气体含量，会使上限显著降低，缩小爆炸范围，惰性气体含量达到一定浓度时，可使混合物不燃烧。所以惰性气体可用于防火和灭火。
点火源。点火源的强度高，热表面的面积大，火源与混合物的接触时间长，会使爆炸范围扩大，增加燃烧、爆炸的危险性。
由于爆炸极限的影响因素较多，所以在生产条件下控制危险浓度时，应结合具体情况进行考虑，并应适当留出一个安全裕度，以确保生产安全。
②最小点火能量 是指能引起一定浓度可燃物燃烧或爆炸所需要的最小能量。混合气的浓度对点火能量有较大的影响，通常可燃气浓度稍高于化学计算浓度时，所需的点火能量为最小。若点火源的能量小于最小能量，可燃物就不能着火。所以最小点火能量是衡量可燃气、蒸气、粉尘爆炸危险性的一个重要参数。对于释放能量很小的撞击摩擦火花、静电火花，其能量是否大于最小点火能量是衡量其能否引发火灾爆炸事故的重要条件。一些常见的可燃气、蒸气的最小点火能量见表20—1。
③最大灭火间距 实验证明，通道尺寸越小，通道内混合气体的爆炸浓度范围越小，燃烧时其火焰蔓延速度亦越慢。当通道窄到一定程度时，通道内燃烧反应的放热速率就会小于管道表面的散热速率，这时燃烧过程就会在通道内停止进行，火焰也就停止传播，因此把火焰传播不下去的最大通道尺寸叫做最大灭火间距。
对于充满混合气的管道来说，管道是混合气的反应场所，又是火焰蔓延通道。管道内混合气反应放出热量，而管道表面构成了散热面，所以管道的散热率可以下式表示：
从上式可以看出，管子的直径越小，散热率越大。隔爆型防爆电器的隔爆外壳就是根据这个原理设计的。由上述原理也可确定阻火器的临界直径，计算公式如下：
2．火灾及其形成规律
火灾是由燃烧蔓延而成的，当燃烧发展到在时间上、空间上失去控制时，就构成了火灾。一个完整的火灾发展过程分为4个阶段，即酝酿期一一此阶段呈没有火焰的阴燃；发展期——火苗窜起，火场很快扩大；全盛期———可燃物全面着火、火场扩大蔓延；衰灭期一一灭火措施见效或可燃物烧尽，火势逐渐衰落，终至熄灭。在火灾的初期，即在酝酿期和发展期采取灭火措施效果最好，能使火灾造成的人员伤亡和财产损失较少。
(1)火灾分类 按照着火的可燃物类别，可将火灾分成5类。这5类火灾各有特点，也各有其不同的灭火方法。
①气体火灾 它是从管道或其他设备中泄漏出来的可燃气体，如城市煤气、天然气、氢气、乙炔气、液化石油气等，被火点燃而发生的火灾。如果火焰小，可用干粉灭火剂喷射，把火源扑灭。但是灭火后，可燃气体仍可能泄漏，它们和空气的混合物随时有发生爆炸的危险。因此扑灭气体火灾时，应首先关闭管道的阀门，防止气体继续泄漏，并应向附近的可燃物喷水，使其冷却，以防火灾扩大。
②液体火灾 原油、煤油、汽油、酒精等可燃液体所发生的火灾，称为液体火灾。这种火灾是由于储罐或容器的泄漏引起的，或者是废弃的可燃液体燃烧后发生的，但也有在液体燃料储罐内部起火引起的火灾。扑灭这类火灾通常采用干粉、二氧化碳或泡沫灭火剂，还应对着火的储罐以及邻近的储罐采用冷却水降低储罐壁温度，以防火灾扩大。对凝固点和闪点在常温以上的可燃液体(如重油)，可以采用冷却水把它的温度降低到闪点以下的办法进行灭火。
③可燃物火灾 如建筑物、家具、木材、纸张、纤维、纺织品、涂漆物件、固体燃料、碎屑物等固体可燃物的火灾。对这类火灾最好采用喷射大量水的方法进行灭火。
④电气火灾 电气配线、电动机、变压器等电气设备使用的绝缘材料发生的火灾，如果在通电状态下，用水或泡沫灭火剂去进行灭火有可能发生触电事故。因此要采用干粉、二氧化碳或者卤代烷类等灭火剂进行灭火。
⑤金属火灾 镁、铝、铁、锆、铀等金属粉末或细金属丝，在空气中具有燃烧性质，一定条件下，能发生火灾。铁或不锈钢的管道和阀门，当其中有可燃性物质如油垢时若高速通过氧气和氯气，则有可能发生着火，使金属管道和阀门在氧气或氯气中燃烧，致使内部气体喷出。金属钠也极易着火。在金属火焰上不能喷水，喷水则可能发生爆炸。因此，灭火应采用专用的轻金属火灾灭火剂。
(2)热的传递 在火灾发生、发展的整个过程中，始终伴随着热的传播过程。可燃物燃烧放出的热量通过热传导、热辐射、热对流3种方式向外传播，使周围的可燃物升到自燃点以上的温度，促使火热蔓延，扩大火灾区域。因此，热传播是影响火灾发展的决定性因素。
①热传导 热量通过直接接触的物体从温度较高部位传递到温度较低部位的现象，叫热传导。由于热传导作用，常常可以使可燃物燃烧蔓延开来，使火灾范围扩大。例如，建筑物中某个房间着火，燃烧放出的热量沿着穿过间墙、混凝土楼板的金属管、钢梁等渠道，传导到不相通的房间，使这些房间内的可燃物(如纺织品、木材、可燃液体等)升到自燃点以上的温度，引起着火燃烧。
温度差是热量传导的推动力，导热系数是材料导热能力大小的标志。导热系数愈大的物质愈容易传导热量。固体物质是较强的热导体，液体物质次之，气体物质最差。金属材料为优良导体，非金属固体材料大多为不良导体。
单位时间通过单位面积物体传导热量的计算公式如下：
式中 Q——单位时间通过单位面积的热量，J／Cm2•s；
k--热导率，J／Cm2•s•℃；
T1—T2——温度差，℃；
d———导热物体的厚度或距离，Cm。
显然，导热的面积越大，时间越长，传导的热量就越多。有些隔热材料虽然导热性能很差，如砖墙、混凝土板、毛毡等，但经过长时间的热传导，也能引起与其接触的可燃物燃烧。
②热对流 热通过流动的气体或液体将热量由空间中的一处传到另一处的现象叫做热对流。热对流是热传递的重要方式，它是影响早期火灾发展的主要因素。在火灾现场，热气体会向上流动，而新鲜的冷空气会立即补充热气体上升所留下的空间，这种冷热气体的对流，使得急速发展的火灾甚至在没有风时也会形成一种强烈的热气流，有时叫“火风”。如厂房的底层着火时，热气流往往通过楼梯、通风道、走廊等通道直窜顶层。由于热气流高温的作用，在它流经途中遇到的可燃物就会分解或挥发出一些可燃气体，并被引燃，火势也就向高层蔓延，使整栋厂房都烧起来。
③热辐射 以热射线传播热能的现象叫做热辐射。热辐射是以电磁波的形式向四周传播的。任何物体都能把热量以电磁波的形式辐射出去，也能吸收别的物体辐射出来的热能。当有两种物体并存时，温度较高的物体要向温度较低的物体辐射能量。物体辐射出的热量与其绝对温度的四次方成正比，也与其面积成正比。在火灾的全盛期，火焰的温度通常都在1000℃以上，辐射热是热传播的主要形式，它可以导致大多数可燃物如木材、纺织品、可燃液体等，升到自燃点温度而燃烧起来。例如，油罐着火发生火灾时，在其周围百米以内的其他油罐，有可能因接受辐射热而发生火灾或爆炸事故。
根据上述热传播的特点和规律，在防火和灭火工作中，应采取措施，阻止热的传播。例如，在建筑厂房时，应留够防火间距，构筑防火墙和隔热层，往裸露的金属构件表面涂上防火涂料，以及正确安设通风管道等。在火场上应喷水冷却被加热的金属构件和被辐射热作用的物体表面，如钢梁、油罐罐体、管道，并采取喷雾水冷却和降低烟气流的温度，疏散、隔离、消除可燃物质等措施。
(3)火灾与昼夜的关系 火灾在一昼夜内呈现的一般规律是：白天起火次数多，其中下午最多。但从成灾率看，则白天低、夜间高。图20—10是某城市一昼夜(24 h)起火的成灾率的曲线图。
从图20—10中可以看出，一般上午8时至下午8时为起火的高峰期，占昼夜起火总数的73.4％，其中下午2时至5时的起火次数最多，约占白天起火次数的55％；下午8时至次日上午8时为起火的低峰期，约占昼夜起火总数的26．5％，其中凌晨2时至5时的起火次数最少，约占夜间起火次数的8％。从图20—10还可以看出，起火率高的时间正是成灾率低的时间，起火率低的时间正是成灾率高的时间。
一昼夜24 h内起火和成灾的规律，是与人们的生活和生产经营活动规律密切相关的。白天通常是人们从事生产和经营活动最集中、最频繁的时间，一旦疏于管理，失去控制，容易失火。特别是下午，人们的精力、体力处于疲惫、困倦状态，往往放松防火警惕，更易失火。所以，白天起火较多。但是；白天人们都处于清醒状态，在作业岗位上，即使失火也能发现早、报警快、扑救及时，成灾率低。而夜间，人们大多停止了生产和经营活动，用火用电量减少，失火机会多。但是，夜间特别是深夜，工作人员容易困倦，一旦失火，不易发现，或者发现后，由于缺少人力、物力，得不到及时扑救，往往小火酿成大火，成灾率高。
3．爆炸和破坏作用
爆炸是一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程。在此过程中，物质以极快的速度把其内部所含有的能量释放出来，转变成机械功、光和热等能量形态。所以一旦发生爆炸事故，就会产生巨大的破坏作用。
(1)爆炸现象及其分类 按照物质发生爆炸的原因和性质不同，可将爆炸分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸3类。
a．物理爆炸。它是由物理变化引起的爆炸，最常见的锅炉爆炸和高压气瓶的爆炸。蒸汽锅炉爆炸是由于锅炉出现缺陷，锅炉内过热水迅速转变为蒸汽，产生很高的压力：冲破容器的阻力而引起的。高压气瓶充气压力过高，且靠近热源或者在阳光下曝晒，也会使气瓶内部压力升高，当它们超过气瓶的强度时，就会发生因气瓶破裂而爆炸。高压容器长期使用，缺乏良好的检查和维护，以及违反安全操作规程，也是发生压力容器爆炸事故的重要原因。
b．化学爆炸 物质以极快的反应速度发生放热的化学反应，产生的高温高压气体急剧膨胀做功而形成的爆炸，称为化学爆炸。当爆炸物质由少量能量引爆发生化学爆炸时，爆炸物质瞬间化作一团火光，形成烟雾，并产生轰隆巨响，附近形成强烈的爆炸风，建筑物、设备受到损坏或强烈振动。化学爆炸按照爆炸时所发生的化学变化可以分为3类。
(a)简单分解爆炸。能够发生简单分解爆炸的爆炸物，在爆炸时并不一定发生燃烧反应。爆炸所需的能量是由爆炸物分解时所放出的分解热提供的。
(b)复杂分解的爆炸。能发生这类爆炸的物质称为炸药。
(c)爆炸性混合物的爆炸。这类爆炸发生在气相里，指的是可燃气体，易燃和可燃液体蒸气、可燃粉尘、雾滴与空气混合所形成的混合物发生的爆炸现象。这类物质爆炸需要具备一定的条件，如一定比例的爆炸物含量和氧含量以及存在有激发能源，它们的危险性较上两类物质低。
c．核爆炸。物质的原子核发生裂变或聚变反应，瞬间释放出巨大能量而形成的爆炸现象，称为核爆炸。核爆炸反应所释放出的能量比化学爆炸释放出的能量要大得多，集中得多。爆炸时可形成百万度到数千万度的高温，在爆炸中心区形成数百万大气压的高压，同时放出很强的光和热辐射以及各种粒子的放射线。因此，核爆炸的破坏力比化学爆炸的破坏力大得多，它的能量相当于数万吨到数千万吨梯恩梯炸药爆炸。
(2)燃烧、爆炸和爆轰 发生在爆炸物质内的燃烧、爆炸和爆轰，有它们的共同点和不同点。它们的共同点在于：燃烧、爆炸和爆轰都是以化学反应的形式进行的。燃烧、爆炸和爆轰一经发生，它们不是在全体爆炸物内进行，而是在某一局部区域进行化学反应，这个化学反应区域按一定的方向，一定的速度，一层层地自动传播进行。化学反应区很窄，反应就在这个区域内完成，而且这个过程一经发生就可以自动地继续下去，直到爆炸物质全部反应完毕。参见图20—11所示。
燃烧、爆炸、爆轰间的最本质区别在于传播速度不同。燃烧的传播速度比较慢，比爆炸物质内的声速要低得多；爆轰的速度是很快的，也是恒定的，比爆炸物质的声速要快得多，爆炸是由燃烧到爆轰之间的过渡阶段，它的速度介于两者之间，是可变的，因此称为不稳定的爆轰。考虑到爆炸、爆轰产生破坏作用的共同性，安全工作者习惯于把爆炸和爆轰统称为爆炸。燃烧、爆炸、爆轰的传播速度的区分范围如下：
燃烧——通常指传播速度为每秒数毫米至数米的过程；
爆炸——通常指传播速度为每秒十米至数百米的过程；
爆轰——指传播速度为每秒一千米至一万米的过程。
显然，一旦发生事故，过程进行速度越快的爆炸物质，事故的严重程度就越高，所造成的损失就越大。
燃烧和爆轰的传播机理也有明显区别，燃烧时反应区的能量是通过热传导、热辐射及燃烧气体产物的扩散作用传人爆炸物质使之引燃；爆轰的传播是借助于冲击波对炸药的强烈冲击压缩作用使其引爆的。
燃烧过程的传播容易受外界条件(如温度、压力、风向等)的影响，受环境温度、压力条件的影响尤其显著。如爆炸物质在大气中燃烧进行缓慢，而在密闭容器中燃烧的传播速度急剧加快，有可能发展成爆炸。所以在密闭容器中发生失控的燃烧反应是非常危险的。与之不同的是爆轰的传播速度极快，它几乎不受外界条件的影响，在一定的条件下爆轰速度是一个常数。
在爆炸物质内发生的燃烧和爆炸过程虽有重大区别，但是也有联系。在一定条件下，爆炸物质可以由燃烧转化为爆轰。工业和民用设施中发生的爆炸事故，大多数是从燃烧开始后发展成爆炸或爆轰的。所以研究燃烧、爆炸、爆轰之间的异同和转化的条件具有重要意义。
(3)爆炸的破坏作用
①爆炸的温度和压力 爆炸的温度和压力是衡量爆炸过程放出能量多少的两个重要参数。各种爆炸性混合物在正常条件下的爆炸压力大多不超过1000 kPa，温度大多不超过3000℃，但爆炸后的压力上升速度相差却很大，各种可燃气体的爆炸压力和压力上升速度如表20—2。
显然，爆炸压力越高，压力上升速度越快，则作用在容器、设备、建筑物上的冲量就越大，其破坏作用也越大。
②爆炸能量的估算 通常可燃气体的燃烧爆炸发生在容器内部、厂房或生产区域的某一局部空间。这种化学爆炸放出的能量可以根据参与反应的可燃气体量和它的燃烧热计算出来。
EB＝VQv (6)
式中 EB——化学爆炸时的爆炸能量，kJ；
V——参与反应的可燃气体在标准状态下的体积，m3；
Qv——可燃气体的燃烧热。
可是，在大多数情况下，参与反应的可燃气体的体积是难以计量的，因而只能进行估量。如果混合气体中含氧量充裕，就只要估计气体体积；如果混合气中可燃气含量很高，含氧浓度低，可燃气不能完全燃烧，那就只要估算能与氧反应的可燃气体体积。这种估
算方法对发生在容器内的爆炸比较可靠。对在厂房或厂区空间内的爆炸，由于存在气体间扩散程度和可燃气逸散的问题，这种估算就比较粗略。显然，由估算出的可燃气体体积算出的爆炸能量也是一个估算值。
③爆炸破坏作用的影响因素 爆炸物质在爆炸瞬间放出爆炸能量，这种能量以热、光、压力上升、机械功和冲击波等形式出现，它们具有巨大的破坏作用，破坏力的大小和下列因素有关。
a.爆炸物的数量越多，爆炸威力越大，其破坏作用越大。
b．爆炸时的条件对破坏作用有重要作用。爆炸物质的初温越高，压力越大，爆炸后的破坏作用也越大。由多组分混合而成的爆炸物质，混合均匀程度越高，破坏作用越大。一些爆炸物质在比较弱的点火源作用下，开始只能引起燃烧。可是在强的点火源或起爆能的作用下，可以直接引发爆炸。
c.破坏作用与爆炸物所在的位置有关。一般来说，发生在容器内、设备内、厂房内的爆炸，它的破坏作用比较大。破坏作用的大小也和周围环境有关。若爆炸发生在自由空间中，从爆炸中心点起，在一定范围内，破坏力的传播是均匀的，能使这个范围内的物
体粉碎和飞散。若环境中有障碍物，爆炸能量又足够大，就能把这些障碍物摧毁。
④爆炸破坏的主要形式 破坏形式通常有直接的爆破作用、冲击波的破坏作用和火灾3种。
a.直接的爆破作用。它是爆炸物质爆炸后直接对周围设备和建筑物产生的破坏作用。爆轰波阵面压力越大，爆炸压力越高，爆炸产物作用在目标上所产生的冲量越大，则破坏作用越大。它可以直接造成机械设备、装置、容器和建筑物的毁坏和人员的伤亡。机械设备、建筑物等被冲击后，会变成碎片，在500m以内的范围飞散，在爆炸碎片飞散的范围内常常发生碎片击中人体产生的次生灾害。
b．冲击波的破坏作用。爆炸物质爆炸后，产生的高温高压气体以极快的膨胀，它像活塞一样挤压其周围的空气，把爆炸能量传给压缩空气层，空气受冲击而发生扰动，使其压力、密度等产生突跃变化，这种扰动在空气中的传播就成为冲击波。冲击波的传播速度极快，它可以在周围环境中的固体、液体、气体介质中传播。在传播过程中，可以对周围环境中的机械设备和建筑物产生破坏作用使人员伤亡。
⑤火灾 爆炸发生后，高温的爆炸气体产物在极其短促的瞬间即已扩散，对一般可燃物来说，不足以构成起火燃烧所需要的火源，而且在冲击波后面出现的爆炸风能起灭火作用。但是，在爆炸现场遗留下的热量或残余火苗，会把从破坏的设备内部流出的可燃气体或可燃液体的蒸气点燃，也可能把其他可燃物点燃，引起火灾。
当盛装可燃物的容器、管道发生爆炸时，爆炸抛出的可燃物有可能引起大面积火灾，这种情况在油罐、液化气瓶爆破后极易发生。正在运行的燃烧设备或其他高温工业设备被炸坏，其灼热的碎片飞出来，可以点燃附近储存的燃料或其他可燃物，引起火灾。这样所造成的损失将是两者之和。
可燃气体—空气和可燃粉尘—空气混合物虽然也属于爆炸性物质，但它们在通常大气条件下，在设备或厂房内发生的爆炸与液态爆炸物质的爆炸是有区别的。可燃气体、粉尘和空气混合物由火源点燃后，反应速度逐渐加快，在厂房或设备内各点的压力是同时上升的，其速度也比较慢，通常不会形成爆轰波，不转化为爆炸。所以，从严格意义上说，它们不属于爆炸。但是，由于可燃气体、粉尘和空气混合物在设备或厂房内起火后，压力显著升高，使设备或厂房遭到破坏，如使设备裂成碎片，使厂房损坏等，这种破坏在性质上和表观现象上又都具有爆炸破坏的特征，因而习惯上仍把这一现象称为爆炸。
4．生产过程防火防爆
根据物质燃烧和爆炸原理，要防止发生火灾爆炸事故，一定要防止可燃可爆系统的形成。因此，在生产过程中应采取各种有效的安全技术措施，对有燃爆危险的物料加强安全管理，必须严格控制生产用火，消除不必要的火源和加强动火管理。
(1)易燃易爆物质的处理
①按物质的性质采取措施 在生产过程中，应首先考虑改进工艺，尽量以危险性小的物料代替危险性大的物料作生产中的原材料，并应尽量减少危险物料的用量和储存量。如液体沸点高于110℃时，常温下不会达到爆炸浓度，所以若工艺过程允许，用高沸点液体代替低沸点液体就比较安全。
对于具有自燃能力的物质(如油脂、赛璐珞等)、遇空气能自燃的物质(如黄磷)遇水能燃烧、爆炸的物质(如硝化纤维)要严禁与酸、碱接触；对机械作用比较敏感的物质(如起爆药)要轻拿轻放。
可燃气体和蒸气往外排空，要根据它们对空气的密度采用不同的排空方法。例如，氢气的相对密度是0.07，它可以直接由高处排空。又如丙烷的相对密度为1.51，比空气重，它不能直接排空，而要采用点燃火炬的方式排空。
储存易燃、可燃液体时，要根据它们的密度、沸点、饱和蒸气压力考虑容器的耐压强度、储存温度以及应采取的保温、降温措施。例如，对于闪点低于28℃，而沸点在38—85℃之间的地上易燃性液体储罐，应采取喷淋冷却或气体回流冷凝措施。
对于不稳定的物质，在储存时应添加稳定剂。例如，含有水分的氰化氢长期储存会引起聚合放出聚合热，而热量会使蒸气压上升导致设备炸裂。所以通常加入浓度为0.01％—0.5％的硫酸或其他酸性物作稳定剂。又如，乙醚受到阳光作用时能生成具有爆炸性的过氧化物，所以它必须放在金属桶内或暗色的玻璃瓶中。
液体具有流动性，因此要考虑一旦容器破裂，液体I句低处流散的情况。若发生火灾，火灾也会随着液体的流散而蔓延。为此，在储罐反应设置必要的防护堤。
物质的电阻和介电性能直接关系到物质在生产、储运过程能否产生危险的静电。因此，对容易产生静电的物质应采取防静电措施。
②系统的密闭和负压操作 把可燃气体、液体或粉尘放在密闭容器或设备中储存或操作，可以防止空气侵入容器或设备形成爆炸性混合物；也可以防止气体或粉尘逸出，使生产环境内可燃物浓度超过爆炸下限而形成系统。
可燃可爆危险物在小于100 kPa的负压条件下储存和操作是比较安全的，当压力低于临界压力，容器和设备内的危险物就不会燃烧也不会爆炸。例如，环氧乙烷的临界压力为40 kPa，所以环氧乙烷储存或操作时的压力必须低于40 kPa。采用负压条件也可以防止危险物泄人生产环境。但是，负压设备应防止进入空气。当设备与管道密封不良时，空气被吸人负压设备，使设备内危险物浓度进入爆炸范围，就会出现危险条件。
为了保证设备的密封性，在考虑便于检修的条件下，应尽量减少用法兰连接接点。输送可燃气体、液体的管道应尽量采用无缝钢管
在生产过程中，负压容器或设备在进行开闭阀门、投料、放料等操作时，要谨防空气进入负压系统形成危险条件。
正压和负压系统在操作时均应严格控制压力、防止超压。在装置检修时，应进行探伤，检查密闭性和耐压程度。若发现填料损坏，应立即调换，以防渗漏。
③通风除尘 尽管对容器、设备、管道采取很多密封措施，但实际上总会有部分可燃气体、蒸气或粉尘泄漏的厂房内。可燃物的密度大多比空气大，它们往往会积聚在地面附近，使某一区域的浓度进入爆炸范围形成危险。采取通风除尘措施，可以降低空气中的可燃物含量，一般应降到少于或等于爆炸下限的1／4。对有毒的物质应该按照卫生标准控制在最高允许浓度以下。排除或输送超过80℃的空气或其他气体，应使用由非燃烧材料制成的通风设备，排除有燃烧爆炸危险粉尘的排风系统，应采用不产生火花的除尘器。当粉尘与水分接触能生成爆炸性气体时，不应采用湿式除尘系统。
通风管道不宜穿过防火墙等防火分隔物，以免发生火灾时，火焰顺管道通过防火分隔物蔓延开来。
④惰性气体保护 生产中常见的惰性气体有氮气、二氧化碳和水蒸气等。在爆炸性混合物中充人惰性气体，可以缩小爆炸范围，直到成为非爆炸性混合物，并能制止火焰蔓延。这种措施常用于以下几个方面：
a.易燃固体物质的粉碎、筛选、混合以及粉状物料输送时，采用惰性气体进行覆盖保护；
b.在可燃易爆的物料系统中，在进料前用惰性气体排除系统中原有的气体，在进料后使系统保持正压，防止形成爆炸性?昆合物；
c．将惰性气体管路与有火灾爆炸危险的设备、储槽连接起来，以利在万一发生危险时用惰性气体保护或灭火。
d．易燃液体利用惰性气体充压输送；
e．在有爆炸性危险的生产场所，对有引起火花危险的电器、仪表等采用充氮正压保护；
f．易燃易爆系统检修动火前，使用惰性气体进行吹扫和置换；
g．在发生跑料事故时，用惰性气体稀释可燃气；在发生火灾时，用惰性气体进行灭火。
(2)工艺参数的安全控制 在一些有化学或物理化学变化的生产过程中，有各种工艺参数，例如温度、压力、流量、物料配比、液位等，正确操作并正确指示出它们的变化情况是保证安全生产的基础条件。为了保证安全生产，应该对这些参数采取自动控制和危险信号报警等技术措施。
①温度控制 在有化学和物理化学变化的生产过程中，往往都伴随有热量的变化，有的过程要放出热量，有的过程要吸收热量，化学反应过程尤其是这样。为使过程能正常进行，就必须采取措施向反应系统加入或移走一定的热量，即加热或冷却，使系统的反应温度控制在适当的温度范围内。
正确控制反应温度对保证产品质量和降低能耗非常重要，对防火防爆也有重要意义。温度过高，可能引起剧烈的反应而发生冲料或爆炸，也可能引起反应物的分解着火；温度过低，有时会造成反应减慢或停滞，而一旦反应温度恢复正常时，则往往会由于反应的物料过多而发生剧烈反应甚至爆炸。温度过低，还会使某些物料冻结，造成管路堵塞或破裂，使易燃物料外泄。如果温度控制失灵，或者由于误操作而发生反应温度控制不准，会使反应系统的温度、压力突然升高，引起冲料、燃烧，甚至发生火灾爆炸事故。
对自动化程度高，连续性强的生产装置，要求对温度实行自动测量、自动记录、自动调节、自动报警和自动切除。通常要设有下限温度报警和上限温度报警。当达到极限温度时，应能报警并自动切断进料，停止化学反应或者排料。
②压力控制 在化工生产中，有许多反应需要在一定压力下才能进行，或者要用加压的方法来加速反应速度，提高效率。因此，加压操作在化工生产中普遍采用，流程中使用的塔、釜、器、罐大部分是压力容器，正确操作、维持压力稳定，是安全生产的重要措施。否则，可以引起大量物料泄漏甚至起火爆炸。若严重超压，可导致容器本身爆炸。
③投料控制 主要控制投料速度、投料配比、投料／顷序和原料纯度。
a.投料速度。对于放热反应，加料速度不能超过设备的传热能力，否则将会引起温度急剧升高，并发生副反应使物料分解。如果加料速度突然减小，则使温度降低，会使反应物不能完全作用而积聚。此时，若采取不适当的升温措施，会使反应加剧进行，温度和压力都可能突然升高而造成事故。
b．投料配比。反应物料的配比要严格控制，影响配比的因素要准确的分析和计量，如反应物料的浓度、含量、流量、质量等。
c．投料顺序。涉及危险品的生产，必须要按照一定的顺序投料。例如氯化氢的合成应先投氢，而后投氯；三氯化磷的生产应先投磷后投氯。否则可能发生爆炸。
d.控制原料纯度。有许多化学反应，往往由于物料中含有的杂质而发生副反应，以致造成火灾或爆炸。例如乙炔生产，若原料电石中磷化钙含量过高，就有可能发生爆炸事故。因此，要求对原料和中间产品有严格的质量检查制度，保证它们的纯度和含量。
④流量、液位控制 物料的流量是石油化工生产中很重要的工艺参数。对危险性较大的生产过程，控制物料流向尤其重要。如果流量控制不稳定，会由于流量大，加料快而发生冲料事故，以至伤人和引起火灾。易燃、可燃液体在管道中流动时，会产生静电。为了限制静电产生、防止静电事故，就要控制这些液体在管道中的流速。也就是要控制易燃可燃液体在管道中的流量。例如，乙醚采用12mm管径，二硫化碳采用24 mm管径的管子输送，其最大流速只允许达到1~1.5 m／s。
储罐、反应器的液位也是一个重要的控制参数。例如，储罐的液位过低，容易将罐抽瘪，液位过高易发生冒料。因此，为了保证安全生产，在液位控制上要设有低液位报警和高液位报警。对于危险物料，还要设置危险液位报警和自动切除进料或出料联锁控制。
⑤防止跑、冒、滴、漏 生产过程中跑、冒、滴、漏往往导致易燃、可燃液体和气体在环境中扩散，这是一个造成火灾爆炸事故的重要原因。造成跑、冒、滴、漏一般有以下3种情况：
a．操作不精心或误操作，例如，收料过程中的槽满跑料，分离器液面控制不稳，开错排污阀等；
b．设备、管线、机泵结合面不严密；
c.设备、管线被腐蚀、未及时检修更换。
为了确保安全生产，杜绝跑、冒、滴、漏，必须加强操作和维修人员的责任心与技术培训，稳定工艺操作，提高检修质量，保证设备完好率，降低泄漏率。为了防止误操作、对比较重要的管线应涂以不同的颜色以示区别，对重要的阀门要采取挂牌、加锁等措施。不同管道上的阀门应相隔一定的间距，以免启闭错误。
(3)火源的控制和消除 在工业生产中，可能遇到的火源有加热炉火、反应热、电热和电火花、静电火花、机械摩擦热、撞击火星、高温表面、生活用火等。这些火源是引起可燃可爆物质着火爆炸的常见原因。控制这类火源的使用范围，消除生产中不需要的火源，严格动火管理，对于防火防爆是十分重要的。
①明火的控制 生产过程中的明火主要是指加热用火、维修用火及其他明火。
a．加热用火。加热易燃物料时，应尽量避免采用明火，而用采用蒸汽、热水或其他热载体。如果必须采用明火、设备应严格密闭，燃烧室应与设备分开建筑或隔离。使用的设备应定期检查强度和密封性，防止泄漏。
装置中明火加热设备必须与可能泄漏易燃气体或蒸气的设备和储罐相隔足够的安全距离，并应布置在散发易燃物料的设备或储罐的顺风或上风向。有一个以上的明火设备，应将其集中布置在装置或罐区的边缘。
b．维修用火。在有易燃易爆物料的场所，应尽量避免焊割等动火作业。如果因为生产急需无法停工，应将要检修的设备或管线卸下，移到固定动火区内进行修理。固定动火区距易燃易爆厂房、设备、管道等不应小于30m。
输送、盛装易燃易爆物料的设备、容器、管道需要动火时，应首先对系统进行彻底的清洗，再用惰性气体吹扫置换，经分析可燃气或蒸气的浓度符合下述标准时，才准动火：
爆炸下限大于或等于lo％的可燃气体或蒸气，其浓度应小于1％；
爆炸下限大于或等于4％的可燃气体或蒸气，其浓度应小于0．5％；
爆炸下限小于4％的可燃气体或蒸气，其浓度应小于0．2％。
当需要修理的系统与其他设备管线连通时，应将相连接的管道拆下断开或加金属盲板隔绝，在堵盲板处要登记、挂牌，防止易燃易爆物料窜人检修系统，或因遗忘造成过失。
若在不停车的条件下检修，要求环境通风良好；备有灭火设施；设备、容器内部保持正压；装置内可燃气体或蒸气中含氧量极低，其浓度保持在爆炸上限以上时，才能动火。
在积存有可燃气体或蒸气的管沟、深坑、下水道内及附近区域需要动火时，也应进行吹扫、分析，当可燃气或蒸气浓度符合上述标准时，方可动火。
c．其他明火。对熬炼设备要经常检查，防止烟道窜火和熬锅破漏。熬锅盛物料不要太满，以防溢出，并要严格控制加热温度。在生产区熬炼时，应正确选择熬炼地点，并经企业安全管理部门同意。
②避免摩擦加撞击 机器中轴承等转动部分的摩擦，铁器的相互撞击，铁器工具打击混凝土地面等，都可能产生火花。当管道或金属容器裂开，易燃物料喷出时，也可能因摩擦而起火。棉花中混入钉子和石子等杂物，在打棉机里摩擦会引起着火。面粉厂、木材加工厂中也常由于摩擦而引起着火。防止由于摩擦、撞击起火的措施如下。
a.机器轴承的转动部分应保持良好的润滑，并经常清除周围的可燃油垢。
b．在有易燃易爆物的场所，凡是撞击的两部分，应采取两种不同的金属制成，例如，黑色金属和有色金属。在不能使用有色金属制造的某些设备里，应采用惰性气体保护或真空操作。
c．应避免使用铁制工具，而应采用青铜材料制成的各种工具，如锤子、扳子、铲子等。
d．为了防止钢铁零件随物料带入设备内发生撞击起火，可在这些设备上安装磁铁分离器。
e．搬运盛有可燃气体或易燃液体的金属容器时，严禁抛掷、拖拉，防止互相撞击。
f.不准穿带钉子的鞋进入有燃烧、爆炸危险的生产区域。在特别危险的防爆厂房内地面应采用不发光的材料铺成。
③防止电热和电气火花 电气线路和设备运行总是要发热的，在设计和安装时都应考虑有一定的散热和通风措施，所以在正常稳定运行时，它们的散热和放热互相平衡，其最高温度都不会超过一定的范围。如果散热和通风措施受阻，就会破坏放热和散热之间的平衡，造成设备过热，温度上升，构成危险。若发生短路、过载、接触不良、绝缘老化等情况，就会在电气线路、设备上产生事故电热，会使温度急剧上升构成火源。
根据放电原理、电火花有如下3种。
a．高压电的火花放电。在高压电极附近，部分空气绝缘层被破坏，产生电晕放电；当电压继续升高时，空气绝缘层全部被破坏，出现火花放电，其所需电压至少在400 V以上；
b．弧光放电。指开闭回路、断开配线、接触不良、短路、漏电、打碎灯泡等情况下在极短时间内发生的放电；
c.按点上的微弱火花。指在低压情况下，接点的开闭过程中也能产生肉眼看得见的微小火花。在自动控制中用的继电器接点上或在电动机整流子、滑环等器件上产生的火花都属于这一种。
由上述原理可知，电气线路和设备在正常运行和事故状态下运行，都有电热和电火花产生，它们都有可能点燃可燃气体、蒸气和爆炸性粉尘。因此，在爆炸危险场所的电气线路和设备，在设计、选型、安装、使用时应根据国家电气防爆规程进行。
④消除静电危害 在石油、化工、纺织、轻工等行业中，经常会遇到有害的静电。静电的电量虽不大，但其电压很高，容易产生火花放电。在爆炸危险场所，静电放电的能量足以将可燃气体、蒸气和爆炸性粉尘点燃，引起火灾和爆炸。因此，在生产过程中，必须消除静电的危害。
消除静电危害的主要途径有两条：其一是创造条件，加速泄或中和生产过程所产生的静电，使积累的静电不超过安全的限度；
其二是控制工艺过程，限制静电的产生，使其不超过安全限度。
⑤其他火源的控制 其他火源控制的重点是：
a.防止易燃物料与高温的设备、管道表面相接触、可燃物的排放口应远离高温表面，高温表面要有隔热保温措施。隔热保温层应采用不燃烧的材料；
b．油抹布、油棉纱等能够自燃着火，应放置在安全地点或装入金属桶内；
c．燃着的烟头表面温度为200～300℃，中心为700—800℃，超过了大多数可燃物质的自燃点，而且烟头的阴燃时间较长，所以它是易燃、可燃物质常见的起火原因。因此，在爆炸危险场所及其厂区要严禁携带火种和禁止吸烟。
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