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第2章
爆炸基础理论

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2.1 爆炸本质及条件

爆炸的实质是某一物质系统在发生迅速的物理变化或化学反应时,系统本身的能量借助于气体的急剧膨胀而转化为对周围介质做机械功,通常同时伴随有强烈放热、发光和声响的效应。

按爆炸能量的来源分类,爆炸可分为物理爆炸、化学爆炸、核爆炸 3 类。

2.1.1物理爆炸

物理爆炸是一种极为迅速的物理能量因失控而释放的过程。

其特征是体系内的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、光和热等形式。爆炸前后,物质的化学性质及化学成分不改变。

物理爆炸发生的条件是:体系内存有高压气体或者在爆炸瞬间形成的高温高压气体或蒸气的急剧膨胀,爆炸体和它周围的介质之间发生急剧的压力突变。

例如,锅炉爆炸、压力容器爆炸、水的大量急剧汽化等爆炸过程都属于物理爆炸。

2.1.2化学爆炸

化学爆炸是物质在短时间内完成化学变化,生成其他物质,同时产生大量气体和能量的现象。

化学爆炸的特征是:速度快,同时产生大量气体和大量热量,并能自动迅速传播。

例如,乙炔的爆炸、可燃气体混合物的爆炸、粉尘爆炸、火炸药的爆炸等都属于化学爆炸。

另外,根据化学反应类型的不同,化学爆炸可分为分解爆炸和爆炸性混合物爆炸。

2.1.3核爆炸

核爆炸是某些物质的原子核发生裂变反应或聚变反应时,释放出巨大能量而发生的爆炸,如原子弹、氢弹。

工矿企业的爆炸事故以化学爆炸居多,本书着重讨论化学爆炸。 d8Z0OeSfkm4Np5VronkKx8Mgh0AjBC+2+ssvF70Np0ylcW66sfSLAVtuNyzj8YS3



2.2 爆炸分类及特征

2.2.1 按爆炸反应相态分类

按照爆炸反应相态不同,爆炸可分为气相爆炸、液相爆炸、固相爆炸。

(1)气相爆炸

它包括可燃性气体和助燃性气体混合物的爆炸;气体的分解爆炸;液体被喷成雾状物在剧烈燃烧时引起的爆炸,称为喷雾爆炸;飞扬悬浮于空气中的可燃粉尘引起的爆炸等。气相爆炸的分类见表 2-1。

表 2-1 气相爆炸类别

(2)液相爆炸

它包括聚合爆炸、蒸发爆炸以及由不同液体混合所引起的爆炸。例如,酸和油脂,液氧和煤粉等混合时引起的爆炸;熔融的矿渣与汞接触或钢水包与水接触时,由过热发生快速蒸发引起的蒸汽爆炸等。液相爆炸的分类见表 2-2。

(3)固相爆炸

它包括爆炸性化合物及其他爆炸性物质的爆炸(如乙炔铜的爆炸);导线电流过载、导线过热、金属迅速汽化而引起的爆炸等。固相爆炸的分类见表 2-2。

表 2-2 液相、固相爆炸类别

续表

2.2.2 按爆炸速度分类

按照爆炸的瞬时燃烧速度的不同,爆炸可分为轻爆、爆炸、爆轰。

(1)轻爆

物质爆炸时的燃烧速度多为每秒数米,爆炸时无多大破坏力,声响不太大。例如,无烟火药在空气中的快速燃烧,可燃气体混合物在接近爆炸浓度上限或下限时的爆炸即属于此类。

(2)爆炸

物质爆炸时的燃烧速度为每秒十几米至数百米,爆炸时能在爆炸点引起压力激增,有较大的破坏力,有震耳的声响。可燃性气体混合物在多数情况下的爆炸,以及被压缩火药遇火源引起的爆炸等即属于此类。

(3)爆轰

爆轰(又称爆震)是一种传播速率高于未反应物质中声速的化学反应。爆轰时的燃烧速度通常高于 1 000 m /s。爆轰时的特点是突然引起极高压力并产生高超音速的“冲击波”。在极短时间内产生的燃烧产物急速膨胀,像活塞一样挤压其周围气体,反应所产生的能量有一部分传给被压缩的气体层,形成的冲击波由它本身的能量所支持,迅速传播并能远离爆轰的发源地而独立存在。某些气体混合物的爆轰速度见表 2-3。

表 2-3 某些气体混合物的爆轰速度

2.2.3 其他爆炸类型划分

(1)闪爆

闪爆就是当易燃气体在一个空气不流通的空间里,聚集到一定浓度后,一旦遇到明火或电火花就会立刻燃烧膨胀发生爆炸。闪爆一般情况只是发生一次性爆炸,如果易燃气体能够及时补充还将多次爆炸。闪爆的威力相对较大。

闪爆的危害:闪爆突发性强,火灾危害性大。事发之前常无明显征兆,从发生到结束的整个反应过程甚至不到 0.1 s,根本不给人们反应的时间。

闪爆后波及范围广。例如,在常温常压下,液化气极易挥发,液体遇空气后能迅速扩大 250~300 倍。由此可知,当液化气泄漏时会变成大量的气体滞留在空气中,且形成大面积危险区域。

闪爆多发生于有易挥发可燃液体、可燃物粉尘较多、可燃气体残留较多且通风不好的密闭空间。家庭“闪爆”事件多发于厨房。

(2)爆燃

爆燃是一种燃烧波,以小于音速的速度通过热传递传播。例如,易燃混合物在废气回收处理系统中引燃会导致 10 倍初始压力的爆燃,传播速度一般可达 10~340 m /s。

锅炉在启动、运行、停运中容易发生爆燃事故。在锅炉爆燃的过程中,炉膛中积存的可燃混合物瞬间同时燃烧,使炉膛烟气侧压力突然升高。严重时,锅炉爆燃产生的压力,可超过设计结构的允许值而造成水冷壁、刚性梁及炉顶、炉墙破坏。

爆燃的产生必须要有 3 个条件(即爆燃三要素),缺一不可:一是有燃料和助燃空气的积存;二是燃料和空气混合物达到爆燃的浓度;三是有足够的点火能源。

锅炉在启动、运行、停运中,避免燃料和助燃空气积存就是杜绝炉膛爆燃的关键所在。

(3)殉爆

上节讲到的爆炸产生的冲击波,向外传递时,可引起该处的其他爆炸性气体混合物或炸药发生爆炸,从而产生一种殉爆现象。

为防止殉爆的发生,应保持使空气冲击波失去引起殉爆能力的距离,其安全间距可计算为

式中S——不引起殉爆的安全间距,m;

g——爆炸物的质量,kg;

K——系数,K平均值取 1~5(有围墙取 1,无围墙取 5)。 d8Z0OeSfkm4Np5VronkKx8Mgh0AjBC+2+ssvF70Np0ylcW66sfSLAVtuNyzj8YS3

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