三、 燃性物质
火灾和爆炸使人类生命和财产受损,同时也可能使环境受到严重的影响。因此,谨慎小心地保管好可燃性和爆炸性化学品,采用有效的预防措施防止火灾和爆炸的发生是非常重要的。火灾或燃烧是燃烧物的放热氧化过程。燃料可以以固体、液体或蒸汽的状态出现,但蒸汽和液体一般更容易着火。火灾只有当燃料、氧化剂(一般是空气中的氧气)和点火源同时存在时才会发生。如果排除这些组份中任何一种或者这些组分不构成正确的比例,火灾都不会发生。如果能切断这些组成要素的任何一种,将有效地阻止燃烧过程。
在化工厂中最多的爆炸是由化学反应引起的,这种类型的爆炸称为化学爆炸。在性质上它们可能是向四周均匀传播的或可能沿某些方向传播的。在一个容器中发生的爆炸趋向于一种均匀性爆炸。然而,发生在一个长管道中的爆炸趋向于一种传播性爆炸。
爆轰和爆燃是传播和蔓延性质有所区别的两种类型的化学爆炸。在爆轰中,产生的冲击波以超音速(即高于声波传输的速度)传播,而在爆燃中传播速度明显低一些。爆轰波的压力远高于爆燃波的压力。爆轰比爆燃有更大的破坏性。一种爆燃过程可能会转变为一种爆轰过程,特别是当沿着一个长管道中传播时。
火灾和爆炸之间的区别在于两者释放能量的速率不同。火灾释放能量慢,其放能速率由燃料或者氧气的扩散速度来控制。而另一方面,爆炸释放能量极其迅速,典型的为微秒 数量级,同样,爆炸结果是快速释放压力或产生冲击波。
某些常见燃料,氧化剂和点火源如下所示:
火灾三组份 常用来源
燃料 固体 木屑、聚合物灰尘、粉尘、金属颗粒
液体 丙酮、异丙醇、正己烷、汽油
气体 乙炔、丙烷、丁烷、氢气
氧化剂 氧气、过氧化氢、金属过氧化物
点火源 火花、火焰、静电、热
●闪点
一种液体的闪点是指能使该液体蒸发出足够的蒸汽,从而能与空气混合达到可燃状态的最低温度。低闪点的液体比较高闪点的液体更易燃烧。闪点低于38℃的可燃液体,当有点火源存在时,甚至在室温条件下都有可能引起火灾或爆炸。闪点高于38℃的物质也归为可燃烧物质。尽管它们在室温条件下不会燃烧,但加热到它们的闪点时,可以被点着。
●爆炸范围/可燃性极限
蒸汽—空气混合物仅在一个特定的组成范围内才会着火和燃烧。当混合物组成低于爆炸下限(LEL)时,它将不燃烧,这时混合物组成对燃烧来说过于贫乏。相反,当混合物组成高于爆炸上限(UEL)时,它也不燃烧,混合物组成对于燃烧来说过于丰富了。如果一种混合物在它的爆炸范围内被点着,那么将出现烈焰四散。大多数石油蒸汽的可燃范围大概为1%到10%(体积比),而有些可燃性气体,其可燃范围很宽,保存时必须特别小心。例如,氢气是4%~76%,乙炔是2.5%~82%,环氧乙烷是3%~100%。为预防火灾和爆炸发生,常常有必要维持空气中产品的浓度低于它的爆炸下限(LEL)。例如采用恰当的通风方法。
●自动燃烧温度
在某温度下,一种物质(固体、液体或气体)在无火花和火焰存在条件下自身点燃并可维持燃烧,则此温度为该物质的自动燃烧温度。比较接近室温的自动燃烧温度,危险较高。
下表列出常见的工业化学品的闪点、可燃极限和自动燃烧温度。
化学物 闪点(℃) 可燃极限(空气中)(%) 自动燃烧温度(℃)
下限(LEL/LFL) 上限(UEL/UFL)
乙醛 -37.8 4.0 60.0 175
丙酮 -17.8 2.6 12.8 465
乙炔 -18.0 2.5 82.0 306
氨 16.0 25.0 651
苯 -11.1 1.2 7.1 498
丁烷 -60.0 1.8 8.4 287
乙酸叔丁酯 15.5 1.4 7.5 425
二硫化碳 -30.0 1.3 50.0 90
一氧化碳 12.5 74.0 607
环己烷 -20.0 1.3 8.3 245
1,1-二氯乙烯 -18.0 7.3 16.0 570
二乙基醚 -45.0 1.7 36.0 170
乙胺 3.2 12.5 472
乙酸乙酯 -4.4 2.0 11.5 427
乙醇 13.0 3.5 19.0 365
乙基乙醚 12.8 1.85 36.5 160
乙烯 2.7 36.0 49.0
二氯化乙烯 13.0 6.2 16.0 413
环氧乙烷 -20.0 3.0 100 429
正庚烷 -4.0 1.1 6.7 204
正己烷 -21.7 1.1 7.5 225
氢气 4.0 76.0 400
硫化氢 4.3 44.0 260
异丁烷 -82.7 1.8 8.4 462
异丙醇 11.7 2.0 12.0 399
甲烷 5.0 15.4 537
甲醇 -46.7 5.5 36.5 385
氯(代)甲烷 -45.6 8.1 17.4 632
甲基环己烷 -4.0 1.2 6.7 250
甲基乙基酮(丁酮) -6.0 1.8 10.0 515
正辛烷 13.3 1.0 6.5 206
戊烷 -49.4 1.4 7.8 260
丙烷 -104.4 2.2 9.5 450
乙酸丙酯 13.0 1.7 8.0 450
丙烯 2.0 11.1 455
氧化丙烯 -37.2 2.1 37.0 465
苯乙烯 31.0 1.1 6.1 490
甲苯 4.4 1.2 7.0 480
氯乙烯 -78.0 3.6 33.0 472
二甲苯(邻/间/对) 17.0/25.0/25.0 0.9/1.1/1.1 6.7/7.0/7.0 463/527/528
1.火灾和爆炸效应
火灾产生的热可造成人身伤害,火灾同样也可以引起爆炸而产生大量烟气和有害气体,过量的烟气阻碍了火灾时人员的逃生。有毒气体,如一氧化碳,最容易由含碳材料产生,它是无味的,但却是一种化学窒息剂。在火灾的第一阶段,人们可能被吸入的一氧化碳所击倒。含有氯、硫、氮等元素的可燃性物质燃烧时可能会产生刺激性和有毒性气体。例如,聚氯乙烯(PVC)和含氯聚合物,如聚氨酯泡沫,它们燃烧时会产生有刺激性的氯化氢和毒性极大的氰化氢等。爆炸可产生爆炸冲击波,对人群和建筑物都有危险。更进一步,如果爆炸发生在一个有限空间,如一个容器内,那么爆炸产生的力可使容器破裂并向周围环境喷射炸弹状碎片,通常称为炸弹效应。同时,爆炸也产生热、有毒气体或灰尘,这些危害性产物同样对人群产生一系列的伤害。
2.火灾防护
火灾防护的主要问题是预防及减少损失。
(1)预防
有效的预防火灾的简单方法是巧妙地调控形成火灾的三种构成因素(燃料、氧化剂或氧气、热源),使火灾不能启动。
氧气:
几乎所有的燃烧过程都需要有氧气存在。进一步说,较高的氧气浓度会使燃烧过程更快。惰性化常用来降低氧气浓度,使它达到安全浓度。此过程涉及加入一种惰性气体,常用氮气或二氧化碳,有时候也可以用水蒸气。最常用的惰性化过程是对容器抽真空。抽真空方法包括下面三个基本步骤:
a.对容器抽真空,达到所要求的真空度;
b.在已抽真空的容器中加入一种惰性气体,恢复到大气压力;
c.重复(1)、(2)步骤,直至氧气浓度达到所要求的浓度时为止。
热:
燃烧是一种放热过程。由一极小的的热源点燃的星星之火向周围环境释放的热远大于它开始燃烧时吸收的热,从而点燃了更多的燃料和氧气的混合物。燃烧启动后将传播成更大的着火。不同的点火源是:电源、热表面、自燃、电火花、静电和摩擦。若能保证可燃物和氧气混合物不和热源接触,那么就可以预防火灾的发生。
燃料:
氧气和蒸汽状态或微细颗粒状态的燃料混合后其燃烧是最快的。固体加工成粉末状,或加热变成蒸汽状是最容易被点着的。某些液体即使在低于室温条件下,可燃性蒸汽的挥发也可达到危险的水平。因此,预防火灾的两个基本原则是,防止可燃化学物挥发和防止它的积累量达到危险浓度。
(2)预防措施
某些常用的防火防爆措施如下:
●尽可能用有较高闪点的不可燃液体代替低闪点的可燃液体;
●使用闪点低于32℃的可燃液体时,应该对确实需要使用的场合加以限制;
●可燃性液体应保存在通风良好的区域内;
●有效的通风应该用于防止可燃性烟雾或蒸汽的积累;
●所有可燃性物质的量应该保持绝对最低量;
●可燃性液体应该贮存在一个安全容器中,安全容器应有合适的标记,在不使用的时候,应保存在一个有耐火结构的贮存室内;
●把一种可燃性溶剂从一个容器转移到另一个容器时,应使用接地导线,为的是防止产生静电火花而点燃蒸汽;
●耐火板(墙)可以用来把可燃性材料与明火和热源隔开;
●转移可燃性或/和有毒化学品时应该使用一个密封系统,以防止可燃性气雾或蒸汽逸出;
●安全性装置,例如自动温度控制感应器,可以给操作人员发出生产容器已经过热的警告,从而立即采取适当的处置措施;
●在存有可燃性材料的地方应该使用防电火花或不产生电火花的工具和材料;
●定期地和彻底地清理房屋,使房间中可燃性灰尘的积累量保持在最低程度;
●在贮存或加工可燃性物质的地方,禁止吸烟、焊接、火焰切割和其他的热作业;
●所有使用过的可燃液体固化后的材料,包括含油碎布,都应该存放在一个指定区域内的一个容器之中,在此区域内同样不允许抽烟。