二、爆炸
(一)爆炸及其分类
爆炸主要特征是爆炸点及其周围压力急剧升高。按能量来源分为:物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。
按爆炸反应相不同分为三类:气相爆炸、液相爆炸和固相爆炸。
气相爆炸分:混合气体爆炸、气体的分解爆炸、粉尘爆炸、喷雾爆炸。
液相爆炸:如硝酸和甘油,液氧和煤粉,熔融的矿渣或钢水包与水接触。
固相爆炸:如乙炔铜的爆炸,导线过载过热引起的金属气化爆炸。
不管何种能源引起的爆炸,都具备两个特征:能源具有极大的密度和极大的能量释放速度。
(二)爆炸的破坏作用:冲击波、碎片冲击、震荡作用和次生事故。
(三)可燃气体爆炸
1、分解爆炸性气体爆炸
乙炔、乙烯、环氧乙烷等,即使在没有氧气的条件下,也能被点燃爆炸,其实质是分解爆炸。
乙炔是常见的分解爆炸气体,此外,乙炔与铜、银、汞等反应生成爆炸性乙炔盐。安全规程规定:不能用含铜量超过70%的铜合金做乙炔容器;在用乙炔焊接时,不能使用含银焊条。
分解爆炸的敏感性与压力有关。
乙烯分解爆炸所需发火能比乙炔大。压力200MPa时,很危险。环氧乙烷分解爆炸的临界压力为40KPa。
2、可燃性混合气体爆炸
燃烧反应过程分三个阶段:扩散阶段、感应阶段、化学反应阶段。其中扩散阶段时间远大于其余两个阶段。
(四)物质爆炸的浓度极限
1、爆炸极限的基本理论及其 影响因素
危险度H=(L上-L下)/L下,一般情况下,H越大,爆炸极限范围越宽,爆炸危险性越大。
1)温度的影响。混合爆炸性气体的初始温度越高,爆炸极限范围越宽,下限越低,上限越高。
2)压力的影响。在0.1-2.0MPa,对爆炸下限影响不大,对爆炸上限影响较大。大于2.0MPa时,同时影响。
当初始压力降到某一数值时,下限与上限重合,此压力成为爆炸的临界压力。
3)惰性气体的影响。随着惰性气体含量的增加,爆炸极限范围缩小。当惰性气体的浓度增加到某一数值时,爆炸上下限趋于一致,使混合气体不发生爆炸。惰性气体浓度对爆炸上限影响较大。
4)爆炸容器对爆炸极限的影响。爆炸容器的材料和尺寸对爆炸极限有影响。若容器材料的传热性好,管径越细,火焰在其中越难传播,爆炸极限范围变小。当小到某一数值,火焰就不能传播下去,称为临界直径或最大灭火间距。如甲烷的0.4-0.5mm,氢和乙炔为0.1-0.2mm。目前一般采用直径为50mm的爆炸管或球形爆炸容器。
5)点火源的影响。点火源的活化能量越大,加热面积越大,作用时间越长,爆炸极限范围也越大。
多种可燃气体组成爆炸极限的计算:Lm=100/(V1/L1+V2/L2+V3/L3)
(五)粉尘爆炸。是一个瞬间的连锁反应,属于不稳定的气固二相流反应。
1、粉尘爆炸的机理与特点
粉尘爆炸的特点:
1)粉尘爆炸速度和爆炸压力上升速度比气体爆炸小,但燃烧时间长,产生的能量大,破坏程度大;
2)爆炸感应期较长;3)有产生二次爆炸的可能性。
2、粉尘爆炸的条件及爆炸过程
1)条件:粉尘本身具有可燃性;粉尘虚浮在空气中并达到一定浓度;有足以引起粉尘爆炸的初始能量。
2)爆炸过程
粉尘爆炸过程与可燃气体爆炸相似,但有两点区别:
一是粉尘爆炸所需的发火能更多;二是气体爆炸以热传导为主,而粉尘爆炸的热辐射的作用大。
3、粉尘爆炸的特性及影响因素。评价粉尘爆炸危险性的主要特征参数是:爆炸极限、最小点火能量、最低着火温度、粉尘爆炸压力及压力 速率。
(六)燃烧爆炸的转化
爆炸的主要特征是压力急剧上升,并不一定着火;燃烧一定有发光放热现象,但与压力无特别关系。
固体或液体炸药燃烧转化为爆炸的主要三条件:
1、炸药处于密封状态,燃烧产生的高温气体增大了压力,使燃烧转化为爆炸;
2、燃烧面积不断扩大,使燃速加快,形成冲击波,从而使燃烧转化为爆炸;
3、药量较大时,炸药燃烧形成的高温反应区将热量传给尚未反应的炸药,使其余的炸药受热爆炸。