爆炸是指一种物质从一种状态转化为另一种状态,并在瞬间以机械功的形式放出大量能量的过程。爆炸现象一般具有以下特征:①爆炸过程瞬间完成;②爆炸点附近的瞬间压力急剧升高;③发出响声;④周围介质发生震动或物质遭到破坏。
爆炸的分类
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、核爆炸三类。在高校实验室中,常见的爆炸事故主要是物理爆炸和化学爆炸,故核爆炸在此不作讨论。
由于物质的物理变化(如温度、压力、体积等变化)引起的爆炸称为物理爆炸。这种爆炸是物质因状态或压力发生突变等物理变化而形成的。例如:容器内液体过热、汽化而引起的爆炸,锅炉爆炸,压缩气体、液化气体超压引起的爆炸等都属于物理爆炸。物理爆炸前后,物质的化学成分及性质均无变化。
化学爆炸是由于物质发生高速放热的化学反应,产生大量气体并急剧膨胀做功而形成的爆炸现象。化学爆炸前后,物质的性质和成分均发生根本的变化。化学爆炸必须同时具备以下三种条件:①存在易燃易爆气体或蒸气,且达到爆炸极限;②存在助燃物;③存在点火源。
化学爆炸按爆炸时所发生化学变化的不同可分为简单分解爆炸、复杂分解爆炸和爆炸性混合物爆炸三类。
爆炸性混合物可以是气态、液态、固态或是多相系统。
按引起爆炸反应的相分类,分为不凝相爆炸(气相爆炸)与凝相爆炸。不凝相爆炸包括混合气体爆炸、粉尘爆炸、气体的分解爆炸、喷雾爆炸。凝相爆炸又分为固相爆炸与液相爆炸。固相爆炸包括爆炸性物质的爆炸、固体物质混合引起的爆炸和电流过载所引起的电缆爆炸等。液相爆炸包括聚合爆炸以及不同液体混合引起的爆炸。
①轻爆:爆炸传播速度数量级0.1~10m/s的过程。
②爆炸(狭义):爆炸传播速度数量级10~1000m/s的过程。
③爆轰:爆炸传播速度大于1000m/s的过程。这里“爆轰”的定义包含了燃烧过程中的爆轰。
爆炸的极限
可燃物质(可燃气体、蒸气、粉尘或纤维)与空气(氧气或氧化剂)均匀混合形成爆炸性混合物,其浓度达到一定的范围时,遇到明火或一定的引爆能量立即发生爆炸,这个浓度范围称为爆炸极限(或爆炸浓度极限)。形成爆炸性混合物的最低浓度称为爆炸浓度下限,最高浓度称为爆炸浓度上限,爆炸浓度的上限、下限之间称为爆炸浓度范围。可燃性混合物有一个发生燃烧和爆炸的浓度范围,即有一个最低浓度和最高浓度,混合物中的可燃物只有在其之间才会有燃爆危险。
可燃物质的爆炸极限受诸多因素的影响。如可燃气体的爆炸极限受温度、压力、氧含量、能量等影响,可燃粉尘的爆炸极限受分散度、湿度、温度和惰性粉尘等影响。
气体混合物的爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合物中的体积分数来表示。
粉尘在空气中达到一定的浓度,遇到明火,火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间,化学反应速度极快,同时释放大量的热,形成很高的温度和很大的压力,系统的能量转化为机械功以及光和热的辐射,发生爆炸,具有很强的破坏力。影响粉尘爆炸的因素主要有以下几个方面:①粉尘的物理和化学性质。粉尘的燃烧热越大、氧化速率越快、挥发性越强、越容易带电荷,就越容易引起爆炸。②粉尘颗粒大小。一般粉尘颗粒越小,爆炸下限越低;粉尘颗粒越干燥,燃点越低,危险性也越大。③粉尘的悬浮性。粉尘悬浮的时间越长,危险性也越大。④粉尘的浓度。粉尘与可燃物一样,其爆炸也有一定的浓度范围。
三 影响爆炸极限的因素
爆炸极限是在一定条件下测得的数据,并不是固定不变的。它随着外界条件如温度、压力、含氧量、惰性介质含量、火源强度和火焰传播方向等因素变化而变化。
①起始温度 爆炸性气体化合物的起始温度越高,则爆炸极限范围越宽,即下限降低而上限增高,使爆炸的危险性增加。
②压力 在增加压力的情况下,爆炸极限的变化不大。一般压力增加,爆炸上限随着压力增加显著增加。爆炸极限范围扩大,爆炸危险性增加。
③惰性介质 若爆炸性混合物中加入惰性气体,可使爆炸上限显著降低,爆炸极限范围缩小。当惰性气体增加到一定浓度时,可使混合物不燃不爆。因为惰性气体的增加,降低了氧气的相对含量,从而降低了爆炸上限。
④容器 容器的大小对爆炸极限有影响。容器直径越小,爆炸极限范围越窄,发生爆炸的危险性减小。当容器的直径小到一定程度时,这种器壁会使火焰无法继续而熄灭。
⑤点火能源 爆炸性混合物的点火能源,如电火花的能量,炽热表面的面积,火源与混合物接触时间长短等,对爆炸极限都有一定影响。随着点火能量的加大,爆炸范围变宽,燃烧爆炸的危险性增加。
⑥含氧量 当爆炸性混合气体中氧气含量增加时,爆炸极限范围变宽,爆炸危险性增加。如氢气在空气中的爆炸极限是4.0%~75%,在纯氧中的爆炸极限是4.0%~94%。如果减少空气中的含氧量,低于氢气的极限含氧量,氢气就不会发生燃烧爆炸。
⑦火焰传播方向(点火位置)当在爆炸极限测试管中进行爆炸极限测定时,可发现在垂直测试管中于下部点火,火焰由下向上传播时,爆炸下限值最小,上限值最大;当于上部点火时,火焰向下传播,爆炸下限值最大,上限值最小;在水平管中测试时,爆炸上下限值介于前两者之间。实验室爆炸事故多发生在具有易燃易爆物品和压力容器的实验室。
酿成事故的主要原因
①违反操作规程,引燃易燃物品,进而导致爆炸。
②易燃气体在空气中泄漏到一定浓度时遇明火发生爆炸。
③回火现象引发的燃气管道爆炸。管径在150mm以下的燃气管道,一般可直接关闭闸阀熄火;管径在150mm以上的燃气管道着火时,不可直接关闭闸阀熄火,应采取逐渐降低气压,通入大量水蒸气或氨气灭火的措施,气体压力不得低于50~100Pa。严禁突然关闭闸阀或水封,以防燃气管道内形成负压,喷嘴的火焰跟随进入管道产生回火,造成管道内部着火,炸毁管道,引起大楼损毁事故和火灾事故。当着火管道被烧红时,不得用水骤然冷却。
④压力气瓶遇高温或强烈碰撞引起爆炸,高压反应锅等压力容器操作不当引发爆炸等。
⑤粉尘爆炸。
防爆的基本措施
防爆的基