物質燃燒、爆炸過程中會釋放出物質內部潛藏的能量，這些能量通常是人們生產、生活所需能量的主要來源。但是，當人們對燃燒爆炸失去控制，就要釀成災害，造成火災或爆炸事故。所以，防止火災、爆炸事故必須控制燃燒、爆炸發生的條件，限定燃燒、爆炸發生的空間范圍。
火災、爆炸事故的形成和發展，有其自身的規律和特點。當火災發生后，火要向四周各個方向蔓延，而且會隨著時間的延長，火勢向外蔓延的速度加快，著火的范圍急劇擴大，失的程度也就越發嚴重。所以，火災發生后需要及時迅速地進行撲救。爆炸事故是突然發生的，所以一旦發生爆炸就無法控制和制止。為了防爆，只能在爆炸事故出現之前，采取安全防范措施，防止爆炸條件的形成。火災和爆炸，除了各自單獨發生外，有時還互為因果，擴大事故的規模，造成更加嚴重的損失。
1.燃燒和爆炸的形成機理
(1)燃燒及其必要條件? 燃燒是一種放熱、發光的化學反應，在反應過程中，物質會改變原有的性質變成新的物質，所以放熱、發光、生成新物質是燃燒反應的三個特征。下列反應均為燃燒反應：
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燃燒反應在本質上屬于氧化—還原反應，參加反應的物質必須包含有氧化劑和還原劑，也就是通常所說的助燃物和可燃物。助燃物主要是氧、氟、氯、一些含氧酸及其鹽也可作助燃物(如HNO3、NHNO3、KCO3)。許多金屬(如鐵、鋁、鎂等)和非金屬單質(如氫、碳、硫等)可作可燃物，有機化合物(如甲烷、汽油、合成高分子材料等)幾乎都是可燃物。
要使可燃物和助燃物發生化學反應，還必須具有點火能源，明火、電火花、摩擦和撞擊火花、靜電火花、化學反應熱、高溫表面、雷電火花、光和射線、壓縮升溫等均可作為點火能源。 綜上所述，可燃物、助燃物和點火能源是燃燒得以發生的3個必要條件，也就是通常說的燃燒三要素。但是，有時即使上述3個要素都具備，燃燒也并不一定發生，這是因為燃燒對可燃物和助燃物有一定的濃度和數量要求，對點火能源有一定的強度和能量要求。例如甲烷的濃度小于5％或空氣中氧氣含量小于12％時甲烷不能燃燒。當空氣中氧氣含量小于14％時，木材也不會燃燒。若用熱能引燃甲烷—空氣混合氣體，當溫度低于甲烷的自燃點時，燃燒不會發生。電焊火星的溫度高達1200℃，可以點燃爆炸性混合氣體。但如果落在木板上，通常不會引起燃燒。因為木板所需的點火能量遠大于爆炸性混合氣體，火星的溫度雖高，但熱量不足，故不能引燃木材。由此可見，具備一定數量和濃度的可燃物和助燃物以及具備一定強度和數量的點火能源同時存在，并且發生相互作用，才是引起燃燒的必要條件。 一切防火和滅火措施，都是根據物質的特性和生產現場的條件，控制和消滅燃燒條件中的任何一個。 (2)燃燒的形式和種類 ①燃燒過程?%20大多數可燃物質的燃燒是在蒸氣或氣態下進行的。由于可燃物質的聚集狀態不同，其受熱所發生的燃燒過程也不同。氣體最容易燃燒，其燃燒所需的熱量只用于本身的氧化分解，并使其達到自燃點而燃燒。液體在熱源作用下，首先蒸發成蒸氣，然后蒸氣被氧化、分解，然后在氣相中著火燃燒。固體的燃燒，如果呈硫、磷、萘等單質，它們首先受熱熔化或升華，然后蒸發生蒸氣，氧化分解后著火燃燒。如果是復雜的化合物，在受熱時首先分解，然后氣態產物和液態產物的蒸氣發生氧化后著火燃燒。燃燒時放出的熱量又會使可燃物繼續溶化，分解、蒸發、氧化、著火、燃燒，只有助燃物源源不斷地供給，燃燒就一直進行到燃物燒完為止。各種狀態可燃物質的燃燒過程如圖20—8所示。![]()
②燃燒形式?%20可燃物質由于其聚集狀態有氣態、液體和固態，它們在空氣中燃燒時，一般有5種燃燒形式：
a．擴散燃燒。當可燃氣體(如氫、丙烷、汽油蒸氣等)從管口、管道或容器的裂縫等處流向空氣時，由于可燃氣體和空氣互相擴散混合，其混合濃度達到爆炸范圍的部分遇火源即能著火燃燒。它們形成的火焰叫擴散焰。擴散焰的結構見圖20—9所示。
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b．蒸發燃燒。可燃液體(如酒精、苯等)的燃燒，是由于液體受熱蒸發，產生的蒸氣和空氣互相混合后，被點燃產生火焰，它放出的熱量進一步加熱液體表面，使液體持續蒸發，燃燒持續進行下去。 c．分解燃燒。固體可燃物(如木材、煤、橡膠等)、高沸點液體和低熔點的固體物質-(如重油、蠟、瀝青等)燃燒時，首先受熱分解，放出可燃氣體，這種氣體被點燃產生火焰，放出的熱量使可燃物不斷地分解，燃燒不斷地進行下去。 d．表面燃燒。一些不揮發也不分解的固體可燃物(如焦炭、鋁、鐵、鈦)在空氣中點燃后，燃燒反應發生在固體可燃物的表面，它能產生紅熱的表面，而不產生火焰。 e．混合燃燒。可燃氣體或可燃粉塵與助燃氣體在容器內或空氣中擴散混合，其濃度在爆炸范圍內，遇火源即會發生燃燒，產生一個小火球，此火球在混合氣所分布的空間中快速擴大，直到把混合氣全部燒盡。但是，在某種條件下，也可能轉化為爆炸。很多火災、爆炸事故是由混合燃燒引起的，失去控制的混合燃燒往往會造成重大的經濟損失和人員傷亡。 在上述5種燃燒形式中，某種燃燒形式一經發生，就有可能轉化為其他形式，或者導致幾種形式同時發生。一旦發生這種情況，往往會帶來重大災難和后果。 ③燃燒種類?%20燃燒現象按其形成的條件和瞬間發生的特點，分為著火、閃燃、自燃3種。 乙著火。可燃物受到外界火源直接作用而開始的持續燃燒現象叫作著火。這是日常生產、生活中最常見的燃燒現象。例如，用火柴點燃柴草、煤油、液化氣等。可燃物開始著火所需的最低溫度叫做燃點，也稱著火點。可燃物質的燃點越低，越容易著火。 氣體、液體、固體可燃物都有燃點。但是，燃點對可燃氣體和易燃液體沒有多大實際意義。因為可燃氣體除氨外，其燃點都大大低于零度；而易燃液體的燃點僅比閃點高1—5℃。但是，燃點對于可燃固體和閃點比較高的可燃液體具有實際意義。控制這些物質的溫度在燃點以下，是預防火災發生的一個措施。在滅火時采用的冷卻法，其原理就是將燃燒物質的溫度降到它的燃點以下，使其燃燒過程中止。 b．閃燃。任何一種液體的表面上都有一定數量的蒸氣存在，蒸氣的濃度則取決于該液體所處的溫度，溫度越高則蒸氣濃度越大。在一定的溫度下，易燃、可燃液體表面上的蒸氣和空氣的混合氣與火焰接觸時，能閃出火花，但隨即熄滅。這種瞬間燃燒的過程叫閃燃，液體能發出閃燃的最低溫度叫閃點。液體在閃點溫度下，蒸發速度較慢，表面上積聚的蒸氣遇火一瞬間即已燒盡，易燃、可燃液體隨時都有遇火源而被點燃的危險。所以閃點是液體可以引起火災危險的最低溫度。液體的閃點越低，它的火災危險性越大。 c.自燃。可燃物質在沒有外界火源的直接作用下受熱或自身發熱，并由于散熱受到阻礙，使熱量蓄積，溫度逐漸上升，當達到一定溫度時發生的自行燃燒現象，叫做自燃。可燃物質不需點火源的直接作用就能發生自行燃燒的溫度，叫做自燃點三 自燃按其引燃燒源分為自熱燃燒和受熱燃燒兩種。 (a)自熱燃燒。可燃物質因內部所發生的化學、物理或生物化學過程而產生熱量，這些熱量在適當條件下會逐漸積累，使物質溫度上升達到自燃點而燃燒，這種現象稱為自熱燃燒。 (b)受熱自燃。可燃物質在外部熱源作用下，使溫度逐漸升高，當達到其自燃點時，即可著火燃燒。這種現象稱為受熱自燃。
(3)可燃物質的危險特性?%20能夠發生火災、爆炸危險的可燃物質種類繁多，為了評價它們的危險程度，并采取相應的正確的預防措施，首先就要確定它們的危險特性。能直接導致火災、爆炸事故發生的危險特性，有爆炸極限、閃點、燃點、自燃點、最小點火能量和最大滅火間距等。下面著重敘述爆炸極限、最小點火能量和最大滅火間距。
①爆炸極限?%20可燃氣體、蒸氣或粉塵和空氣構成的混合物，并不是在任意濃度下遇火源都能燃燒爆炸，而只是在一定的濃度范圍內才能發生燃燒爆炸。在此濃度范圍內，濃度不同，火焰蔓延速度(即燃燒速度)也不相同。當混合物中所含的量稍多于化學計算濃度時，混合物的放熱量最大，火焰蔓延速度最快，燃燒也最劇烈。町燃物濃度增加或減少都要減少發熱量，減慢蔓延速度。當濃度低于某一最低濃度或高于某一最高濃度，火焰便不能蔓延，燃燒也就不能進行。在火源作用下，可燃氣體、蒸氣或粉塵在空氣中恰足以使火焰蔓延的最低濃度，稱為該氣體、蒸氣或粉塵與空氣混合物的爆炸下限，也稱燃燒下限。同理，恰足以使火焰蔓延的最高濃度，稱為爆炸上限，也稱燃燒上限。上限和下限統稱爆炸極限或燃燒極限。濃度在上、下限之間的范圍內，在火源作用下能夠引起燃燒或爆炸；在此范圍之外，則不會著火，更不會爆炸。濃度在爆炸上限以上，若空氣能補充進來，則隨時有發生燃燒，爆炸的危險。
因此，對濃度在上限以上的混合氣，通常仍認為它們是危險的。
多組分可燃氣體的爆炸極限，通常用計算的方法獲得。單組分可燃氣體、蒸氣的爆炸極限可以從各種手冊中查到。
根據理?查特理法則計算，當混合氣體中含有兩種以上成分的町燃氣體或蒸氣時，它們的爆炸極限，可根據理?查特理法則計算。其計算公式如下：
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式中???%20X1m——混合氣體的爆炸下限；
X2m，——混合氣體的爆炸上限； na，nb，nc…——可燃混合氣中a，b，c…各組分的百分含量；na，十nb+nc+…＝100％； X1a，Xlb，X1c…——混合氣中各可燃氣組分的爆炸下限。 X2a，X2b,X2c，…——混合氣中各可燃氣組分的爆炸上限。 例題1?%20某天然氣含甲烷80％，乙烷15％，丙烷4％，丁烷1％。求天然氣的爆炸極限。假設a、b、c、d分別表示甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。![]()
由于理?查特理法則推導時引入了各種可燃氣組分同時著火的假設，所以(1)和(2)式適用于計算反應活性和活化能正相近的各種碳氫化合物混合氣的爆炸極限，對其他可燃性氣體混合物的計算結果有些偏差，但亦有一定的參考價值。
根據經驗公式計算，含有惰性氣體的多組分可燃氣體混合物的爆炸極限可用下式計算：![]()
煤氣的爆炸范圍為16．7％~84．8％。
爆炸極限的影響因素。爆炸極限通常是在常溫、常壓等標準條件下測定出來的數據，它不是固定的物理常數。不同的物質有不同的爆炸極限。同一種可燃氣體、蒸氣的爆炸極限也不是固定不變的。它隨溫度、壓力、含氧量、惰性氣體含量、火源強度等因素的變化而變化。
初始溫度。混合物著火前的初溫升高，會使爆炸極限范圍擴大，爆炸危險性就會增加。
初始壓力。混合氣體的初始壓力增加，上限顯著提高，爆炸范圍擴大。例如甲烷的爆炸范圍在100 kPa下為5．3％~14％，在1000kPa下為5．7％~17。2％。混合氣體在減壓的情況下，爆炸范圍會隨著減小。壓力降到某一數值，上限與下限重合，這一壓力稱為臨界壓力。低于臨界壓力，混合物則無燃燒爆炸的危險。所以在化工生產中，對于一些燃爆危險性大的物料的生產、儲存，往往采用在臨界壓力以下的條件進行。
含氧量。混合物中的含氧量增加，爆炸上限提高，爆炸范圍擴大，爆炸危險性增加。例如，甲烷在空氣中的爆炸范圍為5．3％~14％，在純氧中的爆炸范圍為5．0％～61％。
