第三章 着火和灭火理论

第三章 着火和灭火理论

一、热自燃理论和典型的自燃物质

二、连锁反应着火理论

三、引燃条件

四、固体、液体和气体的引燃分析

五、灭火分析

概 述一、着火方式 1. 自燃：可燃物在无外部火源作用，因受热或自身发热并蓄热而发生燃烧的现象。 ① 热自燃 : 均匀加热 ,T↗, 达某一温度着火 . ② 化学自燃 : 化学反应产热 ,T↗ 2. 点燃 ( 引燃 ): 可燃物局部受高温热源加热 ,T↗发生燃烧的现象。 试判断下列情况下的着火方式各属什么类型 ?

① 植物油生产车间热锅中植物油的着火 ② 沉积于热管道上的可燃粉尘引起的爆炸 ③ CaC2 遇水发生的爆炸 ④ 深圳清水河 8.15 爆炸 ⑤ 用火机点燃香烟 ⑥ 新疆克拉玛依幼儿园剧场着火

二、着火条件 1. 着火：可燃体系因某种原因引起自动升温 , 反应自动加速 ,最后出现火焰的现象。 2. 着火条件 : 不着火→着火的各种因素的总和

3. 正确理解着火条件 ① 达到着火条件不一定着火 , 只是具备可能 . ② 着火条件指的是系统初始应具备的条件 . ③ 着火条件是多种因素的总和 .

第一节 谢苗诺夫自燃理论

二、谢氏理论确定的研究对象和模型 : 研究对象：预混可燃气体 简化假设 :①体积为 V, 表面积为 S, 壁温 =T0

② 气体瞬时温度为 T, 且各处均相同 ③ 容器内不存在对流 ④ 容器与环境存在对流换热 , 且 h 不变 ⑤ 着火前后物质浓度变化很小

一、基本出发点 能否着火取决于化学反应放热量与体系向环境散热量的相对大小。如果反应放热占优势，体系就会出现热量积累，温度升高，反应加速，出现自燃。反之，不能自燃

1. 放热速率与散热速率：RTE

ACg eCKnVq /

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dt

dTcVqq lg

dt

dTcVTThSeCKnV RTE

AC )( 0/

2. 放热曲线与散热曲线RTE

ACg eCKnVq /

)( 0TThSql

l

g

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q

与温度呈指数关系与温度呈线型关系

g qq

T0T

lq

RTEACg eCKnVq /

)( 0TThSql

q

T

g q

lq

T01

lq

T03

lq

T02 Tc

3. 热自燃条件

cdT

qdc

dT

qd

qq

lg

clcg

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)()(

自燃点： TC 出现火焰的最低临界温度

系统的放热曲线和散热曲线相切于一点，系统一定会发生自燃

第二节 典型物质的自燃

一、易自燃的单质和化合物1. 遇水发生自燃的物质

2. 空气能自燃的物质

3. 相互接触发生自燃的物质

4. 摩擦和撞击下自燃的物质

二、煤、植物、涂油物

一、易自燃的单质和化合物（一）遇水发生自燃的物质

共同特点：放出可燃气和大量的热

1. 活泼的碱金属和碱土金属2. 金属氢化物3. 金属碳化物4. 金属磷化物5. 硼氢化合物6. 金属粉末7. 保险粉（ Na2S2O4 ）

防火措施：隔热、密闭、防潮

（二）在空气中自燃的物质

赛璐璐

1. 直接与空气中氧发生反应

（ 1 ）黄磷

（ 2 ）烷基铝（甚至可以与空气中水发生反应）2. 分解放出可燃气与氧气反应

硝化纤维及其制品

防火措施：隔热、密闭

一、易自燃的单质和化合物

（三）相互接触自燃的物质

强的氧化剂和强的还原剂相互接触

硫 + 氯酸钾

红磷 + 氯酸钾

（四）摩擦撞击能自燃的物质

防火措施：

1. 分储分运

2. 防止撞击和摩擦

一、易自燃的单质和化合物

二、煤、植物、涂油物

（一）煤自燃的机理1. 吸附作用2. 黄铁矿的氧化作用3. 微生物繁殖4. 煤堆过高过大

共同特点：发生缓慢氧化反应，放出热量；积热不散

（二）植物自燃的原因微生物发酵

（三）涂油物自燃的原因植物油中不饱和脂肪酸甘油酯在低温下的缓慢氧化放热

QRCHCHRORCHCHR '2

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OO

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氧化、聚合过程不断进行，放出热量，温度达到自燃点就可着火

第三节 链锁反应着火理论

一、链锁反应1. 定义2. 步骤：链引发、链传递、链终止3. 分类：直链反应和支链反应（增倍因子）

二、链锁反应着火条件 1. 基本出发点： 反应自动加速不一定要依靠热量积累，也可以通过连锁反应逐渐积累自由基的方法使反应加速。自由基能否积累主要取决于链锁反应过程中自由基的增长因素和消毁因素的相互作用结果。如果体系中自由基增长因素占优势，自由基就可以积累，系统就可以着火。

问题：直链反应会不会着火？支链反应是不是一定着火？1. 链锁反应过程中自由基数目变化

ngfWgnfnWWWWdt

dn)(11321

nWdt

dn 1

)1(12 te

afWafnaWW

产

不断升高，可以着火则，自由基能够积累，如果 产W,0

2 、链锁反应着火条件

体系着火的临界条件度随时间直线增加，是则自由基恒定，反应速

，可以着火应速度随时间指数增加则自由基能够积累，反温度高时，

不能着火应速度不能自动加速，则自由基不能积累，反温度低时，

,,0)3(

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,,0)1(

32

32

32

WW

WW

WW

三、氢氧三个爆炸极限的解释

P

T

A爆炸区

非爆炸区

（ 1 ）设爆炸区有一点 A 。保持温度不变（ W2 不变），减低系统的压力，由于此时压力较低，自由基发生固相销毁，压力越低，固相销毁速度越大，当压力低于某一值时， W2<W3 系统由爆炸变为不爆炸。出现第一极限 （ 2 ）若保持温度不变（ W2 不变），增大系统的压力，由于自由基发生气相销毁，压力越高，气相销毁速度越大，当压力高于某一值时，W2<W3 系统由爆炸变为不爆炸。出现第二极限

（ 3 ）继续增大压力时，可能发生新的链锁反应，使得W2>W3, 系统由不爆炸变为爆炸。出现第三极限

第四节 着火感应期一、直观定义：混气由开始反应到燃烧出现的时间

二、热自燃理论中的着火感应期的意义 当系统具备着火条件时，由初始状态达到温度开始骤升（反应加速）的瞬间所需要的时间。

qT

g q

lq

T01

lq

T03

lq

T02 t （时间）

T

三、影响着火感应期的因素 1. 环境温度； 2. 反应发热量； 3. 活化能； 4. 着火点 四、链锁反应的着火感应期

越大，着火感应期越短

第五节 引燃条件一、引燃与热自燃的区别（整体和局部加热 ）

三、引燃条件 1. 可燃物 2. 助燃物 3. 点火源

二、引燃过程 包括热量传递、物质形态变化和火焰传播等一系列过程

可燃物和助燃物要具备一定的数量和浓度 火源具备足够的能量、温度高于可燃物的自燃点

影响最小引燃能的因素 1. 燃烧速度； 2. 导热系数； 3. 可燃物状态； 4. 可燃物结构 5. 可燃气浓度； 6. 初温和初压

四、最小引燃能：能引燃一定浓度可燃物的最小能量。)(min 0

2

TTWs

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第六节 电火花引燃可燃混气一、引燃过程 1. 形成稳定的初始火焰中心； 2. 火焰在整个混气中传播

三、引燃过程中物质和能量传递 在热气层和新鲜混气界面上存在强的热传导和物质扩散。如果热气层足够厚，扩散进来的新鲜空气在较高温度下的反应速度足够快，放热量足够大，当放热大于散热时，热气层的温度就不会下降。火焰就会向未燃区域传播。否则，热气层的温度就会不断下降。混气不能引燃。

二、初始火焰中心的形成条件 1. 放电能量大于最小引燃能； 2. 电极距离大于电极熄火距离

四、影响电火花引燃的因素 1. 热容； 2. 导热系数； 3. 燃烧热 4. 混气压力； 5. 混气初温； 6. 活化能

第七节 液体引燃一、引燃实质 蒸汽浓度达到着火浓度（蒸发速度大于燃烧速度）

三、液面火焰传播 1.脉冲火焰 2. 预混火焰 3. 过渡火焰 4.充分发展火焰

二、局部加热时液面的温度 距离引火源处液体温度升高，表面张力减小，受热区液体液面形成对流，液面温度不断升高。

四、影响液面火焰传播的因素 1.液体性质 2.液体温度 3.液层厚度

第八节 固体引燃一、引燃过程 受热产生热解可燃气，达到爆炸下限着火（热解速度大于燃烧速度）

三、影响固体引燃的因素 1. 热源的加热速率 2. 可燃挥发份的释放速率 3. 燃烧热和汽化热 4.材料的热惯性 5. 点火源的位置

二、引燃条件

四、固体火焰传播的影响因素 1. 火焰传播方向 2.固体厚度 3.材料的热惯性 4.风

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第九节 灭火分析

一、热自燃中的灭火分析 （一）已着火系统的放散热曲线

（二）灭火分析结论 1. 降温 2.改善散热 3. 降低系统氧和可燃物浓度

4.灭火滞后

5.防火和灭火的侧重点

二、链锁反应理论中的灭火方法分析 1. 降温

2.增大自由基气相销毁速率 3.增大自由基固相销毁速率

三、灭火原理 1. 降低温度 2. 断绝可燃物 3.稀释氧气浓度 4.抑制链锁反应

四、灭火措施 1.普通可燃物采用水冷法（图书资料用二氧化碳、干粉） 2.液体可燃物采用（泡沫灭火剂，同时水冷却罐壁） 3. 气体火灾（干粉） 4.金属火灾（特殊灭火剂）