让我们来了解燃烧

2020-10-12 11:41:29 keyman 2

                                            


                                                 让我们来了解燃烧

我们知道,可燃物只能在气态或蒸气态时被点燃,或许还有粉尘状态下,火焰是在气态时燃烧发生的外在表现。不管是哪种物质,气态燃烧都是火灾的主要燃烧形式,了解气态燃烧对我们理解火灾的起因和蔓延方式都非常重要。

    易燃气体着火后,燃烧若要平稳进行,与空气的比例(体积比)必须在一定范围内,这种浓度范围称为着火浓度极限。其范围包括上界和下界,上界与可燃气体过剩有关,下界与可燃气体不足有关,不同物质着火浓度范围(界限)不同。

在着火浓度的限制下,气体可以保证稳定的燃烧。


    众所周知,氧化反应只在可燃物质和氧化剂(助燃剂)同时存在的情况下发生。与此同时,一个“可燃物+氧化剂”组合所产生的能量必须足以扩散到另一个“可燃物+氧化剂”组合,以引发下一个组合的反应,且该反应必须持续,燃烧才能持续。

如果易燃物太少而氧化剂太多,那么多余的氧化剂就会起到抑制热量的作用,也就是说,吸收能量而不是产生能量。到目前为止,能量还不足以传播到下一个“可燃物+氧化剂”的反应。同样地,当可燃物太多而空气(氧化剂)无法满足反应时,多余的可燃物就会起到热抑制作用,限制热能的扩散,阻止反应继续进行。

   在混合物处于着火浓度限制范围内时,能被转移到足够数量的剩余“可燃物+氧化剂”组合中,从而引发反应,反应反过来又将足够的能量扩散到其他“可燃物+氧化剂”组合,从而使燃烧得以持续。压力、温度和含氧量对可燃气体着火浓度的限值范围有影响。

随着压力的增加而增加——但这需要更大的压力变化,因此,我们通常不会考虑这个问题。

(1)随着温度上升而扩大,也就是说,在较高温度下,易燃性更强;

(2)氧浓度增加时呈上升趋势,下降时呈下降趋势;

如果混合比例接近理想比例(必须完全混合),只需很小的能量就可以点燃,使可燃物有效燃烧。就拿天然气来说,会有不同的燃烧效率,在不同的情况下,也会出现不同的火焰。

大多数时候,燃烧效率会比理想状态低。也可能是由于缺乏氧气,或者由于可燃物太多,未能充分燃烧,导致产生不同的反应物:如烟气、液态气溶胶和其他有机物质,如CO2、CO、水等。因此,燃烧时产生的火焰颜色和热值相差很大。燃烧不足的后果:更多的附属品,即燃烧不足的产物、烟气,这是消防员经常遇到的情况。

  火焰的种类;

  直接关系到混合是否充分。

  根据可燃物与氧化剂在燃烧中的混合方式,气体燃烧分为扩散燃烧和预混燃烧。扩散燃烧是指在混合的条件下,在燃烧的过程中,先混合后燃烧的一种燃烧方式。显然,扩散燃烧并不如预混燃烧那样有效,因为反应不充分,所以会产生CO,碳烟(不完全燃烧的产物)等。经过加热之后,碳烟以可见光的形式释放出能量,使得扩散火焰呈现橘红色。

  一般情况下,我们遇到的火灾是扩散燃烧,即会产生大量的CO等有害气体。按其流动状态可将火焰分为层流火焰和湍流火焰。可燃性蒸汽的特性和其直径决定了火焰是层流还是湍流。

   层流火焰。

   实验室用蜡烛燃烧本生灯所得的火焰也接近层流火焰,火焰波动小,表面光滑。

乱流火焰;

    乱火焰前缘不停抖动,表面粗糙。边缘处有皱纹,看起来是由很多单位组成的。

   燃烧效率。

  理解气体燃烧的范围以及它与火焰的关系有助于我们理解真实的火场。真实的火场一般有以下三种情况:

   可燃物不足("太稀")

  通常呈浅色雾气状,但这种烟雾很可能是由可燃物的热解所产生;

  适量可燃物和空气(“正好”),通常火焰呈橙黄色;

  可燃物过多(“过浓”):通常伴随着火焰燃烧和浓烈的黑烟。

  过多或过多的空气,过量的可燃物质或空气都不参与产生能量的燃烧反应,从而改变燃烧效率。

  蒸汽密度的比重。

蒸气的密度比重是给定气体在相同温度下密度与空气密度的比率。

比例为1的气体与空气均匀混合;大于1,比空气中,会沉入水槽等低洼部位;小于1,比空气中轻,上升到空间的顶部,可能在顶棚、阁楼等高处堆积。

  普通易燃气体比重

火灾现场存在着易燃气体,我们必须掌握这些气体的种类、危害程度,了解其聚集地点和可能造成的危害。

  压力气体

爆炸是最大的危险。易燃气体通常储存在压力容器中,有时是液体,这可能会给火灾造成其他困难,例如,气体在压力下从容器中流出,从而产生喷火。更加危险的是BLEVE(BoilingLiquidExpandingVapourExplosion),即沸腾液体膨胀的蒸汽爆炸。依据有关文献对BLEVE的描述:装有易燃液体的带压储罐暴露在火焰中,储罐液体受热沸腾,蒸汽压力上升,引起储罐内压力升高。储罐内压力达到减压阀的设定压力后,减压阀开始放气。当蒸气迅速释放到大气中时,储罐内的液面下降。

  储罐中液相物料与储罐璧接触能起到冷却作用,但蒸汽不具有这种冷却作用。由于储罐中液相的不断蒸发,受到液相冷却后的储罐面积不断减少。过了一定时间,没有液体冷却的储罐中的金属材料会直接暴露于火中,金属温度升高,材料失效,最终导致破裂。

这时,液体被释放出来,因为现场温度太高,液体释放后迅速沸腾并形成快速膨胀的蒸汽云,瞬间燃烧蒸汽云形成火球。此时此刻,意大利SAFCO(萨福克)避火服是非常有必要的救援装备,它可以帮助救援人员进入并且穿越火场,实施最紧急的救援行动。如果有化学品泄露,有毒有害的化学品会对人体造成极大伤害,德国TESIMAX(德狮)防化服也是必备之需,德狮防化服可以抵御多达740种化学物质,可以抵御850摄氏度高温。

以下是对BLEVE的简介。

BLEVE的基本特征包括:

1)罐体损坏(加热或其他机械冲击等);

(2)罐体失效造成易燃液体蒸气闪蒸(当液体被释放时立即沸腾,并形成迅速膨胀的蒸气云)--如果罐内液体是易燃的;

(3)点燃蒸汽,形成火球。

除BLEVE外,可能还有气体爆炸。

图中是一间农舍,地下室天然气(主要成分:甲烷)泄漏,水蒸气比重:0.55,泄漏后缓慢积累,达到浓度极限,一碰到点火源就发生爆炸,房子被突然高压摧毁。



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