三节预防着火和中止燃烧的方法.ppt

《三节预防着火和中止燃烧的方法.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三节预防着火和中止燃烧的方法.ppt（44页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第三节 预防着火和中止燃烧的方法,“隐患险于明火，防范胜于救灾”，同火灾作斗争最有效和可靠的方法就是采取措施消除火灾隐患，预防体系着火。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,一、利用着火临界参数预防着火和控制火灾的方法 如前所述，不论是自燃还是外界火源作用下的强迫着火都有临界着火条件，因此利用着火的临界参数破坏着火条件是预防着火和控制火灾的最有效手段。 (一) 控制可燃物和氧化剂浓度防止形成爆炸混合物 对于可燃气体、易燃和可燃液体的生产、储运等场所而言，控制可燃物浓度就是要保证混合物中气体或蒸气的浓度要低于着火浓度下限。对

2、于密闭系统、反应设备、管道和贮罐而言，由于可燃物浓度高于着火浓度上限，所以要严格控制氧气浓度低于维持燃烧所需浓度的下限)。如果某些反应的最佳条件刚好处于着火浓度极限范围之内时，一般采用向体系添加惰性气体或化学活性抑制剂的方法来保证安全。需要指出的是，采用这一方法时，必须保障添加惰性气体或化学活性抑制剂后可燃气的浓度低于着火临界值才能防止燃烧发生。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法* 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,(二) 控制点火源能量 最小点火能量与可燃物的种类、状态以及混合物的组成、浓度、压力、温度等条件有关。随着

3、条件改变，最小点火能量相差510倍之多。因此，在为火灾爆炸危险场所选择安全防爆设备(如风扇、电动机、导线、 照明和加热等装置)时，应该充分考虑具体条件下最小点火能的变化。 一般来说，混气压力越大，混气越容易被点燃，最小点火能量越小；混气初温越高，混气越容易被点燃，最小点火能量越小；混气热容越大，混气升温时吸收的热量越多，越不容易引燃，最小点火能量越大；混气的导热系数越大时，热量越容易被传递走，升温越困难，越不容易引燃，最小点火能量越大。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法* 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,(三) 设置限

4、制火焰蔓延或阻火装置 为抑制火灾在易燃易爆危险品的生产和储运场所的蔓延，通常采用安装阻火器、泄压阀、爆破膜、放空管、泄压结构以及其他限制火焰蔓延或阻火装置。在设计这些安全系统过程中都要涉及到着火极限参数的计算。比如设计阻火器时要利用临界熄火直径，设计断火器要利用火焰传播的速度极限，设计爆炸泄压装置要利用爆炸升压速度和爆炸压力极限等等。 以阻火器为例，火焰在管道中能否稳定传播取决于实际火焰传播过程中热损失速率和维持稳定传播热损失速率的相对大小。如果实际火焰传播过程中的热损失速率大于维持稳定传播的热损失速率，那么火焰就可能稳熄灭。阻火器能够熄灭火焰的理论根据就是增大自燃烧区向外散热速率以熄灭火焰，

5、当火焰通过狭窄的缝隙时，火焰被分割成许多小火苗，热量通过器壁得以迅速散失。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法* 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,在管道中设置的阻火器能否有效地阻止火焰传播关键就取决于阻火器中火焰通道的直径，如果火焰通道的直径小于临界熄火直径，火焰就会熄灭，燃烧就会被终止，因此阻火器临界熄火直径的计算问题在本质上也就是求解火焰传播的临界条件问题。 对于火焰在阻火器中的流动传热问题可用牛顿冷却定律来表达。单位时间单位面积传递的热量与气体和器壁的温度差成正比： (5-15) 式中，为对流换热系数。 由于阻火器

6、的气体通道很狭小，气体在其中的流动可视为层流，因此热流向器壁的传播为导热传热过程，对流换热系数可近似取下值： (5-16) 式中，气体的导热系数；d为孔隙直径。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法* 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,单位体积火焰锋面的热损失速率可表示为： (5-17) 假设火焰锋的厚度为，则火焰锋面流经通道的横截面积为fi=d2/4，火焰锋的体积为Vo=d2/4，火焰与细管壁接触的面积为Fi=d，上式可变形为： (5-18) 因为T焰远大于T壁，所以 (5-19) 因此，如果知道临界散热量q、火焰温度T焰

7、和火焰温度条件下的可燃混合物的混合导热系数，阻火器的临界熄火直径就可用下式求得。 (5-20),一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法* 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,如果热交换过程用贝克列准数表示： (5-21) 式中，v为速度特性参数；为密度；为热容；为导热系数；d为直径。 对火焰传播过程来说，临界直径为： (5-22) 分析计算和实验结果都表明，大多数烃类和空气混合物的贝克列准数Pe临界数值在40100之间，平均值约6070。 因此，阻火器孔隙的临界直径值表示为： (5-23) 由公式（5-23）可知，熄灭临界直径受

8、压力、火焰传播速度、可燃混合物浓度、可燃组分种类及大气压等因素影响。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法* 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,不同条件下熄灭临界直径通常相差50100倍。比如缓燃型烃类甲烷，它与空气组成的混合体系的临界熄火直径约为1mm，与氧的混合物临界熄火直径则降低至0.10.2mm；对速燃型可燃混合体系（如氢和乙炔与氧的混合体系）在接近化学当量浓时的临界熄火直径约为0.04mmm。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法* 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防

9、着火和中止燃烧的方法,以上是有关利用着火极限参数解决阻火器中通道直径设计问题的实例，实际上在建筑防火设计中同样需要利用着火的极限参数，比如在解决厂房和构筑物结构耐火性的计算，火灾时允许疏散时间的计算以及防火间距的计算等问题时同样要利用物质燃烧速度、烟气释放速率、热释放速率、火焰传播速度、火焰温度等着火的极限参数。即使在研制和设计自动报警和灭火系统也要充分利用燃烧的极限参数数据。现有各类报警探测器和整个报警系统就是就是建立在检测可燃气体或可燃液体蒸气着火浓度极限的基础之上的，通过分析气体浓度可以提供预警，通过与系统的联动还可以及时接通或断开某一系统(切断可燃物料供给系统；切断动力供应系统；接通强

10、制事故通风机；在火灾、爆炸危险大的场所，接通灭火系统)。很明显，系统整体的可靠性和有效性在很大程度上取决于可燃浓度(或氧化剂浓度)已确立的极限值。 实际上，灭火中所使用的终止燃烧的方法也都是基于利用燃烧极限参数。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法* 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,据此机理，有人可建议用这种方法扑火飞机转入俯冲飞行状态时发生的火灾(假若火灾发生在飞机结构构件外表的风吹面)，该方法之所以能够扑灭火灾就是靠空气的稀释作用和空气动力作用。甚至有人建议用喷气发动机喷嘴产生的强大空气流扑灭飞机火灾 (虽然这种建议

11、的实际有效性存在疑问，但有的国家在扑救飞机火灾的规则中却规定有这种方法)。 终止着火的另一种方法就是向着火区喷洒灭火剂。尽管灭火剂的种类很多，各类型灭火的灭火机理比较复杂，但本质还是使燃烧处于一定极限条件而终止。比如向燃烧区输入惰性气体使燃烧终止，其灭火的主要原因在于一方面添加惰性气体增大了连锁反应自由基的销毁速度，当惰性气体浓度超过临界值后，自由基的销毁速度大于增长速度，连锁反应被中断；另一方面火焰传播速度随惰性气体浓度增大而减小，当火焰传播速度低于可燃物向燃烧区的供给速度时火焰被吹熄。如果向燃烧区引入化学活性抑制剂，那么燃烧区化学反应速度就降低，相应地火焰传播速度、产热速率和火焰温度等也下

12、降。当达到燃烧极限条件之后（Q产Q极限、u焰u临界或T焰T临界），燃烧才会被终止。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法* 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,实际上灭火过程中燃烧被终止是多种因素共同作用的结果，比如常用的水、润湿水溶液、空气泡沫、化学泡沫、干粉等等，它们终止燃烧的作用机理大约有8至10种，很难确定是哪一种是起决定作用的。按灭火剂在终止燃烧过程的主要机理，可将灭火剂分为以下四类： 1、水和许多以水为主的灭火剂属冷却类灭火剂，即主要利用水的冷却作用降低燃烧区的温度； 2、各类泡沫属于隔绝类灭火剂，即其主要起将可燃

13、物与燃烧区隔绝，阻断氧气向燃烧区扩散的作用； 3、CO2和N2等惰性气体属于稀释类灭火剂，它们加入后主要起到稀释燃烧反应区可燃混合物浓度的作用； 4、含卤灭火剂及其部分替代品按照灭火机理归为化学活性抑制类灭火剂，它们分解释放除连锁反应自由基阻断剂，抑制连锁反应，使燃烧反应中断。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法* 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,总的来说，终止燃烧的过程本质上都是要在燃烧区创造某种物理或化学条件，使得燃烧过程的某些参数在此条件下达到了极限值或临界值。比如使燃烧区的火焰传播速度小于极限值（u焰u临界）、使

14、燃烧区产生的热量低于极限值（Q产Q极限）或使火焰温度低于临界火焰温度（T焰T临界）等等。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法* 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,三、冷却灭火剂的灭火用量 由于着火和灭火过程受很多因素影响，目前对着火过程和火灾发展规律的认识仍不深入，部分结论还停留在经验描述阶段，因此完整的分析和阐述燃烧过程十分困难。甚至灭火过程中灭火剂用量的计算问题也仍没有得到真正意义上的解决。即便如此，人们总希望能近可能准确的解决这一问题。 随着研究的不断深入，人们发现通常在燃烧过程在起支配作用并不是可燃物和氧化剂高温氧

15、化的化学动力学本身，而恰恰是外界的热动力学和气体动力学条件。只有深入的揭示热动力学及气体动力学条件合燃烧过程的相互关系，才能探索更有效的灭火途径，才能提供有科学根据的灭火方法，才能制定新的更有效的使用灭火剂的方法，进而逐步解决灭火剂的用量的合理确定问题。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,前面提到灭火过程的物理本质是在燃烧区造成一定的物理化学条件，使可燃物的自行燃烧在这一条件下不能以任何形式进行下去，而且这些物理化学条件与可燃物种类、可燃物聚集态以及燃烧状况有关，而燃烧状况本质是决定于

16、燃烧区的热质交换条件。 对于气体与空气的扩散燃烧来说，灭火的方法可从以下几个方面考虑，其一阻止可燃物或氧化剂进入燃烧区，其二降低燃烧区温度达到熄火临界温度，其三利用化学活性抑制剂抑制燃烧区的连锁反应，降低燃烧反应速度。如果用机械方法(例如关闭开关阀)不能阻止可燃物进入燃烧区时，常用的冷却法是最简单和有效的方法。作为冷却灭火剂，主要有水或以水为基础的灭火剂。但是应注意的是，由于气体混合物基本上能够在任何初温条件下进行燃烧，因此用灭火剂冷却可燃混合物组分本身没有丝毫用处，而必须使燃烧区温度降低，即从燃烧反应区移走热量才能达到灭火的目的。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法

17、 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,对可燃液体表面的扩散燃烧而言，即可用冷却法降温灭火，也可用化学抑制法或将蒸气与燃烧区隔绝的方法使火焰熄灭。然而，这些方法在实际情况下实施起来都相当困难，需要使用专门的消防器械，而且灭火过程中需要消耗大量灭火剂，这是因为对多数的灭火剂而言，只有当液面温度降至不能持续和发展火灾时才能达到可靠的灭火效果。所以，目前世界许多国家都加紧研究新型搞效的易燃可燃液体灭火方法。现在看来突然冷却可燃液体表层阻止可燃液体蒸气进人燃烧区是一种很有前途的方法，该方法的特点在于在很短的时间内能使液面温度骤降至闪点以下。实施这种灭火方法需

18、要借用液氮或固态二氧化碳低温冷冻剂，因为它们的密度低于可燃液体的密度。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,固体可燃物料燃烧多是热解产物与空气混合的均相有焰燃烧，或固体残碳多相无焰燃烧，灭火必须使可燃固体物料表面热解产物的有焰燃烧和固体物料受热表层残碳的异相燃烧都终止。停熄有焰燃烧可用降低燃烧区温度的冷却方法、抑制反应区的化学方法、阻止空气中氧进入燃烧区(如果这样做是可能的话)或阻止热解产物进入火焰区的方法。要想灭火必须将固体物料受热层的温度冷却至初始热解温度以下，这是停熄任何种类固体可

19、燃物料燃烧和任何燃烧状况的首要条件，因为固体物料热解的开始温度大大低于固体扩散燃烧和残碳异相燃烧进行的温度。 以上分析了扑救燃烧的必要和充分的条件，对于不同聚集态可燃物有不同的标准表达式。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,(一) 扑救高压可燃液体井喷气体火灾时灭火剂用量标准 如前所述，当气体发生稳定燃烧时燃烧区向环境的热损失速率等于维持稳定燃烧时热损失速率。要想使燃烧终止，必须具备如下条件： (5-24) 式中，q散是燃烧区散热速率，kJ/s；Cpi是燃烧产物中各组分的热容，kJ/(

20、m3K)；Vi是单位时间内产生各组分的体积，m3；T焰是火焰温度，K；T熄是熄灭火焰所需的温度，K。 当向燃烧区喷洒灭火剂后，燃烧区介质的温度逐渐降低，散热速率逐渐增大，当燃烧区域介质的温度降低到火焰熄灭的临界温度时，燃烧就会终止。因此灭火的必要条件是： (5-25) 式中，T燃,介为燃烧介质的温度，大多数碳氢化合物扩散燃烧区介质温度的T燃,介约为16001700K。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,T熄是指熄火的临界温度，其值可由下式求得： (5-26) 对大多数碳氢化合物来说，其

21、绝热燃烧温度T绝在2400K至2500K之间，而右式第二项值大约在1000K至1100K之间，故T熄约为1300K左右。 因为稳定燃烧时燃烧区介质的温度为大约16001700K，而维持稳定燃烧的临界温度为1300K左右，所以灭火条件就是将燃烧区的温度降低大约300K。这一结论为确定灭火剂用量提供很好的理论参考，并为研制新型扑救高产量气体和石油天然气井喷火灾的装置提供可适用的参数。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,(二) 扑救液体火灾时灭火剂用量标准 参照气体灭火条件可知，对于液体表面

22、(大贮罐)的扩散燃烧来说，灭火应具备以下条件： (5-27) 式中，q散是可燃液体表层散热速率，kJ/(m2s)；，q辐射是火焰向可燃液体表面辐射的热流强度kJ/(m2s)；是灭火时间，s；Q储热是可燃液体受热层内部的比热量，kJ/m2。 (5-28) t(x)为可燃液体受热层中温度分布函数，为简便其间，假定其为线性函数则可表示为： (5-29) 为可燃液体受热层厚度，一般约为0.05m。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,由于液体火灾本质上是液体蒸气的扩散燃烧，所以只有当液体的蒸发速

23、度小于燃烧速度的时候才能灭火，因此需要将表层温度降至闪点以下才能灭火，即灭火的条件为： (5-30) 式中，t表是可燃热体表层温度；t闪是可燃液体闪点。 实际上，如果易燃、可燃液体贮罐已长时间燃烧，即火灾发展到燃烧的定常状态时，单组分可燃液体的液面温度接近该液体的沸点或稍低于沸点，而多组分液体的液面温度可能大大高于初始可燃液体的沸点。在确定灭火剂用量时应充分考虑不同种类和组成液体的性质差异。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,(三) 固体火灾时灭火剂用量标准 靠冷却受热层以阻止热解产物

24、进人燃烧区的方法，熄灭固体可燃材料的扩散燃烧，即为要完全熄灭燃烧所必须的足够条件是： (5-31) t表为固体可燃材料表层温度，在扑救初期时，如果火灾充分发展，固体可燃材料受热层的最大温度约为700；t热解为开始热解的温度，大多数固体可燃材料开始热解的温度约200。要达到以上条件，应具备如下条件： (5-32) q散为固体可燃材料受热层的散热速率，kJ/(m2s)；q辐射为火焰向固体可燃材料表面辐射的热流量，kJ/(m2s)，q对流为火焰向固体可燃材料表面对流的热流量，kJ/(m2s)。 Q储热为固体可燃材料表层储备的热量，当表层温度大于开始热解的温度，其热量可用厚度为利用下式计算： (5-3

25、3) c，分别为固体可燃材料局部热解层的比热容和的密度，其数值与热解层的温度及分解程度有关。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,由于着火和灭火过程受很多因素影响，目前对着火过程和火灾发展规律的认识仍不深入，部分结论还停留在经验描述阶段，因此完整的分析和阐述燃烧过程十分困难。甚至灭火过程中灭火剂用量的计算问题也仍没有得到真正意义上的解决。即便如此，人们总希望能近可能准确的解决这一问题。 随着研究的不断深入，人们发现通常在燃烧过程在起支配作用并不是可燃物和氧化剂高温氧化的化学动力学本身，而

26、恰恰是外界的热动力学和气体动力学条件。只有深入的揭示热动力学及气体动力学条件合燃烧过程的相互关系，才能探索更有效的灭火途径，才能提供有科学根据的灭火方法，才能制定新的更有效的使用灭火剂的方法，进而逐步解决灭火剂的用量的合理确定问题。 前面提到灭火过程的物理本质是在燃烧区造成一定的物理化学条件，使可燃物的自行燃烧在这一条件下不能以任何形式进行下去，而且这些物理化学条件与可燃物种类、可燃物聚集态以及燃烧状况有关，而燃烧状况本质是决定于燃烧区的热质交换条件。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法

27、,对于气体与空气的扩散燃烧来说，灭火的方法可从以下几个方面考虑，其一阻止可燃物或氧化剂进入燃烧区，其二降低燃烧区温度达到熄火临界温度，其三利用化学活性抑制剂抑制燃烧区的连锁反应，降低燃烧反应速度。如果用机械方法(例如关闭开关阀)不能阻止可燃物进入燃烧区时，常用的冷却法是最简单和有效的方法。作为冷却灭火剂，主要有水或以水为基础的灭火剂。但是应注意的是，由于气体混合物基本上能够在任何初温条件下进行燃烧，因此用灭火剂冷却可燃混合物组分本身没有丝毫用处，而必须使燃烧区温度降低，即从燃烧反应区移走热量才能达到灭火的目的。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火

28、用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,对可燃液体表面的扩散燃烧而言，即可用冷却法降温灭火，也可用化学抑制法或将蒸气与燃烧区隔绝的方法使火焰熄灭。然而，这些方法在实际情况下实施起来都相当困难，需要使用专门的消防器械，而且灭火过程中需要消耗大量灭火剂，这是因为对多数的灭火剂而言，只有当液面温度降至不能持续和发展火灾时才能达到可靠的灭火效果。所以，目前世界许多国家都加紧研究新型搞效的易燃可燃液体灭火方法。现在看来突然冷却可燃液体表层阻止可燃液体蒸气进人燃烧区是一种很有前途的方法，该方法的特点在于在很短的时间内能使液面温度骤降至闪点以下。实施这种灭火方法需要借用液氮或固态二氧化

29、碳低温冷冻剂，因为它们的密度低于可燃液体的密度。 固体可燃物料燃烧多是热解产物与空气混合的均相有焰燃烧，或固体残碳多相无焰燃烧，灭火必须使可燃固体物料表面热解产物的有焰燃烧和固体物料受热表层残碳的异相燃烧都终止。停熄有焰燃烧可用降低燃烧区温度的冷却方法、抑制反应区的化学方法、阻止空气中氧进入燃烧区(如果这样做是可能的话)或阻止热解产物进入火焰区的方法。要想灭火必须将固体物料受热层的温度冷却至初始热解温度以下，这是停熄任何种类固体可燃物料燃烧和任何燃烧状况的首要条件，因为固体物料热解的开始温度大大低于固体扩散燃烧和残碳异相燃烧进行的温度。 以上分析了扑救燃烧的必要和充分的条件，对于不同聚集态可燃

30、物有不同的标准表达式。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,(一) 扑救高压可燃液体井喷气体火灾时灭火剂用量标准 如前所述，当气体发生稳定燃烧时燃烧区向环境的热损失速率等于维持稳定燃烧时热损失速率。要想使燃烧终止，必须具备如下条件： (5-24) 式中，q散是燃烧区散热速率，kJ/s；Cpi是燃烧产物中各组分的热容，kJ/(m3K)；Vi是单位时间内产生各组分的体积，m3；T焰是火焰温度，K；T熄是熄灭火焰所需的温度，K。 当向燃烧区喷洒灭火剂后，燃烧区介质的温度逐渐降低，散热速率逐渐增

31、大，当燃烧区域介质的温度降低到火焰熄灭的临界温度时，燃烧就会终止。因此灭火的必要条件是： (5-25) 式中，T燃,介为燃烧介质的温度，大多数碳氢化合物扩散燃烧区介质温度的T燃,介约为16001700K。T熄是指熄火的临界温度，其值可由下式求得： (5-26),一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,对大多数碳氢化合物来说，其绝热燃烧温度T绝在2400K至2500K之间，而右式第二项值大约在1000K至1100K之间，故T熄约为1300K左右。 因为稳定燃烧时燃烧区介质的温度为大约16001

32、700K，而维持稳定燃烧的临界温度为1300K左右，所以灭火条件就是将燃烧区的温度降低大约300K。这一结论为确定灭火剂用量提供很好的理论参考，并为研制新型扑救高产量气体和石油天然气井喷火灾的装置提供可适用的参数。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,(二) 扑救液体火灾时灭火剂用量标准 参照气体灭火条件可知，对于液体表面(大贮罐)的扩散燃烧来说，灭火应具备以下条件： (5-27) 式中，q散是可燃液体表层散热速率，kJ/(m2s)；，q辐射是火焰向可燃液体表面辐射的热流强度kJ/(m2

33、s)；是灭火时间，s；Q储热是可燃液体受热层内部的比热量，kJ/m2。 (5-28) t(x)为可燃液体受热层中温度分布函数，为简便其间，假定其为线性函数则可表示为： (5-29) 为可燃液体受热层厚度，一般约为0.05m。 由于液体火灾本质上是液体蒸气的扩散燃烧，所以只有当液体的蒸发速度小于燃烧速度的时候才能灭火，因此需要将表层温度降至闪点以下才能灭火，即灭火的条件为： (5-30) 式中，t表是可燃热体表层温度；t闪是可燃液体闪点。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,实际上，如果易

34、燃、可燃液体贮罐已长时间燃烧，即火灾发展到燃烧的定常状态时，单组分可燃液体的液面温度接近该液体的沸点或稍低于沸点，而多组分液体的液面温度可能大大高于初始可燃液体的沸点。在确定灭火剂用量时应充分考虑不同种类和组成液体的性质差异。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,(三) 固体火灾时灭火剂用量标准 靠冷却受热层以阻止热解产物进人燃烧区的方法，熄灭固体可燃材料的扩散燃烧，即为要完全熄灭燃烧所必须的足够条件是： (5-31) t表为固体可燃材料表层温度，在扑救初期时，如果火灾充分发展，固体可燃

35、材料受热层的最大温度约为700；t热解为开始热解的温度，大多数固体可燃材料开始热解的温度约200。要达到以上条件，应具备如下条件： (5-32) 式中，q散为固体可燃材料受热层的散热速率，kJ/(m2s)；q辐射为火焰向固体可燃材料表面辐射的热流量，kJ/(m2s)，q对流为火焰向固体可燃材料表面对流的热流量，kJ/(m2s)。 Q储热为固体可燃材料表层储备的热量，当表层温度大于开始热解的温度，其热量可用厚度为利用下式计算： (5-33) c，分别为固体可燃材料局部热解层的比热容和的密度，其数值与热解层的温度及分解程度有关。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷

36、却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,通过以上分析，可以看出只有当燃烧区散热有一定的速率，或者将可燃物的温度降至一定的数值时才可能使燃烧终止，Q散=q散处于最小值是灭火的最佳条件，其值越低，灭火时间就越短。Q散值与可燃物种类、燃烧状况和灭火时间有关，对气体火灾而言，最佳灭火条件时散热量决定于燃烧区的体积 (其线性尺寸达70100m)；对液体和固体火灾而言，最佳灭火条件时的散热量决定于可燃材料的：热扩散系数=/C和受热层厚度等物理参数。 理论分析和实验结果表明，对气体和高流量石油天然气井灭火的最短时间约为23s，冷却贮罐液面受热层温度至闪点最短时间约需152

37、0s，而冷却固体可燃物料受热热解层最短时间约需2530s。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,计算发现，不同条件下灭火的最佳的散热速率q散,临与产热速率的的比值接近常数，若用K临表示熄灭燃烧所需的散热速率与燃烧时的产热速率的比值，则灭火准数的表达式可用下式表示： (5-34) 对气体火焰来讲： (5-35) 式中，q散,临为燃烧区散热速率，kJ/s；q产为消耗V可燃气时燃烧产热速率，kJ/s；为燃烧完全程度系数。 对液体火灾来说： (5-36) 假定火焰向可燃液体表面的辐射热都用于将液

38、体由初温to加热至沸点t沸并将其蒸发，则利用可燃液体质量燃烧速度和蒸发热，则 (5-37),一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,因此，利用冷却液体表层方法扑灭易燃和可燃液体火灾的准数可表示为： (5-38) 式中，q散,临为可燃液体单位面积的散热速率，kJ/(m2s)；q产为可燃液体单位面积的产热速率，kJ/(m2s)；为可燃物质量燃烧速度，kg/(m2s)；H为可燃液体蒸发比热，kJ/kg；为燃烧完全程度系数；Q低为可燃物燃烧的低热值，kJ/kg。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的

39、方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,对固体火灾来说，用于热解的热量一般不超过燃烧总产热量的56。用冷却法扑灭固体可燃物料火灾时，火焰向可燃材料表面辐射和对流传播的总热量可利用分解热表达为： (5-39) 因此，利用冷却固体表层方法扑灭固体可燃物火灾的准数可表示为： (5-40) q散,临为固体可燃材料单位面积上的散热速率，kJ/(m2s)；0.06q产为多数天然和合成聚合固体可燃材料分解热的平均值，kJ/(m2s)。 将数据代人上式可得，用冷却燃烧区方法扑灭气体和可燃液体蒸气火灾时K临为0.1，扑灭扩散燃烧易燃、可燃液体和

40、固体可燃材料时K临分别为0.20.4和0.3。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,因此根据不同可燃物料的灭火准数K临可以计算出最佳灭火状况的所有基本参数，如利用K临可计算出灭火剂需用量V(l/s)、灭火剂的供应强度I供(l/(m2.s)、单位面积的耗用量V单（l/m2）和所需要灭火剂的理论总量。也就是说，如果不考虑扑救过程中灭火剂的实际损失，利用此参数能计算出灭火过程的基本参数。 此外，还可为设计具有最佳参数的自动灭火装置和扑灭火灾奠定科学基础，能够计算用消防力量和设备扑灭火灾的最佳参

41、数，以及能够得到扑灭火灾的有效性和保证质量的客观标准。 应该指出，为达有效灭火，所要求的最低散热量与可燃物完全燃烧低热值的比值(Q临/Q低)也是常数，对可燃气体，Q临/Q低约为0.1。对可燃液体和多数固体可燃材料，Q临/Q低则更多，比如对1m2的燃烧表面，燃烧1m3可燃物时，Q临/Q低约在0.510-30.810-3之间。所以对液体和固体火灾来说，从可燃物表面散热比从燃烧区散热更有利。,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量* 四、气体爆炸的预防,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,四、气体爆炸的预防 可燃预混气遇火源，立即就会发生爆炸。以“预防为

42、主”，是防止可燃气爆炸的基本指导思想。 可燃气爆炸必须同时具备三个条件：第一有可燃气；第二有空气，而且可燃气与空气的比例必须在一定的范围内；第三存有火源。这三个条件缺一则不能发生爆炸。因此预防可燃气爆炸的原则是：严格控制火源、防止可燃气和空气形成爆炸性混合气体、切断爆炸传播途径和在爆炸开始时及时泄出压力，防止爆炸范围扩大和爆炸压力升高。 以上原则对防止气体爆轰、液体蒸气爆炸及粉尘爆炸同样适用。,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防*,(一) 严格控制火源 火源是多种多样的。有电焊、气焊产生的

43、明火源；电器设备启动、关闭和短路时产生的电火花；物体冲击和相互摩擦时产生的火花，以及静电放电引起的火花等。在有可燃气的场所，应严格防止任何火源的产生。 (二) 防止可燃气与空气形成爆炸性预混气 产生、储存和输送可燃气的设备和管线应严格密封，防止可燃气泄露与空气形成爆炸性混合气体。在重要防爆场所应装置监测仪，以便对现场可燃气泄露情况随时进行监测。 不可能保证设备绝对密封的厂房和车间应保持良好的通风条件，使泄露的少量可燃气能随时排走，避免形成爆炸性的混合气。设计通风排风系统应充分考虑可燃气比重的差异，如果可燃气比空气轻(例如氢气)，泄露后往往聚积在屋顶，所以应在屋顶设置天窗等排气通道。当可燃气比空

44、气重时，泄露的气体有可能聚积在地沟等低洼地带， 应在这些部位设置排风系统。另外应保证防爆通风排风系统在运转过程中不产生火花。,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防*,当厂房内或设备内已充满爆炸性混气且不易捧走，或在某些生产工艺过程中，不能避免可燃气与空气接触时，可用惰性气体(氮气、二氧化碳等)进行稀释，使之形成的混气不在爆炸极限之内，不具备爆炸性，这种方法称惰性气体保护。在易燃固体物质的压碎、研磨、筛分、混合以及粉状物质的输送过程中，也通常采用惰性气体进行保护。,第三节 预防着火和中止燃烧的

45、方法,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防*,将不同惰气和氧气比例条件下可燃气的爆炸浓度极限画在三组分图上，就可以得到三种成分混气的爆炸界限图。图5-7给出了甲烷一氧一氮三种成分混合气体的爆炸界限图。 图5-7 CH4O2N2混合气体爆炸界限图 图中三角形区域为爆炸区，当混气的组成处于爆炸三角区内时，遇火源就能发生爆炸，而当混气的组成处于爆炸三角区域之外时，就不会爆炸。连接正三角形顶点CH4和对边氧坐标线21处点的直线称空气组分线，因为这条直线上的任意一点，尽管氧气、氮气和甲烷的浓度不同，但氧气与氮气的比例始终等于21:79

46、。空气组分钱与爆炸三角区的交点对应的甲烷浓度即为甲烷在空气中的爆炸上限和爆炸下限。,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防*,如果平行氮气坐标线作爆炸三角区的切线就可以得到一条特殊的直线，该线与氧坐标线的交点称为临界氧浓度。不难看出当混气中氧气浓度低于这一临界值时，不论甲烷浓度为何值，混气也不能发生爆炸，这条线被称为临界氧浓度线。因此向爆炸性混气中添加惰性气体时，只要混气中的氧含量处在临界值以下，混气遇火就不会发生爆炸；甲烷的临界含氧浓度为12(温度为26，标准大气压)。各种可燃气体在常温常压

47、下的临界含氧浓度值见表5-1。 惰性气体需要量应满足以下条件： (5-41) 式中，Vx为惰性气体需用量，m3；O为混气不能爆炸的临界氧含量，%；V为设备内空气体积；(含氧21%)。 上式变形后，可得 (5-42),第三节 预防着火和中止燃烧的方法,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防*,由于惰性气体不可避免的会含有少量氧气，实际惰气用量应满足： (5-43) 式中，O为惰性气体中的氧含量，%。 所以实际惰气用量为 (5-44),第三节 预防着火和中止燃烧的方法,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法

48、三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防*,(三) 切断爆炸传播逮径 为防止火焰窜入设备、容器与管道内或阻止火焰在设备和管道内扩展，可采用安全水封和阻火器以切断爆炸传播途径。 1、安全水封 安全水封多用于气体发生器或气柜的阻火。按结构特点可分为敞开式和封闭式安全水封。图5-8和图5-9分别是敞开式和封闭式安全水封。 图5- 8 敞开式安全水封示意图 图5-9 封闭式安全水封示意图 1.验水阀 2.气体出口 3.进气管 4.安全管 1.验水阀 2.气体出口 3.进气管 4.单向阀 5.爆破片,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、

49、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防*,气体发生器或气柜输出的可燃气体经安全水封送达到生产设备中，如果安全水封某一侧火着，火焰传到安全水封时遇水熄灭达到阻止火焰向安全水封另一侧蔓延的目的。 安全水封的可靠性与水封内水面位置有关，当输送可燃气的压力比较大时，水面位置也应适当提高，如果水面位置低于进气管管口高度，则达不到阻火目的。 因此在使用过程中，应经常检查安全水封中水面高度。如果气温很低，则应向水中加入食盐或氯化钙等防止水结冰，一旦水结冰可燃气就不能正常输送。,第三节 预防着火和中止燃烧的方法,一、利用着火临界参数预防和控制火灾的方法 二、终止燃烧的方法 三、冷却灭火剂的灭火用量 四、气体爆炸的预防*,2、