物质燃烧、爆炸过程中会释放出物质内部潜藏的能量，这些能量通常是人们生产、生活所需能量的主要来源。但是，当人们对燃烧爆炸失去控制，就要酿成灾害，造成火灾或爆炸事故。所以，防止火灾、爆炸事故必须控制燃烧、爆炸发生的条件，限定燃烧、爆炸发生的空间范围。
火灾、爆炸事故的形成和发展，有其自身的规律和特点。当火灾发生后，火要向四周各个方向蔓延，而且会随着时间的延长，火势向外蔓延的速度加快，着火的范围急剧扩大，失的程度也就越发严重。所以，火灾发生后需要及时迅速地进行扑救。爆炸事故是突然发生的，所以一旦发生爆炸就无法控制和制止。为了防爆，只能在爆炸事故出现之前，采取安全防范措施，防止爆炸条件的形成。火灾和爆炸，除了各自单独发生外，有时还互为因果，扩大事故的规模，造成更加严重的损失。
1.燃烧和爆炸的形成机理
(1)燃烧及其必要条件? 燃烧是一种放热、发光的化学反应，在反应过程中，物质会改变原有的性质变成新的物质，所以放热、发光、生成新物质是燃烧反应的三个特征。下列反应均为燃烧反应：
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燃烧反应在本质上属于氧化—还原反应，参加反应的物质必须包含有氧化剂和还原剂，也就是通常所说的助燃物和可燃物。助燃物主要是氧、氟、氯、一些含氧酸及其盐也可作助燃物(如HNO3、NHNO3、KCO3)。许多金属(如铁、铝、镁等)和非金属单质(如氢、碳、硫等)可作可燃物，有机化合物(如甲烷、汽油、合成高分子材料等)几乎都是可燃物。
要使可燃物和助燃物发生化学反应，还必须具有点火能源，明火、电火花、摩擦和撞击火花、静电火花、化学反应热、高温表面、雷电火花、光和射线、压缩升温等均可作为点火能源。 综上所述，可燃物、助燃物和点火能源是燃烧得以发生的3个必要条件，也就是通常说的燃烧三要素。但是，有时即使上述3个要素都具备，燃烧也并不一定发生，这是因为燃烧对可燃物和助燃物有一定的浓度和数量要求，对点火能源有一定的强度和能量要求。例如甲烷的浓度小于5％或空气中氧气含量小于12％时甲烷不能燃烧。当空气中氧气含量小于14％时，木材也不会燃烧。若用热能引燃甲烷—空气混合气体，当温度低于甲烷的自燃点时，燃烧不会发生。电焊火星的温度高达1200℃，可以点燃爆炸性混合气体。但如果落在木板上，通常不会引起燃烧。因为木板所需的点火能量远大于爆炸性混合气体，火星的温度虽高，但热量不足，故不能引燃木材。由此可见，具备一定数量和浓度的可燃物和助燃物以及具备一定强度和数量的点火能源同时存在，并且发生相互作用，才是引起燃烧的必要条件。 一切防火和灭火措施，都是根据物质的特性和生产现场的条件，控制和消灭燃烧条件中的任何一个。 (2)燃烧的形式和种类 ①燃烧过程?%20大多数可燃物质的燃烧是在蒸气或气态下进行的。由于可燃物质的聚集状态不同，其受热所发生的燃烧过程也不同。气体最容易燃烧，其燃烧所需的热量只用于本身的氧化分解，并使其达到自燃点而燃烧。液体在热源作用下，首先蒸发成蒸气，然后蒸气被氧化、分解，然后在气相中着火燃烧。固体的燃烧，如果呈硫、磷、萘等单质，它们首先受热熔化或升华，然后蒸发生蒸气，氧化分解后着火燃烧。如果是复杂的化合物，在受热时首先分解，然后气态产物和液态产物的蒸气发生氧化后着火燃烧。燃烧时放出的热量又会使可燃物继续溶化，分解、蒸发、氧化、着火、燃烧，只有助燃物源源不断地供给，燃烧就一直进行到燃物烧完为止。各种状态可燃物质的燃烧过程如图20—8所示。![]()
②燃烧形式?%20可燃物质由于其聚集状态有气态、液体和固态，它们在空气中燃烧时，一般有5种燃烧形式：
a．扩散燃烧。当可燃气体(如氢、丙烷、汽油蒸气等)从管口、管道或容器的裂缝等处流向空气时，由于可燃气体和空气互相扩散混合，其混合浓度达到爆炸范围的部分遇火源即能着火燃烧。它们形成的火焰叫扩散焰。扩散焰的结构见图20—9所示。
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b．蒸发燃烧。可燃液体(如酒精、苯等)的燃烧，是由于液体受热蒸发，产生的蒸气和空气互相混合后，被点燃产生火焰，它放出的热量进一步加热液体表面，使液体持续蒸发，燃烧持续进行下去。 c．分解燃烧。固体可燃物(如木材、煤、橡胶等)、高沸点液体和低熔点的固体物质-(如重油、蜡、沥青等)燃烧时，首先受热分解，放出可燃气体，这种气体被点燃产生火焰，放出的热量使可燃物不断地分解，燃烧不断地进行下去。 d．表面燃烧。一些不挥发也不分解的固体可燃物(如焦炭、铝、铁、钛)在空气中点燃后，燃烧反应发生在固体可燃物的表面，它能产生红热的表面，而不产生火焰。 e．混合燃烧。可燃气体或可燃粉尘与助燃气体在容器内或空气中扩散混合，其浓度在爆炸范围内，遇火源即会发生燃烧，产生一个小火球，此火球在混合气所分布的空间中快速扩大，直到把混合气全部烧尽。但是，在某种条件下，也可能转化为爆炸。很多火灾、爆炸事故是由混合燃烧引起的，失去控制的混合燃烧往往会造成重大的经济损失和人员伤亡。 在上述5种燃烧形式中，某种燃烧形式一经发生，就有可能转化为其他形式，或者导致几种形式同时发生。一旦发生这种情况，往往会带来重大灾难和后果。 ③燃烧种类?%20燃烧现象按其形成的条件和瞬间发生的特点，分为着火、闪燃、自燃3种。 乙着火。可燃物受到外界火源直接作用而开始的持续燃烧现象叫作着火。这是日常生产、生活中最常见的燃烧现象。例如，用火柴点燃柴草、煤油、液化气等。可燃物开始着火所需的最低温度叫做燃点，也称着火点。可燃物质的燃点越低，越容易着火。 气体、液体、固体可燃物都有燃点。但是，燃点对可燃气体和易燃液体没有多大实际意义。因为可燃气体除氨外，其燃点都大大低于零度；而易燃液体的燃点仅比闪点高1—5℃。但是，燃点对于可燃固体和闪点比较高的可燃液体具有实际意义。控制这些物质的温度在燃点以下，是预防火灾发生的一个措施。在灭火时采用的冷却法，其原理就是将燃烧物质的温度降到它的燃点以下，使其燃烧过程中止。 b．闪燃。任何一种液体的表面上都有一定数量的蒸气存在，蒸气的浓度则取决于该液体所处的温度，温度越高则蒸气浓度越大。在一定的温度下，易燃、可燃液体表面上的蒸气和空气的混合气与火焰接触时，能闪出火花，但随即熄灭。这种瞬间燃烧的过程叫闪燃，液体能发出闪燃的最低温度叫闪点。液体在闪点温度下，蒸发速度较慢，表面上积聚的蒸气遇火一瞬间即已烧尽，易燃、可燃液体随时都有遇火源而被点燃的危险。所以闪点是液体可以引起火灾危险的最低温度。液体的闪点越低，它的火灾危险性越大。 c.自燃。可燃物质在没有外界火源的直接作用下受热或自身发热，并由于散热受到阻碍，使热量蓄积，温度逐渐上升，当达到一定温度时发生的自行燃烧现象，叫做自燃。可燃物质不需点火源的直接作用就能发生自行燃烧的温度，叫做自燃点三 自燃按其引燃烧源分为自热燃烧和受热燃烧两种。 (a)自热燃烧。可燃物质因内部所发生的化学、物理或生物化学过程而产生热量，这些热量在适当条件下会逐渐积累，使物质温度上升达到自燃点而燃烧，这种现象称为自热燃烧。 (b)受热自燃。可燃物质在外部热源作用下，使温度逐渐升高，当达到其自燃点时，即可着火燃烧。这种现象称为受热自燃。
(3)可燃物质的危险特性?%20能够发生火灾、爆炸危险的可燃物质种类繁多，为了评价它们的危险程度，并采取相应的正确的预防措施，首先就要确定它们的危险特性。能直接导致火灾、爆炸事故发生的危险特性，有爆炸极限、闪点、燃点、自燃点、最小点火能量和最大灭火间距等。下面着重叙述爆炸极限、最小点火能量和最大灭火间距。
①爆炸极限?%20可燃气体、蒸气或粉尘和空气构成的混合物，并不是在任意浓度下遇火源都能燃烧爆炸，而只是在一定的浓度范围内才能发生燃烧爆炸。在此浓度范围内，浓度不同，火焰蔓延速度(即燃烧速度)也不相同。当混合物中所含的量稍多于化学计算浓度时，混合物的放热量最大，火焰蔓延速度最快，燃烧也最剧烈。町燃物浓度增加或减少都要减少发热量，减慢蔓延速度。当浓度低于某一最低浓度或高于某一最高浓度，火焰便不能蔓延，燃烧也就不能进行。在火源作用下，可燃气体、蒸气或粉尘在空气中恰足以使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体、蒸气或粉尘与空气混合物的爆炸下限，也称燃烧下限。同理，恰足以使火焰蔓延的最高浓度，称为爆炸上限，也称燃烧上限。上限和下限统称爆炸极限或燃烧极限。浓度在上、下限之间的范围内，在火源作用下能够引起燃烧或爆炸；在此范围之外，则不会着火，更不会爆炸。浓度在爆炸上限以上，若空气能补充进来，则随时有发生燃烧，爆炸的危险。
因此，对浓度在上限以上的混合气，通常仍认为它们是危险的。
多组分可燃气体的爆炸极限，通常用计算的方法获得。单组分可燃气体、蒸气的爆炸极限可以从各种手册中查到。
根据理?查特理法则计算，当混合气体中含有两种以上成分的町燃气体或蒸气时，它们的爆炸极限，可根据理?查特理法则计算。其计算公式如下：
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式中???%20X1m——混合气体的爆炸下限；
X2m，——混合气体的爆炸上限； na，nb，nc…——可燃混合气中a，b，c…各组分的百分含量；na，十nb+nc+…＝100％； X1a，Xlb，X1c…——混合气中各可燃气组分的爆炸下限。 X2a，X2b,X2c，…——混合气中各可燃气组分的爆炸上限。 例题1?%20某天然气含甲烷80％，乙烷15％，丙烷4％，丁烷1％。求天然气的爆炸极限。假设a、b、c、d分别表示甲烷、乙烷、丙烷、丁烷。![]()
由于理?查特理法则推导时引入了各种可燃气组分同时着火的假设，所以(1)和(2)式适用于计算反应活性和活化能正相近的各种碳氢化合物混合气的爆炸极限，对其他可燃性气体混合物的计算结果有些偏差，但亦有一定的参考价值。
根据经验公式计算，含有惰性气体的多组分可燃气体混合物的爆炸极限可用下式计算：![]()
煤气的爆炸范围为16．7％~84．8％。
爆炸极限的影响因素。爆炸极限通常是在常温、常压等标准条件下测定出来的数据，它不是固定的物理常数。不同的物质有不同的爆炸极限。同一种可燃气体、蒸气的爆炸极限也不是固定不变的。它随温度、压力、含氧量、惰性气体含量、火源强度等因素的变化而变化。
初始温度。混合物着火前的初温升高，会使爆炸极限范围扩大，爆炸危险性就会增加。
初始压力。混合气体的初始压力增加，上限显著提高，爆炸范围扩大。例如甲烷的爆炸范围在100 kPa下为5．3％~14％，在1000kPa下为5．7％~17。2％。混合气体在减压的情况下，爆炸范围会随着减小。压力降到某一数值，上限与下限重合，这一压力称为临界压力。低于临界压力，混合物则无燃烧爆炸的危险。所以在化工生产中，对于一些燃爆危险性大的物料的生产、储存，往往采用在临界压力以下的条件进行。
含氧量。混合物中的含氧量增加，爆炸上限提高，爆炸范围扩大，爆炸危险性增加。例如，甲烷在空气中的爆炸范围为5．3％~14％，在纯氧中的爆炸范围为5．0％～61％。
