爆炸

爆炸的分类

爆炸是物质系统的一种极为迅速的物化或化学能量的释放或转化过程，在此过程中，系统的能量将转化为机械功、光和热的辐射等。

【注】爆炸最主要的特征是爆炸点及周围压力急剧升高。能源具有极大的密度和极大的能量释放速度。

（1）按照能量来源分类

分类	特点	举例
物理爆炸	只发生物态变化，不发生化学反应	蒸气锅炉爆炸、轮胎爆炸、水的急剧汽化
化学爆炸	物质发生高速放热化学反应（主要是氧化反应及分解反应）	炸药爆炸、可燃气体、可燃粉尘的爆炸
核爆炸	原子核发生的裂变或聚变反应	原子弹、氢弹爆炸

（2）按照爆炸物质反应相分类

分类	举例
气相爆炸	① 混合气体爆炸：空气和氢气、丙烷、乙醚等混合气。 ② 气体分解爆炸：乙炔、乙烯、氯乙烯的分解爆炸。 ③ 粉尘爆炸：空气中飞散的铝粉、镁粉、玉米淀粉等。 ④ 喷雾爆炸：油压机喷出的油雾、喷漆作业的爆炸。
液相爆炸	① 混合危险物质的爆炸：硝酸和油脂、液氧和煤粉、高锰酸钾和浓酸。 ② 蒸气爆炸：熔融矿渣与水、钢水与水产生蒸气。 ③ 液体易爆化合物的爆炸：硝酸甘油的爆炸。
固相爆炸	① 固体易爆化合物的爆炸：三硝基甲苯、乙炔铜的爆炸。 ② 导线爆炸：导线因电流过载引起的爆炸。

（3）按照爆炸速度分类

分类	特点	举例
爆燃	燃烧速度每秒数米，亚音速传播，破坏力和声响小	① 可燃气体混合物在爆炸浓度上限或下限的爆炸； ② 无烟火药遇到点火源产生的燃烧
爆炸	燃烧速度每秒十几至数百米，压力激增，破坏和声响大	① 可燃气体混合物在多数情况下的爆炸； ② 火药遇到点火源引起的爆炸
爆轰	燃烧速度每秒上千米，极高压力，产生超音速冲击波	梯恩梯（TNT）炸药产生的爆炸

爆炸破坏作用

冲击波	冲击波的破坏程度与冲击波能量的大小、建筑物的坚固程度及其距产生冲击波的中心距离有关。
碎片冲击	碎片的四处分散距离一般可达数十米至数百米。
震荡作用	地震波会造成建筑物的震荡、开裂、松散倒塌等危害。
次生事故	火灾、高处作业人员坠落、粉尘二次爆炸
有毒气体	生成一定量的CO、NO、H2S、S02等有毒气体。

可燃气体爆炸

（一）分解爆炸性气体爆炸

（1）某些气体如乙炔、乙烯、环氧乙烷等，即使在没有氧气的条件下，也能被点燃爆炸，其实质是一种分解爆炸。

1. 引起气体爆炸的内因：分解热。
2. 引起气体爆炸的外因：一定的温度和压力。

（2）乙炔受热或受压，容易发生聚合、加成、取代或爆炸分解反应。乙炔易与铜、银、汞等重金属反应生成爆炸性的乙炔盐，乙炔盐只需轻微的撞击便能发生爆炸而使乙炔着火。不能用含铜量超过65%的铜合金制造盛装乙炔的容器。在用乙炔焊接时，不能适用含银焊条。

（3）分解爆炸的敏感性与压力有关，分解爆炸所需的能量，随压力的升高而降低。乙烯分解爆炸所需的发火能比乙炔的要大。高压法工艺制造聚乙烯时，分解爆炸事故屡有发生。

（二）可燃性混合气体爆炸

燃烧反应过程一般分为三个阶段：

1. 扩散阶段：从释放源通过扩散达到相互接触所需的时间。
2. 感应阶段：接受点火源能量，离解成自由基或活性分子。
3. 化学反应阶段：自由基与反应物分子相互作用，生成新的分子和新的自由基，完成燃烧反应。

【注】扩散阶段时间远大于其他两个阶段，因此，是否经历扩散过程是决定可燃气体燃烧或爆炸的主要条件。

粉尘爆炸

当可燃性固体呈粉体状态，粒度足够细，飞扬悬浮于空气中，并达到一定浓度，在相对封闭的空间内，遇到足够的点火能量，就能发生粉尘爆炸。

（一）粉尘爆炸的条件

1. 粉尘本身具有可燃性。
2. 粉尘悬浮在空气中并达到一定浓度。
3. 有足以引起粉尘爆炸的起始能量。

• 具有粉尘爆炸危险性的物质：

1. 金属类（镁粉、铝粉）
2. 煤炭类（活性炭）
3. 粮食类（面粉、淀粉、玉米粉等）
4. 饲料类
5. 农副产品类（棉花、烟草、砂糖）
6. 林产品类（纸粉、木粉）

（二）粉尘爆炸的特点

1. 粉尘爆炸速度或压力上升速度比爆炸气体小，但燃烧时间长，产生的能量大，破坏程度大。
2. 爆炸感应期较长。
3. 有产生二次爆炸的可能性。
   • 粉尘初次爆炸产生的冲击波会将堆积的粉尘扬起，悬浮在空气中，在新的空间形成达到爆炸极限浓度范围内的混合物，引起二次爆炸。
4. 粉尘有不完全燃烧的现象，燃烧产物可能导致中毒。

（三）粉尘爆炸过程

粉尘爆炸过程与可燃气爆炸相似，但有两点区别：

1. 粉尘爆炸所需的发火能更大。
2. 可燃气体爆炸中，促使温度上升的方式主要是热传导，而在粉尘爆炸中，热辐射的作用大。

（四）粉尘爆炸的特性及影响因素

评价粉尘爆炸危险性的主要特征参数有爆炸极限、最小点火能量、粉尘爆炸压力及压力上升速率。

1. 粒度对粉尘爆炸压力上升速率的影响比其对压力影响大。粒度越细，比表面越大，反应速度快，爆炸上升速率越大。
2. 初始压力增大，密闭容器粉尘爆炸压力及压力上升速率增大。
3. 容器尺寸会对粉尘爆炸压力及压力上升速率有很大的影响。
4. 粉尘爆炸在管道中传播碰到障碍，因湍流的影响，粉尘呈旋涡状态，使爆炸波阵面不断加速。当管道足够长时，甚至转化为爆轰。

爆炸极限

（一）物质爆炸浓度极限

可燃气体、蒸气或可燃粉尘与空气（氧）在一定浓度范围内均匀混合，遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限（爆炸极限）。

1. 能够发生爆炸的最低浓度称为爆炸下限。
2. 能够发生爆炸的最高浓度称为爆炸上限。

（二）危险度

可燃气体、蒸气和可燃粉尘的危险性用危险度表示。

爆炸上限、下限之差与爆炸下限浓度比值表示危险度：

• 可燃气体：H（体积分数）=（L_上 – L_下）／L_下
• 可燃粉尘：H（质量分数）=（Y_上 – Y_下）／Y_下

【注】H值越大，表示爆炸极限范围越宽，爆炸危险性越大。

（三）爆炸极限的影响因素

（1）可燃气体的爆炸极限不是一个固定值，受一系列因素的影响而有所变化，主要因素有可燃混合气体的温度、压力、惰性气体、点火能、容器材料及结构等。

温度、压力	初始温度/压力越高，爆炸极限范围越宽，危险性增加。 【注】密闭设备进行减压操作对安全是有利的。
惰性介质	惰性气体含量的增加，爆炸极限范围缩小。 【常见的惰性介质】N2、CO2、水蒸气、Ar、He等。 【注】氧含量增加，爆炸极限扩大，对爆炸上限提高更多。
爆炸容器	容器材料的传热性越好、管径越细，火焰在其中越难传播，爆炸极限范围变小。
点火源	点火源的活化能量越大，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限范围越宽。 ① 一般情况，爆炸极限均在较高的的点火能下测得。 ② 测CH4与空气混合的爆炸极限，用10J以上点火能，其爆炸极限为5%～15%。

（2）粉尘爆炸极限不是固定不变的，影响粉尘爆炸极限范围的因素：

1. 粉尘粒度越细，分散度越高，可燃气和氧含量越大，火源强度、初始温度越高，粉尘爆炸极限范围越大，危险性越大。
2. 湿度越高，惰性粉尘及灰分越多，粉尘爆炸极限范围越小，危险性越小。

燃烧、爆炸的转化

• 爆炸最主要特征是压力急剧上升，并不一定着火。
• 燃烧一定有发光放热现象，但与压力无特别关系。
• 固体或液体物质燃烧转化为爆炸的主要条件：
  • 密闭状态下，燃烧产生的高温气体增大压力。
  • 燃烧面积扩大，使燃速加快，形成冲击波。
  • 燃烧形成的高温区将热量传给未反应的可燃物质。