2.1 危險化學品的理化危害

近年來，我國化工系統所發生的各類事故中，由于火災爆炸導致的人員傷亡為各類事故之首，由此導致的直接經濟損失也相當可觀。1993年8月5日，深圳清水河危險化學品倉庫發生特大火災爆炸事故，導致15人死亡，200余人受傷，其中重傷25人，直接經濟損失達2.5億元人民幣。2012年2月28日上午9時4分左右，位于河北省石家莊市趙縣工業園區生物產業園內的河北克爾化工有限責任公司生產硝酸胍的一車間發生重大爆炸事故，造成25人死亡、4人失蹤、46人受傷。這起事故是近一個時期以來危險化學品領域發生的傷亡最嚴重的事故。這些事故都是由于化學品自身的火災爆炸危險性造成的。據不完全統計，2000～2002年，由于化學品的火災、爆炸所導致的事故占化學品事故的53%，傷亡人數占所有事故傷亡人數的50.1%。因此了解化學品的火災與爆炸危害，正確進行危險性評價，及時采取防范措施，對搞好安全生產、防止事故發生具有重要意義。

2.1.1 燃燒與爆炸的概念

2.1.1.1 燃燒

（1）定義

可燃物與氧或氧化劑發生強烈的氧化反應，同時發出熱和光的現象稱為燃燒。人們通常說的“起火”、“著火”，就是燃燒一詞的通俗叫法。燃燒是一種特殊的氧化反應，這里的“特殊”是指燃燒通常伴隨有放熱、發光、火焰和發煙等特征。在燃燒過程中，可燃物與氧氣化合生成了與原來物質完全不同的新物質。

燃燒反應與一般的氧化反應不同，其特點是燃燒反應激烈、放出熱量多，放出的熱量足以把燃燒物加熱到發光程度，并進行化學反應形成新的物質。除可燃物和氧氣的化合反應外，某些物質與氯、硫的蒸氣等所發生的化合反應也屬于燃燒。如灼熱的鐵絲能在氯氣中燃燒等，它雖然沒有同氧氣化合，但所發生的反應卻是一種激烈的伴有放熱和發光的化學反應。

綜上所述，燃燒反應必須具有三個特征：劇烈的氧化還原反應；放出大量的熱；發光。

（2）燃燒條件

燃燒必須同時具備三要素：可燃物、助燃物（氧化劑）和點火源（著火源）。

①可燃物。凡能與空氣中的氧氣或氧化劑起劇烈化學反應的物質稱為可燃物。它們可以是固態的，如木材、棉纖維、紙張、硫黃、煤等；液態的，如酒精、汽油、苯、丙酮等；也可以是氣態的，如氫氣、乙炔、一氧化碳等。

②助燃物。凡能幫助和支持燃燒的物質，即能與可燃物發生氧化反應的物質稱為助燃物。常見的助燃物是廣泛存在于空氣中的氧氣。此外還有氯氣以及能夠提供氧氣的含氧化合物（氧化劑），如氯酸鉀、雙氧水等。

③著火源。凡能引起可燃物質燃燒的能源稱為著火源。著火源主要有明火、電弧、電火花、高溫、摩擦與撞擊以及化學反應熱等幾種。此外，熱輻射、絕熱壓縮等都可能引起可燃物的燃燒。

要發生燃燒，不僅必須具備以上“三要素”，而且每一個條件都要有一定的量且相互作用，燃燒才能發生。例如氫氣在空氣中的體積分數少于4%時，便不能點燃。一般可燃物質在含氧量低于14%的空氣中不能燃燒。一根火柴燃燒時釋放出的熱量，不足以點燃一根木材或一堆煤。反過來，對于已經發生的燃燒，只要消除其中任何一個條件，燃燒便會終止。這就是滅火的原理。

（3）燃燒形式

任何物質的燃燒必經氧化分解、著火和燃燒三個過程。

由于可燃物質存在的狀態不同，所以它們的燃燒過程也不同，燃燒的形式也是多種多樣的。

按參加燃燒反應相態的不同，可分為均一系燃燒和非均一系燃燒。均一系燃燒是指燃燒反應在同一相中進行，如氫氣在氧氣中燃燒，煤氣在空氣中燃燒均屬于均一系燃燒。與此相反，在不同相內進行的燃燒叫非均一系燃燒。如石油、苯和煤等液、固體的燃燒均屬非均一系燃燒。

根據可燃氣體的燃燒過程，又分為混合燃燒和擴散燃燒兩種形式?？扇細怏w和空氣（或氧氣）預先混合成混合可燃氣體的燃燒稱混合燃燒?；旌先紵捎谌剂戏肿优c氧分子充分混合，所以燃燒時速度很快，溫度也高。另一類就是可燃氣體，如煤氣，直接由管道中噴出點燃，在空氣中燃燒，這時可燃氣體分子與空氣中的氧分子通過互相擴散，邊混合邊燃燒，這種燃燒稱為擴散燃燒。

根據燃燒反應進行的程度（燃燒產物）分為完全燃燒和不完全燃燒。

在可燃液體燃燒中，通常不是液體本身燃燒而是由液體產生的蒸氣進行燃燒，這種形式的燃燒叫蒸發燃燒。

很多固體或不揮發性液體，由于熱分解而產生可燃燒的氣體而發生燃燒，這種燃燒叫分解燃燒。像硫在燃燒時，首先受熱熔化（并有升華），繼而蒸發形成蒸氣而燃燒；而復雜固體，如木材和煤，燃燒時先是受熱分解，生成氣態和液態產物，然后氣態和液體產物的蒸氣再氧化燃燒。

蒸發燃燒和分解燃燒均有火焰產生，因此屬于火焰燃燒。當可燃固體燃燒到最后，分解不出可燃氣體時，只剩下碳；燃燒是在固體的表面進行的，看不出擴散火焰，這種燃燒稱為表面燃燒（又稱為均熱型燃燒），如焦炭、金屬鋁、鎂的燃燒。木材的燃燒是分解燃燒與表面燃燒交替進行的。

（4）燃燒的種類

燃燒因起因不同分為閃燃、著火和自燃。

①閃燃。任何液體表面都有一定數量的蒸氣存在，蒸氣的濃度取決于該液體所處的溫度，溫度越高則蒸氣濃度越大。在一定溫度下。易（可）燃液體表面上的蒸氣和空氣混合物與火焰接觸時，能閃出火花，但隨即熄滅，這種瞬間燃燒的過程叫閃燃。閃燃往往是著火的先兆，能使可燃液體發生閃燃的最低溫度稱為該液體的閃點。在閃點溫度，液體蒸發速度較慢，表面上積累的蒸氣遇火瞬間即已燒盡，而新蒸發的蒸氣還來不及補充，所以不能持續燃燒。

閃點是評價液體化學品燃燒危險性的重要參數，閃點越低，它的火災危險性越大。常見易（可）燃液體的閃點見表2-1。

②著火?？扇嘉镔|在有足夠助燃物質（如充足的空氣、氧氣）的情況下，因著火源作用引起的持續燃燒現象，稱為著火。使可燃物質發生持續燃燒的最低溫度稱為該液體的著火點（燃點）。物質的燃點越低，越容易著火。液體的閃點低于它的燃點，兩者的差與閃點高低有關。閃點高則差值大，閃點在100℃以上時，兩者相差可達30℃；閃點低則差值小，易燃液體的燃點與閃點就非常接近，對易燃液體來說，一般燃點高于閃點1～5℃。一些可燃物的燃點見表2-2。

③自燃。可燃物質在助燃性氣體中（如空氣），無外界明火的直接作用下，因受熱或自行發熱能引燃并持續燃燒的現象，稱為自燃。

自燃不需要點火源。在一定條件下，可燃物質產生自燃的最低溫度為自燃點，也稱引燃溫度，自燃點是衡量可燃物質火災危險性的又一個重要參數。可燃物的自燃點越低，越易引起自燃，其火災危險性越大。一些可燃物質的自燃點見表2-3。

自燃又可分為受熱自燃和自熱自燃。

在化工生產中，由于可燃物靠近蒸汽管道、加熱或烘烤過度、化學反應的局部過熱等，均可發生自燃?？扇嘉镔|在外界熱源作用下，溫度逐漸升高，當達到自燃點時，即可著火燃燒，稱為受熱自燃。物質發生受熱自燃取決于兩個條件：一是要有外界熱源；二是有熱量積蓄的條件。在化工生產中，由于可燃物料靠近或接觸高溫設備、烘烤過度、熬煉油料或油溶溫度過高、機械轉動部件潤滑不良而摩擦生熱、電氣設備過載或使用不當造成溫度上升而加熱等，都有可能造成受熱自燃的發生。如合成橡膠干燥工段，若橡膠長期積聚在蒸汽加熱管附近，則極易引起橡膠的自燃；合成橡膠干燥尾氣用活性炭纖維吸附時，若用水蒸氣高溫解吸后不能立即降溫，某些防老劑則極易發生自燃事故，導致吸附裝置燒毀。

某些物質在沒有外來熱源影響下，由于物質內部所發生的化學、物理或生化過程而產生熱量，并逐漸積聚導致溫度上升，達到自燃點使物質發生燃燒，這種現象稱為自熱自燃。造成自熱自燃的原因有氧化熱、分解熱、聚合熱、發酵熱等。常見的自熱自燃物質有：自燃點低的物質，如磷、磷化氫；遇空氣氧氣發熱自燃的物質，如油脂類、鋅粉、鋁粉、金屬硫化物、活性炭；自燃分解發熱物質，如硝化棉；易產生聚合熱或發酵熱的物質，如植物類產品、濕木屑等。危險化學品在儲存、運輸等過程中遇到的大多是自熱自燃現象。

綜上，引起自熱自燃是有一定條件的：首先，必須是比較容易產生反應熱的物質，例如，那些化學上不穩定的容易分解或自聚合并發生反應熱的物質，能與空氣中的氧作用而產生氧化熱的物質以及由發酵而產生發酵熱的物質等；其次，此類物質要具有較大的比表面積或是呈多孔隙狀的，如纖維、粉末或重疊堆積的片狀物質，并有良好的絕熱和保溫性能；第三，熱量產生的速度必須大于向環境散發的速度。滿足了這三個條件，自熱自燃才會發生。因此，預防自熱自燃的措施，也就是設法防止這三個條件的形成。

2.1.1.2 爆炸

（1）爆炸特征

系統自一種狀態迅速轉變為另一種狀態，并在瞬間以對外做機械功的形式放出大量能量的現象稱為爆炸。爆炸是一種極為迅速的物理或化學的能量釋放過程。

爆炸現象一般具有如下特征：爆炸過程進行得很快；爆炸產生沖擊波，爆炸點附近瞬間壓力急劇上升；發出聲響，產生爆炸聲；具有破壞力，使周圍建筑物或裝置發生震動或遭到破壞。

（2）爆炸的分類

根據爆炸發生的不同原因，可將其分為物理爆炸、化學爆炸和核爆炸三大類；按其爆炸速度分為輕爆、爆炸和爆轟；而按反應相又可分為氣相爆炸、凝固相爆炸等。

危險化學品的防火防爆技術中，通常遇到的是物理爆炸和化學爆炸。

①物理爆炸。物理爆炸由物質的物理變化所致，其特征是爆炸前后系統內物質的化學組成及化學性質均不發生變化。物理爆炸主要是指壓縮氣體、液化氣體和過熱液體在壓力容器內，由于某種原因使容器承受不住壓力而破裂，內部物質迅速膨脹并釋放出大量能量的過程。如蒸汽鍋爐或裝有液化氣、壓縮氣體的鋼瓶受熱超壓引起的爆炸。

②化學爆炸?；瘜W爆炸是由物質的化學變化造成的，其特征是爆炸前后物質的化學組成及化學物質都發生了變化。化學爆炸按爆炸時所發生的化學變化，又可分為簡單分解爆炸、復雜分解爆炸和爆炸性混合物爆炸。

爆炸性混合物爆炸比較普遍，化工企業中發生的爆炸多屬于此類。所有可燃氣體、可燃液體蒸氣和可燃粉塵與空氣或氧氣組成的混合物發生的爆炸稱為爆炸性混合物爆炸。其爆炸過程與氣體的燃燒過程相似，主要區別在于燃燒的速度不同，燃燒反應的速度較慢，而爆炸時的反應速度很快。

如果可燃氣體或液體蒸氣與空氣的混合是在燃燒過程中進行的，則發生穩定燃燒（擴散燃燒），如火炬燃燒、氣焊燃燒、燃氣加熱等。但是如果可燃氣體或液體蒸氣與空氣在燃燒之前按一定比例混合，遇火源則發生爆炸。尤其是在燃燒之前即氣體擴散階段形成的一個足夠大的云團，如在一個作業區域內發生泄漏，經過一段延遲時期后再點燃，則會產生劇烈的蒸氣云爆炸，形成大范圍的破壞，這是要極力避免的。

2.1.1.3 爆炸極限及影響因素

（1）爆炸極限的概念

可燃氣體、可燃蒸氣或可燃粉塵與空氣組成的混合物，當遇點火源時易發生燃燒爆炸，但并非在任何濃度下都會發生，只有達到一定的濃度時，在火源的作用下才會發生爆炸。這種可燃物在空氣中形成爆炸混合物的最低濃度稱為該氣體、蒸氣或粉塵的爆炸下限，最高濃度稱為爆炸上限?？扇嘉镌诒ㄉ舷藓捅ㄏ孪拗g都能發生爆炸，這個濃度范圍稱為該物質的爆炸極限。

可燃性混合物的爆炸極限范圍越寬，其爆炸的危險性越大，這是因為爆炸極限越寬，則出現爆炸條件的機會就越多。爆炸下限越低，少量可燃物（如可燃氣體稍有泄漏）就會形成爆炸條件；爆炸上限越高，則有少量空氣滲入容器，就能與容器內的可燃物形成爆炸條件。

濃度在下限以下或上限以上的混合物是不會著火或爆炸的。濃度在下限以下時，體系內有過量的空氣，由于空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延；濃度在上限以上時，含有過量的可燃物，但空氣不足，缺乏助燃的氧氣，火焰也不能蔓延，但此時若補充空氣，也是有火災變成爆炸的危險的。因此對上限以上的可燃氣體或蒸氣與空氣的混合氣，通常仍認為它們是危險的。

爆炸極限通常用可燃氣體或可燃蒸氣在空氣混合物中的體積百分數（%）來表示，可燃粉塵則用g/m³表示。例如：乙醇的爆炸范圍為3.5%～19.0%，3.5%稱為爆炸下限，19.0%稱為爆炸上限。通常的爆炸極限是在常溫、常壓的標準條件下測定出來的，它隨溫度、壓力的變化而變化。

一些可燃氣體、可燃蒸氣的爆炸極限見表2-4。

粉塵混合物達到爆炸下限時所含粉塵量已經相當多，以像云一樣的形態存在，這種濃度只有在設備內部或其揚塵點附近才能達到。至于爆炸上限，因為太大，以致大多數場合都不會達到，因此沒有實際意義。一些可燃粉塵的爆炸下限見表2-5。

（2）影響爆炸極限的因素

影響爆炸極限的因素很多，主要包括以下幾項：

①原始溫度。爆炸性氣體混合物的原始溫度越高，則爆炸極限范圍越寬，即下限降低，上限升高，其爆炸危險性增加。如丙酮在原始溫度為0℃時，爆炸極限為4.2%～8.0%，當原始溫度為100℃時，爆炸極限則為3.2%～10.0%。

②原始壓力。在增加壓力的情況下，爆炸極限的變化不大。一般壓力增加，爆炸極限的范圍擴大，其上限隨壓力增加較為顯著；壓力降低，爆炸極限的范圍會變小。

③介質?；旌衔镏泻趿吭黾?，爆炸極限范圍擴大，尤其是爆炸上限的提高很明顯。但如果爆炸性混合物中的惰性氣體含量增加，則爆炸極限的范圍就會縮小，當惰性氣體達到一定濃度時，混合物就不再爆炸。這是由于惰性氣體加入混合物后，使可燃物分子與氧分子隔離，使它們之間形成不燃的“障礙物”。

④著火源。爆炸性混合物的點火能源，如電火花的能量、熾熱表面的面積、著火源與混合物接觸的時間長短等，對爆炸極限都有一定的影響，隨點火能量的加大，爆炸極限范圍變寬。

⑤容器。容器的尺寸和材質對物質的爆炸極限具有影響。容器、管子的直徑減小，則物質的爆炸極限范圍縮小。當管徑小到一定程度時，火焰便會熄滅。容器的材質對爆炸極限也有影響，如氫和氟在玻璃容器中混合，即使在液態空氣的溫度下，置于黑暗中也會發生爆炸，而在銀質容器中，在常溫下才會發生反應。

2.1.2 火災與爆炸的危害

火災與爆炸都會帶來生產設施的重大破壞和人員傷亡，但兩者的發展過程顯著不同。火災是在起火后火場逐漸蔓延擴大，隨著時間的延續，損失數量迅速增長，損失大約與時間的平方成比例，如火災時間延長一倍，損失可能增加四倍。爆炸則是猝不及防，可能僅一秒鐘內爆炸過程已經結束，設備損壞、廠房倒塌、人員傷亡等巨大損失也將在瞬間發生。

爆炸通常伴隨發熱、發光、壓力上升、真空和電離等現象，具有很強的破壞作用。它與爆炸物的數量和性質、爆炸時的條件以及爆炸位置等因素有關。主要破壞形式有以下四種。

2.1.2.1 直接的破壞作用

機械設備、裝置、容器等爆炸后產生許多碎片，飛出后會在相當大的范圍內造成危害。一般碎片在100～500m內飛散。如1979年，某廠液氯鋼瓶爆炸，鋼瓶的碎片最遠飛離爆炸中心830m，其中碎片擊穿了附近的液氯鋼瓶、液氯計量槽、儲槽等，導致大量氯氣泄漏，發展成為重大惡性事故，死亡59人，傷779人。

2.1.2.2 沖擊波的破壞作用

物質爆炸時，產生的高溫高壓氣體以極高的速度膨脹，像活塞一樣擠壓周圍空氣，把爆炸反應釋放出的部分能量傳遞給壓縮的空氣層，空氣受沖擊而發生擾動，使其壓力、密度等產生突變，這種擾動在空氣中傳播就稱為沖擊波。

沖擊波的傳播速度極快，在傳播過程中，可以對周圍環境中的機械設備和建筑物產生破壞作用和使人員傷亡。沖擊波還可以在它的作用區域內產生震蕩作用，使物體因震蕩而松散，甚至破壞。

沖擊波的破壞作用主要是由其波陣面上的超壓引起的。在爆炸中心附近，空氣沖擊波波陣面上的超壓可達幾個甚至十幾個大氣壓，在這樣高的超壓作用下，建筑物被摧毀，機械設備、管道等也會受到嚴重破壞。當沖擊波大面積作用于建筑物時，波陣面超壓在20～30kPa內，就足以使大部分磚木結構建筑物受到強烈破壞。超壓在100kPa以上時，除堅固的鋼筋混凝土建筑外，其余部分將全都被破壞。

2.1.2.3 造成火災

爆炸發生后，爆炸氣體產物的擴散只發生在極其短促的瞬間內，對一般可燃物來說，不足以造成起火燃燒，而且沖擊波造成的爆炸風還有滅火作用。但是爆炸時產生的高溫高壓和建筑物內遺留大量的熱或殘余火苗，會把從破壞的設備內部不斷流出的可燃氣體、易燃或可燃液體的蒸氣點燃，也可能把其他易燃物點燃引起火災。

當盛裝易燃物的容器、管道發生爆炸時，爆炸拋出的易燃物有可能引起大面積火災，這種情況在油罐、液化氣瓶爆破后最易發生。正在運行的燃燒設備或高溫的化工設備被破壞，其灼熱的碎片可能飛出，點燃附近儲存的燃料或其他可燃物，引起火災。如某液化石油氣廠2號球罐破裂時，涌出的石油氣遇明火而燃燒爆炸，大火持續了整整23個小時，造成了巨大的損失。

2.1.2.4 造成中毒和環境污染

在實際生產中，許多物質不僅是可燃的，而且是有毒的，發生爆炸事故時，會使大量有害物質外泄，造成人員中毒和環境污染。