生产技术辅导：爆炸的概念
编辑整理：中国注册安全工程师考试网 文章日期：2007-11-21 8:46:16 打印
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【大纲考试内容要求】：
1.了解爆炸的机理及其分类；
2.熟悉各种爆炸的反应历程。
3.了解爆炸极限的影响因素；
【教材内容】： 第二节 爆炸基本概念 一、爆炸的概念
(一)爆炸的机理及其分类
在自然界中存在各种爆炸现象。广义地讲，爆炸是物质系统的一种极为迅速的物理的或化学的能量释放或转化过程，是系统蕴藏的或瞬间形成的大量能量在有限的体积和极短的时间内，骤然释放或转化的现象。在这种释放和转化的过程中，系统的能量将转化为机械功以及光和热的辐射等。
爆炸可以由不同的原因引起，但不管是何种原因引起的爆炸，归根结底必须有一定的能源。按照能量的来源，爆炸可以分为三类，即物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。
(1)物理爆炸。物理爆炸是由系统释放物理能引起的爆炸。例如，
高压蒸汽锅炉当过热蒸汽压力超过锅炉能承受的程度时，锅炉破裂，高压蒸汽骤然释放出来，形成爆炸；
陨石落地、高速弹丸对目标的撞击等物体高速碰撞时，物体高速运动产生的功能，在碰撞点的局部区域内迅速转化为热能，使受碰撞部位的压力和温度急剧升高，并在碰撞部位材料发生急剧变形，伴随巨大响声，形成爆炸现象；
自然界中的雷电也属于物理爆炸，它是由带有不同电荷的云块间发生强烈的放电现象，使能量在10-6～10-7s内释放出来，放电区达到极大的能量密度和高温，导致放电区空气压力急剧升高并迅速膨胀，对周围空气产生强烈扰动，从而形成闪电雷鸣般的爆炸现象；
高压电流通过细金属丝时，温度可达到2×104℃，使金属丝瞬间化为气态而引起爆炸现象；
此外，地震和火山爆发等现象也能属于物理爆炸。
总之，物理爆炸是机械能或电能的释放和转化过程，参与爆炸的物质只是发生物理状态或压力的变化，其性质和化学成分不发生改变。
(2)化学爆炸。化学爆炸是由于物质的化学变化引起的爆炸，如炸药爆炸，可燃气体(甲烷、乙炔等)爆炸。
悬浮于空气中的粉尘(煤粉、面粉等)以一定的比例与空气混合时，在一定的条件下所产生的爆炸也属于化学爆炸。
化学爆炸是通过化学反应，将物质内潜在的化学能，在极短的时间内释放出来，使其化学反应产物处于高温、高压状态的结果。
一般气体爆炸和粉尘爆炸的压力可以达到2×106Pa，高能炸药爆炸时的爆轰压可达2×1010Pa以上，二者爆炸时产物的温度均可达到3×103~5×103K，因而使爆炸产物急剧向周围膨胀，产生强冲击波，造成对周围介质的破坏。化学爆炸时，参与爆炸的物质在瞬间发生分解或化合，变成新的爆炸产物。
(3)核爆炸。核爆炸是核裂变(如原子弹是用铀235、钚239裂变)、核聚变(如氢弹是用氘、氚或锂核的聚变)反应所释放出的巨大核能引起的。核爆炸反应释放的能量比炸药爆炸时放出的化学能大的多，核爆炸中心温度可达数107K，压力可达1015Pa以上，同时产生极强的冲击波、光辐射和粒子的贯穿辐射等，比炸药爆炸具有更大的破坏力。化学爆炸和核爆炸反应都是在微秒量级的时间内完成的。
综上所述，爆炸过程表现为两个阶段，在第一阶段中，物质的(或系统的)潜在能以一定的方式转化为强烈的压缩能；第二阶段，压缩急剧膨胀，对外做功，从而引起周围介质的变形、移动和破坏。不管由何种能源引起的爆炸，它们都同时具备两个特征，即能源具有极大的能量密度和极大的能量释放速度。
按反应相态的不同爆炸可分为以下3类：
(1)气相爆炸。它包括可燃性气体和助燃性气体混合物的爆炸；气体的分解爆炸；液体被喷成雾状物在剧烈燃烧时引起的爆炸等。
(2)液相爆炸。它包括聚合爆炸、蒸汽爆炸以及不同液体混合所引起的爆炸。
(3)固相爆炸。它包括爆炸性化合物和混合危险物质的爆炸。
(二)爆炸反应历程
爆炸性物质或混合物发生爆炸有热反应和链式反应两种不同的历程。按照链式反应理论，爆炸性混合物(如可燃性气体和氧气)与火源接触后，活化分子就会吸收能量而离解为游离基，并与其他分子相互作用形成一系列的链式反应，释放燃烧热。链式反应有直链式反应和支链式反应两种。直链反应是指每一个游离基都进行自己的连锁反应，如氯和氢属于这一类反应。即氯分子在光的作用下被活化成两个氯的游离基，每一个氯的游离基都进行自己的连锁反应，而且每次反应只引出一个新的游离基，即： Cl2+hv(光量子) = Cl·+ Cl·
Cl·+H2 = HCl + H·
H·+ Cl2 = HCl + Cl·
Cl·+ H2 = HCl + H·
H+ Cl2 = HCl + Cl·
依此类推
Cl·+Cl·= Cl2
H·+H·= H2
支链反应是指在反应中一个游离基能生成一个以上的新的游离基，如氢和氧的连锁反应属于此类反应，其反应历程为：
I H2+ O2 = 2 OH·
Ⅱ OH·+H2 = H2O +H·
Ⅲ H·+ O2 = OH+O·
Ⅳ O·+H2= OH·+H·
链式反应历程大致分为3个阶段：
(1)链引发，游离基生成。
(2)链传递，游离基作用于其他参与反应的化合物，产生新的游离基。
(3)链终止，即游离基的消耗，使连锁反应终止。
链式反应速度可用下式表示：  式中F(c)——反应物浓度函数；
f s——链在器壁上销毁因数；
f c——链在气相上销毁因数；
A——与反应物浓度有关的函数；
a ——链的分支数，在直链反应中n=l，支链反应中n>1。
热反应历程是指危险物受热发生化学反应，反应在某一定空间内进行时，如果散热不良会使反应温度不断提高，温度的提高又会使反应速度加快，使得热大于失热，导致爆炸发生。
至于什么情况下发生热反应，什么情况下发生链式反应，需根据具体情况而定，甚至同一爆炸性混合物在不同条件下有时也会有所不同。图2 3所示为氢和氧按完全反应的浓度(2H2+O2)组成的混合气发生爆炸的温度和压力区间。从图中可以看出，当压力很低且温度不高时(如在温度500℃和压力不超过200 Pa时)，由于游离基很容易扩散到器壁上销毁，此时连锁中断速度超过支链产生速度，因而反应进行较慢，混合物不会发生爆炸；当温度为500℃，压力升高到200Pa和6666 Pa之间时(如图中的a和b点之间)，由于产生支链速度大于销毁速度，链反应很猛烈，就会发生爆炸；当压力继续提高，超过b点(大于6666 Pa)以后，由于混合物内分子的浓度增高，容易发生链中断反应，致使游离基销毁速度又超过链产生速度，链反应速度趋于缓和，混合物又不会发生爆炸了。  图2—3中a和b点时的压力，即200Pa和6666 Pa，分别是混合物在低限和爆炸高限。随着温度增加，爆炸极限会变宽。这是由于链反应需要有链分支反应速度随温度升高而增加，而链终止的反应却随温度的升高而降低，故升高温度对产生链反应有利，结果使爆炸极限变宽，在图上呈现半岛形，当压力再升高超过c点(大于666610 Pa)时，开始出现下列反应：
H·+ O2——HO2·
HO2·+ H2——H·+ H2O2
HO2·+ H2O——OH·+ H2O2
产生游离基H·和OH·这两个反应是放热的，结果使反应释放出的热量超过从器壁散失的热量，从而使混合物的温度升高，进一步加快反应，促使释放出更多的热量，导致热爆炸的发生。
【例题】：悬浮于空气中的粉尘(煤粉、面粉等)以一定的比例与空气混合时，在一定的条件下所产生的爆炸，属于（ ）。
A.物理爆炸
B.化学爆炸 C. 碰撞爆炸 D. 机械爆炸 【答案】： B |
