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1、第第3 3讲讲 化学物质爆炸危险性评价化学物质爆炸危险性评价 及有关参数测试及有关参数测试1 1 概述概述 爆炸过程与工艺条件有关，但发生化学爆炸的根本原因还在于物质本身，即只有物质具有潜在爆炸危险性或能与某条件下的其它物质反应转化为具有爆炸危险性的物质时，才有可能发生爆炸。因此，充分了解物质本身的爆炸危险性对防止爆炸事故的发生具有重要意义。化学物质爆炸危险性评价预评价试验评价化学物质危险性的预评价有文献调查、化学结构分析和计算预评价等。试验评价包括感度试验和威力试验两部分。由感度试验可了解物质在某种条件下引发爆炸的难易程度，通过威力试验可知道一旦发生爆炸，爆炸产物膨胀过程中对外作用的大小。2
2、 2 化学物质爆炸危险性预评价化学物质爆炸危险性预评价 首先了解该物质发生过的事故及事故原因、结果等，其次是了解物质危险性数据，如分解温度、分解放热量、热失重、爆炸极限、闪点、燃点、自燃点、机械感度、火焰、火花感度、冲击波感度、威力试验数据等。通过文献调查，可对待评价物质的爆炸特性有一大体了解。2.1 2.1 文献调查文献调查 一般情况下，当物质结构中含有表31中的原子团时，该化合物具有潜在爆炸危险性，该类原子团称爆炸性基团。2.2 2.2 通过化学结构推断危险性通过化学结构推断危险性p 爆炸性化合物特有的原子团爆炸性化合物特有的原子团 某些物质放置于空气中能与空气中的氧发生反应，形成不稳定的
3、或爆炸性的有机过氧化合物。该类物质如表32所示。其结构特点主要是具有弱的CH键及易引起附加聚合的双键。反应的放热性是物质发生爆炸的三个要素之一，物质之所以能发火、爆炸，是因为它们在反应中放出大量的能量，该能量即称为反应热(燃烧热、分解热、爆炸热等)。根据物质最大分解热、燃烧热和最大分解热之差及氧平衡等数值的大小，在一定程度上可以预测该物质的爆炸危险性。2.3 2.3 通过计算预测爆炸危险性通过计算预测爆炸危险性 物质的潜在爆炸危险性可按最大分解热、燃物质的潜在爆炸危险性可按最大分解热、燃烧热与最大分解热之差及氧平衡分别进行分级。烧热与最大分解热之差及氧平衡分别进行分级。一般常见物质的生成热可以
4、查化学手册。（1 1）物质生成热物质生成热（2 2）产生最大分解热时分解产物的确定产生最大分解热时分解产物的确定 首先假定碳、氢、氧、氮化合物分解生成各种可能的产物，如CO2，CO，H2O，N2，C，CH4，H2，O2等，再对各种情况下的分解热进行计算。通过比较可知，该类物质产生最大分解时的分解产物生成顺序为：氧将氢全部氧化为水，剩余氧再将碳氧化为二氧化碳，氧不足时有甲烷或单质氢、碳生成，过量氧以单质氧存在，氮生成氮气。（3 3）燃烧热）燃烧热 燃烧热可由试验测定，亦可利用估算出的生成热进行估算：（4 4）氧平衡值的计算）氧平衡值的计算 一般地说，对于含碳、氢、氧、氮的物质，其分子式可用下面通
5、式表示：CaHbOcNd式中，a、b、c、d分别代表在一个炸药分子中的碳、氢、氧、氮的原子个数。发生爆炸反应时，可燃元素碳、氢的完全氧化是按下式进行的：C+OC+O2 2COCO2 2+395kJ/mol+395kJ/mol 2H 2H2 2+O+O2 22H2H2 2O+242kJ/molO+242kJ/mol 也就是说，a个碳原子消耗2a个氧原子变成CO2，b个氢原子变成H2O，消耗b/2个氧原子，而物质本身含有的氧原子数为c，因此c与（2a+b/2）的差值，就反映了氧平衡的情况：为物质的分子量。在实际计算中，氧平衡值往往用每在实际计算中，氧平衡值往往用每1g1g物质内物质内多余或不足的氧
6、的克数来表示，多余或不足的氧的克数来表示，这时CaHbOcNd物质的氧平衡可按下式计算：3 3 化学物质爆炸危险性的试验评价化学物质爆炸危险性的试验评价 可燃性气体或易燃液体蒸气与空气混合物的爆炸危险性用其爆炸极限来表征。爆炸范围越宽，爆炸下限越低，则爆炸危险性越大。3.1 3.1 可燃气体混合物的爆炸危险性可燃气体混合物的爆炸危险性 爆炸极限的测定装置如图3-1所示，主要由反应管、点火装置、搅拌装置、真空泵、压力计、电磁阀等组成。试验前先检查气密性，然后按分压法混合配气，搅拌5分钟后开始点火试验，观察火焰是否传至管顶，用此法则出爆炸上、下限。可燃性物质以极小的尘埃分散于空气中时，在其巨大的表
7、面上，吸附了空气中的氧，由于此种情况下的氧具有极大的活力，易与粉尘发生化学反应，在外界火花、火馅等能量的引发下即会发生爆炸。如最常见的煤尘、铝粉、镁粉、碳化钙粉尘的爆炸，面粉厂、制茶与可可的加工厂、亚麻厂等发生的爆炸都是粉尘爆炸。3.2 3.2 可燃粉尘的爆炸危险性可燃粉尘的爆炸危险性p 粉尘爆炸粉尘爆炸p 可燃性固体粉尘爆炸危险性参数测定及评价可燃性固体粉尘爆炸危险性参数测定及评价 图3-2是测定粉尘爆炸极限的Hartmann装置。此装置是直径约70mm，高390mm的玻璃容器，下部放置干燥试样0.011.0g，用压缩空气向上吹，在容器内形成粉尘云，用能量10J的电火花点火，观察是否燃烧、爆
8、炸。同一浓度做6次试验，其中有1次着火，该浓度就是爆炸下限。根据粉尘的爆炸下限，对危险性作如下分级：p 凝聚相化学物质的爆炸危险性评价凝聚相化学物质的爆炸危险性评价 起爆：物质在外界能量作用下引起爆炸的过程。起爆冲能：起爆某物质所需的外界能量。感度：物质起爆的难易程度。威力：物质发生爆炸后，通过高温、高压气体产物的膨胀对外界产生作用，该作用的大小，即爆炸性物质对介质做功的能力。爆炸性物质的爆炸危险性通常用感度和威力来表征。p 混合危险性的试验方法混合危险性的试验方法混合危险性物质：两种或两种以上的物质混合或相互接触时能产生起火、爆炸危险的物质。实际生产中，由于人们对某些物质危险性的认识不足或因
9、意外事故，常常将有混触危险的物质贮存于同一库区，当产生意外泄漏时，导致着火、爆炸事故。因此，通过实验方法来搞清哪两种化学药品组合时会出现混触发火，对化学药品、化工原料的安全管理具有重要参考价值。（1 1）改良铁皿试验）改良铁皿试验 试验时，通过拉绳移动杯子，其中的试样即会自动加入不锈钢皿中而混合，通过上方镜子可以观察皿内的反应情况。测温用镍铝一镍铝热电偶或非接触式红外线温度计，用丙烷灯或镍铅丝加热器进行加热。利用该装置，实验者可在10m以内的地方进行药品混触、加热以及温度测定等，试验方法如下：将2.5g试样A故人不锈用皿内，2.5g试样B放入杯中，远距离使A与B混合，观察发火和发热情况，不发火
10、时，用煤气灯加热，使之烧毁，然后进行、试验。将试样A 2.5g与试样B分别放在内部隔开的杯子里，然后再将其投入到用油浴保温在100的不锈钢皿中，使之混触观察有无发火、发热现象。如不发火则烧毁之。按产生最大反应热时不同物质的配比配制10g A和B的混合试样，放在磁蒸发皿中然后将加在杯子中的5g强酸投放到磁蒸发皿中，使它们混合接触观察反应情况。试验、反映了两种物质混触时的发火情况，如果试验中产生发火，则说明该组合最危险，量大时可产生爆炸。表3-3列出了由试验得出的部分氧化剂与乙二酵的混触发火结果。试验试验是在试验是在试验不发火情况下，加热至不发火情况下，加热至l00l00时混触的发火可能性检测。表
11、时混触的发火可能性检测。表3-43-4列出了用该方法得列出了用该方法得出的部分实例。出的部分实例。试验试验是物质与强酸共存时的发火情况，表是物质与强酸共存时的发火情况，表3-3-5 5列出了该试验条件下的部分实例。列出了该试验条件下的部分实例。化学药品的混触发火，主要与药品数量、温度、湿度及第三种物质的存在有关。一般来讲，药品量大时容易发火，而药品量少时则不然。对用改良铁皿试验不发火或发热情况较差的物质，可用该试验进一步测定在大量混合时的发火情况。实验装置如图3-1 7所示。样品瓶按图中那样放置在样品盘中，由上部1米高处，使重量2kg、厚度5mm的不锈钢锤落下，将药品瓶打碎，使药品混合，通过监
12、视器观察到达着火的时间、火焰大小及发烟状况等。表36列出了部分物质的混触发火试验结果。（2 2）混触发火试验）混触发火试验 4 4 综合评价综合评价 释放能量的危险性不能仅用一种试验方法评价。由于产生分解、爆炸的原因多种多样，因此评价时必须采用与其相对应的试验方法。试验评价之前，应对待评价物质的危险性有所了解：该物质的危险性种类；与危险性种类相应的试验方法；该物质的使用条件；与该物质使用条件相应的最少的必须试验组合。表37列举了联合国危险品运输专家委员会的有机过氧化物大量运输的组合试验与许可标准。综合评价中采用危险性就高不就低的原则，即在所有的试验中，若其中之一危险性大，则不论其它试验结果如何，都认为该物质危险性大。