一、燃燒概述 

　　燃燒是可燃物質與助燃物質(氧或其他助燃物質)發生的一種發光發熱的氧化反應。在化學反應中，失掉電子的物質被氧化，獲得電子的物質被還原。所以，氧化反應并不限于同氧的反應。例如，氫在氯中燃燒生成氯化氫。氫原子失掉一個電子被氧化，氯原子獲得一個電子被還原。類似地，金屬鈉在氯氣中燃燒，熾熱的鐵在氯氣中燃燒，都是激烈的氧化反應，并伴有光和熱的發生。金屬和酸反應生成鹽也是氧化反應，但沒有同時發光發熱，所以不能稱做燃燒。燈泡中的燈絲通電后同時發光發熱，但并非氧化反應，所以也不能稱做燃燒。只有同時發光發熱的氧化反應才被界定為燃燒。

　　可燃物質(一切可氧化的物質)、助燃物質(氧化劑)和火源(能夠提供一定的溫度或熱量)，是可燃物質燃燒的三個基本要素。缺少三個要素中的任何一個，燃燒便不會發生。對于正在進行的燃燒，只要充分控制三個要素中的任何一個，燃燒就會終止。所以，防火防爆安全技術可以歸結為這三個要素的控制問題。例如，在無惰性氣體覆蓋的條件下加工處理一種如丙酮之類的易燃物質，一開始便具備了燃燒三要素中的前兩個要素，即可燃物質和氧化氣氛。可以查出，丙酮的閃點是－10℃。這意味著在高于－10℃的任何溫度，丙酮都可以釋放出足夠量的蒸氣，與空氣形成易燃混合物，一旦遭遇火花、火焰或其他火源就會引發燃燒。為了達到防火的目的，至少要實現下列四個條件中的一個條件：

　　(1)環境溫度保持在－10℃以下；

　　(2)切斷大氣氧的供應；

　　(3)在區域內清除任何形式的火源；

　　(4)在區域內安裝良好的通風設施。丙酮蒸氣一旦釋放出來，排氣裝置就迅速將其排離區域，使丙酮蒸氣和空氣的混合物不至于達到危險的濃度。

　　條件(1)和(2)在工業規模上很難達到，而條件(3)和(4)則不難

實現。固然，完全清除燃燒三要素中的任何一個，都可以杜絕燃燒的發生。然而，對工業操作施加如此嚴格的限制在經濟上很少是可行的。工業物料安全加工研究的一個重要目的是，確定在兼顧杜絕燃燒和操作經濟上的可行性方面還留有多大余地。為此，當人們知道如何防火時，這僅僅是開始，降低防火的消費在工業防火中有著同樣重要的作用。

　　燃燒反應在溫度、壓力、組成和點火能等方面都存在極限值。可燃物質和助燃物質達到一定的濃度，火源具備足夠的溫度或熱量，才會引發燃燒。如果可燃物質和助燃物質在某個濃度值以下，或者火源不能提供足夠的溫度或熱量，即使表面上看似乎具備了燃燒的三個要素，燃燒仍不會發生。例如，氫氣在空氣中的濃度低于4％時便不能點燃，而一般可燃物質當空氣中氧含量低于14％時便不會引發燃燒。總之，可燃物質的濃度在其上下極限濃度以外，燃燒便不會發生。

　　近代燃燒理論用連鎖反應來解釋可燃物質燃燒的本質，認為多數可燃物質的氧化反應不是直接進行的，而是通過游離基團和原子這些中間產物經連鎖反應進行。有些學者在燃燒的三角形理論的基礎上，提出了燃燒的四面體學說。這種學說認為，燃燒除具備可燃物質、助燃物質和火源三角形的三個邊以外，還應該保證可燃物質和助燃物質之間的反應不受干擾，即進行“不受抑制的連鎖反應”。

　　二、燃燒要素

　　在一般情況下，燃燒可以理解為燃料和氧間伴有發光發熱的化學反應。除自燃現象外，都需要用點火源引發燃燒。所以，燃燒要素可以簡單地表示為燃料、氧和火源這三個基本條件。這一部分我們將圍繞這三個基本條件進行討論，并提出降低與之聯系的危險性的建議。

　　1．燃料

　　防火的一個重要內容是考慮燃燒的物質，即燃料本身。處于蒸氣或其他微小分散狀態的燃料和氧之間極易引發燃燒。固體研磨成粉狀或加熱蒸發極易起火。但也有少數例外，有些固體蒸發所需的溫度遠高于通常的環境溫度。液體則顯現出很大的不同。有些液體在遠低于室溫時就有較高的蒸氣壓，就能釋放出危險量的易燃蒸氣。另外一些液體在略高于室溫時才有較高的蒸氣壓，還有一些液體在相當高的溫度才有較高的蒸氣壓。很顯然，液體釋放出蒸氣與空氣形成易燃混合物的溫度是其潛在危險的量度，這可以用閃點來表示。

　　液體的閃點是火險的標志。美國州際商會把閃點等于或低于27℃的液體列為高火險液體。選擇27℃作為分界點，是因為這個溫度代表通常或室內溫度的上限，任何液體在此或較低溫度閃燃都是危險的。閃點在27～177℃表示中度火險，閃點在177℃以上只有輕微火險。當液體的閃點低于93．7℃時，全美消防協會才稱之為易燃液體。上述的火險等級劃分只是指出了液體加工或貯存時的危險程度，實際上，所有有機物質在足夠高的溫度下暴露都會燃燒。

　　排除潛在火險對于防火安全是重要的。為此必須用密封的有排氣管的罐盛裝易燃液體。這樣，當與罐隔開一段距離的物料意外起火時，液罐被引燃的可能性將會大大減小。因為燃燒的液體產生大量的熱，會引發存放液罐的建筑物起火，把易燃物料置于耐火建筑中對于防火安全也是重要的。易燃液體安全的關鍵是防止蒸氣的爆炸濃度在封閉空間中的積累。當應用或貯存中度或高度易燃液體時，通風是必要的安全措施。通風量的大小取決于物料及其所處的條件。因為有些蒸氣密度較大，向下沉降，僅憑蒸氣的氣味作為警示是極不可靠的。用爆炸或易燃蒸氣指示器連續檢測才是安全的方法。

　　2．氧和熱

　　雖然在某些不尋常的情況下，比如氯或磷，與物質能夠產生燃燒狀的化學反應，但是可以毫不夸張地說，幾乎所有的燃燒都需要氧。而且，反應氣氛中氧的濃度越高，燃燒得就越迅速。工業上很難調節加工區氧的濃度，特別是由于阻止發火的氧濃度遠低于正常濃度，濃度太低，不適于供人員呼吸。工業上有時需要處理只是在通常溫度暴露在空氣中就會起火的物料，把這些物料與空氣隔絕是必要的安全措施。為此，加工物料需要在真空容器或充滿惰性氣體，如氬、氦和氮的容器內進行。

　　熱是燃燒伴生的一個重要結果。為了使工業裝置免受燃燒的破壞，經常需要調節和控制釋放出的熱量。一個容易被忽略的事實是，只需要把很少量的燃料和氧的混合物加熱到一定程度就能引發燃燒。由于小熱源引發的小火向環境的供熱大于引發小火本身的吸熱，因而會點燃更多的燃料和氧的混合物。繼續下去，可用的熱量很快會超過蔓延成大火所需要的熱量。熱量可以由不同的點火源提供，如高的環境溫度、熱表面、機械摩擦、火花或明火等等。

　　3．火源

　　下面給出的是常見火源以及與之有關的安全措施。

　　(1)明火

　　在易燃液體裝置附近，必須核查這一類火源，如噴槍、火柴、電燈、焊槍、探照燈、手燈、手爐等，必須考慮裂解氣或油品管線成為火炬的可能性。為了防火安全，常常用隔墻的方法實現充分隔離。隔墻應該相當堅固，以在噴水器或其他救火裝置滅火時能夠有效地遏止火焰。一般推薦使用耐火建筑，即礴石或混凝土的隔墻。

　　易燃液體在應用時需要采取限制措施。在加工區，即使運輸或貯存少量易燃液體，也要用安全罐盛裝。為了防止易燃蒸氣的擴散，應該盡可能采用密封系統。在火災中，防止火焰擴散是絕對必要的。所有罐都應該設置通往安全地的溢流管道，因而必須用攔液堤容納溢流的燃燒液體，否則火焰會大面積擴散，造成人員或財產的更大損失。除采取上述防火措施外，降低起火后的總消耗也是重要的。高位貯存易燃液體的裝置應該通過采用防水地板、排液溝、溢流管等措施，防止燃燒液體流向樓梯井、管道開口、墻的裂縫等。

　　(2)電源

　　電源在這里指的是電力供應和發電裝置，以及電加熱和電照明設施。在危險地域安裝電力設施時，以下電力規范措施是應該認真遵守的公認的準則。

　　①應用特殊的導線和導線管；

　　②應用防爆電動機，特別是在地平面或低洼地安裝時，更應該如此；

　　③應用特殊設計的加熱設備，警惕加熱設備材質的自燃溫度，推薦應用熱水或蒸氣加熱設備；

　　④電氣控制元件，如熱斷路器、開關、中繼器、變壓器、接觸器等，容易發出火花或變熱，這些元件不宜安裝在易燃液體貯存區。在易燃液體貯存區只能用防爆按鈕控制開關；

　　⑤在危險氣氛中或在庫房中，僅可應用不透氣的球燈。在良好通風的區域才可以用普通燈。最好用固定的吊燈，手提安全燈也可以應用；

　　⑥在危險區，只有在防爆的條件下，才可以安裝保險絲和電路閘開關；

　　⑦電動機座、控制盒、導線管等都應該按照普通的電力安裝要求接地。

　　(3)過熱

　　過熱是指超出所需熱量的溫度點。過熱過程應避免在可燃建筑物中發生，并應該受到密切監視。推薦應用溫度自動控制和高溫限開關，雖然密切監視仍是需要的。

　　(4)熱表面

　　易燃蒸氣與燃燒室、干燥器、烤爐、導線管以及蒸氣管線接觸，常引發易燃蒸氣起火。如果運行設備有時會達到高過一些材料自燃點的溫度，要把這些材料與設備隔開至安全距離。這樣的設備應該仔細地監視和維護，防止偶發的過熱。

　　(5)自燃

　　許多火災是由物質的自燃引起的，并被來自毗鄰的干燥器、烘箱、導線管、蒸氣管線的外部熱量所加速。有時，在封閉的沒有通風的倉庫中積累的熱量足以使氧化反應加速至著火點。加工易燃液體，特別是容易自熱的易燃液體，要特別注意管理和通風。在所有設備和建筑物中，都應該避免廢料、爛布條等的積累或淤積。

　　(6)火花

　　機具和設備發生的火花，吸煙的熱灰、無防護的燈、鍋爐、焚燒爐以及汽油發動機的回火，都是起火的潛在因素。在貯存和應用易燃液體的區域應該禁止吸煙。這種區域的所有設備都應該進行一級條件的維護，應該盡可能地應用防火花或無火花的器具和材料。

　　(7)靜電

　　在碾壓、印刷等工業操作中，常由于摩擦而在物質表面產生電荷即所謂靜電。橡膠和造紙工業中的許多火災大都是以這種方式引發的。在濕度比較小的季節或人工加熱的情形，靜電起火更容易發生。在應用易燃液體的場所，保持相對濕度在40％～50％之間，會大大降低產生靜電火花的可能性。為了消除靜電火花，必須采用電接地、靜電釋放設施等。所有易燃液體罐、管線和設備，都應該互相連接并接地。對于上述設施，禁止使用傳送帶，盡可能采用直接的或鏈條的傳動裝置。如果不得不使用傳送帶，傳送帶的速度必須限定在45．7m·min－1以下，或者采用會降低產生靜電火花可能性特殊裝配的傳送帶。

　　(8)摩擦

　　許多起火是由機械摩擦引發的，如通風機葉片與保護罩的摩擦，潤滑性能很差的軸承，研磨或其他機械過程，都有可能引發起火。對于通風機和其他設備，應該經常檢查并維持在盡可能好的狀態。對于摩擦產生大量熱的過程，應該和貯存和應用易燃液體的場所隔開。

　　三、燃燒形式

　　可燃物質和助燃物質存在的相態、混合程度和燃燒過程不盡相同，其燃燒形式是多種多樣的。

　　1．均相燃燒和非均相燃燒

　　按照可燃物質和助燃物質相態的異同，可分為均相燃燒和非均相燃燒。均相燃燒是指可燃物質和助燃物質間的燃燒反應在同一相中進行，如氫氣在氧氣中的燃燒，煤氣在空氣中的燃燒。非均相燃燒是指可燃物質和助燃物質并非同相，如石油(液相)、木材(固相)在空氣(氣相)中的燃燒。與均相燃燒比較，非均相燃燒比較復雜，需要考慮可燃液體或固體的加熱，以及由此產生的相變化。

　　2．混合燃燒和擴散燃燒

　　可燃氣體與助燃氣體燃燒反應有混合燃燒和擴散燃燒兩種形式。可燃氣體與助燃氣體預先混合而后進行的燃燒稱為混合燃燒。可燃氣體由容器或管道中噴出，與周圍的空氣(或氧氣)互相接觸擴散而產生的燃燒，稱為擴散燃燒。混合燃燒速度快、溫度高，一般爆炸反應屬于這種形式。在擴散燃燒中，由于與可燃氣體接觸的氧氣量偏低，通常會產生不完全燃燒的炭黑。

　　3．蒸發燃燒、分解燃燒和表面燃燒

　　可燃固體或液體的燃燒反應有蒸發燃燒、分解燃燒和表面燃燒幾種形式。

　　蒸發燃燒是指可燃液體蒸發出的可燃蒸氣的燃燒。通常液體本身并不燃燒，只是由液體蒸發出的蒸氣進行燃燒。很多固體或不揮發性液體經熱分解產生的可燃氣體的燃燒稱為分解燃燒。如木材和煤大都是由熱分解產生的可燃氣體進行燃燒。而硫磺和萘這類可燃固體是先熔融、蒸發，而后進行燃燒，也可視為蒸發燃燒。

　　可燃固體和液體的蒸發燃燒和分解燃燒，均有火焰產生，屬火焰型燃燒。當可燃固體燃燒至分解不出可燃氣體時，便沒有火焰，燃燒繼續在所剩固體的表面進行，稱為表面燃燒。金屬燃燒即屬表面燃燒，無氣化過程，無需吸收蒸發熱，燃燒溫度較高。

　　此外，根據燃燒產物或燃燒進行的程度，還可分為完全燃燒和不完全燃燒。

　　四、燃燒類別、類型及其特征參數

　　1．易燃物質燃燒類別

　　依據可燃物質的性質，燃燒一般可劃分為四個基本類別，而每一類別還包含著不同類型的燃燒。例如，易燃液體的溢流燃燒可以是深度、流動或薄層燃燒；而金屬燃燒則可以呈粉末型、液體型、切削型或澆鑄型燃燒。

　　(1)A類燃燒

　　A類燃燒定義為如木材、纖維織品、紙張等普通可燃物質的燃燒。此類燃燒都生成灼燒余燼，如木炭。容易忽略的是木炭本身也是A類物質。需要特別注意，水和基于碳氫鹽的干燥化學品并不是有效的滅火劑。還有，橡膠和橡膠類的物質以及塑料，在燃燒的早期更像B類物質，而后期肯定是A類物質。

　　(2)B類燃燒

　　B類燃燒定義為易燃石油制品或其他易燃液體、油脂等的燃燒。然而，有些固體，比如萘是一個明顯的例子，燃燒時熔化并顯示出易燃液體燃燒的一切特征，而且無灰燼。近些年來，金屬烷基化合物頻繁地用于化學工業中，這些易燃液體由于其自燃溫度不尋常得低，而且在許多情況下與水劇烈反應，從而提出一個特殊的問題。

　　工藝上易燃氣體不屬于任何燃燒類別，但實際上應當作B類物質處理。多年來，由于泄漏氣體滅火后仍繼續流動形成爆炸混合物，隨之起火燃燒，對泄漏氣體的普通做法是不采取滅火措施。但是，實際經驗表明，在某些情況下，必須先滅火方能停止氣體泄漏。以液體形式貯存的氣體，如液化天然氣、丙烷、氯乙烯等，液態泄漏比氣態泄漏會發生更嚴重的火災。

　　(3)C類燃燒

　　C類燃燒定義為供電設備的燃燒。對于這類燃燒，首要的是滅火介質的電絕緣性。電器設備一經切斷電源，除非含有易燃液體如變壓器油等，即可采用適用于A類燃燒的滅火器材。對于含有毒性易燃液體的情形，應采用適用于B類燃燒的滅火器材。如果含有A類和B類燃燒物的復合物，應該用水噴霧或多功能干燥化學品作滅火劑。

　　(4)D類燃燒

　　D類燃燒定義為可燃金屬的燃燒。對于鈉和鉀等低熔點金屬的燃燒，由于很快會成為低密度液體的燃燒，會使大多數滅火干粉沉沒，而液體金屬仍繼續暴露在空氣中，從而給滅火帶來困難。這些金屬會自發地與水反應，有時很劇烈，也會出現問題。

　　高熔點金屬會以各種形式存在：粉末型、薄片型、切削型、澆鑄型、擠壓型。適用于澆鑄型燃燒的滅火劑用于粉末型或切削型燃燒時會有很大危險。常用的金屬鎂在低熔點和高熔點金屬之間，一般總是以固體形式存在，但在燃燒時很容易熔化而成為液體，因而表現得與前述兩者都不同。雖然燃燒金屬的煙塵都不應吸入，但是燃燒的放射性金屬煙塵對救火者卻有著極為嚴重的危險。對于金屬氫化物的燃燒，因為氫和金屬兩者都在燃燒，應被認為與金屬燃燒相當。對于此類燃燒，需要應用干粉金屬滅火劑。

　　2．燃燒類型及其特征參數

　　如果按照燃燒起因，燃燒可分為閃燃、點燃和自燃三種類型。閃點、著火點和自燃點分別是上述三種燃燒類型的特征參數，這三種特征參數已在第二章易燃物質性質中做過簡單介紹。

　　(1)閃燃和閃點

　　液體表面都有一定量的蒸氣存在，由于蒸氣壓的大小取決于液體所處的溫度，因此，蒸氣的濃度也由液體的溫度所決定。可燃液體表面的蒸氣與空氣形成的混合氣體與火源接近時會發生瞬間燃燒，出現瞬間火苗或閃光。這種現象稱為閃燃。閃燃的最低溫度稱為閃點。可燃液體的溫度高于其閃點時，隨時都有被火點燃的危險。

　　閃點這個概念主要適用于可燃液體。某些可燃固體，如樟腦和萘等，也能蒸發或升華為蒸氣，因此也有閃點。一些可燃液體的閃點列于表4—1，一些油品的閃點列于表4—2。

 

　　(2)點燃和著火點

　　可燃物質在空氣充足的條件下，達到一定溫度與火源接觸即行著火，移去火源后仍能持續燃燒達5 min以上，這種現象稱為點燃。點燃的最低溫度稱為著火點。可燃液體的著火點約高于其閃點5～20℃。但閃點在100℃以下時，二者往往相同。在沒有閃點數據的情況下，也可以用著火點表征物質的火險。

　　(3)自燃和自燃點

　　在無外界火源的條件下，物質自行引發的燃燒稱為自燃。自燃的最低溫度稱為自燃點。表4—1和表4—2列出了一些可燃液體的自燃點。物質自燃有受熱自燃和自熱燃燒兩種類型。

　　①受熱自燃。可燃物質在外部熱源作用下溫度升高，達到其自燃點而自行燃燒稱之為受熱自燃。可燃物質與空氣一起被加熱時，首先緩慢氧化，氧化反應熱使物質溫度升高，同時由于散熱也有部分熱損失。若反應熱大于損失熱，氧化反應加快，溫度繼續升高，達到物質的自燃點而自燃。在化工生產中，可燃物質由于接觸高溫熱表面、加熱或烘烤、撞擊或摩擦等，均有可能導致自燃。

　　②自熱燃燒。可燃物質在無外部熱源的影響下，其內部發生物理、化學或生化變化而產生熱量，并不斷積累使物質溫度上升，達到其自燃點而燃燒。這種現象稱為自熱燃燒。引起物質自熱的原因有：氧化熱(如不飽和油脂)、分解熱(如賽璐珞)、聚合熱(如液相氰化氫)、吸附熱(如活性炭)、發酵熱(如植物)等。

　　③影響自燃的因素。熱量生成速率是影響自燃的重要因素。熱量生成速率可以用氧化熱、分解熱、聚合熱、吸附熱、發酵熱等過程熱與反應速率的乘積表示。因此，物質的過程熱越大，熱量生成速率也越大；溫度越高，反應速率增加，熱量生成速率亦增加。

　　熱量積累是影。向自燃的另一個重要因素。保溫狀況良好，導熱率低；可燃物質緊密堆積，中心部分處于絕熱狀態，熱量易于積累引發自燃。空氣流通利于散熱，則很少發生自燃。

　　④自燃點溫度量值。壓力、組成和催化劑性能對可燃物質自燃點的溫度量值都有很大影響。壓力越高，自燃點越低。可燃氣體與空氣混合，其組成為化學計量比時自燃點最低。活性催化劑能降低物質的自燃點；而鈍性催化劑則能提高物質的自燃點。

　　有機化合物的自燃點呈現下述規律性：同系物中自燃點隨其相對分子質量的增加而降低；直鏈結構的自燃點低于其異構物的自燃點；飽和鏈烴比相應的不飽和鏈烴的自燃點為高；芳香族低碳烴的自燃點高于同碳數脂肪烴的自燃點；較低級脂肪酸、酮的自燃點較高；較低級醇類和醋酸酯類的自燃點較低。

　　可燃性固體粉碎得越細、粒度越小，其自燃點越低。固體受熱分解，產生的氣體量越大，自燃點越低。對于有些固體物質，受熱時間較長，自燃點也較低。