Handbook of Explosion Prevention and Protection

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作者:Hattwig, Martin (EDT)/ Steen, Henrikus (EDT)
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页数:0
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价格:405
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isbn号码:9783527307180
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  • 爆炸预防
  • 爆炸保护
  • 安全工程
  • 风险评估
  • 工艺安全
  • 化工安全
  • 工业安全
  • 防爆技术
  • 安全手册
  • 爆炸事故
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具体描述

燃烧与爆炸现象的物理化学基础:安全工程视角 本书简介 本书聚焦于火灾、爆炸等燃烧现象背后的基本物理化学原理及其在工业安全工程中的应用。我们深入探讨了燃烧过程的热力学、动力学基础,旨在为理解和控制危险性提供坚实的科学依据。全书内容结构严谨,从微观的分子反应机理出发,逐步扩展到宏观的火焰传播、爆炸极限以及特定材料的燃烧特性。 第一部分:燃烧的理论基础与热力学 本书首先为读者建立起燃烧现象的理论框架。我们详细阐述了化学反应的能量驱动力——反应热力学,特别是燃烧反应中的焓变和吉布斯自由能。内容涵盖了化学计量学在确定理论空燃比中的关键作用,以及反应熵变对反应自发性的影响。 1.1 燃烧反应的化学计量学 本章节详细分析了常见燃料(如碳氢化合物、含氧化合物)与氧化剂(空气或纯氧)反应的化学计量关系。我们不仅计算了理想状态下的理论空气量,还引入了富燃和贫燃条件下的反应物配比分析。特别关注了燃料不完全燃烧产物的形成及其对安全和环境的影响。 1.2 燃烧的热力学 深入探讨了绝热火焰温度(Adiabatic Flame Temperature, AFT)的计算方法。AFT 是评估燃烧系统潜能和热危害的关键参数。本书采用了多种热力学数据源和修正模型,以精确预测不同压力和温度下的 AFT,同时讨论了反应物初始状态对最终温度的敏感性。 1.3 反应速率与动力学基础 燃烧本质上是一个快速的化学反应过程。本部分详细介绍了碰撞理论和过渡态理论在描述初级反应速率常数中的应用。我们分析了自由基链式反应在快速燃烧和爆炸过程中的主导作用,包括链的引发、传播和终止步骤。针对特定燃料,我们引入了简化和骨架反应机理模型,用于模拟复杂燃烧场的动力学行为。 第二部分:火焰传播与爆炸极限 在理解了微观反应速率后,我们将视线转向宏观现象:火焰如何在介质中传播,以及什么条件下会发生爆炸。 2.1 火焰传播的物理机制 火焰传播依赖于热量和活性物质(自由基)的有效输运。我们系统地分析了扩散控制(如扩散火焰)和预混控制(如预混火焰)的传播模式。重点讲解了火焰速度(Flame Speed)的测量方法(如薄膜法、喷射法)及其影响因素,包括压力、温度、湍流强度以及火焰的曲率效应。 2.2 预混火焰的理论模型 本书详细介绍了预混火焰传播速度的经典模型,如Zeldovich-von Neumann-Döring (ZND) 模型,该模型成功地将化学反应区与激波结构耦合起来。此外,我们还探讨了火焰厚度与反应物浓度、反应活性的关系,这对于理解火焰熄灭机制至关重要。 2.3 爆炸极限与点火敏感性 爆炸极限(Explosive Limits)是定义混合物是否具有爆炸潜能的关键界限。本书详细区分了最低着火浓度(LEL)和最高着火浓度(UEL),并解释了其物理化学根源——活性物质的产生与消耗速率的平衡。我们分析了惰化剂(如氮气、二氧化碳)对爆炸极限的拓宽或收窄效应,并讨论了压力、温度对极限的显著影响。 第三部分:特定介质中的燃烧与爆炸特性 本部分将理论应用于工程实践中的具体场景,涵盖了气相、粉尘和蒸气云爆炸的独有特征。 3.1 气相爆炸的特性与压力上升速率 针对密闭容器内的气相爆炸,我们研究了最大爆炸压力 ($P_{max}$) 和最大压力上升速率 ($mathrm{d}P/mathrm{d}t_{max}$) 这两个核心参数。这些参数是设计泄爆装置和容器强度的基础。本书提供了基于实验数据的关系式,用于预测不同燃料/空气混合物的 Kst 值(爆炸指数)。 3.2 可燃性粉尘的爆炸特性 粉尘爆炸是工业环境中常见且破坏力极强的事故类型。我们深入分析了粉尘云的形成、粒径分布对爆炸强度的影响。内容包括:最低着火能量(MIE)、云爆的最低着火浓度(MLC)以及粉尘爆炸的三个阶段——点火、火焰传播和压力建立。对于特定工业粉尘(如金属粉尘、有机物粉尘),提供了关键的爆炸性参数参考值。 3.3 蒸气云与泄漏物的爆炸行为 针对储罐、管道泄漏导致的蒸气云爆炸(VCE),本书探讨了点火源的类型(火花、热表面)与云的几何形状(如管道泄漏的羽流效应)对爆炸后果的影响。我们引入了扩散火焰模型来描述火焰与未燃气团的相互作用,解释了“透射效应”和“超压效应”的形成机理。 第四部分:点火机制与熄火边界 有效的预防措施依赖于对点火源的精准控制。本部分详细剖析了点火过程的能量阈值和热失控。 4.1 热点火机制 热点火是理解爆炸预防的基石。我们讨论了热表面点火、自燃(Sustained Autoignition)以及火花点火的物理过程。重点分析了能量传递效率和临界尺寸对点火成功率的影响,特别是对于小尺寸点火源(如静电火花)的能量阈值分析。 4.2 化学点火与自由基活性 在低温或高压条件下,反应动力学而非热量可能是主导因素。本章阐述了预混物在低温下发生“延迟点火”的化学机理,这通常与特定中间产物(如过氧化物)的积累有关。我们通过反应活性的平衡曲线,界定了化学不稳定的边界。 4.3 火焰的熄灭与抑制 熄火是控制燃烧的另一种重要手段。我们从能量平衡和活性物质平衡两个角度,系统阐述了火焰的熄灭机制: 热量损失机制: 探讨了冷却壁面对火焰稳定性的影响,如临界直径(Quench Diameter)的确定,该参数直接关系到保护性通风和管道设计。 活性物质贫化: 解释了惰性物质(灭火剂)如何通过捕获自由基或稀释反应物浓度来有效终止链式反应,从而实现化学熄火。 本书的最终目标是提供一个全面、深入且严格基于物理化学原理的燃烧与爆炸知识体系,为工业安全工程师、工艺设计师和研究人员在风险评估与安全设计中提供权威参考。

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这本书的理论深度毋庸置疑,但真正让它在众多安全文献中脱颖而出的,是其对“材料科学与失效分析”的精湛结合。我尤其被关于材料韧性在极端低温下的表现那几页内容所折服。作者详细剖析了不同合金钢在遇到快速升温或骤冷冲击时,晶界结构会发生怎样的微观变化,从而导致宏观上的脆性断裂。他们没有仅仅给出材料选择的建议,而是提供了一整套基于损伤容限(Damage Tolerance)的评估流程,包括无损检测(NDT)技术的适用性和局限性分析。例如,针对特定厚度管道的超声波检测盲区是如何影响早期裂纹的发现率,以及如何通过优化检测角度和频率来弥补这些不足。这种对细节的极致追求,使得这本书不仅仅是一本理论参考,更像是工程师在现场进行复杂设备健康评估时的“地下参考手册”。它教会的不是“该用什么”,而是“为什么用这个,以及它可能在什么条件下失效”。

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我最近在研究流体动力学在复杂管路系统中的瞬态压力波动问题,原本以为这本侧重于“预防”和“保护”的专著可能只会泛泛而谈,但出乎我的意料,其中对于冲击波的传播机制和能量衰减模型的深入探讨,完全超出了我的预期。作者似乎对非线性动力学有着深刻的理解,他们不仅列举了经典的欧拉方程的应用场景,还引入了最新的有限元分析(FEA)在模拟复杂几何结构中应力集中的案例。特别是关于惰性气体注入速率与有效抑制时间之间的数学关系推导,那种逻辑的严密性,简直像在欣赏一场精心编排的数学芭蕾。我特别关注了其中关于预压设计规范的章节,它没有停留在条文引用上,而是通过大量的实际工程案例数据,反向验证了设计参数的合理性,清晰地展示了从理论模型到实际工程参数选择的转化路径。对我来说,这本书提供了一个极佳的视角,让我能将抽象的流体力学原理,紧密地与工程实践中的安全冗余度联系起来,避免了许多“纸上谈兵”的陷阱。

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我个人对工艺安全管理(PSM)中的“人为因素”向来比较关注,这部分内容往往是各种安全手册中最容易被简略处理的。然而,在这本厚重的工具书中,我惊喜地发现了一整个部分是专门探讨操作员的认知负荷、疲劳度与应急响应时间的相关性。作者们显然是跨学科合作的成果,他们引用了认知心理学中的决策树模型,来分析在突发高压警报时,操作员采取“抑制-反应”与“主动干预”策略的概率分布。这种深度分析远远超越了传统的“培训到位即可”的肤浅论断。他们还讨论了自动化控制系统(DCS/PLC)过度干预可能导致的“自动化偏差”,即操作员因长时间依赖机器而丧失了对流程的直觉判断力。通过模拟不同程度的系统干预,这本书展示了如何在保持高效生产的同时,维持关键人员的关键技能的“适度锻炼”,这对于设计未来的智能工厂安全架构具有极强的指导意义。

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这本书的装帧和排版设计确实是下了功夫的,封面采用了一种哑光处理的硬壳,拿在手里非常有质感,那种沉稳的工业蓝调配上烫金的字体,透着一股专业和可靠感。内页的纸张选择也十分考究,不是那种廉价的反光纸,而是略带米黄色的道林纸,长时间阅读下来眼睛的疲劳感减轻了不少。更让我印象深刻的是它的索引系统,内容目录设计得极其清晰,不仅有章节标题,还细分了每一个小节,甚至在页边距还留出了足够的空白区域供读者进行批注和记录自己的思考。图表和插图的质量也值得称赞,那些复杂的化学反应模型或者设备结构剖面图,线条都异常清晰,配色克制而精准,没有丝毫的冗余信息干扰。特别是那些关于爆炸极限的图示,用不同深浅的色块来区分,哪怕是初次接触这个领域的人也能迅速抓住关键的参数范围。从物理接触层面来说,这本书的装订非常牢固,我翻阅时完全不用担心书页会松动,它能够平稳地摊开在桌面上,这对于需要对照多个章节进行学习和参考的工程师来说,无疑是一个巨大的便利。

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作为一个长期在危险化学品存储区域工作的安全经理,我最看重的是法规和标准的前沿性。翻开这本书后,我立即检索了关于ATEX指令和IECEx体系的引用情况。欣慰的是,它不仅全面覆盖了现有的国际标准,还用一种非常审慎的态度探讨了这些标准背后的哲学差异——比如欧标在“本质安全”上的侧重与美标在“故障容忍度”上的权衡。更吸引我的是,书中关于静电积聚与导除的章节,没有停留在简单的接地要求上,而是详细分析了不同材质的绝缘体在不同湿度和流速下的表面电荷密度变化模型。它甚至提供了一套量化评估“最低点火能”(MIE)在实际工况下如何受环境温度和惰性气氛渗透率影响的修正公式。这对于我们制定操作规程至关重要,因为许多事故往往发生在标准描述的“边缘地带”。这本书的价值,在于它不仅仅是知识的堆砌,更是将复杂、分散的行业规范,整合成了一套可操作、可量化的风险管理框架。

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