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​水的闪点是多少?

浩南 危险品航空运输 2021-02-06

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有一天被问了一个问题“水的闪点是多少?

一下子恍惚了!

水有闪点吗?

为什么没有闪点?

水和乙醇混合的液体有闪点吗?

飞速过了很多问题,感觉能回答,但又没那么确定。

看似一个不着边际的问题,却与两个至关重要的概念联系在一起——“闪点”与“易燃液体”。易燃液体几乎在我们日常工作中无处不在。免洗洗手液、汽油、粘合剂、清洗剂、溶剂、涂料等等,都是易燃的。如果这些液体被不恰当使用或存储,将带来严重的危害。
想知道上面问题的答案,先来看看闪点的定义。


一、闪点是什么?
(一)《技术细则》中定义国际民航组织《危险物品安全航空运输技术细则》中给出了闪点的定义:“当试验容器内液体产生的易燃蒸气在空气中达到足够浓度而短暂接触点火源时被点燃的最低温度。”Flash point. The lowest temperature of a liquid at which flammable vapour is given off in a test vessel in sufficient concentration to be ignited in air when exposed momentarily to a source of ignition.”
对定义的语句简单解读一下:
  • 被点燃的是“易燃蒸气”,而不是其他蒸气,暗含着存在不易燃的蒸气;
  • 是在“空气”中点燃,而不是其他介质中,空气中点燃,最有可能的就是与氧气反应;
  • 一定要注意是“短暂接触”,这也是“闪”的意思;
  • 闪点又叫闪燃点,不是着火点,比着火点要低。
蒸气是由“液体”产生,那物质的其他形态有没有闪点呢?
(二)国家标准中定义

《建筑设计防火规范(2018年)》中闪点的定义:在规定的试验条件下,可燃性液体固体产生的蒸气与空气形成的混合物,遇火源能够闪燃的液体或固体的最低表面温度(采用闭杯法测定)。

两个规定对“闪点”的定义存在着一些差异

  • 国标中提及了固体,意味着有些固体也是有闪点的。在运输过程中,易燃固体的分类是否依据闪点来判断呢?大家可以想一下。
  • 国标中提及“蒸气”是由“可燃性液体或固体”产生,“可燃性”放在了前面。《技术细则》中则是“易燃蒸气”。
    哪一个更加合理呢?
二、易燃液体是什么?
(一)危险货物运输规则中的定义易燃液体是指闭杯试验中,温度不超过60 ℃或开杯试验中,温度不超过65.6 ℃放出易燃蒸气(通常被称为闪点)的液体或液体混合物或含有固体的溶液或悬浮液(例如油漆、清漆、真漆等,但不包括按危险性分类被分入其他类别的物质)。易燃液体还包括:a) 在达到或超过其闪点温度下所交运的液体;b) 处于高温以液态运输或交运,且在达到或低于最高运输温度(即该物质在运输中可能遇到的最高温度)时放出易燃蒸气的物质。注:因为开杯试验和闭杯试验结果不具有严格的可比性,甚至相同试验的各自结果也常不相同。为了考虑到这种差别,与上述闪点有所不同的一些规定也符合危险货物规则的判定原则。
对运输规则,做一些浅显的解读:
  • 易燃液体的闪点随其浓度的变化而变化。当一个商品的组分或其浓度发生变化时,其闪点也可能发生变化。

  • 按重量含水大于90%的可与水混合的溶液,不视为易燃液体。

  • 第3类危险货物“易燃液体”要比此定义要更加宽泛一点,包括“液体减敏爆炸物”,还包括闪点不在定义范围内但有规定明确的物质。

  • 闪点是判断易燃液体的一个极其重要的参数,但不是唯一参数。

故此,表格2.3.2.6是一个简易的易燃液体包装等级划分标准,可以据此表划分部分易燃液体的包装等级,切忌不是判断危险货物运输规则中易燃液体的标准,第3类易燃液体应该按照其定义及包含种类去判断。

(二)国家标准中的定义

凡是在常温环境下遇火源能引起闪燃的液体属于易燃液体,可列入甲类火灾危险性范围。

级别
甲类液体
乙类液体
丙类液体
闪点/℃
<28
28≤闪点<60
≥60


(三)GHS中的定义
易燃液体是指闪点不超过93 ℃的液体。
易燃液体
类别1
<23,且初沸点≤35
类别2
<23,且初沸点>35
类别3
23≤闪点≤60
类别4
60<闪点≤93



(四)国外易燃液体的定义与划分标准美国国内对易燃液体的划分有多种建议性标准,例如NIOSH、OHSA、ACGIH等。按照美国NIOSH标准,按照闪点数值,液体可以分为4级。
级别
4级(极度易燃)
3(易燃)
2级(可燃)
1级(可燃)
闪点/℃
<21
21≤闪点<38
38≤闪点<93
≥93
按照美国OHSA标准,在29 CFR 1910.106中定义了易燃液体,并在2012年进行了修订,修订后与GHS的划分标准保持一致,将“易燃和可燃液体”修改成“易燃液体”。


闪点/℃

定义

Old
易燃液体
<37.8
Any liquid having a flash point below 100°F (37.8°C)
可燃液体
37.8≤闪点<93.3

New
类别1
<23,且初沸点≤35
a liquid having a flash point of not more than 93°C
类别2
<23,且初沸点>35
类别3
23≤闪点≤60
类别4
60<闪点≤93,或>93,且在温度距其闪点16.7度范围内使用时

其它国家对易燃液体划分也有各自特殊的地方。比如,马来西亚将闪点55度以下的物品定义为易燃。

(五)鸡与蛋的关系了解完闪点与易燃液体的定义,可以发现易燃液体基本上都是与闪点绑定在一起的。但是,不同法规里的“易燃液体”,其定义和划分标准是有特定所指的。回顾易燃液体和闪点的关系,可以把闪点作为液体危险性指数,闪点越低越容易引发火灾。下图的关系普遍适用。
三、水是否有闪点?

水要是有闪点,按照闪点定义,意味着蒸气在空气中被点燃。燃烧就是要反应,就是水与空气中的氧气或氮气或其他气体反应。

这样一看,水燃烧不了,就没有闪点。

那么“水为什么没有闪点?或者水为什么点不着?”

要更深层次的理解,需要了解化学反应热力学与动力学的一些概念。

水已经是最高氧化态,化学键能高,不能跟氧气继续反应,热力学上已经不允许了。此外,闪点是一个动力学的概念,即使是热力学上允许的反应,还需要温度(能量)来调节反应速率。

从上面的分析来看,实验时即使采取更高的温度,也是测不出来闪点的。

除了水,还有很多液体不存在闪点。

所以一个没有基础数据的液体,如何判断是不是易燃液体?那就首先要知道其闪点等基础物理数据。


四、实验与预测(一)实验方法与标准闪点的试验测试方法有开杯试验和闭杯试验。危险货物运输规则中明确给出了闪点的试验方法和标准。这些方法和标准是法规认可的标准方法。采用以下方法确定易燃液体的闪点:

标准号
名称
备注
国际标准

ISO 1516
Determination of flash/no flash-Closed cup equilibrium method
2018修订,2002年仍有效。不能测水基油漆的闪点

ISO 1523
Determination of flash point-Closed cup equilibrium method


ISO 2719
Determination of flash point-Pensky-Martens closed cup method
2016

ISO 13736
Petroleum products and other liquids — Determination of flash point — Abel closed cup method
1997

ISO 3679
Determination of flash point —   Rapid equilibrium closed cup method


ISO 3680

Determination of flash/no flash — Rapid equilibrium closed cup method


国家标准


ASTM D3828-07a
小型密闭试验器测定闪点的标准试验方法
美国材料试验学会

ASTM D56-05
Tag密闭试验器测定闪点的标准试验方法

ASTM D3878-96(2004)e1
小型闭杯装置测定液体闪点的标准试验方法

ASTM D93-08
Pensky-Martens试验器测定闪点的标准试验方法

NF M 07-019
Produits pétroliers —   Détermination du point d'éclair en vase clos supérieur à 50 °C au moyen de l'appareil Pensky-Martens.
法国标准化协会

NF M 07-011/ NF T30-050/ NF T66-009
Produits pétroliers — Combustibles liquides — Point d'éclair en vase clos au moyen de l'appareil Abel.

NF M 07-036
Détermination du point d'éclair — Vase clos Abel-Pensky. 

DIN 51755(闪点低于65度)
Testing of mineral oils and other combustible liquids; determination of flash point by the closed tester according to Abel-Pensky
德国标准化委员会

GOST 12.1.044-84
Fire and explosion hazard of substances and materials. Nomenclature of indices and methods of their determination
俄罗斯国家标准化委员会
可惜没有中国开发的标准方法。

(二)预测模型1.发展原因

有机化合物数目众多,结构也复杂多变,尤其对于混合物,不同组分浓度,闪点就可能不同,完全依靠实验方法测定,工作量大。

对于有毒、易爆和放射性的物质,测试闪点,难度很大,非普通实验室能够完成的。

2.预测方法

由于上面的原因,有很多学者研究闪点的预测方法。目前主要是三种预测方法:

一是经验关联计算法,利用物质的沸点、密度、蒸气压、临界性质和标准汽化焓等来预测闪点。此方法需要基础的物理化学数据,每种模型仅适用特定的范围,预测模型的数据量有限。

二是基团贡献法从分子结构出发,建立模型,广泛用于预测纯有机化合物和混合物的热力学性质。对于异构体,往往给出错误的预测结果。可参见之前的文章:

异构体与危险货物运输分类-丁烯为例

三是定量结构性质关系(QSPR)方法,利用分子结构进行预测,计算过程复杂,对分子描述不准确将导致预测失准。

3.GHS推荐的预测方法

GHS建议使用的预测模型:Gmehling和Rasmussen(Ind. Eng. Chem. Fundament, 21, 186, 1982.)

此预测方法的局限:1)所有组分清晰;2)目前为止,混合物中最多只能含有6种易燃成分;3)易燃成分有限,含有卤素、硫、磷、氮杂原子的易燃成分准确度不高。4)均相液体。


五、预测数据能否作为分类的依据?(一)GHS

2.6.4.2章节指出:

闪点的数据可以来自于试验、文献或者计算

试验采用闭杯闪点试验。开杯闪点只适用于特殊情况。    

GHS是允许在合适范围内使用计算模型获得闪点数据的。


(二)UN-TDG

在联合国《关于危险货物运输的建议书-规章范本》中没有条款指出“闪点可以通过计算或预测”。但是“闪点的确定”一节明确给出了闪点确定的试验方法和标准,所有方法均是实验方法,非计算方法。在第2.3章节的引言注2指出“如果对物质的分类或包装类别有疑问,物质的闪点必须通过实验确定。”

由于预测模型的局限性以及作为法理证据的可靠性,小编大胆推测“作为危险货物分类的闪点数据必须通过试验测试获得”。


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