粉塵爆炸

粉塵爆炸(dust exploding)與火焰接觸的是懸浮在空氣中的可燃固體顆粒（明火）或電火花等，在封閉空間內(nèi)達(dá)到爆炸極限時(shí)發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象。懸浮在空氣中的粉塵與火源接觸時(shí)，其表面受熱產(chǎn)生可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w與氧氣混合產(chǎn)生爆炸性混合氣體被點(diǎn)火源點(diǎn)燃后產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步分解粉塵，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，與空氣混合使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，導(dǎo)致粉塵爆炸。

粉塵爆炸的影響因素是粉塵本身的性質(zhì)和外界條件，粉塵本身有化學(xué)因素和物理因素兩種化學(xué)因素主要指燃燒熱和燃燒速度；物理因素主要指粉塵溶解度和粒徑分布。外部因素包括氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、濕度等。粉塵爆炸燃燒不充分、易二次爆炸、高爆轟能量的特征。為了防止粉塵爆炸，有一些泄放技術(shù)，如在容器上設(shè)置泄放裝置，加入惰性氣體或粉末等、預(yù)防方法，如消除點(diǎn)火源。在金屬粉塵爆炸的撲救中，不允許用水或泡沫撲救，也不能用滅火器噴灑或用掃帚抽打使其飛起來，可以使用干粉、干沙撲救。

原理

粉塵爆炸的本質(zhì)是一種氣體爆炸粉塵可視為可燃?xì)怏w，但其產(chǎn)生的能量是氣體爆炸的數(shù)倍，溫度可升至2000~3000℃。但在爆炸過程中，熱傳導(dǎo)使塵粒表面溫度上升，熱輻射也起很大作用，這與瓦斯爆炸不同。粉塵爆炸過程中，懸浮的粉塵接受點(diǎn)火源的能量，使表面溫度迅速升高，受熱表面的粉塵顆粒發(fā)生熱分解或干餾，變成氣體，在顆粒周圍釋放出來。釋放的可燃?xì)怏w與空氣或氧氣混合產(chǎn)生爆炸性混合氣體，被點(diǎn)火源點(diǎn)燃?；鹧娈a(chǎn)生的熱量進(jìn)一步促進(jìn)周圍粉塵的分解，不斷產(chǎn)生可燃?xì)怏w，與空氣混合使反應(yīng)繼續(xù)并蔓延，導(dǎo)致宏觀的粉塵爆炸。

條件

一般粉塵爆炸要同時(shí)滿足以下五個(gè)條件，稱為粉塵爆炸五邊形。1)灰塵本身是易燃的；2)灰塵必須懸浮在空氣或其他助燃?xì)怏w中；3)懸浮在空氣或其他阻燃?xì)怏w中的粉塵濃度在爆炸極限以內(nèi)；4)有足夠的點(diǎn)火源引起粉塵爆炸；5)空閑受限。在一定的密閉容器或一定的空間內(nèi)，可燃固體顆粒與空氣中的氧氣充分混合并達(dá)到一定濃度，遇到具有一定能量的點(diǎn)火源就會(huì)發(fā)生爆炸。如果在開放空間，只能形成燃燒。普通粉塵爆炸極限濃度為20-每立方米6000克之間。由于粉塵具有沉降的特性，在實(shí)際生產(chǎn)中，、在加工中，爆炸濃度下限更有參考價(jià)值當(dāng)達(dá)到爆炸濃度下限時(shí)，可能發(fā)生粉塵爆炸事故。

粉塵爆炸比可燃?xì)怏w更復(fù)雜，影響因素很多，分為粉塵本身的性質(zhì)和外界條件兩個(gè)方面。粉塵因素有兩種化學(xué)因素和物理因素化學(xué)因素主要指燃燒熱和燃燒速度，此外還有水蒸氣和二氧化碳的反應(yīng)性；物理因素主要指粉塵溶解度和粒徑分布，以及顆粒形狀、粒子比熱、熱傳導(dǎo)率、表面狀態(tài)、起電和顆粒團(tuán)聚特性等。外部因素包括氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、氧氣溶度、可燃?xì)馊芏?、濕度等?/p>

點(diǎn)火源：各種可燃粉塵都有一定的爆炸濃度范圍，在此范圍內(nèi)可以發(fā)生爆炸。爆炸濃度范圍的下限一般為每立方米幾十到幾百克，上限可達(dá)2-6kg/m3。由于粉塵具有一定的粒徑和沉降性，其爆炸濃度的上限很少能達(dá)到，所以從安全角度來說，重點(diǎn)是要求不要達(dá)到爆炸濃度的下限。粉末中炸藥濃度下限是點(diǎn)火源參數(shù)的函數(shù)，隨點(diǎn)火源強(qiáng)度的不同而變化2~3次?；鹪磸?qiáng)時(shí)，爆炸濃度下限低，即容易形成達(dá)到爆炸的濃度條件。

燃燒性：燃燒熱高的粉塵爆炸濃度低，爆炸威力大。

燃燒速度：對(duì)于燃燒速度高的粉塵，最大爆炸壓力較大。

粒度：大多數(shù)爆炸性粉塵的粒徑在1~150μm范圍內(nèi)，粒徑越細(xì)越容易飛揚(yáng)，粒徑越細(xì)，比表面積越大，越容易反應(yīng)，需要的點(diǎn)火能量越小，所以容易點(diǎn)燃。因此，限制粉塵小顆粒的產(chǎn)生或設(shè)法使小顆粒凝聚成大顆粒，對(duì)防止爆炸有一定作用。否則，微細(xì)爆炸性粉塵的漂浮空間應(yīng)充滿抑爆氣體等防爆措施。

含氧量：氧含量是粉塵爆炸的敏感因素。隨著空氣中氧氣含量的增加，爆炸濃度范圍也隨之?dāng)U大。在純氧中爆炸濃度的下限在空氣中下降到只有1/3~1/4，在空氣中能爆炸的最大粒徑增加到相應(yīng)值的5倍。

惰性粉塵和灰分：惰性粉塵和灰燼的吸熱作用會(huì)影響爆炸。例如，粉煤含有11%火山灰也會(huì)爆炸，但是當(dāng)火山灰達(dá)到15度時(shí)%30%時(shí)，難以爆炸。根據(jù)這一原理，可以在煤巷頂部設(shè)置巖粉斗(又稱巖粉棚)一旦發(fā)生爆炸，巖粉斗在爆炸波的作用下會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，巖粉被打散，可以抑制煤塵的二次爆炸。

空氣中含水量：空氣中的含水量越高或含水量較高的灰塵(金屬粉塵除外)不易發(fā)生爆炸和火災(zāi)。煤塵爆炸的最小點(diǎn)火能量隨著空氣中含水量的增加而增加。因?yàn)樗衷黾恿朔蹓m的凝結(jié)沉降，爆炸濃度不易出現(xiàn)此外，水分蒸發(fā)會(huì)吸收大量熱量。

不完全燃燒：與氣體相比，粉塵爆炸容易引起不完全燃燒比如煤粉爆炸時(shí)，燃燒的基本是分解的氣體產(chǎn)物，來不及燃燒就產(chǎn)生了灰燼。

二次爆炸：粉塵爆炸有二次爆炸的可能。粉塵初次爆炸產(chǎn)生的沖擊波使空氣中其他積累的粉塵懸浮，再次形成粉塵云，散落的火花和輻射熱成為點(diǎn)火源，引起二次爆炸。最后，整個(gè)有粉塵存在的地方都有爆炸的危險(xiǎn)，由此產(chǎn)生的連鎖爆炸會(huì)造成嚴(yán)重的危害。

感應(yīng)期長(zhǎng)：粉塵爆炸的誘導(dǎo)期較長(zhǎng)，粉塵的燃燒過程比氣體復(fù)雜它們有的要經(jīng)過塵粒表面的分解或蒸發(fā)階段，有的要有一個(gè)從表面到中心燃燒的過程，所以誘導(dǎo)期更長(zhǎng)，達(dá)到幾十秒，是氣體的幾十倍。粉塵的燃燒速度、爆炸壓力比混合氣體爆炸小，但由于燃燒時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生的能量大，破壞程度嚴(yán)重得多。

引爆能量大：粉塵爆炸所需的初始爆轟能量在10MJ量級(jí)，約為普通可燃?xì)怏w的10~100倍，所需的點(diǎn)火時(shí)間也較長(zhǎng)，可達(dá)幾十秒，約為氣體的幾十倍。

有毒氣體：粉塵爆炸會(huì)產(chǎn)生兩種有毒氣體，一種是一氧化碳，一種是炸藥(如塑料)有毒氣體會(huì)自行分解。粉塵爆炸后，容易造成中毒和人員傷亡。

壓力：粉塵爆炸的壓力由兩個(gè)原因造成：一是生產(chǎn)生態(tài)產(chǎn)品，其分子數(shù)在大多數(shù)情況下超過原始混合物中氣體的分子數(shù)；第二，氣態(tài)產(chǎn)品被加熱到高溫。

粉塵是指粒徑小于75μm的固體懸浮物，能燃燒爆炸的粉塵稱為可燃粉塵。以下七種物質(zhì)的粉塵具有爆炸性：金屬（如鎂粉、鋁粉）煤炭；糧食（如小麥、淀粉）飼料（如血粉、魚粉）農(nóng)副產(chǎn)品（如棉花、煙草）林產(chǎn)品（如紙粉、木粉）合成材料（如塑料、染料）一般認(rèn)為粉塵爆炸下限一般為20~60g/M3粉塵的最小著火能量大多為400~500℃。

粉塵爆炸必須同時(shí)滿足三個(gè)條件：灰塵本身具有爆炸性；粉塵懸浮在一定含氧量的空氣中，達(dá)到一定的溶解度；有足夠的點(diǎn)火源引起粉塵爆炸。因此，防止粉塵爆炸的技術(shù)措施是破壞上述爆炸條件。

粉塵泄爆技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的防爆措施泄爆的思路是在容器上設(shè)置泄爆裝置當(dāng)爆炸導(dǎo)致壓力積聚時(shí)，泄放裝置將先于容器和可燃介質(zhì)破裂、燃燒產(chǎn)物、火焰和壓力波通過排放口排放到外部空間，以防止容器內(nèi)粉塵的爆炸壓力達(dá)到容器的爆炸壓力。

粉塵爆炸

添加惰性氣體或粉末：惰性氣體可以隔絕空氣，如粉碎易燃固體、研磨、篩分、混合和運(yùn)輸過程，如覆蓋惰性氣體；其次，惰性氣體會(huì)將空氣中的氧氣含量降低到極限氧氣濃度以下，這樣粉塵爆炸就不可能發(fā)生。常用的惰性氣體是N2、CO2、水蒸氣、鹵代烴等。當(dāng)生產(chǎn)裝置中加入惰性氣體以防止爆炸時(shí)，實(shí)際氧含量必須保持比臨界氧含量低20%體積)的安全系數(shù)。如果輸入氮?dú)?，氣體中的氧含量將降低到8%，能使可燃有機(jī)粉塵呈惰性。添加惰性粉塵的作用主要是添加爆炸性粉塵的灰分，阻擋粉塵爆炸過程中的熱輻射，破壞連鎖反應(yīng)，防止粉塵爆炸?？捎米鞫栊苑蹓m的材料包括石灰石粉、泥巖粉。

消除點(diǎn)火源：引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源有很多種，比如明火、摩擦和沖擊、電火花等。

消除明火：明火一般可分為兩類：一種是生產(chǎn)明火，即生產(chǎn)過程中正常使用或產(chǎn)生的明火，如焊接、切割、鍋爐中的火星和火焰等；二是產(chǎn)生明火，如燃燒煙頭、火柴等生產(chǎn)過程中不必要或不適當(dāng)?shù)拿骰稹?/p>

消除摩擦和沖擊火花：摩擦和撞擊會(huì)產(chǎn)生火花，這將是粉塵爆炸的原因。在許多情況下，摩擦和沖擊是點(diǎn)火源，例如：用于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的軸承等、機(jī)器上旋轉(zhuǎn)部件的摩擦、鐵質(zhì)物體相互碰撞或鐵質(zhì)工具撞擊水泥地面、壓力管道或鐵質(zhì)容器破裂。

消除電火花火源：電火花有工作火花和事故火花前者是電氣設(shè)備正常工作時(shí)產(chǎn)生的火花，事故火花是電氣設(shè)備或電路發(fā)生故障或誤操作時(shí)產(chǎn)生的火花。

消除其他電源：生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的其他一些火源，如火源、氣體爆炸、爆破等，應(yīng)該淘汰。

粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水，尤其是霧狀水。既能熄滅燃燒，又能濕潤(rùn)未燃盡的粉塵，驅(qū)散和消除懸浮粉塵，降低空氣濃度但不宜使用DC噴灑的水和泡沫，也不宜使用有沖擊力的干粉、二氧化碳、1211滅火劑，防止因撞擊懸浮沉積粉塵引起的二次爆炸。對(duì)一些金屬粉塵(忌水物質(zhì))如鋁、鎂粉等，可以 遇水不能被水或泡沫撲滅，因?yàn)樗团菽芘c金屬反應(yīng)，促進(jìn)其燃燒強(qiáng)度?？梢杂?150滅火劑，要用干粉、干沙撲救，不要用二氧化碳滅火器撲救，不要用滅火器噴射沖擊或用掃帚使其飛起來，以免發(fā)生粉塵爆炸事故。積聚的灰塵，如面粉、棉麻粉等，明火熄滅后仍可能在內(nèi)部悶燒，這也要引起足夠的重視；對(duì)于面積大、距離較遠(yuǎn)的車間發(fā)生粉塵火災(zāi)時(shí)，必須采取有效的分割措施，防止火勢(shì)沿沉積粉塵蔓延或引起連鎖爆炸。

中國(guó) s粉塵爆炸國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要是《粉塵爆炸安全規(guī)程》(GB/T15577-2018)該標(biāo)準(zhǔn)主要用于防止粉塵云和粉塵層著火、粉塵爆炸控制、規(guī)定了粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的粉塵控制和清掃。

防止塵埃云和塵埃層著火：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15577-2018年關(guān)于防止塵云和塵層著火的規(guī)定如下：1)防止粉塵自燃：具有自燃性的粉末應(yīng)在儲(chǔ)存前冷卻至正常儲(chǔ)存溫度；在正常儲(chǔ)存條件下，當(dāng)儲(chǔ)存大量具有自燃性的散裝粉末時(shí)，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)粉末的溫度當(dāng)溫度升高或氣體析出時(shí)，應(yīng)采取措施冷卻粉末；潮濕時(shí)自燃的金屬粉塵的集合、堆放和儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)采取防水防潮措施。2)防止明火和熱表面著火：粉塵爆炸的危險(xiǎn)場(chǎng)所不應(yīng)有明火。需要?jiǎng)踊鹱鳂I(yè)時(shí)，應(yīng)遵守相關(guān)規(guī)定。3)電弧和電火花的預(yù)防；4)防止摩擦、碰撞火花；5)采用惰化技術(shù)：在生產(chǎn)或處理可燃粉末的工藝設(shè)備中，如果通過防止著火不能保證安全，則應(yīng)采用惰化技術(shù)；對(duì)于具有惰化和防爆保護(hù)的工藝設(shè)備，應(yīng)進(jìn)行氧濃度監(jiān)測(cè)；6)使用正確的滅火劑：對(duì)于金屬粉塵和遇水可能產(chǎn)生爆炸性氣體的粉塵，不得使用水基滅火器和水滅火。

粉塵爆炸控制：粉塵爆炸控制的一般要求是粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所工藝設(shè)備的連接如果不能保證動(dòng)火作業(yè)的安全，連接應(yīng)設(shè)計(jì)成便于分離和移動(dòng)設(shè)備；緊急情況下，應(yīng)及時(shí)切斷所有電力系統(tǒng)的電源；具有粉塵爆炸危險(xiǎn)的工藝設(shè)備應(yīng)采用抑爆措施、泄爆、隔爆和防爆中的一種或多種防爆方法，但隔爆不能單獨(dú)采用。

粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的粉塵控制與清潔：粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的粉塵控制和清潔要求如下：1)企業(yè)應(yīng)制定粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的清掃范圍、清掃方式、清潔周期和除塵系統(tǒng)的其他內(nèi)容；2)生產(chǎn)、加工貯存和運(yùn)輸可燃粉塵的工藝設(shè)備應(yīng)有防止粉塵爆炸的措施，工藝設(shè)備的連接處應(yīng)、檢查口、擋板、防爆蓋等應(yīng)緊密關(guān)閉；3)在不能完全防止粉塵泄漏的特殊場(chǎng)所，應(yīng)采取有效的吸塵措施；4)應(yīng)及時(shí)全面規(guī)范地清理所有可能沉積灰塵的區(qū)域以及設(shè)備和設(shè)施的所有部件；5)根據(jù)粉塵的特性，應(yīng)采用不產(chǎn)生粉塵的清洗方法不應(yīng)使用壓縮空氣吹掃，應(yīng)采用負(fù)壓吸塵進(jìn)行清洗；6)遇有金屬粉塵混入自燃，不得用飲料清洗，清洗收集的粉塵應(yīng)按規(guī)定處理。