粉塵爆炸相關知識

粉塵爆炸：粉塵爆炸，指粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源（明火或溫度），火焰瞬間傳播于整個混合粉塵空間，化學反應速度極快，同時釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為機械功以及光和熱的輻射，具有很強的破壞力。中文名粉塵爆炸適用領域范圍化學反應安規(guī)標準GB15577-2007粉塵防爆安全規(guī)程爆炸源粉塵目錄1產(chǎn)生條件2爆炸原理3特點危害?影響因素?爆炸特點?主要危害4防范措施?遏制?泄放?抑制?隔離5爆炸案例1產(chǎn)生條件\o"編輯本段"編輯粉塵爆炸條件一般有三個：（1）可燃性粉塵以適當?shù)臐舛仍诳諝庵袘腋?，形成人們常說的粉塵云；凡是呈細粉狀態(tài)的固體物質(zhì)均稱為粉塵。能燃燒和爆炸的粉塵叫做可燃粉塵；浮在空氣中的粉塵叫懸浮粉塵；沉降在固體壁面上的粉塵叫沉積粉塵。具有爆炸性粉塵有：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）。某些廠礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，特別是一些有機物加工中產(chǎn)生的粉塵，在某些特定條件下會發(fā)生爆炸燃燒事故。（2）有充足的空氣和氧化劑；（3）有火源或者強烈振動與摩擦。2爆炸原理\o"編輯本段"編輯\o"查看圖片"

表1—4爆炸性粉塵的分級、分組一般比較容易發(fā)生爆炸事故的粉塵大致有鋁粉、鋅粉、硅鐵粉、鎂粉、鐵粉、鋁材加工研磨粉、各種塑料粉末、有機合成藥品的中間體、小麥粉、糖、木屑、染料、膠木灰、奶粉、茶葉粉末、煙草粉末、煤塵、植物纖維塵等。這些物料的粉塵易發(fā)生爆炸燃燒的原因是都有較強的還原劑H、C、N、S等元素存在，當它們與過氧化物和易爆粉塵共存時，便發(fā)生分解，由氧化反應產(chǎn)生大量的氣體，或者氣體量雖小，但釋放出大量的燃燒熱。例如，鋁粉只要在二氧化碳氣氛中就有爆炸的危險。粉塵爆炸的難易與粉塵的物理、化學性質(zhì)和環(huán)境條件有關。一般認為燃燒熱越大的物質(zhì)越容易爆炸，如煤塵、碳、硫黃等。氧化速度快的物質(zhì)容易爆炸，如鎂粉、鋁粉、氧化亞鐵、染料等。容易帶電的粉塵也很容易引起爆炸，如合成樹脂粉末、纖維類粉塵、淀粉等。這些導電不良的物質(zhì)由于與機器或空氣摩擦產(chǎn)生的靜電積聚起來，當達到一定量時，就會放電產(chǎn)生電火花，構(gòu)成爆炸的火源。通常不易引起爆炸的粉塵有土、砂、氧化鐵、研磨材料、水泥、石英粉塵以及類似于燃燒后的灰塵等。這類物質(zhì)的粉塵化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以不易燃燒。但是如果這類粉塵產(chǎn)生在油霧以及CO、CH4、煤氣之類可燃氣體中，也容易發(fā)生爆炸。粉塵的爆炸可視為由以下三步發(fā)展形成的：第一步是懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地干餾或氣化而產(chǎn)生出可燃氣體；第二步是可燃氣體與空氣混合而燃燒；第三步是粉塵燃燒放出的熱量，以熱傳導和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚起來的粉塵，這些粉塵受熱汽化后使燃燒循環(huán)地進行下去。隨著每個循環(huán)的逐次進行，其反應速度逐漸加快，通過劇烈的燃燒，最后形成爆炸。這種爆炸反應以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸壓力等將持續(xù)加快和升高，并呈跳躍式的發(fā)展。3特點危害\o"編輯本段"編輯影響因素物理化學性質(zhì)\o"查看圖片"

粉塵爆炸濃度極限--表1物質(zhì)的燃燒熱越大，則其粉塵的爆炸危險性也越大，例如煤、碳、硫的粉塵等；越易氧化的物質(zhì)，其粉塵越易爆炸，例如鎂、氧化亞鐵、染料等；越易帶電的粉塵越易此起爆炸。粉塵在生產(chǎn)過程中，由于互相碰撞、磨擦等作用，產(chǎn)生的靜電不易散失，造成靜電積累，當達到某一數(shù)值后，便出現(xiàn)靜電放電。靜電放電火花能引起火災和爆炸事故。粉塵爆炸還與其所含揮發(fā)物有關。如煤粉中當揮發(fā)物低于10%時，就不再發(fā)生爆炸，因而焦炭粉塵沒有爆炸危險性。顆粒大小粉塵的表面吸附空氣中的氧，顆粒越細，吸附的氧就越多，因而越易發(fā)生爆炸，而且，發(fā)火點越低，爆炸下限也越低。隨著粉塵顆粒的直徑的減小，不僅化學活性增加，而且還容易帶上靜電。粉塵的濃度與可燃氣體相擬，粉塵爆炸也有一定的濃度范圍，也有上下限之分。但在一般資料中多數(shù)只列出粉塵的爆炸下限，因為粉塵的爆炸上限較高。一些\o"查看圖片"

粉塵爆炸的影響因素粉塵爆炸的特性列于表1（右側(cè)）。爆炸特點（1）多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點。第一次爆炸氣浪，會把沉積在設備或地面上的粉塵吹揚起來，在爆炸后短時間內(nèi)爆炸中心區(qū)會形成負壓，周圍的新鮮空氣便由外向內(nèi)填補進來，與揚起的粉塵混合，從而引發(fā)二次爆炸。二次爆炸時，粉塵濃度會更高。[1]（2）粉塵爆炸所需的最小點火能量較高，一般在幾十毫焦耳以上。（3）與可燃性氣體爆炸相比，粉塵爆炸壓力上升較緩慢，較高壓力持續(xù)時間長，釋放的能量大，破壞力強。主要危害（1）具有極強的破壞性。粉塵爆炸涉及的范圍很廣，煤炭、化工、醫(yī)藥加工、木材加工、糧食和飼料加工等部門都時有發(fā)生。（2）容易產(chǎn)生二次爆炸。第一次爆炸氣浪把沉積在設備或地面上的粉塵吹揚起來，在爆炸后的短時間內(nèi)爆炸中心區(qū)會形成負壓，周圍的新鮮空氣便由外向內(nèi)填補進來，形成所謂的“返回風”，與揚起的粉塵混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸時，粉塵濃度一般比一次爆炸時高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。例如，某硫磺粉廠，磨碎機內(nèi)部發(fā)生爆炸，爆炸波沿氣體管道從磨碎機擴散到旋風分離器，在旋風分離器發(fā)生了二次爆炸，爆炸波通過爆炸后在旋風分離器上產(chǎn)生的裂口傳播到車間中，揚起了沉降在建筑物和工藝設備上的硫磺粉塵，又發(fā)生了爆炸。（3）能產(chǎn)生有毒氣體。一種是一氧化碳；另一種是爆炸物(如塑料)自身分解的毒性氣體。毒氣的產(chǎn)生往往造成爆炸過后的大量人畜中毒傷亡，必須充分重視。4防范措施\o"編輯本段"編輯\o"查看圖片"

警示牌如采用有效的通風和除塵措施，嚴禁吸煙及明火作業(yè)。在設備外殼設泄壓活門或其他裝置，采用爆炸遏制系統(tǒng)等。對有粉塵爆炸危險的廠房，必須嚴格按照防爆技術等級進行設計，并單獨設置通風、排塵系統(tǒng)。要經(jīng)常濕式打掃車間地面和設備，防止粉塵飛揚和聚集。保證系統(tǒng)要有很好的密閉性，必要時對密閉容器或管道中的可燃性粉塵充入氮氣、二氧化碳等氣體，以減少氧氣的含量，抑制粉塵的爆炸。常用的防護措施或方案主要有四種：遏制、泄放、抑制、隔離。其中泄放分為正常情況下的壓力泄放和無火焰泄放；隔離分為機械隔離和化學隔離。主要防護設備包括：防爆板（ExplosionPanel）、防爆門(ExplosionVent)、無焰泄放系統(tǒng)(FlamelessVenting)、隔離閥(ExplosionIsolationValve)以及抑爆系統(tǒng)(ExplosionSuppressionSystems)。在實際應用中，并不是每一種防護措施單獨使用，往往采用多種防護措施進行組合運用，以達到更可靠更經(jīng)濟的防護目的。遏制就是在設計、制造粉體處理設備的時候采用增加設備厚度的方法以增大設備的抗壓強度，但是這種措施往往以高成本為代價，在金屬材料價格日益昂貴的今天，采用這種措施顯然是非常不經(jīng)濟的。泄放包括正常泄放和無焰泄放，是利用防爆板、防爆門、無焰泄放系統(tǒng)對所保護的設備在發(fā)生爆炸的時候采取的主動爆破，泄放爆炸壓力的辦法進行泄壓，以達到保護粉體處理設備的安全。防爆板通常用來保護戶外的粉體處理設備，如粉塵收集器、旋風收集器等，壓力泄放的時候并隨有火焰以及粉體的泄放，可能對人員和附近設備產(chǎn)生傷害和破壞；防爆門通常用來保護處理粉體的車間建筑，以達到整個車間避免產(chǎn)生粉體爆炸；對于處于室內(nèi)的粉體處理設備，有時對泄放要求非常嚴格，不能產(chǎn)生火焰、物料泄放或者沒有預留泄放空間的情況下，通常會采用無焰泄放系統(tǒng)，以達到保護人員以及周圍設備的安全。抑制爆炸抑制系統(tǒng)是在爆燃現(xiàn)象發(fā)生的初期（初始爆炸）由傳感器器及時檢測到，通過發(fā)射器快速在系統(tǒng)設備中噴射抑爆劑，從而避免危及設備乃至裝置的二次爆炸，通常情況下爆炸抑制系統(tǒng)與爆炸隔離系統(tǒng)一起組合使用。抑制就是利用了爆炸需要的三要素以及原理。根據(jù)這個原理，爆炸需要完整的三個要素，并在適當?shù)臈l件下產(chǎn)生爆炸。所以要抑制爆炸的發(fā)生，必須取消三要素中的一個要素。一種措施是往粉體處理設備內(nèi)部注入惰性氣體如N2、CO2等代替空氣，從而降低氧化劑：氧氣O2的含量，以達到抑制爆炸的目的；另一種措施是取消易燃易爆物料，但是這是不可能的，因為設備本身就是用來處理該物料的。所以以上兩種措施都是不可能或者很難做到的，所以我們一般采用最簡單的措施，就是取消其中的一個重要要素：火源，從而抑制爆炸的發(fā)生。這就要采用爆炸抑制系統(tǒng)，最簡單的爆炸抑制系統(tǒng)是由四個單元組成：監(jiān)視器、傳感器、發(fā)射器和電源。四個單元各自的功能分別為：監(jiān)視器可以提供可視或者可聽的警報，對整個系統(tǒng)的激活、密封故障、氣壓和電源故障進行監(jiān)視，而且發(fā)射器的發(fā)射不是由監(jiān)視器觸發(fā)，而是由傳感器直接觸發(fā)，從而大大縮短了抑爆系統(tǒng)的反應時間。傳感器由三個朝向不同方向的壓力傳感器組成，其中一個設定在低壓狀態(tài)，兩個設定在高壓狀態(tài)，必須同時有其中兩個壓力傳感器被激活時，整個系統(tǒng)才被觸發(fā)，從而避免誤操作的發(fā)生。發(fā)射器由抑爆劑筒、氣體罐（充滿低壓氮氣200Psi-300Psi）、電子控制器組成，而且抑爆劑（碳酸氫鈉粉末）和壓力氣體分開儲存，這樣避免使用者在檢查和維護的時候不處于受壓系統(tǒng)的危險之中。電源給整個系統(tǒng)供電，可以由交流電輸入轉(zhuǎn)換成24V直流電，也可以直接使用電池，另外還有三個繼電輸出端，一個顯示交流電的供應情況，一個顯示系統(tǒng)是否有故障，一個顯示系統(tǒng)是否在工作。這四個單元即可組成一個最簡單的抑爆系統(tǒng)，但是有時要保護的范圍很大，就需要增加發(fā)射筒，一個傳感器最多可以連接十個發(fā)射筒。粉體爆炸的形成和發(fā)展的過程是這樣的：在密閉的工業(yè)設備內(nèi)部產(chǎn)生的許多粉末和灰塵與空氣中的氧氣混合，假如達到適當?shù)臐舛?，萬一產(chǎn)生了火花，就會由火花發(fā)展成小火球，如不抑制就會由小火球發(fā)展成大火球，并伴隨有高溫高壓的產(chǎn)生，當壓力升高到一定程度，超出了設備的抗壓強度，就會發(fā)生爆炸。在此過程中，升高的壓力會產(chǎn)生沖擊波，而且沖擊波的傳播速度遠大于火焰?zhèn)鞑サ乃俣?，利用這個原理，讓抑爆系統(tǒng)的傳感器及時探測到?jīng)_擊波，在火焰還沒有時間發(fā)展成爆燃的時候，發(fā)射器噴射出抑爆劑（碳酸氫鈉），將火焰噴滅，從而避免小火球演變成大火球，甚至形成爆炸，從而破壞設備，甚至危害到人身安全。抑爆系統(tǒng)通俗來說相當于一個自動滅火器，但是在這里要滅的不是熊熊烈火而是發(fā)生爆炸前期的小火球。當安裝在粉體設備上的傳感器探測到設備內(nèi)部發(fā)生火花，使得燃料燃燒，形成小火球，即將要發(fā)展成大火球產(chǎn)生爆炸的瞬間，馬上發(fā)出一個指令給發(fā)射筒，發(fā)射筒馬上會向設備內(nèi)部噴出滅火劑，把要引發(fā)爆炸的火花熄滅，從而抑制了爆炸的發(fā)生。隔離分為機械隔離和化學隔離兩種，往往和抑爆系統(tǒng)一起應用。隔離就是把有爆炸危險的設備與相連的設備隔離開，從而避免爆炸的傳播，產(chǎn)生二次爆炸。一般在設備的物料入口安裝化學隔離，在設備的物料出口安裝機械隔離閥?；瘜W隔離和抑爆系統(tǒng)中的發(fā)射筒相同，只是一般為45°安裝；機械隔離閥類似于常見的閘閥。在現(xiàn)代工業(yè)中，我們給粉體設備做防爆措施，不能只單獨考慮某一個設備，要從整體出發(fā)，要作為一個防爆系統(tǒng)工程來設計，所以往往需要采取多種方案組合應用。如泄放和機械隔離方案、泄放和化學隔離方案、無焰泄放和機械隔離方案、無焰泄放和化學隔離方案、抑制和機械隔離方案等等，也可能需要所有方案的集合體。綜上所述，在工業(yè)高速發(fā)展的今天，伴隨的粉體爆炸事故日益增加，非常普遍，并且給工業(yè)帶來了巨大的