堆積粉塵的自燃及其防控措施

堆積粉塵的自燃及其防控措施一、可燃粉塵定義可燃粉塵會發(fā)生自燃火災以及爆炸事故與粉塵的性質密不可分，對于可燃粉塵的定義，國標15577《粉塵防爆安全規(guī)程》將其定義為一定條件下能與氣態(tài)氧化劑（主要是空氣）發(fā)生劇烈氧化反應的粉塵，一般我們認為可燃粉塵：指與空氣中氧反應能放熱的粉塵，例如有機物粉塵煤粉、木粉，與氧氣發(fā)生反應時會產生C02和H20o可燃性粉塵還存在著粉塵爆炸的危險，在國標/T15604《粉塵防爆術語》中指細微的固體顆粒，而美國NFPA654和歐盟1127-1又分別規(guī)定了可爆粉塵的粒徑，分為粒徑小于420um和粒徑為1mm以內的粉塵。例如鋁粉、鎂粉、鈦粉和鐵粉等金屬粉塵，硫礦粉、煤粉等化學物質的粉塵，食品和木材等物質顆粒的粉塵都是可爆粉塵。二、粉塵陰燃條件堆積粉塵陰燃是指堆積可燃物質體系內局部溫度升高，且會發(fā)生持續(xù)、有煙、無氣相火焰的緩慢燃燒現象?？扇嘉镔|堆積引發(fā)陰燃是所有自燃事故的始端，能否有陰燃，取決于堆積可燃粉塵自身的物理化學性質和外部環(huán)境。堆積可燃粉塵能夠發(fā)生陰燃的自身物理化學性質是該堆積粉塵內部發(fā)生反應產熱后能夠蓄熱且可以繼續(xù)燃燒。這些堆積可燃粉塵包括紙張碎屑、鋸末、纖維織物產生的粉塵。堆積可燃粉塵能夠發(fā)生陰燃的外部條件包括環(huán)境內空氣不流通和適宜的熱源?？諝饬魉倌軌虼偈棺匀俭w系內部與外界的對流傳熱，體系內部散熱快于蓄熱，使蓄熱條件變差，則自燃反應速率變慢，因此堆積可燃物質體系周圍的低空氣流速給了其內部良好的蓄熱條件，產生陰燃。適宜的熱源給堆積可燃物質體系提供了穩(wěn)定的熱量供給，蓄熱能力增強，它包括著自燃熱源（堆積可燃物質體系內部發(fā)生的反應放熱）、一種陰燃引起另一種陰燃的熱源以及有焰燃燒熄滅后的熱源。堆積可燃物質周圍的氧氣作為助燃物質加快了陰燃的蔓延，若周圍一直存在著穩(wěn)定的氧氣濃度，極易發(fā)生陰燃向有焰燃燒的轉變。三、粉塵爆炸條件涉粉工藝眾多，極易發(fā)生粉塵火災爆炸事故，而事故調查原因顯示發(fā)生粉塵爆炸事故時滿足以下條件。（1）粉塵具有可燃性或可爆性。這與粉塵自身的理化性質有關。（2）粉塵與助燃氣體混合且達到其濃度爆炸極限?？扇挤蹓m堆積狀態(tài)下只能發(fā)生自燃，不能發(fā)生爆炸，而堆積的粉塵在研磨、粉碎、運輸等工藝過程中一旦被揚起，形成預混氣，極易發(fā)生爆炸事故。這與粉塵的粒徑、密度、環(huán)境濕度等條件有關。（3）存在點火源。粉塵的自燃點和最小點火能量與粉塵的性質有關，多數有10mJ-100mJ的最小點火能量或400℃-500℃的自燃溫度。而自燃火災爆炸事故通常由可燃粉塵在認為難以成為點火源的較低溫度的加熱表面上堆積時間過長、面積過大時，內部不斷積熱，達到該粉塵的自燃點，發(fā)生自燃，自燃的粉塵飛揚后，落到堆積的粉塵上引發(fā)爆炸。（4）粉塵具有擴散性。粉塵擴散是與助燃氣體混合，從而具有爆炸能力。（5）粉塵爆炸空間是封閉受限空間。四、堆積粉塵事故影響因素綜合由堆積可燃粉塵自燃引發(fā)陰燃、著火、爆炸事故案例分析，可以得到堆積粉塵事故的影響因素分別為其自身的性質原因和外部的環(huán)境原因，如下圖所示。:燃燒熱化學因素 ?燃燒速度與水汽等的反應性揚塵濃度和粒度物理因素--粉塵堆積形狀、比熱、熱傳導率吩塵表面狀態(tài)、帶電性及粉塵攝聚性等通風條件（氧氣濃度）阻燃性粉塵濃度點火源覆度和點火方式可崎粉塵環(huán)境中的水分、窒息性氣體濃度其他因素由圖可知，發(fā)生事故的可燃粉塵自身原因為其物理化學性質，物理性質包括粉塵的濃度和粒度、堆積形狀、比熱、熱傳導率、粉塵表面狀態(tài)、帶電性及粉塵凝聚性等性質，化學性質包括粉塵燃燒熱、燃燒速度、與水汽或二氧化碳等的反應性等。這些自身的物理性質是不能改變的，其中燃燒熱高的粉塵易發(fā)生爆炸，且爆炸的威力較大；氧化速度快的粉塵，如鎂、氧化亞鐵、染料等粉塵，容易發(fā)生爆炸，容易帶電的粉塵同樣容易發(fā)生事故；可燃粉塵濃度處于爆炸濃度極限范圍內會發(fā)生粉塵爆炸,粉塵的爆炸下限濃度和粉塵的粒度密切相關;粒度越小的粉塵,比表面積越大，在空氣中的分散度也就越大，吸附氧的活性越強，氧化反應速度也就越快，就越容易發(fā)生事故。不同可燃粉塵的物理化學性質不同，其造成的事故危害也不相同。另一方面，發(fā)生事故的可燃粉塵外部原因包括堆積粉塵所處環(huán)境中的通風條件（氧氣濃度）、阻燃性粉塵的濃度和灰度、點火源強度或點火方式、可燃粉塵環(huán)境中的水分、室息氣濃度以及其他因素等。這些外部條件可根據實際情況進行人工調節(jié)，其中通風條件（氧濃度）對陰燃和和爆炸事故影響最大，氧氣有助于堆積粉塵陰燃事故發(fā)生蔓延，當氧氣濃度達到某一值時，就可發(fā)生向有焰燃燒的轉變。環(huán)境中的窒息氣可以減少粉塵爆炸發(fā)生，可通入一定量的惰性氣體增加窒息氣的濃度，從而降低氧含量，使粉塵爆炸的濃度范圍降低，進而減少事故發(fā)生;阻燃性粉塵的濃度和灰度可以一定程度起到對可燃粉塵的冷卻、抑制懸浮、負催化作用，使其可燃性、爆炸性降低；點火源強度或點火方式給堆積粉塵所處環(huán)境提供穩(wěn)定熱源，火源溫度越高越易發(fā)生自燃，從而引發(fā)火災爆炸事故；可燃粉塵環(huán)境中的水分根據可燃粉塵的種類可起到催化或抑制兩種不同作用，如煤粉、拋光鋁粉、硝化棉在濕潤環(huán)境中更易發(fā)生自燃，而對于淀粉類粉塵，通過加入水分來增加了其不燃成分；窒息氣濃度以及其他因素包括著壓力環(huán)境、多種物質混合堆積、堆積時間等因素，我們可以改變堆積可燃粉塵的外部條件來減少事故發(fā)生。五、堆積粉塵自燃防控措施(1)減少堆積粉塵的堆積體積量①降低粉塵泄漏。生產場所的工藝設備應密封防止粉塵逸出，保證環(huán)境內的設備、管道的密閉性，避免因設備、管道密封不良而出現粉塵外泄堆積問題，比如，加強對破煤設備、運輸管道的密閉性檢測。②及時清理或轉移堆積粉塵。對于不可避免產生粉塵的場所，如煤粉制備系統(tǒng)的煤粉倉、除塵系統(tǒng)的灰斗等易堆積粉塵的場所，依據實驗室測定堆積粉塵的自燃溫度，可以推測大體積量堆放粉塵的自燃溫度和臨界儲存時間，也可以根據環(huán)境溫度和儲存條件推測堆積粉塵的臨界體積量，如lm3的褐煤常溫下最多儲存七天，確保在可儲存的時間內，把工藝中生產、儲存和使用環(huán)節(jié)及時清理和轉移堆積粉塵。③加強粉塵擴散的控制。防止粉塵擴散是為了避免形成爆炸性環(huán)境，堆積粉塵產熱引爆粉塵云，尤其是防止粉塵飛揚，粉塵外逸的措施。④多種方式除塵。根據不同性質的粉塵選擇不同的除塵方式，例如粉料裝卸設備處可采用干霧抑塵裝置；以煤為燃料的工廠、電站，可以采用靜電除塵方式去除煙氣中的煤灰和粉，在工藝允許的條件下，可以采用濕法消塵，采用局部排風的除塵系統(tǒng)，采用全面排風或自然排風多種方式抑塵除塵。（2）嚴格控制環(huán)境溫度①堆積粉塵自燃探測技術。對于堆積粉塵的場所增加溫度監(jiān)控，在線探測其溫度、揮發(fā)氣體和氧含量等，可采用直接溫度探測法、氣體探測法、遙感探測法和紅外熱像儀監(jiān)測預測等方式確保環(huán)境溫度低于其自燃溫度，及時降溫，防止堆積粉塵的自燃。②防止出現點火源。點火源強度或點火方式給堆積粉塵所處環(huán)境提供穩(wěn)定熱源，火源溫度越高越易發(fā)生自燃，從而引發(fā)火災爆炸事故。對于大量堆積粉塵的生產工藝場所，常見的點火源有高溫熱表面和明火，兩類點火源會導致環(huán)境內的溫度短時間上升，所以防止明火與熱表面引燃以及采取防止發(fā)生摩擦、碰撞的措施，防止摩擦、碰撞火花的產生。（3）減少粉塵的堆積時間。一般粉塵在短時間內堆積沒有自燃現象，但可能在很長一段時間內發(fā)生自燃著火,所以，當粉塵從工藝設備中泄漏到車間的過程設置有效的除塵系統(tǒng)控制工藝設備中的粉塵濃度，減少粉塵的堆積時間。對于大量堆積粉塵的場所如筒倉，長時間不能清理，可以根據不同體積量堆積粉塵發(fā)生自燃的誘導時間對數與體積表面積比率對數的關系式，在其誘導時間內及時轉移或清理堆積粉塵。（4）其他方面。由實驗結果分析，通風條件、水分以及是否存在催化劑等都是影響堆積粉塵自燃的因素。①水分對于不同的自燃物質有不同作用。對于植物纖維、金屬粉末以及堆放的煤，適量的水分能使自燃反應速率加快，所以其環(huán)境要保持干燥。而對于與水分不反應的物質，由于水的熱容量和導熱率比較大，不利于保溫和蓄熱，不利于自燃的發(fā)生，所以該環(huán)境要適當保持水分。②通風條件可以起到加快可燃物質堆積體系內與外的傳熱速率的作用，降低其蓄熱條件，防止其自燃。所以，在可產生堆積粉塵的場所要保持通風，避免形成密閉性的爆炸環(huán)境。③對堆積粉塵進行惰化。堆積粉塵環(huán)境中若是存在對可燃粉塵有催化作用的物質,極快地加大發(fā)生自燃的概率，比如酸中微量重金屬及脂肪皂，對油酸的自燃發(fā)熱起到促進作用，所以粉塵場所減少多種粉塵混合存放堆積，另外