淺談可燃粉塵及其爆炸危險(xiǎn)性

淺談可燃粉塵及其爆炸危險(xiǎn)性被粉碎成細(xì)小顆粒的固體物質(zhì)稱為粉塵。粉塵中有很大局部遇火源或其他能量源易發(fā)生燃燒爆炸。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，美國(guó)1900－1956年共發(fā)生粉塵爆炸事故1000余起，英國(guó)近10年發(fā)生240余起。日本1952－1979年也發(fā)生此類事故200余起。在我國(guó)，1942年發(fā)生的本溪煤礦煤粉爆炸事故、1987年哈爾濱亞麻廠粉塵爆炸事故等，損失和教訓(xùn)都非常沉重。特殊是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，粉塵種類的數(shù)量急驟增加，粉塵火災(zāi)爆炸事故時(shí)有發(fā)生，因此，對(duì)粉塵的火災(zāi)爆炸危急性應(yīng)當(dāng)高度重視。本文就粉塵特性及其危害作簡(jiǎn)要介紹。

一、粉塵爆炸的內(nèi)在緣由。

處于粉塵狀態(tài)的物質(zhì)較之固體狀態(tài)物質(zhì)有所不同，尤其是在燃燒特性方面，原來(lái)非燃物質(zhì)可能變?yōu)榭扇嘉镔|(zhì)，原來(lái)是難燃物質(zhì)可能變成易燃物質(zhì)，可燃、易燃物可能變?yōu)橐妆ㄎ镔|(zhì)，而這一變化是由粉塵的特性所打算的。

——粉塵的外表自由能：

對(duì)于任何粉塵粒子來(lái)講，其外表分子與內(nèi)局部子所處的能量狀態(tài)是不同的（如下圖，小圓圈代表分子引力范圍）。在粉塵粒子內(nèi)部的分子1，因四周八方均具有同類分子包圍著，所受四周分子的引力是對(duì)稱的，可以相互抵消而受力總和為零，它做分子運(yùn)動(dòng)（震驚）時(shí)不需要消耗功，而靠近粒子外表的分子2、3，由于內(nèi)部密集的同類分子的引力遠(yuǎn)大于外部其他分子（念氣體分子）對(duì)它的引力，所以不能相互抵消，這些力的總和垂直于粉塵外表而指向粉塵內(nèi)部，亦即外表分子受到內(nèi)向的拉力，外表上的分子總比內(nèi)局部子具有更高的能量，這種能量叫做外表自由能。

——粉塵的分散度和外表積：

所謂粉塵的分散度就是粉塵按不同粒徑（直徑）分布的一種形式。其中小粒徑粉塵越多，我們就稱其分散度大，而分散度的大小又打算著粉塵的外表積，其分散度越大，則外表積越大，外表分子越多，導(dǎo)致外表自由能越大。

——粉塵的吸附性：

其他物質(zhì)分子在粉塵外表上相對(duì)聚攏的現(xiàn)象稱為粉塵的吸附現(xiàn)象。由于粉塵具有較大的外表及自由能，而物質(zhì)又具有由高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。能態(tài)越低越穩(wěn)定，所以，它對(duì)四周分子尤其是快速移動(dòng)的氣體分子具有吸附性。通過(guò)吸附其他分子來(lái)降低局部外表自由能。

綜上所述，由于粉塵的分散度較大，具有較大的外表積，從而具有較高的外表自由能，使粉塵的狀態(tài)不穩(wěn)定，活性增高，在理化性質(zhì)上表現(xiàn)為粉塵較之原物質(zhì)具有較小的點(diǎn)火能量和自燃點(diǎn)。（如塊狀時(shí)不能燃燒的鐵塊，在粉碎成粉塵時(shí)，最小點(diǎn)火能量小于100mJ，自燃點(diǎn)小于300℃；煤粉的點(diǎn)火能量小于40mJ）。外表積的增大和吸附特性的存在，使得粉塵與空氣中氧分子的接觸面增大，增加了反響速度；外表積的增大，還使固體原有的導(dǎo)熱力量下降，易使局部溫度上升，也有利于反響進(jìn)展。

同時(shí)，粉塵在集中作用大于重力作用時(shí)具有懸浮狀態(tài)的穩(wěn)定性，易與空氣形成粉塵云。當(dāng)各種條件具備時(shí)，粉塵就會(huì)發(fā)生爆炸。

二、粉塵爆炸的條件。

粉塵的火災(zāi)爆炸事故多發(fā)生在煤礦、面粉廠、糖廠、紡織廠、硫磺廠、飼料、塑料、金屬加工廠及糧庫(kù)等廠礦企業(yè)。這與粉塵爆炸所需條件有關(guān)。粉塵爆炸本身是一類特別的燃燒現(xiàn)象，它也需要可燃物、助燃物和點(diǎn)火源三個(gè)條件：

——粉塵本身是可燃粉塵?？扇挤蹓m分有機(jī)粉塵和無(wú)機(jī)粉塵兩類。有機(jī)粉塵如面粉、木粉、化學(xué)纖維粉塵等，根本是可燃的。而無(wú)機(jī)粉塵包括金屬粉塵和一局部礦物性粉塵（如煤、硫等），也都是可燃粉塵。黃沙和塵土的粉塵也很微小，但由于它們本身不能夠燃燒，因此不具危急性。

——粉塵必需懸浮在助燃?xì)怏w（如空氣中），并混合到達(dá)粉塵的濃度爆炸極限。粉塵在助燃?xì)怏w中懸浮是由于粉碎、研磨、輸送、通風(fēng)等機(jī)械作用造成的。大粒徑的粉塵一般沉降為只有燃燒力量的沉積粉塵，只有小粒徑的粉塵才能在助燃?xì)怏w中懸浮。同時(shí)，爆炸粉塵的危急性也用濃度爆炸極限下限來(lái)表示，一般是20－60g／m3，低于這個(gè)濃度，難以形成持續(xù)燃燒，更談不上爆炸。

——有足以引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源。粉塵具有較小的自燃點(diǎn)和最小點(diǎn)火能量，只要外界的能量超過(guò)最小點(diǎn)火能量（多數(shù)在10mJ－100mJ）或溫度超過(guò)其自燃點(diǎn)（多數(shù)在400℃－500℃），就會(huì)爆炸。

當(dāng)上述三個(gè)條件同時(shí)滿意時(shí)，就可能發(fā)生粉塵火災(zāi)爆炸事故。

需指出的是，粉塵極有可能發(fā)生破壞性更大的二次爆炸。當(dāng)粉塵懸浮于含有足以維持燃燒的氧氣環(huán)境中，并有適宜的點(diǎn)火源時(shí)，可能發(fā)生初次爆炸，并引起四周環(huán)境的擾動(dòng)，使那些沉積在地面、設(shè)備上的粉塵彌散而形成粉塵云，遇火源形成災(zāi)難性的其次次爆炸；另外第一次爆炸后，在粉塵的爆炸點(diǎn)，由于空氣受熱膨脹，密度變小，快速形成爆炸點(diǎn)逆流（俗稱“返回風(fēng)”），遇粉塵云和熱能源，也會(huì)發(fā)生其次次爆炸。

三、粉塵爆炸的預(yù)防和火災(zāi)撲救措施。

由于粉塵爆炸事故撲救極為困難，因此做好預(yù)防工作是尤為重要的。主要預(yù)防措施有以下幾條：

——消退粉塵源。采納良好的除塵設(shè)施來(lái)掌握廠房?jī)?nèi)的粉塵是首要的，可用的措施有封閉設(shè)備，通風(fēng)排塵、抽風(fēng)排塵或潤(rùn)濕降塵等。除塵設(shè)備的風(fēng)機(jī)應(yīng)裝在清潔空氣一側(cè)。應(yīng)留意易燃粉塵不能用電除塵設(shè)備，金屬粉塵不能用濕式除塵設(shè)備。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)應(yīng)先開除塵設(shè)備，后開主機(jī)；停機(jī)時(shí)則正好相反，防止粉塵飛揚(yáng)。粉塵車間各部位應(yīng)平滑，盡量避開設(shè)置一些其他無(wú)關(guān)設(shè)施（如窗幕、門簾等）。管線等盡量不要穿越粉塵車間，宜在墻內(nèi)敷設(shè)，防止粉塵積聚，另外，在條件允許下，在粉塵車間噴霧狀水，在被粉碎的物質(zhì)中增加水分也能促使粉塵沉降，防止形成粉塵云。在車間內(nèi)做好清潔工作，準(zhǔn)時(shí)人工清掃，也是消退粉塵源的好方法。

——嚴(yán)格掌握點(diǎn)火源。消退點(diǎn)火源是預(yù)防粉塵爆炸的最有用、最有效的措施。在常見點(diǎn)火源中，電火花、靜電、摩擦火花、明火、高溫物體外表、焊接切割火花等是引起粉塵爆炸的主要緣由。因此，應(yīng)對(duì)此高度重視。此類場(chǎng)所的電氣設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)《爆炸和火災(zāi)危急環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)展設(shè)計(jì)、安裝，到達(dá)整體防爆要求，盡量擔(dān)心裝或少安裝不易產(chǎn)生靜電，撞擊不產(chǎn)生火花的材料制作，并實(shí)行靜電接地愛護(hù)措施。被粉碎的物質(zhì)必需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選、去石和吸鐵修理，以免雜質(zhì)進(jìn)入粉碎機(jī)內(nèi)產(chǎn)生火花。需要指出的是，近幾年因集塵設(shè)施粉塵清理不準(zhǔn)時(shí)，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)積熱引起的火災(zāi)事故屢有發(fā)生，這也應(yīng)引起人們的重視。

——實(shí)行牢靠有效的防護(hù)措施。對(duì)于較小的粉碎裝置，可以增加其強(qiáng)度，并要考慮防止爆炸火焰通過(guò)連接處向外傳播；為減小爆炸的破壞性可設(shè)置泄壓裝置，如對(duì)車間采納輕質(zhì)屋頂、墻體或增開門窗等。但應(yīng)留意，泄壓裝置宜靠近易發(fā)生爆炸的部位，不要面對(duì)人員集中的場(chǎng)所和主要交通要道；為削減助燃?xì)怏w含量，在粉塵與助燃?xì)怏w混合氣中添加惰性氣體（如N2），削減氧含量，也是可行方法之一。（但對(duì)有些場(chǎng)所不行能實(shí)現(xiàn)，且造價(jià)亦高，目前有用價(jià)值較?。?。也可以采納先進(jìn)的粉塵爆炸抑制裝置，避開事故的發(fā)生。另外加強(qiáng)工作人員的安全訓(xùn)練，加大治理力度，準(zhǔn)時(shí)清掃、檢修設(shè)備也是必不行少的防護(hù)措施。

撲救粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水，尤以霧狀水為佳。它既可以熄滅燃燒，又可潮濕未燃粉塵，驅(qū)散和消退懸浮粉塵，降低空氣濃度，但忌用直流噴射的水和泡沫，也不宜用有沖擊力的干粉、二氧化碳、1211滅火劑，防止沉積粉塵因受沖擊而懸浮引起二次爆炸。

對(duì)一些金屬粉塵（忌水物質(zhì)）如鋁、鎂粉等，遇水反響，會(huì)使燃燒更猛烈，因此制止用水撲救?？梢杂酶缮?、石灰等（不行沖擊）；積累的粉塵如面粉、棉麻粉等，明火熄滅后內(nèi)部可能還陰燃，也因引起足夠重視；對(duì)于面積大、距離長(zhǎng)的車間的粉塵火災(zāi)，要留意實(shí)行有效的分割措施，防止火勢(shì)沿沉積粉塵擴(kuò)散或引發(fā)連鎖爆