粉塵爆炸,是指粉塵在爆炸極限范圍內,遇到熱源(明火或溫度),火焰瞬間傳播于整個(gè)混合粉塵空間,化學(xué)反應速度極快,同時(shí)釋放大量的熱,形成很高的溫度和很大的壓力,系統的能量轉化為機械功以及光和熱的輻射,具有很強的破壞力。
粉塵爆炸多在伴有鋁粉、鋅粉、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、植物纖維塵等產(chǎn)生的生產(chǎn)加工場(chǎng)所。
一、產(chǎn)生條件
粉塵爆炸的條件主要有三個(gè):
(1)可燃性粉塵以適當的濃度在空氣中懸浮,形成人們常說(shuō)的粉塵云;
凡是呈細粉狀態(tài)的固體物質(zhì)均稱(chēng)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、鈦粉);煤炭;糧食(如小麥、淀粉);飼料(如血粉、魚(yú)粉);農副產(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)。
某些企業(yè)工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)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,在某些特定條件下發(fā)生爆炸燃燒事故的幾率更高。
(2)有充足的空氣和氧化劑;
(3)有火源或者強烈振動(dòng)與摩擦產(chǎn)生靜電。
二、爆炸原理
一般比較容易發(fā)生爆炸事故的粉塵大致有鋁粉、鋅粉、鈦粉、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(guò)氧化物和易爆粉塵共存時(shí),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體中就有爆炸的危險。
粉塵爆炸的難易與粉塵的物理、化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境條件有關(guān)。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(shù)脂粉末、纖維類(lèi)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(lái),當達到一定量時(shí),就會(huì )放電產(chǎn)生電火花,構成爆炸的火源。
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(lèi)似于燃燒后的灰塵等。這類(lèi)物質(zhì)的粉塵化學(xué)性質(zhì)比較穩定,所以不易燃燒。但是如果這類(lèi)粉塵產(chǎn)生在油霧以及CO、CH4、煤氣之類(lèi)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(lái)的粉塵,這些粉塵受熱汽化后使燃燒循環(huán)地進(jìn)行下去。隨著(zhù)每個(gè)循環(huán)的逐次進(jìn)行,其反應速度逐漸加快,通過(guò)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、爆炸壓力等將持續加快和升高,并呈跳躍式的發(fā)展。
三、粉塵爆炸的危害
(1)具有極強的破壞性。粉塵爆炸涉及的范圍很廣,煤炭、化工、金屬制品加工、醫藥加工、木材加工、糧食和飼料加工等部門(mén)都時(shí)有發(fā)生,一旦發(fā)生爆炸會(huì )對周邊的人員、生產(chǎn)設備以及建筑房屋等造成嚴重的傷害。
(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(lái),在爆炸后的短時(shí)間內爆炸中心區會(huì )形成負壓,周?chē)男迈r空氣便由外向內填補進(jìn)來(lái),形成所謂的“返回風(fēng)”,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(shí),粉塵濃度一般比一次爆炸時(shí)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(chǎng),磨碎機內部發(fā)生爆炸,爆炸波沿氣體管道從磨碎機擴散到旋風(fēng)分離器,在旋風(fēng)分離器發(fā)生了二次爆炸,爆炸波通過(guò)爆炸后在旋風(fēng)分離器上產(chǎn)生的裂口傳播到車(chē)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(guò)后的大量人畜中毒傷亡,必須充分重視。
四、粉塵爆炸的對策
從粉塵發(fā)生爆炸需要具備的3個(gè)條件來(lái)看,預防粉塵爆炸就是要防止現場(chǎng)可以促成這3個(gè)條件形成的因素存在。
1、 采用有效的通風(fēng),避免現場(chǎng)形成封閉的環(huán)境;
2、 在粉塵發(fā)生源頭,設置有效的除塵系統(除塵器),防止粉塵在現場(chǎng)擴散;
3、對有粉塵爆炸危險的廠(chǎng)房,必須嚴格按照防爆技術(shù)等級進(jìn)行設計,并單獨設置通風(fēng)、防爆除塵系統(防爆除塵器)。
4、工廠(chǎng)現場(chǎng)要經(jīng)常打掃車(chē)間地面和設備,防止粉塵飛揚和聚集,條件允許的最好采用濕式清掃。
5、對于粉塵發(fā)生源頭或存在空間是密閉環(huán)境的情況,可以考慮對密閉容器或管道中充入適量的氮氣、二氧化碳等氣體,以減少氧氣含量,抑制粉塵的爆炸;
6、現場(chǎng)禁止吸煙以及產(chǎn)生火花或明火的作業(yè);
7、對產(chǎn)生靜電的現場(chǎng)要采用相應的靜電防止、消除對策;
8、現場(chǎng)一旦發(fā)生粉塵爆炸,要及時(shí)采取抑爆、隔爆、泄爆等措施,盡量減少人員傷亡以及經(jīng)濟損失。
在實(shí)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(jìn)行組合運用,以達到更可靠更經(jīng)濟的預防效果。
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五、案例介紹
1913-1973年間美國僅工農業(yè)領(lǐng)域,就發(fā)生過(guò)72次比較嚴重的粉塵爆炸事故。
1952—1979年間,日本發(fā)生各類(lèi)粉塵爆炸事故209起,傷亡共546人,其中以粉碎制粉工程和吸塵分離工程較突出,各為46起。
1965—1980年,聯(lián)邦德國發(fā)生各類(lèi)粉塵爆炸事故768起,其中較嚴重的是木粉及木制品粉塵和糧食飼料爆炸事故,分別占32%和25%。
1942年,我國本溪煤礦曾發(fā)生世界上最大的煤塵爆炸,死亡1549人,重傷246人。
1987年哈爾濱亞麻廠(chǎng)的亞麻塵爆炸事故,死亡58人,輕重傷177人,直接經(jīng)濟損失882萬(wàn)元。
2014年8月2日江蘇昆山工廠(chǎng)爆炸導致至少65人死亡。爆炸系因粉塵遇到明火引發(fā)的安全事故。
昆山工廠(chǎng)粉塵爆炸
2015年6月27日晚上8點(diǎn)30分左右,臺灣新北市八仙水上樂(lè )園舉行“彩虹派對”時(shí)發(fā)生粉塵爆炸,截止7月2日,爆炸共導致495人受傷,其中2名重傷者不治身亡,184人病危。