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粉塵爆炸火災特點及預防對策
日期:2014-08-14 16:21:29  来源:  作者:  点击次数:

 

   當前,隨著現代化工業的發展,粉末技術的廣泛應用,粉末産物日益增多,這就使粉塵爆炸的潛在危險大大增加。爆炸前固體向蒸發表面提供足夠的熱量是爆炸的必要條件。通常在固體物質中,産生的熱量很容易被固體本身吸收,然而對粉末來說發生氧化的表面積很大而顆粒的體積卻很小。因此,極易使溫度上升氧化速度增快。氧化本身就是一種放熱反應,從而會産生更多的熱量,以致很快達到失控狀態。在空氣中處于爆炸濃度範圍內的粉塵雲和一個點燃源一旦同時存在一場粉塵爆炸事件就不可避免了。特別是現在納米技術的快速發展。粉體的深細加工已經成爲當今生産過程中的一個重要發展方向,生産超細粉的産品日漸增多,粉塵粒徑越小,爆炸下限越低,最小點火能量越小,粉塵爆炸的感度增加,由此,粉塵爆炸的事故率大爲增加。據統計,世界上平均每天有一起谷物粉塵爆炸事故發生。下面我們就來具體了解下粉塵爆炸的一些基本特性。
  一、粉塵爆炸的基本特點
  粉塵的定義:凡是呈細粉狀態的固體物質均稱爲粉塵。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;沈降在固體壁面上的粉塵叫沈積粉塵。現已發現以下七類物質的粉塵具有爆炸性:金屬(如鎂粉、鋁粉);煤炭;糧食(如小麥、澱粉);飼料(如血粉、魚粉);農副産品(如棉花、煙草);林産品(如紙粉、木粉);合成材料(如塑料、染料)。
  粉塵爆炸的定義:粉塵爆炸是指懸浮于空氣中的可燃粉塵觸及明火或電火花等火源時發生的爆炸現象。粉塵爆炸是由粉塵粒子表面與氧發生反應所引起的,不像氣體爆炸那樣,是可燃氣物與氧化劑均勻混合後的反應,而是某種凝固的可燃物與周圍存在著氧化劑這一不均勻狀態中進行的反應。 
  粉塵爆炸的條件:生産過程中産生的粉塵,特別是一些有機物加工中産生的粉塵,在某些特定條件下會發生爆炸燃燒事故。國內外的研究成果表明,這些條件一般有三種:(1)可燃性粉塵以適當的濃度在空氣中懸浮,形成人們常說的粉塵雲;(2)有充足的空氣和氧化劑;(3)有火源或者強烈振動與摩擦。通常認爲,易爆粉塵只要滿足條件(1)和條件(2),就意味著具備了可能發生事故的苗頭。
粉塵爆炸的過程
  第一步:懸浮粉塵在熱源作用下迅速地被幹餾或氣化而産生可燃氣體。
  第二步:可燃氣體與空氣混合而燃燒。
  第三步:燃燒産生的熱量從燃燒中心向外傳遞,引起鄰近的粉塵進一步燃燒。如此循環下去,反應速度不斷加快,最後形成爆炸。
  粉塵爆炸的特點:(1)多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點;(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,較高壓力持續時間長,釋放的能量大,破壞力強。粉塵的燃燒速度比氣體的要小,由于其燃燒時間長及産生的能量大,所以造成的破壞及燒毀的程度嚴重得多。這是因爲粉塵中的碳、氫含量高,即可燃物含量多。如果按産生能量的最高值進行比較,粉塵爆炸是氣體爆炸的好幾倍,溫度可達2000—3000℃以上,最大爆炸壓力爲345—690kpa;(4)粉塵燃燒要經過加熱熔融、離解、蒸發等複雜過程,粉塵從接觸火源到發生爆炸所需的時間即感應期要比氣體爆炸長,達數十秒;(5)粉塵爆炸能引起建築物其它部位的粉塵再次爆炸。而且第二次爆炸壓力比第一次爆炸壓力大,破壞性更嚴重。 
  粉尘爆炸的危害:(1)具有极强的破坏性。粉尘爆炸涉及的范围很广,煤炭、化工、医药加工、木材加工、粮食和饲料加工等部门都时有发生。如1952—1979年间,日本发生各类粉尘爆炸事故209起,伤亡共546人。近年来,中国发生的粉尘爆炸尤其是系统爆炸,造成了严重损失,仅1987年哈尔滨亚麻厂的亚麻尘爆炸事故,死亡58人,轻重伤177人,直接经济损失882万元。 (2)容易产生二次爆炸。第一次爆炸气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来,在爆炸后短时间内爆炸中心区会形成负压,周围的新鲜空气便由外向内填补进来,形成所谓的“返回风”,与扬起的粉尘混合,在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸时,粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多,故二次爆炸威力比第一次要大得多。(3)能产生有毒气体。一种是一氧化碳;另一种是爆炸物(如塑料)自身分解的毒性气体。毒气的产生往往造成爆炸过后的大量人畜中毒伤亡。
  生産過程中常見的多種引火源
  (1)設備內的摩擦撞擊火花。設備內部由于機械運轉部位缺乏潤滑而摩擦生熱;物料、硬性雜質或脫落的零件與設備內壁碰擊打出火星。表面粗糙的堅硬物體相互猛烈撞擊或摩擦時,産生的火星撞擊或摩擦脫落的高溫固體微粒。若火星的微粒直徑爲0.1~1mm,其所帶的能量可達1.76~1760mJ,足可點燃可燃粉塵。據統計,僅粉碎研碎設備因摩擦撞擊引起的爆炸事故占57%。
  (2)電火花和靜電火花。電氣設備故障引起的電火花是常見的一種引火源,事故案例較多。物料在輸送和粉碎研磨的攪拌中,粉料與管壁、設備壁,粉料的顆粒與顆粒之間的摩擦和碰擊,會産生靜電。一些粉塵表面的電量可達10-6~10-7C/cm2。在適當條件下,其靜電電壓可高達數千至數萬伏。
  (3)沈積粉塵的陰燃和自燃。沈積在加熱表面如照明裝置、電動機、機械設備熱表面的粉塵,受熱一段時間後會出現陰燃,最終也可能轉變爲明火,成爲粉塵爆炸的引火源。粉塵最易陰燃的層厚範圍爲10~20mm。可燃粉塵在沈積狀態下還具有自燃的傾向,因爲粉塵微粒與空氣接觸發生氧化放熱反應,在一定條件下熱量不能充分散發,粉層內溫度會升高引起自燃。長期積聚在設備裂縫中和管道拐彎處的粉塵易發生自燃。
掌握了粉塵爆炸的基理,在生産過程中就可據以采取相應的安全措施來預防粉塵爆炸的發生,如密閉設備,通風除塵,抽風吸塵、潤濕降塵、清掃積塵、控制電源,清除靜電隔絕火源等。在撲救粉塵的火災中,應注意不要使沈積粉塵飛揚起來,最好采用噴霧水流,以防發生二次爆炸。
  二、預防粉塵爆炸的對策
  不言而喻,預防粉塵爆炸的主要對策首先應該是排除形成粉塵-空氣爆炸性混合物的可能性和杜絕火源。裝置、管道和設備的受熱表面經常是燃燒的點火源,因此設備的表面溫度不允許過高。任何條件下,設備的表面溫度都應稍低于粉塵層的陰燃溫度。另處,可燃粉塵在破碎機、粉碎設備、風管和其它帶攪拌裝置的設備中,經常因打出的火花而引爆,因而上述設備的零件必須用不産生火花的材料制造。
  ⑴防止粉塵沈積和及時清理粉塵。對于處理粉料的設備或場所,要防止泄漏而使粉塵到處飛揚,尤其應將易于産生粉塵的設備隔離設置在單獨房間內,並設專門的保護罩和局部排風罩或考慮吸塵裝置。
  ⑵加強管理,消除粉塵爆炸的點火源。由前述分析可知,粉塵爆炸的點火源有多種,必須根據操作環境可能出現的點火源種類進行針對性預防。例如,面粉加工廠的磨面機中混入金屬或砂石碎塊,就會打出火花而造成粉塵爆炸,爲此,在淨麥等前處理工序就應加強操作管理,避免能造成點火源的金屬等硬物混入磨面工序,尤其要注意磁鐵失效問題。
  ⑶避免設備中粉塵爆炸。對于設備內極易形成粉塵-氣體爆炸混合物的操作,在設備中充入惰性介質、降低系統中的氧含量是目前防止設備爆炸的唯一可靠方法。在這種情況下,粉塵-空氣混合物中的氧含量會減少至火焰不能傳播的數值。惰性介質可以采用氮氣、二氧化碳、煙道氣和用惰性氣體稀釋到必要最低含氧量的空氣或其它工業廢氣以及惰性粉塵等。
  三、發生粉塵爆炸火災的撲救措施
  撲救粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水,尤以霧狀水爲佳。它既可以熄滅燃燒,又可濕潤未燃粉塵,驅散和消除懸浮粉塵,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幹粉、二氧化碳、1211滅火劑,防止沈積粉塵因受沖擊而懸浮引起二次爆炸。
  對一些金屬粉塵(忌水物質)如鋁、鎂粉等,遇水反應,會使燃燒更劇烈,因此禁止用水撲救。可以用幹沙、石灰等(不可沖擊);堆積的粉塵如面粉、棉麻粉等,明火熄滅後內部可能還陰燃,也因引起足夠重視;對于面積大、距離長的車間的粉塵火災,要注意采取有效的分割措施,防止火勢沿沈積粉塵蔓延或引發連鎖爆炸。
  我国自建国以来曾发生过天津的铝粉爆炸、广州的面粉爆炸、济南的镁粉爆炸等,因此我们要认清粉尘爆炸的危害性,在生产过程中严格按照国家标准GB 15577—1995《粉尘防爆安全规程》来规范设计厂房,认真采取防范措施,相信粉尘的爆炸、燃烧事故是完全可以避免的。

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