生產加工場所常伴有鋁粉、鋅粉、鋁研磨粉、各種塑料粉、有機合成藥物中間體、小麥粉、糖、鋸末、染料、電木灰、奶粉、茶粉、煙草粉、煤粉、植物纖維粉塵等發生粉塵爆炸。
粉塵爆炸壹般有四種情況:
(1)粉塵本身易燃或易爆;
(2)粉塵必須懸浮在空氣中,與空氣或氧氣混合,達到爆炸極限;
(3)有足夠的熱能引起粉塵爆炸,即點火源;
(4)粉塵具有壹定的擴散性;
(5)粉塵在密閉空間會發生爆炸,如制粒爐、沸騰幹燥機中的乙醇、水塵爆炸。
爆炸原理
表1-4爆炸性粉塵的分類和分組
壹般容易發生爆炸事故的粉塵有鋁粉、鋅粉、矽鐵粉、鎂粉、鐵粉、鋁加工研磨粉、各種塑料粉、有機合成藥物中間體、小麥粉、糖、鋸末、染料、電木灰、奶粉、茶粉、煙草粉、煤粉、植物纖維粉塵等。這些物料的粉塵之所以容易發生爆炸燃燒,是因為存在H、C、N、S等強還原劑。當它們與過氧化物和爆炸性粉塵存在時,會通過氧化反應分解產生大量氣體,或者氣體量很小,但放出大量燃燒熱。比如鋁粉,只要在二氧化碳氣氛中,就有爆炸的危險。?[2]?
粉塵爆炸的難易程度與粉塵的理化性質和環境條件有關。壹般認為燃燒熱較高的物質更容易爆炸,如煤塵、碳、硫等。氧化速度快的物質容易爆炸,如鎂粉、鋁粉、氧化亞鐵、染料等。容易帶電的粉塵也容易引起爆炸,如合成樹脂粉、纖維粉塵、澱粉等。這些導電性差的物質由於與機器或空氣摩擦產生靜電而積聚,達到壹定量時就會放電產生電火花,構成爆炸的火源。
通常,不易引起爆炸的粉塵包括土壤、沙子、氧化鐵、研磨材料、水泥、應時粉塵和類似燃燒後的粉塵。這類物質的粉塵化學性質比較穩定,不容易燃燒。但這種粉塵如果產生在油霧和CO、CH4、煤氣等可燃氣體中,也容易發生爆炸。
粉塵的爆炸可以認為是由以下三個步驟形成的:第壹步是懸浮的粉塵在熱源的作用下迅速幹餾或氣化產生可燃氣體;第二步,可燃氣體與空氣混合燃燒;第三步,粉塵燃燒釋放的熱量以熱傳導和火焰輻射的方式傳遞給附近懸浮或吹起的粉塵,這些粉塵被加熱汽化,使燃燒循環繼續進行。隨著每個循環的逐次推進,反應速度逐漸加快,通過劇烈燃燒,最終形成爆炸。這種爆炸反應,以及爆炸火焰速度、爆炸波速和爆炸壓力,會不斷加速和增大,突飛猛進地發展。
典型危險:
影響因素
物理化學性質
粉塵爆炸的影響因素
物質的燃燒熱越大,其粉塵的爆炸危險性越大,如煤、碳、硫粉塵;越容易氧化的物質,其粉塵越容易爆炸,如鎂、氧化亞鐵、染料等。塵埃帶電越多,越有可能引發爆炸。在生產過程中,由於粉塵的沖擊和摩擦,產生的靜電不易消散,造成靜電積聚。當達到壹定值時,就會發生靜電放電。靜電放電火花會導致火災和爆炸事故。粉塵爆炸也與其含有的揮發物有關。比如煤粉中的揮發分低於10%就不會爆炸,所以焦粉沒有爆炸危險。
粉塵爆炸濃度限值-表1
晶粒尺寸
灰塵的表面吸附空氣中的氧氣。顆粒越細,吸附的氧氣越多,所以更容易爆炸。而且,燃點越低,爆炸極限越低。隨著塵粒直徑的減小,不僅化學活性增加,而且容易帶靜電。
粉塵濃度
和可燃氣體類似,粉塵爆炸也有壹定的濃度範圍,也有上下限。但壹般資料大多只列出粉塵爆炸下限,因為粉塵爆炸上限高。表1(右)列出了壹些粉塵爆炸的特征。
爆炸特性
(1)多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點。
當氣浪第壹次爆炸時,它會吹起沈積在設備或地面上的灰塵。爆炸後的短時間內,爆炸中心會形成負壓,周圍的新鮮空氣會從外部灌進來,與揚起的粉塵混合,從而引發二次爆炸。第二次爆炸時,粉塵濃度會更高。
(2)粉塵爆炸所需的最小點火能量比較高,壹般在幾十毫焦耳以上。
(3)與可燃氣體爆炸相比,粉塵爆炸壓力上升緩慢,較高壓力持續時間長,釋放的能量大,破壞力強。