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(一)什么是“粉塵爆炸”
(一)相關(guān)定義
(1)粉塵國際標準化組織定義: 粒徑小于75的固體懸浮物。(人類(lèi)頭發(fā)的直徑約為50~80μm)《粉塵防爆術(shù)語(yǔ)》GB/T 15604-2008: 細微的固體顆粒。特點(diǎn):能在空間停留,一段時(shí)間后可以沉降。
(2)可燃粉塵 能與助燃氣體發(fā)生氧化反應而燃燒的粉塵。
(3)粉塵云 懸浮在助燃氣體中的高濃度可燃粉塵與助燃氣體的混和物。(4)粉塵層 沉(堆)積在地面或物體表面上的粉塵群。
(5)粉塵爆炸 火焰在可燃粉塵云中傳播,引起顯著(zhù)的壓力、溫度躍升的現象。
(6)粉塵的一次爆炸、二次爆炸、多次爆炸一次爆炸:也是初次爆炸,由初始點(diǎn)火源引起的爆炸。
二次爆炸:第一次爆炸氣浪把沉積在設備或地面上的粉塵揚起形成粉塵云,在第一次爆炸余火的引燃下發(fā)生爆炸。多次爆炸:隨著(zhù)爆炸引起的極大震動(dòng),沉積在不同部位的粉塵揚起,形成多個(gè)粉塵云,從而產(chǎn)生連環(huán)爆炸。l粉塵爆炸的破壞通常是由“二次爆炸”引起的!l防止“二次”爆炸主要是減少爆炸傳播途徑的粉塵,減少粉塵爆炸的能量來(lái)源。
(二)粉塵爆炸的條件
可燃性粉塵爆炸本身是一類(lèi)特殊的燃燒現象,它也需要可燃物、助燃物和點(diǎn)火源三個(gè)條件。
1.粉塵本身是可燃粉塵。
2.粉塵必須懸浮在空氣(氧氣)中并與空氣混合達到爆炸濃度。
3.有足以引起粉塵爆炸的熱能源。
1)哪些粉塵具有爆炸性
通常認為以下七類(lèi)物質(zhì)的粉塵具有爆炸性:
金屬:如鎂粉、鋁粉、鋅粉;
碳素:煤、炭;
糧食:如面粉、淀粉、玉米面;
飼料:如魚(yú)粉;
農產(chǎn)品:如棉花、亞麻、煙草、糖;
林產(chǎn)品:如木粉、紙粉;
合成材料:如塑料、染料。
特點(diǎn):活潑金屬,如鈉、鉀、鎂、鋁等;有較強的還原劑H、S、N等元素存在,如染料等;燃燒熱越大的物質(zhì)越易爆炸,如煤塵、硫磺粉等;氧化速度快的物質(zhì)易爆炸,如鎂粉、鋁粉等;易帶電的粉塵也是易爆炸,如合成樹(shù)脂粉末、纖維類(lèi)粉塵、淀粉等; 黃沙和塵土的粉塵也很微小,但由于它們本身不能夠燃燒,因此不具危險性。
粉塵爆炸的主要原因
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),而這一變化是由于粉塵具有大的比表面積這一特性決定的。
2)懸浮粉塵的爆炸極限
爆炸粉塵的危險性由爆炸下限濃度來(lái)表示,一般為20-60g/m3,低于這個(gè)濃度,難以形成持續燃燒,更談不上爆炸。
釋義:粉塵的爆炸極限受粒度、濕度等因素影響,不是一固定值而是一范圍值;另外因粉塵的爆炸極限上限較高,不易達到,所以下限更具有意義,在一些標準及書(shū)面資料中,一般只標示粉塵的爆炸下限。爆炸極限范圍越寬、下限越低,爆炸的危險性越大。
3)引起粉塵爆炸的熱能量
粉塵具有較小自燃點(diǎn)和點(diǎn)火能量,只要外界的能量超過(guò)最小點(diǎn)火能(多數在10mJ-100mJ)或溫度超過(guò)自燃點(diǎn),就會(huì )爆炸。
生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的引火源有:
a:明火:如動(dòng)火、煙火等;
b:高熱物體,如過(guò)熱馬達、白熾燈、汽車(chē)排氣管、煙囪火星、焊割熔渣等;
c:電氣火花,如接線(xiàn)盒、開(kāi)關(guān)、控制箱漏電、短路、非防爆電機、開(kāi)關(guān)啟?;蜻\行過(guò)程產(chǎn)生的火花等;
d:撞擊與磨擦火花,如打磨拋光工具與工件的摩擦、風(fēng)機葉輪與殼體或外物摩擦或撞擊、使用的鐵制工具、運輸工具碰撞、潤滑不良的轉動(dòng)軸、螺旋輸送機堵料摩擦、皮帶與輪轂間的摩擦等;
e:絕熱壓縮;
f:光線(xiàn)放射和聚集(雷電) ;
g:靜電放電;
h:化學(xué)反應放熱(如粉塵自然)。
自燃的條件:—絕熱和保溫性好,具備熱積累條件,如纖維、粉末、片狀;—易進(jìn)行產(chǎn)熱反應,如分解熱、氧化熱、發(fā)酵熱等;—產(chǎn)熱速度超過(guò)散熱速度。l自燃著(zhù)火一般需要相當長(cháng)的發(fā)展時(shí)間。
易自燃著(zhù)火的物質(zhì):如鋁鎂等活潑金屬粉塵、硝化棉、粘有油脂的棉紗、煤堆、面粉等糧食倉庫。
粉塵的自燃:l 吸濕或遇水會(huì )催進(jìn)某些堆積的粉塵自燃著(zhù)火,如金屬制品加工行業(yè)中拋光、打磨等過(guò)程產(chǎn)生的鋁粉遇濕自燃;l 大量自由堆積的粉塵,如煤山、面粉和玉米粉等糧食倉庫、聚集金屬粉塵的集塵桶等時(shí)常會(huì )發(fā)生自燃著(zhù)火。
尤其在夏季高溫潮濕季節,粉塵在散熱不利且儲存量大、堆積較厚,通風(fēng)不良時(shí),更容易引起熱積累,發(fā)生自燃著(zhù)火。如鎮海百斗、亞洲紙業(yè)的火災、昆山“8.2”等事故。
4)影響粉塵爆炸的因素
1.自身因素化學(xué)性質(zhì):主要有燃燒熱和氧化速度。燃燒熱越大,爆炸危險性越大;越易氧化,越易爆炸。物理性質(zhì): 粉塵云粒子越細越易爆炸,爆炸威力越大; 粉塵的濕度越大,爆炸的危險越??; 粉塵云濃度越高爆炸壓力越大,但到一定濃度后有下降趨勢; 粉塵云著(zhù)火點(diǎn)溫度越低越易爆炸。
2.外部因素 粉塵分散情況:分散度越高,爆炸壓力越大; 點(diǎn)火源強度:點(diǎn)火能量越大,越易爆炸; 氧含量:必須達到最低氧含量; 粉塵云溫度:越高越易爆炸; 濕度:越低,爆炸的危險越大; 湍流情況:湍流越嚴重,爆炸范圍越大
(三)粉塵的爆炸過(guò)程
第一步:懸浮粉塵在熱源作用下迅速被干餾或氣化而產(chǎn)生可燃氣體; 第二步:可燃氣體與空氣混合而燃燒; 第三步:燃燒產(chǎn)生的熱量從燃燒中心向外傳遞,引起鄰近的粉塵進(jìn)一步燃燒。如此循環(huán)下去,反應速度不斷加快,最后爆炸。
(四)粉塵爆炸的破壞性
1、具有極強破壞性。
2、易產(chǎn)生連環(huán)爆炸。
3、發(fā)生粉塵爆炸時(shí),會(huì )有燃燒的灼熱粒子飛散,如果飛到可燃物或人體上,可使可燃物局部碳化或人體嚴重灼傷。
4、能產(chǎn)生有毒氣體,往往造成爆炸過(guò)后的眾多人畜中毒傷亡。 一種是一氧化碳,另一種是爆炸物(如塑料等)自行分解產(chǎn)生的毒性氣體。
(五)易發(fā)生粉塵爆炸的生產(chǎn)工藝
a:粉碎、拋光、打磨過(guò)程 由于機械力的作用會(huì )揚起大量粉塵,設備或作業(yè)空間內懸浮的粉塵可能會(huì )處于爆炸濃度范圍之內,且各種力的作用易產(chǎn)生磨擦、撞擊火花、靜電等點(diǎn)火源,導致粉塵爆炸。
b:氣固分離過(guò)程 在風(fēng)力作用下,分離器內的粉塵處于懸浮狀態(tài),此時(shí),如有足夠能量的點(diǎn)火源,爆炸事故就會(huì )不可避免的發(fā)生。
c:干式除塵過(guò)程 除塵前,粉塵是處于懸浮狀態(tài)的,粘附在濾材上的粉塵在清灰狀態(tài)下也處于懸浮狀態(tài),若恰好有足夠能量的點(diǎn)火,將會(huì )發(fā)生爆炸。
d:干燥過(guò)程 使用噴霧、氣流或沸騰干燥器干燥顆粒狀物料或粉料時(shí),設備內形成的可燃粉塵與空氣的混合物爆炸事故時(shí)有發(fā)生。
e:輸送過(guò)程 氣力輸送過(guò)程中,粉塵處于蓬松的懸浮狀態(tài),已具備粉塵爆炸的主要條件,只要有合適的點(diǎn)火源,極有可能引發(fā)爆炸。且輸送管道與分離、除塵設備相連,極易引起二次甚至多次爆炸。
f:清掃、吹掃過(guò)程 生產(chǎn)過(guò)程中,粉塵難免要從設備中逸出,這些粉塵堆積在廠(chǎng)房和設備表面,如不及時(shí)清除,在達到一定濃度并且飛楊起來(lái)后,很容易發(fā)生爆炸,并且在清掃過(guò)程中,也極易造成粉塵飛楊,形成懸浮爆炸條件。