什么粉塵爆炸？粉塵爆炸的條件是什么？爆炸的因素有哪些？

什么粉塵爆炸：

粉塵爆炸，指粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，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(yīng)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(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功以及光和熱的輻射，具有很強(qiáng)的破壞力。

產(chǎn)生條件：

粉塵爆炸條件一般有三個(gè)：

（1）可燃性粉塵以適當(dāng)?shù)臐舛仍诳諝庵袘腋?，形成人們常說的粉塵云；

凡是呈細(xì)粉狀態(tài)的固體物質(zhì)均稱為粉塵。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）；煤炭；糧食（如小麥、淀粉）；飼料（如血粉、魚粉）；農(nóng)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）。

某些廠礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，特別是一些有機(jī)物加工中產(chǎn)生的粉塵，在某些特定條件下會發(fā)生爆炸燃燒事故。

（2）有充足的空氣和氧化劑；

（3）有火源或者強(qiáng)烈振動與摩擦。

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、硅鐵粉、鎂粉、鐵粉、鋁材加工研磨粉、各種塑料粉末、有機(jī)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(qiáng)的還原劑H、C、N、S等元素存在，當(dāng)它們與過氧化物和易爆粉塵共存時(shí)，便發(fā)生分解，由氧化反應(yīng)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?xì)夥罩芯陀斜ǖ奈ｋU(xiǎn)。

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(rèn)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，如合成樹脂粉末、纖維類粉塵、淀粉等。這些導(dǎo)電不良的物質(zhì)由于與機(jī)器或空氣摩擦產(chǎn)生的靜電積聚起來，當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)，就會放電產(chǎn)生電火花，構(gòu)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、石英粉塵以及類似于燃燒后的灰塵等。這類物質(zhì)的粉塵化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以不易燃燒。但是如果這類粉塵產(chǎn)生在油霧以及CO、CH4、煤氣之類可燃?xì)怏w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：*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?xì)怏w；第二步是可燃?xì)怏w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(dǎo)和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚(yáng)起來的粉塵，這些粉塵受熱汽化后使燃燒循環(huán)地進(jìn)行下去。隨著每個(gè)循環(huán)的逐次進(jìn)行，其反應(yīng)速度逐漸加快，通過劇烈的燃燒，zui后形成爆炸。這種爆炸反應(yīng)以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸壓力等將持續(xù)加快和升高，并呈跳躍式的發(fā)展。

特點(diǎn)危害：

影響因素

物理化學(xué)性質(zhì)

粉塵爆炸濃度極限--表1

物質(zhì)的燃燒熱越大，則其粉塵的爆炸危險(xiǎn)性也越大，例如煤、碳、硫的粉塵等；越易氧化的物質(zhì)，其粉塵越易爆炸，例如鎂、氧化亞鐵、染料等；越易帶電的粉塵越易此起爆炸。粉塵在生產(chǎn)過程中，由于互相碰撞、磨擦等作用，產(chǎn)生的靜電不易散失，造成靜電積累，當(dāng)達(dá)到某一數(shù)值后，便出現(xiàn)靜電放電。靜電放電火花能引起火災(zāi)和爆炸事故。粉塵爆炸還與其所含揮發(fā)物有關(guān)。如煤粉中當(dāng)揮發(fā)物低于10%時(shí)，就不再發(fā)生爆炸，因而焦炭粉塵沒有爆炸危險(xiǎn)性。

顆粒大小

粉塵的表面吸附空氣中的氧，顆粒越細(xì)，吸附的氧就越多，因而越易發(fā)生爆炸，而且，發(fā)火點(diǎn)越低，爆炸下限也越低。隨著粉塵顆粒的直徑的減小，不僅化學(xué)活性增加，而且還容易帶上靜電。

粉塵的濃度

與可燃?xì)怏w相擬，粉塵爆炸也有一定的濃度范圍，也有上下限之分。但在一般資料中多數(shù)只列出粉塵的爆炸下限，因?yàn)榉蹓m的爆炸上限較高。一些

粉塵爆炸的影響因素

粉塵爆炸的特性列于表1（右側(cè)）。

爆炸特點(diǎn)

（1）多次爆炸是粉塵爆炸的zui大特點(diǎn)。

*次爆炸氣浪，會把沉積在設(shè)備或地面上的粉塵吹揚(yáng)起來，在爆炸后短時(shí)間內(nèi)爆炸中心區(qū)會形成負(fù)壓，周圍的新鮮空氣便由外向內(nèi)*進(jìn)來，與揚(yáng)起的粉塵混合，從而引發(fā)二次爆炸。二次爆炸時(shí)，粉塵濃度會更高。

（2）粉塵爆炸所需的zui小點(diǎn)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(xù)時(shí)間長，釋放的能量大，破壞力強(qiáng)。

主要危害

（1）具有*的破壞性。粉塵爆炸涉及的范圍很廣，煤炭、化工、醫(yī)藥加工、木材加工、糧食和飼料加工等部門都時(shí)有發(fā)生。

（2）容易產(chǎn)生二次爆炸。*次爆炸氣浪把沉積在設(shè)備或地面上的粉塵吹揚(yáng)起來，在爆炸后的短時(shí)間內(nèi)爆炸中心區(qū)會形成負(fù)壓，周圍的新鮮空氣便由外向內(nèi)*進(jìn)來，形成所謂的“返回風(fēng)”，與揚(yáng)起的粉塵混合，在*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*次要大得多。例如，某硫磺粉廠，磨碎機(jī)內(nèi)部發(fā)生爆炸，爆炸波沿氣體管道從磨碎機(jī)擴(kuò)散到旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器發(fā)生了二次爆炸，爆炸波通過爆炸后在旋風(fēng)分離器上產(chǎn)生的裂口傳播到車間中，揚(yáng)起了沉降在建筑物和工藝設(shè)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)生往往造成爆炸過后的大量人畜中毒傷亡，必須充分重視；

主要危害

（1）具有*的破壞性。粉塵爆炸涉及的范圍很廣，煤炭、化工、醫(yī)藥加工、木材加工、糧食和飼料加工等部門都時(shí)有發(fā)生。

（2）容易產(chǎn)生二次爆炸。*次爆炸氣浪把沉積在設(shè)備或地面上的粉塵吹揚(yáng)起來，在爆炸后的短時(shí)間內(nèi)爆炸中心區(qū)會形成負(fù)壓，周圍的新鮮空氣便由外向內(nèi)*進(jìn)來，形成所謂的“返回風(fēng)”，與揚(yáng)起的粉塵混合，在*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*次要大得多。例如，某硫磺粉廠，磨碎機(jī)內(nèi)部發(fā)生爆炸，爆炸波沿氣體管道從磨碎機(jī)擴(kuò)散到旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器發(fā)生了二次爆炸，爆炸波通過爆炸后在旋風(fēng)分離器上產(chǎn)生的裂口傳播到車間中，揚(yáng)起了沉降在建筑物和工藝設(shè)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)生往往造成爆炸過后的大量人畜中毒傷亡，必須充分重視。

防范措施：

如采用有效的通風(fēng)和除塵措施，嚴(yán)禁吸煙及明火作業(yè)。在設(shè)備外殼設(shè)泄壓活門或其他裝置，采用爆炸遏制系統(tǒng)等。對有粉塵爆炸危險(xiǎn)的廠房，必須嚴(yán)格按照防爆技術(shù)等級進(jìn)行設(shè)計(jì)，并單獨(dú)設(shè)置通風(fēng)、排塵系統(tǒng)。要經(jīng)常濕式打掃車間地面和設(shè)備，防止粉塵飛揚(yáng)和聚集。保證系統(tǒng)要有很好的密閉性，必要時(shí)對密閉容器或管道中的可燃性粉塵充入氮?dú)?、二氧化碳等氣體，以減少氧氣的含量，抑制粉塵的爆炸。

常用的防護(hù)措施或方案主要有四種：遏制、泄放、抑制、隔離。其中泄放分為正常情況下的壓力泄放和無火焰泄放；隔離分為機(jī)械隔離和化學(xué)隔離。主要防護(hù)設(shè)備包括：防爆板（Explosion Panel）、防爆門(Explosion Vent)、無焰泄放系統(tǒng)(Flameless Venting)、隔離閥(Explosion Isolation Valve)以及抑爆系統(tǒng)(Explosion Suppression Systems)。在實(shí)際應(yīng)用中，并不是每一種防護(hù)措施單獨(dú)使用，往往采用多種防護(hù)措施進(jìn)行組合運(yùn)用，以達(dá)到更可靠更經(jīng)濟(jì)的防護(hù)目的。

遏制

就是在設(shè)計(jì)、制造粉體處理設(shè)備的時(shí)候采用增加設(shè)備厚度的方法以增大設(shè)備的抗壓強(qiáng)度，但是這種措施往往以高成本為代價(jià)，在金屬材料價(jià)格日益昂貴的今天，采用這種措施顯然是非常不經(jīng)濟(jì)的。

泄放

包括正常泄放和無焰泄放，是利用防爆板、防爆門、無焰泄放系統(tǒng)對所保護(hù)的設(shè)備在發(fā)生爆炸的時(shí)候采取的主動爆破，泄放爆炸壓力的辦法進(jìn)行泄壓，以達(dá)到保護(hù)粉體處理設(shè)備的安全。防爆板通常用來保護(hù)戶外的粉體處理設(shè)備，如粉塵收集器、旋風(fēng)收集器等，壓力泄放的時(shí)候并隨有火焰以及粉體的泄放，可能對人員和附近設(shè)備產(chǎn)生傷害和破壞；防爆門通常用來保護(hù)處理粉體的車間建筑，以達(dá)到整個(gè)車間避免產(chǎn)生粉體爆炸；對于處于室內(nèi)的粉體處理設(shè)備，有時(shí)對泄放要求非常嚴(yán)格，不能產(chǎn)生火焰、物料泄放或者沒有預(yù)留泄放空間的情況下，通常會采用無焰泄放系統(tǒng)，以達(dá)到保護(hù)人員以及周圍設(shè)備的安全。

抑制

爆炸抑制系統(tǒng)是在爆燃現(xiàn)象發(fā)生的初期（初始爆炸）由傳感器器及時(shí)檢測到，通過發(fā)射器快速在系統(tǒng)設(shè)備中噴射抑爆劑，從而避免危及設(shè)備乃至裝置的二次爆炸，通常情況下爆炸抑制系統(tǒng)與爆炸隔離系統(tǒng)一起組合使用。抑制就是利用了爆炸需要的三要素以及原理。根據(jù)這個(gè)原理，爆炸需要完整的三個(gè)要素，并在適當(dāng)?shù)臈l件下產(chǎn)生爆炸。所以要抑制造炸的發(fā)生，必須取消三要素中的一個(gè)要素。一種措施是往粉體處理設(shè)備內(nèi)部注入惰性氣體如N2、CO2等代替空氣，從而降低氧化劑：氧氣O2的含量，以達(dá)到抑制造炸的目的；另一種措施是取消易燃易爆物料，但是這是不可能的，因?yàn)樵O(shè)備本身就是用來處理該物料的。所以以上兩種措施都是不可能或者很難做到的，所以我們一般采用zui簡單的措施，就是取消其中的一個(gè)重要要素：火源，從而抑制造炸的發(fā)生。這就要采用爆炸抑制系統(tǒng)，zui簡單的爆炸抑制系統(tǒng)是由四個(gè)單元組成：監(jiān)視器、傳感器、發(fā)射器和電源。

四個(gè)單元各自的功能分別為：監(jiān)視器可以提供可視或者可聽的警報(bào)，對整個(gè)系統(tǒng)的激活、密封故障、氣壓和電源故障進(jìn)行監(jiān)視，而且發(fā)射器的發(fā)射不是由監(jiān)視器觸發(fā)，而是由傳感器直接觸發(fā)，從而大大縮短了抑爆系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。傳感器由三個(gè)朝向不同方向的壓力傳感器組成，其中一個(gè)設(shè)定在低壓狀態(tài)，兩個(gè)設(shè)定在高壓狀態(tài)，必須同時(shí)有其中兩個(gè)壓力傳感器被激活時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)才被觸發(fā)，從而避免誤操作的發(fā)生。發(fā)射器由抑爆劑筒、氣體罐（充滿低壓氮?dú)?/span>200Psi-300Psi）、電子控制器組成，而且抑爆劑（碳酸氫鈉粉末）和壓力氣體分開儲存，這樣避免使用者在檢查和維護(hù)的時(shí)候不處于受壓系統(tǒng)的危險(xiǎn)之中。電源給整個(gè)系統(tǒng)供電，可以由交流電輸入轉(zhuǎn)換成24V直流電，也可以直接使用電池，另外還有三個(gè)繼電輸出端，一個(gè)顯示交流電的供應(yīng)情況，一個(gè)顯示系統(tǒng)是否有故障，一個(gè)顯示系統(tǒng)是否在工作。這四個(gè)單元即可組成一個(gè)zui簡單的抑爆系統(tǒng)，但是有時(shí)要保護(hù)的范圍很大，就需要增加發(fā)射筒，一個(gè)傳感器zui多可以連接十個(gè)發(fā)射筒。

粉體爆炸的形成和發(fā)展的過程是這樣的：在密閉的工業(yè)設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的許多粉末和灰塵與空氣中的氧氣混合，假如達(dá)到適當(dāng) 的濃度，萬一產(chǎn)生了火花，就會由火花發(fā)展成小火球，如不抑制就會由小火球發(fā)展成大火球，并伴隨有高溫高壓的產(chǎn)生，當(dāng)壓力升高到一定程度，超出了設(shè)備的抗壓強(qiáng)度，就會發(fā)生爆炸。在此過程中，升高的壓力會產(chǎn)生沖擊波，而且沖擊波的傳播速度遠(yuǎn)大于火焰?zhèn)鞑サ乃俣龋眠@個(gè)原理，讓抑爆系統(tǒng)的傳感器及時(shí)探測到?jīng)_擊波，在火焰還沒有時(shí)間發(fā)展成爆燃的時(shí)候，發(fā)射器噴射出抑爆劑（碳酸氫鈉），將火焰噴滅，從而避免小火球演變成大火球，甚至形成爆炸，從而破壞設(shè)備，甚至危害到人身安全。

抑爆系統(tǒng)通俗來說相當(dāng)于一個(gè)自動滅火器，但是在這里要滅的不是熊熊烈火而是發(fā)生爆炸前期的小火球。當(dāng)安裝在粉體設(shè)備上的傳感器探測到設(shè)備內(nèi)部發(fā)生火花，使得燃料燃燒，形成小火球，即將要發(fā)展成大火球產(chǎn)生爆炸的瞬間，馬上發(fā)出一個(gè)指令給發(fā)射筒，發(fā)射筒馬上會向設(shè)備內(nèi)部噴出滅火劑，把要引發(fā)爆炸的火花熄滅，從而抑制了爆炸的發(fā)生。

隔離

分為機(jī)械隔離和化學(xué)隔離兩種，往往和抑爆系統(tǒng)一起應(yīng)用。

隔離就是把有爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備與相連的設(shè)備隔離開，從而避免爆炸的傳播，產(chǎn)生二次爆炸。一般在設(shè)備的物料入口安裝化學(xué)隔離，在設(shè)備的物料出口安裝機(jī)械隔離閥?；瘜W(xué)隔離和抑爆系統(tǒng)中的發(fā)射筒相同，只是一般為45°安裝；機(jī)械隔離閥類似于常見的閘閥。

在現(xiàn)代工業(yè)中，我們給粉體設(shè)備做防爆措施，不能只單獨(dú)考慮某一個(gè)設(shè)備，要從整體出發(fā)，要作為一個(gè)防爆系統(tǒng)工程來設(shè)計(jì)，所以往往需要采取多種方案組合應(yīng)用。如泄放和機(jī)械隔離方案、泄放和化學(xué)隔離方案、無焰泄放和機(jī)械隔離方案、無焰泄放和化學(xué)隔離方案、抑制和機(jī)械隔離方案等等，也可能需要所有方案的集合體。

綜上所述，在工業(yè)高速發(fā)展的今天，伴隨的粉體爆炸事故日益增加，非常普遍，并且給工業(yè)帶來了巨大的損失，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了火災(zāi)帶來的危害。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如NFPA68、NAPA69、NFPA654規(guī)范的指導(dǎo)，為了工業(yè)的安全生產(chǎn)，為了人身和設(shè)備的安全，又由于爆炸的不確定性，務(wù)必提高安全防范意識，在設(shè)計(jì)、制造、使用帶危險(xiǎn)性的粉體設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)給工業(yè)粉體設(shè)備上保險(xiǎn)：采取合適的防護(hù)措施進(jìn)行防爆。