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粉尘爆炸火灾特点及预防对策
日期:2014-08-14 16:21:29  来源:  作者:  点击次数:

 

   当前,随着现代化工业的发展,粉末技术的广泛应用,粉末产物日益增多,这就使粉尘爆炸的潜在危险大大增加。爆炸前固体向蒸发表面提供足够的热量是爆炸的必要条件。通常在固体物质中,产生的热量很容易被固体本身吸收,然而对粉末来说发生氧化的表面积很大而颗粒的体积却很小。因此,极易使温度上升氧化速度增快。氧化本身就是一种放热反应,从而会产生更多的热量,以致很快达到失控状态。在空气中处于爆炸浓度范围内的粉尘云和一个点燃源一旦同时存在一场粉尘爆炸事件就不可避免了。特别是现在纳米技术的快速发展。粉体的深细加工已经成为当今生产过程中的一个重要发展方向,生产超细粉的产品日渐增多,粉尘粒径越小,爆炸下限越低,最小点火能量越小,粉尘爆炸的感度增加,由此,粉尘爆炸的事故率大为增加。据统计,世界上平均每天有一起谷物粉尘爆炸事故发生。下面我们就来具体了解下粉尘爆炸的一些基本特性。
  一、粉尘爆炸的基本特点
  粉尘的定义:凡是呈细粉状态的固体物质均称为粉尘。能燃烧和爆炸的粉尘叫做可燃粉尘;浮在空气中的粉尘叫悬浮粉尘;沉降在固体壁面上的粉尘叫沉积粉尘。现已发现以下七类物质的粉尘具有爆炸性:金属(如镁粉、铝粉);煤炭;粮食(如小麦、淀粉);饲料(如血粉、鱼粉);农副产品(如棉花、烟草);林产品(如纸粉、木粉);合成材料(如塑料、染料)。
  粉尘爆炸的定义:粉尘爆炸是指悬浮于空气中的可燃粉尘触及明火或电火花等火源时发生的爆炸现象。粉尘爆炸是由粉尘粒子表面与氧发生反应所引起的,不像气体爆炸那样,是可燃气物与氧化剂均匀混合后的反应,而是某种凝固的可燃物与周围存在着氧化剂这一不均匀状态中进行的反应。 
  粉尘爆炸的条件:生产过程中产生的粉尘,特别是一些有机物加工中产生的粉尘,在某些特定条件下会发生爆炸燃烧事故。国内外的研究成果表明,这些条件一般有三种:(1)可燃性粉尘以适当的浓度在空气中悬浮,形成人们常说的粉尘云;(2)有充足的空气和氧化剂;(3)有火源或者强烈振动与摩擦。通常认为,易爆粉尘只要满足条件(1)和条件(2),就意味着具备了可能发生事故的苗头。
粉尘爆炸的过程
  第一步:悬浮粉尘在热源作用下迅速地被干馏或气化而产生可燃气体。
  第二步:可燃气体与空气混合而燃烧。
  第三步:燃烧产生的热量从燃烧中心向外传递,引起邻近的粉尘进一步燃烧。如此循环下去,反应速度不断加快,最后形成爆炸。
  粉尘爆炸的特点:(1)多次爆炸是粉尘爆炸的最大特点;(2)粉尘爆炸所需的最小点火能量较高,一般在几十毫焦耳以上;(3)与可燃性气体爆炸相比,粉尘爆炸压力上升较缓慢,较高压力持续时间长,释放的能量大,破坏力强。粉尘的燃烧速度比气体的要小,由于其燃烧时间长及产生的能量大,所以造成的破坏及烧毁的程度严重得多。这是因为粉尘中的碳、氢含量高,即可燃物含量多。如果按产生能量的最高值进行比较,粉尘爆炸是气体爆炸的好几倍,温度可达2000—3000℃以上,最大爆炸压力为345—690kpa;(4)粉尘燃烧要经过加热熔融、离解、蒸发等复杂过程,粉尘从接触火源到发生爆炸所需的时间即感应期要比气体爆炸长,达数十秒;(5)粉尘爆炸能引起建筑物其它部位的粉尘再次爆炸。而且第二次爆炸压力比第一次爆炸压力大,破坏性更严重。 
  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。
  生产过程中常见的多种引火源
  (1)设备内的摩擦撞击火花。设备内部由于机械运转部位缺乏润滑而摩擦生热;物料、硬性杂质或脱落的零件与设备内壁碰击打出火星。表面粗糙的坚硬物体相互猛烈撞击或摩擦时,产生的火星撞击或摩擦脱落的高温固体微粒。若火星的微粒直径为0.1~1mm,其所带的能量可达1.76~1760mJ,足可点燃可燃粉尘。据统计,仅粉碎研碎设备因摩擦撞击引起的爆炸事故占57%。
  (2)电火花和静电火花。电气设备故障引起的电火花是常见的一种引火源,事故案例较多。物料在输送和粉碎研磨的搅拌中,粉料与管壁、设备壁,粉料的颗粒与颗粒之间的摩擦和碰击,会产生静电。一些粉尘表面的电量可达10-6~10-7C/cm2。在适当条件下,其静电电压可高达数千至数万伏。
  (3)沉积粉尘的阴燃和自燃。沉积在加热表面如照明装置、电动机、机械设备热表面的粉尘,受热一段时间后会出现阴燃,最终也可能转变为明火,成为粉尘爆炸的引火源。粉尘最易阴燃的层厚范围为10~20mm。可燃粉尘在沉积状态下还具有自燃的倾向,因为粉尘微粒与空气接触发生氧化放热反应,在一定条件下热量不能充分散发,粉层内温度会升高引起自燃。长期积聚在设备裂缝中和管道拐弯处的粉尘易发生自燃。
掌握了粉尘爆炸的基理,在生产过程中就可据以采取相应的安全措施来预防粉尘爆炸的发生,如密闭设备,通风除尘,抽风吸尘、润湿降尘、清扫积尘、控制电源,清除静电隔绝火源等。在扑救粉尘的火灾中,应注意不要使沉积粉尘飞扬起来,最好采用喷雾水流,以防发生二次爆炸。
  二、预防粉尘爆炸的对策
  不言而喻,预防粉尘爆炸的主要对策首先应该是排除形成粉尘-空气爆炸性混合物的可能性和杜绝火源。装置、管道和设备的受热表面经常是燃烧的点火源,因此设备的表面温度不允许过高。任何条件下,设备的表面温度都应稍低于粉尘层的阴燃温度。另处,可燃粉尘在破碎机、粉碎设备、风管和其它带搅拌装置的设备中,经常因打出的火花而引爆,因而上述设备的零件必须用不产生火花的材料制造。
  ⑴防止粉尘沉积和及时清理粉尘。对于处理粉料的设备或场所,要防止泄漏而使粉尘到处飞扬,尤其应将易于产生粉尘的设备隔离设置在单独房间内,并设专门的保护罩和局部排风罩或考虑吸尘装置。
  ⑵加强管理,消除粉尘爆炸的点火源。由前述分析可知,粉尘爆炸的点火源有多种,必须根据操作环境可能出现的点火源种类进行针对性预防。例如,面粉加工厂的磨面机中混入金属或砂石碎块,就会打出火花而造成粉尘爆炸,为此,在净麦等前处理工序就应加强操作管理,避免能造成点火源的金属等硬物混入磨面工序,尤其要注意磁铁失效问题。
  ⑶避免设备中粉尘爆炸。对于设备内极易形成粉尘-气体爆炸混合物的操作,在设备中充入惰性介质、降低系统中的氧含量是目前防止设备爆炸的唯一可靠方法。在这种情况下,粉尘-空气混合物中的氧含量会减少至火焰不能传播的数值。惰性介质可以采用氮气、二氧化碳、烟道气和用惰性气体稀释到必要最低含氧量的空气或其它工业废气以及惰性粉尘等。
  三、发生粉尘爆炸火灾的扑救措施
  扑救粉尘爆炸事故的有效灭火剂是水,尤以雾状水为佳。它既可以熄灭燃烧,又可湿润未燃粉尘,驱散和消除悬浮粉尘,降低空气浓度,但忌用直流喷射的水和泡沫,也不宜用有冲击力的干粉、二氧化碳、1211灭火剂,防止沉积粉尘因受冲击而悬浮引起二次爆炸。
  对一些金属粉尘(忌水物质)如铝、镁粉等,遇水反应,会使燃烧更剧烈,因此禁止用水扑救。可以用干沙、石灰等(不可冲击);堆积的粉尘如面粉、棉麻粉等,明火熄灭后内部可能还阴燃,也因引起足够重视;对于面积大、距离长的车间的粉尘火灾,要注意采取有效的分割措施,防止火势沿沉积粉尘蔓延或引发连锁爆炸。
  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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