粉塵爆炸，指可燃性粉塵在爆炸極限范圍內，遇到熱源(明火或高溫)，火焰瞬間傳播于整個(gè)混合粉塵空間，化學(xué)反應速度極快，同時(shí)釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力，系統的能量轉化為材機械能以及光和熱的輻射，具有很強的破壞力。

粉塵爆炸多在伴有鋁粉、鋅粉、鋁材加工研磨粉、各種塑料粉末、有機合成藥品的中間體、小麥粉、糖、木屑、染料、膠木灰、奶粉、茶葉粉末、煙草粉末、煤塵、植物纖維塵等產(chǎn)生的生產(chǎn)加工場(chǎng)所。

基本信息

中文名稱(chēng)：粉塵爆炸

外文名稱(chēng)：dust explosion

安規標準：GB 15577-2007粉塵防爆安全規程

爆炸源：粉塵

產(chǎn)生條件

粉塵爆炸條件一般有三個(gè):

(1)可燃性粉塵以適當的濃度在空氣中懸浮，形成人們常說(shuō)的粉塵云。凡是呈細粉狀態(tài)的固體物質(zhì)均稱(chēng)為粉塵。能燃燒和爆炸的粉塵叫做粉塵;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(yú)粉);農副產(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(chǎng)礦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵，特別是一些有機物加工中產(chǎn)生的粉塵，在某些特定條件下會(huì )發(fā)生爆炸燃燒事故。

(2)有充足的空氣和氧化劑;

(3)有火源或者強烈振動(dòng)與摩擦。

爆炸原理

一般比較容易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的還原劑H、C、N、S等元素存在，當它們與過(guò)氧化物和易爆粉塵共存時(shí)，便發(fā)生分解，由氧化反應產(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氣氛中就有爆炸的危險。

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)。一般認為燃燒熱越大的物質(zhì)越容易爆炸，如煤塵、碳、等。氧化速度快的物質(zhì)容易爆炸，如鎂粉、鋁粉、染料等。容易帶電的粉塵也很容易引起爆炸，如合成樹(shù)脂粉末、纖維類(lèi)粉塵、淀粉等。這些導電不良的物質(zhì)由于與機器或空氣摩擦產(chǎn)生的靜電積聚起來(lái)，當達到一定量時(shí)，就會(huì )放電產(chǎn)生電火花，構成爆炸的火源。

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(lèi)似于燃燒后的灰塵等。這類(lèi)物質(zhì)的粉塵化學(xué)性質(zhì)比較穩定，所以不易燃燒。但是如果這類(lèi)粉塵產(chǎn)生在油霧以及CO、CH4、煤氣之類(lèi)可燃氣體中，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:第一步是懸浮的粉塵在熱源作用下迅速地干餾或氣化而產(chǎn)生出可燃氣體;第二步是可燃氣體與空氣混合而燃燒;第三步是粉塵燃燒放出的熱量，以熱傳導和火焰輻射的方式傳給附近懸浮的或被吹揚起來(lái)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(zhù)每個(gè)循環(huán)的逐次進(jìn)行，其反應速度逐漸加快，通過(guò)劇烈的燃燒，最后形成爆炸。這種爆炸反應以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸壓力等將持續加快和升高，并呈跳躍式的發(fā)展。

物理化學(xué)性質(zhì)

物質(zhì)的燃燒熱越大，則其粉塵的爆炸危險性也越大，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(guò)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，當達到某一數值后，便出現靜電放電火花能引起火災和爆炸事故。粉塵爆炸還與其所含揮發(fā)物有關(guān)。如煤粉中當揮發(fā)物低于10%時(shí)，就不再發(fā)生爆炸，因而焦炭粉塵沒(méi)有爆炸危險性。

顆粒大小

粉塵的表面吸附空氣中的氧，顆粒越細，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(zhù)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。粉塵的濃度與可燃氣體相擬，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只列出粉塵的爆炸上限，因為粉塵的爆炸下限較高。

折疊爆炸特點(diǎn)

(1)多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點(diǎn)。

第一次爆炸氣浪，會(huì )把沉積在設備或地面上的粉塵吹揚起來(lái)，在爆炸后短時(shí)間內爆炸中心區會(huì )形成負壓，周?chē)男迈r空氣便由外向內填補進(jìn)來(lái)，與揚起的粉塵混合，從而引發(fā)二次爆炸。二次爆炸時(shí)，粉塵濃度會(huì )更高。(2)粉塵爆炸所需的最小點(diǎn)火能量較高，一般在幾十毫焦耳以上。

(2)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(shí)間長(cháng)，釋放的能量大，破壞力強。

折疊主要危害

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

(2)容易產(chǎn)生二次爆炸。第一次爆炸氣浪把沉積在設備或地面上的粉塵吹揚起來(lái)，在爆炸后的短時(shí)間內爆炸中心區會(huì )形成負壓，周?chē)男迈r空氣便由外向內填補進(jìn)來(lái)，形成所謂的"返回風(fēng)"，與揚起的粉塵混合，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，故二次爆炸威力比第一次要大得多。例如，某硫磺粉廠(chǎng)，磨碎機內部發(fā)生爆炸，爆炸波沿氣體管道從磨碎機擴散到旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器發(fā)生了二次爆炸，爆炸波通過(guò)爆炸后在旋風(fēng)分離器上產(chǎn)生的裂口傳播到車(chē)間中，揚起了沉降在建筑物和工藝設備上的硫磺粉塵，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(guò)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)和生物納膜抑塵技術(shù)等綜合抑塵技術(shù)除塵措施，嚴禁吸煙及明火作業(yè)。在設備外殼設泄壓活門(mén)或其他裝置，采用爆炸遏制系統等。對有粉塵爆炸危險的廠(chǎng)房，必須嚴格按照防爆技術(shù)等級進(jìn)行設計，并單獨設置通風(fēng)、排塵系統。要經(jīng)常濕式打掃車(chē)間地面和設備，防止粉塵飛揚和聚集。保證系統要有很好的密閉性，必要時(shí)對密閉容器或管道中的可燃性粉塵充入氮氣、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(wú)火焰泄放;隔離分為機械隔離和化學(xué)隔離。主要防護設備包括:防爆板(Explosion Panel)、防爆門(mén)(Explosion Vent)、無(wú)焰泄放系統(Flameless Venting)、隔離閥(Explosion Isolation Valve)以及抑爆系統(Explosion Suppression Systems)。在實(shí)際應用中，并不是每一種防護措施單獨使用，往往采用多種防護措施進(jìn)行組合運用，以達到更可靠更經(jīng)濟的防護目的。

折疊遏制

就是在設計、制造粉體處理設備的時(shí)候采用增加設備厚度的方法以增大設備的抗壓強度，但是這種措施往往以高成本為代價(jià)。

折疊泄放

包括正常泄放和無(wú)焰泄放，是利用防爆板、防爆門(mén)、無(wú)焰泄放系統對所保護的設備在發(fā)生爆炸的時(shí)候采取的主動(dòng)爆破，泄放爆炸壓力的辦法進(jìn)行泄壓，以達到保護粉體處理設備的安全。防爆板通常用來(lái)保護戶(hù)外的粉體處理設備，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備產(chǎn)生傷害和破壞;防爆門(mén)通常用來(lái)保護處理粉體的車(chē)間建筑，以達到整個(gè)車(chē)間避免產(chǎn)生粉體爆炸;對于處于室內的粉體處理設備，有時(shí)對泄放要求非常嚴格，不能產(chǎn)生火焰、物料泄放或者沒(méi)有預留泄放空間的情況下，通常會(huì )采用無(wú)焰泄放系統，以達到保護人員以及周?chē)O備的安全。

折疊抑制

爆炸抑制系統是在爆燃現象發(fā)生的初期(初始爆炸)由傳感器器及時(shí)檢測到，通過(guò)發(fā)射器快速在系統設備中噴射抑爆劑，從而避免危及設備乃至裝置的二次爆炸，通常情況下爆炸抑制系統與爆炸隔離系統一起組合使用。抑制就是利用了爆炸需要的三要素以及原理。根據這個(gè)原理，爆炸需要完整的三個(gè)要素，并在適當的條件下產(chǎn)生爆炸。所以要抑制爆炸的發(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備內部注入惰性氣體如N2、CO2等代替空氣，從而降低氧化劑:氧氣O2的含量，以達到抑制爆炸的目的;另一種措施是取消易燃易爆物料，但是這是不可能的，因為設備本身就是用來(lái)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，所以我們一般采用最簡(jiǎn)單的措施，就是取消其中的一個(gè)重要要素:火源，從而抑制爆炸的發(fā)生。這就要采用爆炸抑制系統，最簡(jiǎn)單的爆炸抑制系統是由四個(gè)單元組成:監視器、傳感器、發(fā)射器和電源。

四個(gè)單元各自的功能分別為：監視器可以提供可視或者可聽(tīng)的警報，對整個(gè)系統的激活、密封故障、氣壓和電源故障進(jìn)行監視，而且發(fā)射器的發(fā)射不是由監視器觸發(fā)，而是由傳感器直接觸發(fā)，從而大大縮短了抑爆系統的反應時(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)設定在低壓狀態(tài)，兩個(gè)設定在高壓狀態(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(mǎn)低壓氮氣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(kāi)儲存，這樣避免使用者在檢查和維護的時(shí)候不處于受壓系統的危險之中。電源給整個(gè)系統供電，可以由交流電輸入轉換成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)顯示交流電的供應情況，一個(gè)顯示系統是否有故障，一個(gè)顯示系統是否在工作。這四個(gè)單元即可組成一個(gè)最簡(jiǎn)單的抑爆系統，但是有時(shí)要保護的范圍很大，就需要增加發(fā)射筒，一個(gè)傳感器最多可以連接十個(gè)發(fā)射筒。

　　粉體爆炸的形成和發(fā)展的過(guò)程：在密閉的工業(yè)設備內部產(chǎn)生的許多粉末和灰塵與空氣中的氧氣混合，假如達到適當的濃度，萬(wàn)一產(chǎn)生了火花，就會(huì )由火花發(fā)展成小火球，如不抑制就會(huì )由小火球發(fā)展成大火球，并伴隨有高溫高壓的產(chǎn)生，當壓力升高到一定程度，超出了設備的抗壓強度，就會(huì )發(fā)生爆炸。在此過(guò)程中，升高的壓力會(huì )產(chǎn)生沖擊波，而且沖擊波的傳播速度遠大于火焰傳播的速度，利用這個(gè)原理，讓抑爆系統的傳感器及時(shí)探測到?jīng)_擊波，在火焰還沒(méi)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，從而破壞設備，甚至危害到人身安全。

抑爆系統通俗來(lái)說(shuō)相當于一個(gè)自動(dòng)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。當安裝在粉體設備上的傳感器探測到設備內部發(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(huì )向設備內部噴出滅火劑，把要引發(fā)爆炸的火花熄滅，從而抑制了爆炸的發(fā)生。

折疊隔離

分為機械隔離和化學(xué)隔離兩種，往往和抑爆系統一起應用。隔離就是把有爆炸危險的設備與相連的設備隔離開(kāi)，從而避免爆炸的傳播，產(chǎn)生二次爆炸。一般在設備的物料入口安裝化學(xué)隔離，在設備的物料出口安裝機械隔離閥?；瘜W(xué)隔離和抑爆系統中的發(fā)射筒相同，只是一般為45°安裝;機械隔離閥類(lèi)似于常見(jiàn)的閘閥。

在現代工業(yè)中，我們給粉體設備做防爆措施，不能只單獨考慮某一個(gè)設備，要從整體出發(fā)，要作為一個(gè)防爆系統工程來(lái)設計，所以往往需要采取多種方案組合應用。如泄放和機械隔離方案、泄放和化學(xué)隔離方案、無(wú)焰泄放和機械隔離方案、無(wú)焰泄放和化學(xué)隔離方案、抑制和機械隔離方案等等，也可能需要所有方案的集合體。

根據國際標準如NFPA68、NAPA69、NFPA654規范的指導，為了工業(yè)的安全生產(chǎn)，為了人身和設備的安全，又由于爆炸的不確定性，務(wù)必提高安全防范意識，在設計、制造、使用帶危險性的粉體設備時(shí)，應當給工業(yè)粉體設備上保險:采取合適的防護措施進(jìn)行防爆。

濕式收塵技術(shù)通過(guò)壓降來(lái)吸收附著(zhù)粉塵的空氣，在離心力以及水與粉塵氣體混合的雙重作用下除塵;獨特的葉輪等關(guān)鍵設計可提供更高的除塵效率。

適用于散料生產(chǎn)、加工、運輸、裝卸等環(huán)節，如礦山、建筑、采石場(chǎng)、堆場(chǎng)、港口、火電廠(chǎng)、鋼鐵廠(chǎng)、垃圾回收處理等場(chǎng)所。

撲救措施

撲救粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水，尤以霧狀水為佳。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干粉、二氧化碳、1211滅火劑，防止沉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(zhì))如鋁、鎂粉等，遇水反應，會(huì )使燃燒更劇烈，因此禁止用水撲救?？梢杂酶缮?、石灰等(不可沖擊);堆積的粉塵如面粉、棉麻粉等，明火熄滅后內部可能還陰燃，也因引起足夠重視;對于面積大、距離長(cháng)的車(chē)間的粉塵火災，要注意采取有效的分割措施，防止火勢沿沉積粉塵蔓延或引發(fā)連鎖爆炸。