粉塵爆炸培訓(xùn)課件

1、第九章 粉塵爆炸 o 在第二次世界大戰(zhàn)期間，希特勒的空軍不斷轟炸英國，炸彈從天而降。英國一家面粉廠的廠主暗自慶幸炸彈沒有擊中他的廠房，但幾乎與炸彈落下的同時，車間里自己發(fā)生了大爆炸，屋頂飛上了天，爆炸的威力超過了炸彈的破壞作用。與此同時，其他幾家面粉廠也發(fā)生了爆炸。 o這種奇特的爆炸使工廠損失慘重，而且令人莫名其妙，因為沒有炸彈落到廠房上，況且車間里只有面粉和機器，沒有炸藥一類爆炸物品。 o那么，產(chǎn)生這種奇怪的爆炸原因是什么呢？ o原來，由于炸彈爆炸的氣浪掀起了車間里的面粉粉塵，使得空氣中所含的面粉達到了一定的濃度，并且遇火后發(fā)生了爆炸。爆炸物是面粉。 o 1977年12月22日中午，一聲驚天

2、動地的爆炸聲在美國威斯威科市響起，方圓十幾公里的居民明顯地感覺到爆炸時巨大的沖擊波引起的震動，建筑物上的玻璃窗紛紛震落下來，“嘩啦啦”響成了一片。 o驚魂甫定的人們將眼光掃向了爆炸聲傳來的方向。啊！那里升騰起了10多層樓房高的火柱，而且，有大朵蘑菇狀的煙云正在升起。那情景，就像發(fā)生了原子彈爆炸。 o被此情景驚駭?shù)娜藗兏右苫蟛唤饬耍耗抢锸且蛔A存面粉的糧庫啊，面粉怎么可能發(fā)生爆炸呢？ oo 汕頭一糖果廠二樓生產(chǎn)車間發(fā)生大爆炸，瞬間沖擊波造成20多人受傷，10人生命垂危 。o 汕頭市政府向媒體通報，爆炸事故原因初步確定為粉塵爆炸，確認(rèn)受傷人數(shù)為29人。爆炸的一般知識o關(guān)于爆炸鞭炮中填裝的黑色粉末

3、是火藥，它是用硫黃、木炭粉和硝酸鉀混合而成的。在這3種成分中，硫黃和木炭是可燃物質(zhì)，與氧氣化合時會產(chǎn)生二氧化硫、一氧化碳和二氧化碳等氣體；硝酸鉀在燃燒時會分解放出氧氣，幫助硫黃和木炭迅速燃燒。 o鞭炮的藥線點燃后，會一直燒到鞭炮里的火藥中。這時，里面的火藥急驟燃燒起來，放出大量的熱，同時生成許多氣體，這時火藥的體積會猛增1000多倍，外面那層緊裹著的草紙層當(dāng)然受不了這么大的壓力，于是，“啪”的一聲，草紙層炸破了。 o在鞭炮里發(fā)生的，是小型的爆炸。將鞭炮做得很大，里面裝進燃燒能力比火藥更強的炸藥，外殼包裝換上結(jié)實的鋼板，那么，這大“鞭炮”的爆炸就很可怕了。事實上，這樣的大“鞭炮”是有的，就是人們

4、稱為“炸彈”的那類裝置。 o 爆炸并不是非要在燃燒的情況下才能發(fā)生的。 o 高壓鍋爆炸。 原子彈爆炸oo 定義：o 粉塵是指分散的固體物質(zhì)。o 粉塵爆炸是指懸浮于空氣中的可燃粉塵觸及明火或電火花等火源時發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。o 1 可燃粉塵爆炸的條件可燃粉塵爆炸的條件o 粉塵爆炸的條件歸結(jié)起來有以下粉塵爆炸的條件歸結(jié)起來有以下5 個個方面的因素方面的因素:o 其一其一 有一定的粉塵濃度。有一定的粉塵濃度。o 粉塵爆炸所采用的化學(xué)計量濃度單位與粉塵爆炸所采用的化學(xué)計量濃度單位與氣體爆炸不同，氣體爆炸采用體積百分?jǐn)?shù)表氣體爆炸不同，氣體爆炸采用體積百分?jǐn)?shù)表示。而粉塵濃度采用單位體積所含粉塵粒子示。而粉塵濃

5、度采用單位體積所含粉塵粒子的質(zhì)量來表示。單位是的質(zhì)量來表示。單位是g/m3 或或mg/L,如如濃度太低濃度太低,粉塵粒子間距過大，火焰難以傳粉塵粒子間距過大，火焰難以傳播。播。o 其二，要有一定的氧含量。其二，要有一定的氧含量。o 粉塵得以燃燒的基礎(chǔ)。粉塵得以燃燒的基礎(chǔ)。o 其三，要有足夠的點火源。其三，要有足夠的點火源。o 粉塵爆炸所需的最小點火能量比氣體爆粉塵爆炸所需的最小點火能量比氣體爆炸大炸大12 個數(shù)量級，個數(shù)量級， 大多數(shù)粉塵云最小點大多數(shù)粉塵云最小點火能量在火能量在5 mJ50 mJ 量級范圍。量級范圍。o 其四，粉塵必須處于懸浮狀態(tài)，即粉塵其四，粉塵必須處于懸浮狀態(tài)，即粉塵云狀

6、態(tài)。這樣可以增加氣固接觸面積，加快云狀態(tài)。這樣可以增加氣固接觸面積，加快反應(yīng)速度。反應(yīng)速度。o 其五，粉塵云要處在相對封閉的空間，其五，粉塵云要處在相對封閉的空間，壓力和溫度才能急劇升高，繼而發(fā)生爆炸。壓力和溫度才能急劇升高，繼而發(fā)生爆炸。粉塵爆炸的過程 粉塵爆炸可視為由以下三步發(fā)展形成： 第一步：供給粒子表面以熱能，使其溫度上升。 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。o 第二步：可燃氣體與空氣混合而燃燒，氣體與空氣混合生成爆炸性混合氣體，進而發(fā)火產(chǎn)生火焰。 o 第三步：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起來的粉塵，這些粉塵受熱汽化后使燃燒循

7、環(huán)地進行下去。o 火焰產(chǎn)生熱能，加速粉塵分解，循環(huán)往復(fù)放出氣相的可燃性物質(zhì)與空氣混合，進一步發(fā)火傳播。 o o 隨著每個循環(huán)的逐次進行，其反應(yīng)速度逐漸加快，通過劇烈的燃燒，最后形成爆炸。o 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。o 因此，粉塵爆炸時的氧化反應(yīng)主要是在因此，粉塵爆炸時的氧化反應(yīng)主要是在氣相內(nèi)進行的，實質(zhì)上是氣體爆炸，并且氧氣相內(nèi)進行的，實質(zhì)上是氣體爆炸，并且氧化放熱速率要受到質(zhì)量傳遞的制約，即顆?；艧崴俾室艿劫|(zhì)量傳遞的制約，即顆粒表面氧化物氣體要向外界擴散，外界氧也要表面氧化物氣體要向外界擴散，外界氧也要向顆粒表面擴散，這個速度比

8、顆粒表面氧化向顆粒表面擴散，這個速度比顆粒表面氧化速度小得多，就形成控制環(huán)節(jié)。所以，實際速度小得多，就形成控制環(huán)節(jié)。所以，實際氧化反應(yīng)放熱消耗顆粒的速率，最大等于傳氧化反應(yīng)放熱消耗顆粒的速率，最大等于傳質(zhì)速率。質(zhì)速率。 可燃粉塵爆炸參數(shù)研究可燃粉塵爆炸參數(shù)研究o 幾乎所有懸浮在空氣中的金屬或有機物幾乎所有懸浮在空氣中的金屬或有機物的粉塵都能維持火焰的傳播。的粉塵都能維持火焰的傳播。o 熾熱燃燒產(chǎn)物的比容增加，會導(dǎo)致約熾熱燃燒產(chǎn)物的比容增加，會導(dǎo)致約束體系增壓，繼而引起爆炸。束體系增壓，繼而引起爆炸。o 爆炸的猛烈度取決于測得的最大壓力爆炸的猛烈度取決于測得的最大壓力和壓力上升速率。和壓力上升速

9、率。o 粉塵爆炸參數(shù)的實驗測定都是在一定的粉塵爆炸參數(shù)的實驗測定都是在一定的條件下進行的，往往與儀器設(shè)備、試驗條件、條件下進行的，往往與儀器設(shè)備、試驗條件、判據(jù)及定義密切相關(guān)。判據(jù)及定義密切相關(guān)。o 粉塵爆炸參數(shù)，如點火溫度、爆炸極限、粉塵爆炸參數(shù)，如點火溫度、爆炸極限、最小點火能、爆炸壓力和壓力上升速度等都最小點火能、爆炸壓力和壓力上升速度等都不是物質(zhì)的基本性質(zhì)，均與外界條件有關(guān)。不是物質(zhì)的基本性質(zhì)，均與外界條件有關(guān)。o (1) 點火溫度。點火溫度。o 云狀與層狀粉塵的點火溫度有很大不同，云狀與層狀粉塵的點火溫度有很大不同，通常認(rèn)為粉塵云的發(fā)火溫度為粉塵層的兩倍通常認(rèn)為粉塵云的發(fā)火溫度為粉塵

10、層的兩倍左右。左右。o (2) 最小點火能。最小點火能。o 由于粉塵云的生成條件和測試方法困難，由于粉塵云的生成條件和測試方法困難，很難取得絕對準(zhǔn)確的數(shù)值，大多數(shù)為相對值，很難取得絕對準(zhǔn)確的數(shù)值，大多數(shù)為相對值，但可用作對物質(zhì)的危險性作相對比較。但可用作對物質(zhì)的危險性作相對比較。o (3) 爆炸極限。爆炸極限。o 粉塵爆炸極限就是能夠爆炸的濃度范圍，由于粉塵爆炸極限就是能夠爆炸的濃度范圍，由于不存在公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)測試粉塵爆炸下限的準(zhǔn)則，因此不存在公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)測試粉塵爆炸下限的準(zhǔn)則，因此現(xiàn)有的下限數(shù)據(jù)依賴于試驗裝置和外部條件，不是現(xiàn)有的下限數(shù)據(jù)依賴于試驗裝置和外部條件，不是粉塵的基本性質(zhì)。粉塵的基本性

11、質(zhì)。o 另外，粉塵云濃度只能由湍流產(chǎn)生和湍流控制，另外，粉塵云濃度只能由湍流產(chǎn)生和湍流控制，湍流是粉塵云的固有特性。湍流是粉塵云的固有特性。o 粉塵云濃度隨時間變化而變化，點火前濃度并粉塵云濃度隨時間變化而變化，點火前濃度并不是隨后燃燒的濃度，在一種裝置中能爆炸的濃度不是隨后燃燒的濃度，在一種裝置中能爆炸的濃度不一定在另一種裝置中爆炸。因此粉塵濃度僅僅是不一定在另一種裝置中爆炸。因此粉塵濃度僅僅是試驗時間和容器空間的平均值，一種特定的粉塵并試驗時間和容器空間的平均值，一種特定的粉塵并沒有唯一的爆炸性。沒有唯一的爆炸性。o (4) 爆炸壓力和壓力上升速率。爆炸壓力和壓力上升速率。粉塵爆炸的特點o

12、 粉塵爆炸有3個特點。o (1)必須有足夠數(shù)量的塵粒飛揚在空中才能發(fā)生粉塵爆炸。塵粒飛揚與顆粒的大小和氣體的擾動速度有關(guān)。o (2)粉塵燃燒過程比氣體燃燒過程復(fù)雜，感應(yīng)期長，達數(shù)十秒，為氣體的數(shù)十倍。 o 有的粉塵要經(jīng)過粒子表面的分解或蒸發(fā)階段，即便是直接氧化，這樣的粒子也有由表面向中心延燒的過程。感應(yīng)時間(接觸火源到完成化學(xué)反應(yīng)的時間)可達幾十秒，為氣體的幾十倍。o o o (3)粉塵點爆的起始能量大，幾乎是氣體的幾十倍。危害o 在粉塵爆炸的危害方面還有以下兩個特點。o (1)粉塵爆炸有產(chǎn)生二次爆炸的可能性，因為粉塵初始爆炸的氣浪會將沉積的粉塵揚起，在新的空間形成爆炸濃度而產(chǎn)生爆炸，這叫二次

13、爆炸。這種連續(xù)爆炸會造成極嚴(yán)重的破壞。o o (2)粉塵爆炸會產(chǎn)生兩種有毒氣體：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。什么樣的粉塵才有可能發(fā)生爆炸？o 有爆炸危險的粉塵，這種粉塵必須呈懸浮狀態(tài)。如面粉廠的面粉，淀粉制造廠的淀粉，茶葉、可可加工廠的茶葉、可可粉塵，木材、中藥材加工廠的鋸屑、藥材粉塵，谷物加工廠和糧食倉庫的糧食粉塵，還有煤粉、硫磺粉、硬橡膠粉、鉛粉等等。這些粉塵與空氣混合后，就如同可燃氣體或易燃液體的蒸氣與空氣混合一樣，達到一定的濃度遇火源才會發(fā)生爆炸。 哪七類物質(zhì)的粉塵具有爆炸性哪七類物質(zhì)的粉塵具有

14、爆炸性o 1、金屬類，如鎂粉、鋁粉；2、煤炭類，如活性炭和煤；3、糧食類，如小麥、淀粉；4、飼料類，如血粉、魚粉；5、合成材料類，如塑料、染料；6、家副產(chǎn)品類，如棉花、煙草；7、林業(yè)品類，如粉紙、木粉。那些粉塵易爆炸o 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。o 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(dāng)它們與過氧化物和易爆粉塵共存時，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

15、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。 那些粉塵不易爆炸o 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、煤氣之類可燃氣體中，也容易發(fā)生爆炸。 粉塵爆炸的危害危害o 具有極強的破壞性。o 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有發(fā)生。如19521979年間，日本發(fā)生各類粉塵爆炸事故209起，傷亡共546人，其中以粉碎制粉工程和吸塵分離工程較突出，各為46起。o 聯(lián)邦德國19651980年發(fā)生各類粉塵爆炸

16、事故768起，其中較嚴(yán)重的是木粉及木制品粉塵和糧食飼料爆炸事故，分別占32和25。o 近幾年來，我國每年發(fā)生粉塵爆炸的頻率為：局部爆炸150-300次系統(tǒng)爆炸1-3次，且呈增長趨勢。我國發(fā)生的這些粉塵爆炸尤其是系統(tǒng)爆炸，造成了嚴(yán)重損失，僅1987年哈爾濱亞麻廠的亞麻塵爆炸事故，死亡58人，輕重傷177人，直接經(jīng)濟損失882萬元。 o容易產(chǎn)生二次爆炸。o 第一次爆炸氣浪把沉積在設(shè)備或地面上的粉塵吹揚起來，在爆炸后的短時間內(nèi)爆炸中心區(qū)會形成負壓，周圍的新鮮空氣便由外向內(nèi)填補進來，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，粉塵濃度一般比一次爆炸時高得

17、多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。o 例如，某硫磺粉廠，磨碎機內(nèi)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，爆炸波通過爆炸后在旋風(fēng)分離器上產(chǎn)生的裂口傳播到車間中，揚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。 o 能產(chǎn)生有毒氣體。o 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。 除塵系統(tǒng)各部位的防爆措施 o 粉塵爆炸事故多發(fā)生在破碎機、粉磨機、篩分機、干燥機、加料機和貯料倉等部位。 o 在除塵系統(tǒng)中，粉塵入口處的吸塵罩粉塵入口處的吸塵罩內(nèi)一般不會發(fā)生爆炸事故，因為粉塵濃

18、度在這里僅為0110gm3，這個數(shù)值是安全的。但吸塵罩可以將作為火源的火花吸入，故要引起注意。o 例如砂輪機工作時會產(chǎn)生大量的火花，如果和其他設(shè)備（可燃性粉塵發(fā)生源）共用一臺除塵器就非常危險，應(yīng)該采取隔離措施。 o 除塵設(shè)備的風(fēng)管發(fā)生爆炸的實例較多，這是因除塵設(shè)備的風(fēng)管發(fā)生爆炸的實例較多，這是因為粉塵在管內(nèi)沉積，當(dāng)受到某種沖擊時，可燃性粉為粉塵在管內(nèi)沉積，當(dāng)受到某種沖擊時，可燃性粉塵再次飛揚，在瞬間形成高濃度粉塵云，若遇上火塵再次飛揚，在瞬間形成高濃度粉塵云，若遇上火源，很容易爆炸。源，很容易爆炸。o 粉塵在風(fēng)管內(nèi)沉積的主要原因，是輸送風(fēng)速太粉塵在風(fēng)管內(nèi)沉積的主要原因，是輸送風(fēng)速太小或有漏風(fēng)現(xiàn)

19、象。所以為防止發(fā)生爆炸，可燃性粉小或有漏風(fēng)現(xiàn)象。所以為防止發(fā)生爆炸，可燃性粉塵的除塵管路應(yīng)盡可能塵的除塵管路應(yīng)盡可能短短些，并要求同一系統(tǒng)的除些，并要求同一系統(tǒng)的除塵器所擔(dān)負的產(chǎn)塵設(shè)備（生產(chǎn)加工中能形成粉塵的塵器所擔(dān)負的產(chǎn)塵設(shè)備（生產(chǎn)加工中能形成粉塵的產(chǎn)塵源）最多不超過四臺。產(chǎn)塵源）最多不超過四臺。 o 對于系統(tǒng)中的彎頭，變徑管彎頭，變徑管等，在設(shè)計時應(yīng)使彎頭曲率半徑在管道直徑D的15倍倍以上，變徑管的展開角在15度度以下，以減少阻力。據(jù)國外經(jīng)驗，若可燃性粉塵的粒徑小于15m，其沉降速度在01ms左右時，管內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)該是沉降速度的100200倍。o 當(dāng)粉塵濃度增大時，輸送風(fēng)速也應(yīng)相應(yīng)地加大。在袋室袋室和灰斗處灰斗處應(yīng)安裝便于檢修和清掃的活動門，當(dāng)聯(lián)接處采用插入止口聯(lián)接時，應(yīng)精心施工，使管內(nèi)基本看不出縫隙或襯墊，沒有阻擋粉塵的現(xiàn)象和漏氣現(xiàn)象。o 對于除塵器來說，灰斗部分灰斗部分是工作條件最為惡劣的地方，也最容易產(chǎn)生起火