粉塵爆炸培訓(xùn)課件

第九章粉塵爆炸

在第二次世界大戰(zhàn)期間，希特勒的空軍不斷轟炸英國(guó)，炸彈從天而降。英國(guó)一家面粉廠的廠主暗自慶幸炸彈沒(méi)有擊中他的廠房，但幾乎與炸彈落下的同時(shí)，車(chē)間里自己發(fā)生了大爆炸，屋頂飛上了天，爆炸的威力超過(guò)了炸彈的破壞作用。與此同時(shí)，其他幾家面粉廠也發(fā)生了爆炸。

這種奇特的爆炸使工廠損失慘重，而且令人莫名其妙，因?yàn)闆](méi)有炸彈落到廠房上，況且車(chē)間里只有面粉和機(jī)器，沒(méi)有炸藥一類(lèi)爆炸物品。

那么，產(chǎn)生這種奇怪的爆炸原因是什么呢？

原來(lái)，由于炸彈爆炸的氣浪掀起了車(chē)間里的面粉粉塵，使得空氣中所含的面粉達(dá)到了一定的濃度，并且遇火后發(fā)生了爆炸。爆炸物是面粉。

1977年12月22日中午，一聲驚天動(dòng)地的爆炸聲在美國(guó)威斯威科市響起，方圓十幾公里的居民明顯地感覺(jué)到爆炸時(shí)巨大的沖擊波引起的震動(dòng)，建筑物上的玻璃窗紛紛震落下來(lái)，“嘩啦啦”響成了一片。

驚魂甫定的人們將眼光掃向了爆炸聲傳來(lái)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。

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(kù)啊，面粉怎么可能發(fā)生爆炸呢？

汕頭一糖果廠二樓生產(chǎn)車(chē)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。汕頭市政府向媒體通報(bào)，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(shí)關(guān)于爆炸鞭炮中填裝的黑色粉末是火藥，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(shí)會(huì)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(shí)會(huì)分解放出氧氣，幫助硫黃和木炭迅速燃燒。

鞭炮的藥線點(diǎn)燃后，會(huì)一直燒到鞭炮里的火藥中。這時(shí)，里面的火藥急驟燃燒起來(lái)，放出大量的熱，同時(shí)生成許多氣體，這時(shí)火藥的體積會(huì)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。

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(jìn)燃燒能力比火藥更強(qiáng)的炸藥，外殼包裝換上結(jié)實(shí)的鋼板，那么，這大“鞭炮”的爆炸就很可怕了。事實(shí)上，這樣的大“鞭炮”是有的，就是人們稱(chēng)為“炸彈”的那類(lèi)裝置。

爆炸并不是非要在燃燒的情況下才能發(fā)生的。高壓鍋爆炸。

原子彈爆炸

定義：粉塵是指分散的固體物質(zhì)。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(shí)發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。

1可燃粉塵爆炸的條件粉塵爆炸的條件歸結(jié)起來(lái)有以下5個(gè)方面的因素:

其一有一定的粉塵濃度。粉塵爆炸所采用的化學(xué)計(jì)量濃度單位與氣體爆炸不同，氣體爆炸采用體積百分?jǐn)?shù)表示。而粉塵濃度采用單位體積所含粉塵粒子的質(zhì)量來(lái)表示。單位是g/m3或mg/L,如濃度太低,粉塵粒子間距過(guò)大，火焰難以傳播。

其二，要有一定的氧含量。粉塵得以燃燒的基礎(chǔ)。其三，要有足夠的點(diǎn)火源。粉塵爆炸所需的最小點(diǎn)火能量比氣體爆炸大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，大多數(shù)粉塵云最小點(diǎn)火能量在5mJ～50mJ量級(jí)范圍。

其四，粉塵必須處于懸浮狀態(tài)，即粉塵云狀態(tài)。這樣可以增加氣固接觸面積，加快反應(yīng)速度。其五，粉塵云要處在相對(duì)封閉的空間，壓力和溫度才能急劇升高，繼而發(fā)生爆炸。粉塵爆炸的過(guò)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?xì)怏w。

第二步：可燃?xì)怏w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(jìn)而發(fā)火產(chǎn)生火焰。

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(yáng)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?；鹧娈a(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(jìn)一步發(fā)火傳播。

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(guò)劇烈的燃燒，最后形成爆炸。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。

因此，粉塵爆炸時(shí)的氧化反應(yīng)主要是在氣相內(nèi)進(jìn)行的，實(shí)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，即顆粒表面氧化物氣體要向外界擴(kuò)散，外界氧也要向顆粒表面擴(kuò)散，這個(gè)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(shí)際氧化反應(yīng)放熱消耗顆粒的速率，最大等于傳質(zhì)速率。

可燃粉塵爆炸參數(shù)研究

幾乎所有懸浮在空氣中的金屬或有機(jī)物的粉塵都能維持火焰的傳播。熾熱燃燒產(chǎn)物的比容增加，會(huì)導(dǎo)致約束體系增壓，繼而引起爆炸。爆炸的猛烈度取決于測(cè)得的最大壓力和壓力上升速率。

粉塵爆炸參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定都是在一定的條件下進(jìn)行的，往往與儀器設(shè)備、試驗(yàn)條件、判據(jù)及定義密切相關(guān)。粉塵爆炸參數(shù)，如點(diǎn)火溫度、爆炸極限、最小點(diǎn)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)。(1)點(diǎn)火溫度。云狀與層狀粉塵的點(diǎn)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左右。(2)最小點(diǎn)火能。由于粉塵云的生成條件和測(cè)試方法困難，很難取得絕對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)值，大多數(shù)為相對(duì)值，但可用作對(duì)物質(zhì)的危險(xiǎn)性作相對(duì)比較。(3)爆炸極限。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(cè)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(lài)于試驗(yàn)裝置和外部條件，不是粉塵的基本性質(zhì)。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。粉塵云濃度隨時(shí)間變化而變化，點(diǎn)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一定在另一種裝置中爆炸。因此粉塵濃度僅僅是試驗(yàn)時(shí)間和容器空間的平均值，一種特定的粉塵并沒(méi)有唯一的爆炸性。(4)爆炸壓力和壓力上升速率。粉塵爆炸的特點(diǎn)

粉塵爆炸有3個(gè)特點(diǎn)。

(1)必須有足夠數(shù)量的塵粒飛揚(yáng)在空中才能發(fā)生粉塵爆炸。塵粒飛揚(yáng)與顆粒的大小和氣體的擾動(dòng)速度有關(guān)。(2)粉塵燃燒過(guò)程比氣體燃燒過(guò)程復(fù)雜，感應(yīng)期長(zhǎng)，達(dá)數(shù)十秒，為氣體的數(shù)十倍。有的粉塵要經(jīng)過(guò)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(guò)程。感應(yīng)時(shí)間(接觸火源到完成化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間)可達(dá)幾十秒，為氣體的幾十倍。

(3)粉塵點(diǎn)爆的起始能量大，幾乎是氣體的幾十倍。危害在粉塵爆炸的危害方面還有以下兩個(gè)特點(diǎn)。

(1)粉塵爆炸有產(chǎn)生二次爆炸的可能性，因?yàn)榉蹓m初始爆炸的氣浪會(huì)將沉積的粉塵揚(yáng)起，在新的空間形成爆炸濃度而產(chǎn)生爆炸，這叫二次爆炸。這種連續(xù)爆炸會(huì)造成極嚴(yán)重的破壞。

(2)粉塵爆炸會(huì)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(guò)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？

有爆炸危險(xiǎn)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(cāng)庫(kù)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?xì)怏w或易燃液體的蒸氣與空氣混合一樣，達(dá)到一定的濃度遇火源才會(huì)發(fā)生爆炸。哪七類(lèi)物質(zhì)的粉塵具有爆炸性

1、金屬類(lèi)，如鎂粉、鋁粉；

2、煤炭類(lèi)，如活性炭和煤；

3、糧食類(lèi)，如小麥、淀粉；

4、飼料類(lèi)，如血粉、魚(yú)粉；

5、合成材料類(lèi)，如塑料、染料；

6、家副產(chǎn)品類(lèi)，如棉花、煙草；

7、林業(yè)品類(lèi)，如粉紙、木粉。那些粉塵易爆炸

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(guò)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)。那些粉塵不易爆炸

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(wěn)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?xì)怏w中，也容易發(fā)生爆炸。粉塵爆炸的危害危害

具有極強(qiáng)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(mén)都時(shí)有發(fā)生。如1952—1979年間，日本發(fā)生各類(lèi)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。聯(lián)邦德國(guó)1965—1980年發(fā)生各類(lèi)粉塵爆炸事故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％。近幾年來(lái)，我國(guó)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(zhǎng)趨勢(shì)。我國(guó)發(fā)生的這些粉塵爆炸尤其是系統(tǒng)爆炸，造成了嚴(yán)重?fù)p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(jì)損失882萬(wàn)元。容易產(chǎn)生二次爆炸。第一次爆炸氣浪把沉積在設(shè)備或地面上的粉塵吹揚(yáng)起來(lái)，在爆炸后的短時(shí)間內(nèi)爆炸中心區(qū)會(huì)形成負(fù)壓，周?chē)男迈r空氣便由外向內(nèi)填補(bǔ)進(jìn)來(lái)，形成所謂的“返回風(fēng)”，與揚(yáng)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，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(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(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。

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。除塵系統(tǒng)各部位的防爆措施

粉塵爆炸事故多發(fā)生在破碎機(jī)、粉磨機(jī)、篩分機(jī)、干燥機(jī)、加料機(jī)和貯料倉(cāng)等部位。在除塵系統(tǒng)中，粉塵入口處的吸塵罩內(nèi)一般不會(huì)發(fā)生爆炸事故，因?yàn)榉蹓m濃度在這里僅為0．1～10g／m3，這個(gè)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。例如砂輪機(jī)工作時(shí)會(huì)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(tái)除塵器就非常危險(xiǎn)，應(yīng)該采取隔離措施。

除塵設(shè)備的風(fēng)管發(fā)生爆炸的實(shí)例較多，這是因?yàn)榉蹓m在管內(nèi)沉積，當(dāng)受到某種沖擊時(shí)，可燃性粉塵再次飛揚(yáng)，在瞬間形成高濃度粉塵云，若遇上火源，很容易爆炸。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)象。所以為防止發(fā)生爆炸，可燃性粉塵的除塵管路應(yīng)盡可能短些，并要求同一系統(tǒng)的除塵器所擔(dān)負(fù)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(guò)四臺(tái)。

對(duì)于系統(tǒng)中的彎頭，變徑管等，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使彎頭曲率半徑在管道直徑D的1．5倍以上，變徑管的展開(kāi)角在15度以下，以減少阻力。據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，若可燃性粉塵的粒徑小于15μm，其沉降速度在0．1m／s左右時(shí)，管內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)該是沉降速度的100～200倍。

當(dāng)粉塵濃度增大時(shí)，輸送風(fēng)速也應(yīng)相應(yīng)地加大。在袋室和灰斗處應(yīng)安裝便于檢修和清掃的活動(dòng)門(mén)，當(dāng)聯(lián)接處采用插入止口聯(lián)接時(shí)，應(yīng)精心施工，使管內(nèi)基本看不出縫隙或襯墊，沒(méi)有阻擋粉塵的現(xiàn)象和漏氣現(xiàn)象。

對(duì)于除塵器來(lái)說(shuō)，灰斗部分是工作條件最為惡劣的地方，也最容易產(chǎn)生起火爆炸。因?yàn)槲腼L(fēng)管的粉塵有一部分直接落入灰斗，大部分在濾袋中被過(guò)濾。

粉塵在濾袋表面形成層后，靠重力自行脫落或被噴吹、振打后脫落，這時(shí)就有可能產(chǎn)生高濃度粉塵云，或者在灰斗內(nèi)的加強(qiáng)筋上及鋼板焊縫上堆積起來(lái)。如果由于某種原因造成粉塵二次飛揚(yáng)，條件適宜，又遇上火源，將是非常危險(xiǎn)的。

對(duì)于產(chǎn)塵源（加工設(shè)備）和除塵系統(tǒng)的防火、防爆措施，首先是要清除火源。對(duì)于機(jī)械摩擦、撞擊產(chǎn)生的火花，需采取措施將火星除掉，并在吸塵罩口安裝適當(dāng)?shù)慕饘倬W(wǎng)，以防止鐵片、螺釘?shù)任锉晃肱c管道碰撞產(chǎn)生火花引起燃燒。設(shè)置除塵設(shè)備的注意事項(xiàng)

干式除塵方式與濕式除塵方式相比，粉塵的回收和利用較為方便，不需考慮冬季的防凍措施和污水處理問(wèn)題，且造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用都較低。特別是袋式除塵器，已廣