粉尘爆炸的特点和预防

     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。

  1 粉尘爆炸机理

  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。因此，我们认为粉尘爆炸是介于气体爆炸与炸药爆炸两者中间的一种状态。这种爆炸所放出的能量，若以最大值进行比较，则可达到气体爆炸的几倍。但粉尘爆炸干气体爆炸是不相同的，前者所需的发火能比后者要大得多。①给予粒子表面热能，表面温度上升；②粉尘粒子表面分子热分解，或起干馏作用。成为气体，在粉尘粒子周围放出；③放出的气体与空气混合，形成爆炸性混合气体，发火，发生爆炸；④由火焰产生的热量，促进粉粒的分解，放出可燃性气体，与空气混合发火传播。

  2 产生粉尘爆炸的基本条件

  ①存在某些(特别是可燃、易燃)粉尘，且有足够的量；②存在助燃剂，如氧气、空气(氧气)或氧化剂，且有足够的量；③存在燃烧源：a明火，如气体火焰、气焊嘴和喷灯的火焰、电弧等；b火花，如切割和焊接产生的火花、摩擦产生的火花、电火花、静电放电火花、燃烧炉和其他火源产生的火花等；c被加热的或炽热的物体，如电器灯具、钢材焊缝上、被加热区等；d加热表面，如干燥炉的热表面、过载的电线、电器仪表、蒸汽管线及其法兰等；e炽热空间，如干燥室内和加热炉内的空间等；f摩擦热，如轴承、机器的转动部件、摩擦面等；g自燃产生的明火及燃烧热；h化学反应热；i热射线(如凸透镜)的聚焦热；j燃烧热。以上3个基本条件必须同时具备，且形成了一定浓度的粉尘—空气(氧气)混合气体，才能发生粉尘爆炸。如能消除或避免其中的任何一个基本条件，就可防止粉尘爆炸的发生。

  3 粉尘爆炸的特点

   ①必须有足够数量的尘粒在空气中才有可能发生粉尘爆炸。而尘粒飞扬与颗粒大小及气体扰动速度有关.直径小于10μm的颗粒才能在运动气流中长时间悬浮，形成爆炸尘云。②粉尘燃烧过程比气体燃烧过程复杂，有的粉尘要经过粒子表面的分解或蒸发阶段。即便是直接氧化的颗粒，也只有一个表面向中心延烧得过程。因而感应期长，可达数十秒为气体的数十倍。③粉尘爆炸的起始能量大，达10mJ的量级，为气体的近百倍。④粉尘的燃烧速度和爆炸压力比气体爆炸小，燃烧时间长产生的能量大，故其破坏力也大，产生的能量较高的时候为气体爆炸时的几倍，温度可上升到2000一3000℃。⑤发生爆炸的时候，会有燃烧的粒子飞散，如果飞到可燃物或人体上，会使可燃物局部严重碳化或人体严重燃烧。⑥粉尘爆炸有产生两次爆炸的可能性。静止堆积的粉尘被风吹起悬浮在空气中，如果遇到火源就会发生爆炸。爆炸产生的冲击波又使其它堆积的粉尘悬浮在空气中，而飞散的火花和辐射热成为点火源，引起第二次爆炸，最后整个粉尘存放场收到爆炸灾害。这种连续爆炸会造成极严重的破坏。

      4 粉尘爆炸的预防措施

  物质在生产、加工或使用中易产生粉尘爆炸，应特别注意预防问题，这些物质是:煤粉、木粉、化纤品、棉织品、麻织品、塑料、食品、镁粉、铝粉、硫磺、树脂等。①在设备中造成不燃性介质气氛是防止设备中粉尘爆炸的有效办法。在这种情况下，粉尘—空气(气体)混合物中的氧含量会减少到火焰不可能扩散的数值(氧的安全浓度一般由试验确定)。在诸如粉状硫磺、多种金属粉末等易燃粉尘的操作过程中应采用不燃性气体(如N2，CO2、烟道气等)。比较容易使用不燃性气体的设备有：磨碎机和空气再循环用的风管、筛子、混合器等。②用气流输送的空气能形成易爆粉尘的颗粒状物料时，必须采用不燃性气体或用不燃性气体稀释至安全范围内的空气。③为保证物料能安全地进行干燥处理，喷雾干燥必须尽可能利用含氧量最低的烟道气。必要时，可用不燃性气体或其他气体将烟道气稀释至氧含量达到安全程度时再用。④消除设备中粉尘—空气混合物的燃烧源是保证可燃分散物料安全加工、操作的一项非常重要的措施。装置、管道和设备的受热表面经常是燃烧源。因此，受热表面温度不允许过高，在任何情况下，受热表面温度均应比粉尘层的引燃温度低5℃。⑤粉尘沉降过程本身就是在密闭设备(或房间)内形成易爆粉尘一一空气混合物的过程，因此，使用干式粉尘沉降槽、沉降室(容积大，有出现粉尘大能量爆炸的潜在危险)如干式离心分离机(粉尘在高速运动时会产生较大的静电放电)，就须认真解决防火(含防火花)及导出静电的问题。⑥容器或外壳要有足够强度，能够承受粉尘点燃时产生最大爆炸压力，使爆炸发生在空腔内。⑦容器应设置泄爆装置，粉尘爆炸时把爆炸压力泄出，它可以是一个能打开的门，也可是一个薄材料制的爆破膜。⑧容器或设备内应设置自动爆炸抑制系统一旦发生爆炸，在压力升高阶段喷射出灭火介质，以防止压力的进一步升高。⑨在自动爆炸抑制系统中加人惰性气体，如氮和二氧化碳使氧气的浓度降低到不能支持爆炸的程度，直至不能持续燃烧。上述几种方法基本上是去掉点燃所需的条件之一或者使爆炸以被控制的方式内发生，至于具体的防护方式应取决于设备的大小、产品情况及经济条件。最后需要提及的是，尽管一些火灾爆炸是由于产品或设备中难以预料的因素造成的，但绝大多数仍是人为的失误或设备加工过程中的故障造成的。因此为了把火灾和爆炸造成危害减少到最低限度，必须对现场工作人员进行严格和不懈的安全教育。

  5 结语

  由于粉尘爆炸的发生给人民的生命财产造成巨大的损害，因此，工业粉尘爆炸防止技术的研究已成为工业生产安全上的重大科研课题，而粉尘爆炸的发生机理、爆炸特性及防爆措施等的研究都是工业生产安全科学研究者感兴趣的问题。这些问题的研究可为确保工业生产安全提供指导依据，是认识评价粉尘爆炸危险性的基础，也是寻求有效隔爆措施的依据。因此，粉尘爆炸的研究无疑是具有极其重要的现实意义。