可燃粉尘燃爆特性

可燃粉尘燃爆特性

粉状的可燃固体，不仅有着火的危险，而且一旦飞扬悬浮于空中，与空气均匀混合并达到一定浓度范围时，遇火源还会发生爆炸。

分类粉尘爆炸的危险性存在于不少工业生产部门，目前已发现下述七类粉尘具有爆炸性。

(1)金属，如镁粉、铝粉、锰粉。

(2)煤炭，如活性炭和煤。

(3)粮食，如面粉、淀粉。

(4)合成材料，如塑料、染料。

(5)饲料，如血粉、鱼粉。

(6)农副产品，如棉花、烟草。

(7)林产品，如纸粉、木粉等。

粉尘爆炸特点悬浮于空气中的粉尘受热时，尘粒表面的分子由于热分解或干馏作用，挥发出气体，与空气混合形成爆炸性混合物。因此，粉尘爆炸实质上是气体爆炸。具有下列特征：

(1)飞扬悬浮于空气中的粉尘与空气组成的混合物，也和气体或蒸气混合物一样，具有爆炸下限和爆炸上限。

(2)粉尘与空气的混合物的爆炸反应也是一种链锁反应，即在火源作用下，产生原始小火球，随着热和活性中心的发展和传播，火球不断扩大而形成爆炸。

(3)与气体混合物的爆炸相比较，粉尘混合物的爆炸有下列特点：粉尘混合物爆炸时，其燃烧并不完全，这是和气体或蒸气混合物有不同之处，例如煤粉爆炸时，燃烧的基本是所分解出来的气体产物，灰渣是来不及燃烧的。

(4)粉尘爆炸有产生二次爆炸的可能性，因为粉尘初次爆炸的气浪会将沉积的粉尘扬起，在新的空间形成达到爆炸极限的混合物，而产生二次爆炸，这种连续爆炸会造成极严重的破坏。

(5)爆炸的感应期较长，粉尘的燃烧过程比气体的燃烧过程复杂，有的要经过尘粒表面的分解或蒸发阶段，有的要有一个由表面向中心延烧的过程，因而感应期较长，可达数十秒，为气体的数十倍。

(6)粉尘点火的起始能量大，达10J数量级，为气体的近百倍。粉尘爆炸会产生两种有毒气体，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。

爆炸极限粉尘爆炸极限是以其在混合物中所占质量比表示的(g/m3)。

(1)粉尘混合物的爆炸危险性是以其爆炸浓度下限(g／m3)来表示的。这是因为粉尘混合物达到爆炸下限时所含固体物已相当多，以云一样(尘云)的形状飘浮于空中。这样高的浓度通常只有设备内部或直接接近它的发源地空间才能达到。至于爆炸上限，因为浓度太高，以致大多数场合都不会达到，所以没有实际意义，例如糖粉的爆炸上限是13500g／m3。

(2)粉尘混合物的爆炸下限不是固定不变的，它的变化与下列因素有关：分散度、湿度、火源的性质、可燃气含量、氧含量、惰性粉尘和灰分、温度等。

影响粉尘爆炸危险性因素一般是分散度越高，可燃气体和氧的含量越大，火源强度、原始温度越高、湿度越低和惰性粉尘及灰分越少，爆炸范围也就越大。

(1)粒度越细的粉尘，其单位体积的表面积越大，越容易飞扬，所需点火能量小，所以容易发生爆炸。

(2)随着空气中氧含量的增加，爆炸浓度范围则扩大。有关资料表明，在纯氧中的爆炸浓度下限能下降到只有空气中的1/3～1/4。

(3)当尘云与可燃气体共存时，爆炸浓度相应下降而且点火能量也有一定程度的降低，因此，可燃气体的存在会大大增加粉尘的爆炸危险。

(4)爆炸性混合物中的惰性粉尘和灰分有吸热作用，例如煤粉中含11％的灰分时可发生爆炸，而当灰分达到15％～30％时，就很难爆炸了。

(5)空气中的水分除了吸热作用之外，水蒸气还占据空间，稀释了氧含量而降低粉尘的燃烧速度，而且水分增加了粉尘的凝聚沉降，使爆炸浓度不易出现。

(6)当温度和压力增加时，爆炸浓度极限范围扩大，所以点火能量减小。

(7)适当增湿、清除积尘、缩小粉尘扩散范围和控制火源等，是粉尘防爆的重要措施。

——摘自《安全科学技术百科全书》（中国劳动社会保障出版社，2003年6月出版）

可燃粉尘爆炸危险性及预防

一、可燃粉尘爆炸的危害性

提起爆炸，人们总是很自然地想到爆炸物或可燃气体与氧气(或空气)爆炸时震天动地的轰响。殊不知，悬浮在空气中的那些悠悠飘扬的粉尘也会引起威力巨大的爆炸。

粉尘爆炸事故在国内外屡见不鲜。昭和41年，日本横滨饲料厂的玉米粉尘爆炸，引起累积性连锁燃烧，使整个工厂遭到蔓延性重大“天灾”。1921年美国芝加哥一台大型谷类提升机发生粉尘爆炸，其爆炸力将40座每座约装30万吨粮食的仓室，从底座掀起，并移动了152.4毫米，结果6死1伤，经济损失达400万美元。1942年我国本溪煤矿曾发生世界上最大的煤尘爆炸，死亡1549人，重伤246人。1987年3月15日凌晨，我国哈尔滨亚麻纺织厂联合厂梳麻、前纺、准备3个车间，突然发生强大的粉尘爆炸并引起大火，使103万平方米厂房、189(套)设备遭到不同程度的毁坏，直接经济损失881.9万元。事故中死亡58人，重伤数人，轻伤112人。

粉尘为什么会发生爆炸呢?原来是由于悬浮在空气中的可燃粉尘燃烧而形成的高气压所造

成的。粉尘是固体物质的微小颗粒。它的表面积与相同重量的块状物质比较要大得多，故容易着火。如果它悬浮在空气中，并达到一定的浓度，便形成爆炸性混合物。一旦遇到火星，就可能引起迅速燃烧—爆炸。爆炸时，气压和气压上升率越高，其爆炸率也就越大。而粉尘的燃烧率又是与粉尘粒子的大小、易燃性和燃烧时所释放出的热量以及粉尘在空气中的浓度等因素有关。

根据科学试验测定，粉尘爆炸的条件有三个。一是烧料。干燥的微细粉尘、浮游粉尘的浓度每立方米达到：煤粉30~40克、铝粉40克、铁粉100克、木粉12.6~25克、小麦粉9.7克、糖10.3克。二是氧气。空气中的氧气含量达到21%。三是热能，即40毫焦尔以上的火源。面粉或饲料等粉尘的起爆温度相当于一张易燃纸的点燃温度。车间内机械装置的轴承或皮带摩擦过热，即可达到引爆的能量。此外，易产生静电的设备未能妥善接地或电气及其配线连接处产生火花，尤其是粉碎机的进料未经筛选，致使铁物混入，产生碰撞性火星，皆可引发粉尘爆炸。

最常见的粉尘爆炸有煤粉、面粉、木粉、糖粉、玉米粉、土豆粉、干奶粉、铝粉、锌粉、镁粉、硫磺粉等。但只要我们加强防范措施，这类爆炸还是完全可以避免的。如采用有效的通风和除尘措施，严禁吸烟及明火作业。在设备外壳设泄压活门或其他装置，采用爆炸遏制系统等。对有粉尘爆炸危险的厂房，必须严格按照防爆技术等级进行设计，并单独设置通风、排尘系统。要经常湿式打扫车间地面和设备，防止粉尘飞扬和聚集。保证系统要有很好的密闭性，必要时对密闭容器或管道中的可燃性粉尘充入氮气、二氧化碳等气体，以减少氧气的含量，抑制粉尘的爆炸。

二、可燃粉尘爆炸案例分析

1999年2月，美国麻薩诸塞州的某铸造厂发生一起火灾爆炸案。美国职业安全卫生署(OSHA)与州及当地政府对此次事故直行联合調查。联合调查报告指出，火灾起因于未知点火源引燃壳模铸造机(shell molding machine)，再借由灌入铸造造机而形成大量沉积的酚醛树酯粉尘原料蔓延至通风系统的导管。小型的初始爆燃(deflagration)先于导管內发生，并使粉尘在导管外开始沉降。接踵而至的粉尘气云成为了二次爆炸所需的燃料，而二次爆炸的威力足以掀起屋顶并造成墙壁损毁。联合调查报告中所列的事故原因，包括下列缺失项目：①控制粉尘累积方面管理不善；②通风系统设计存在缺陷；③火炉的维护不善；④设备缺乏有效的安全装置。

2003年1月，破坏力极大的火灾爆炸毁坏一家位于北卡罗来纳州以生产合成橡胶制药物传