粉尘爆炸原理及影响因素

衡的铝粉在高湿度环境中的爆炸。
铝粉粉尘粒子表面通过热传导和热 辐射，从火源获得能量,使表面温度急 剧升高，达到粉尘粒子加速分解的温
度和蒸发温度,形成粉尘蒸气或分解气
体，这种气体与空气混合后就容易引 起点火（气相点火）。另外，粉尘粒 子本身相继发生熔融汽化，迸发出微 小火花，成为周围未燃烧粉尘的点火 源，使之着火，从而扩大了爆炸范围， 这一过程与气体爆炸相比复杂得多。
什么因素会影响爆炸烈 度呢？
物质的燃烧热越大，如煤、碳、硫
越易带电的粉尘，如聚乙烯、聚丙烯
粉尘爆炸下线越低，如铝粉37 g / m3 颗粒越小，如铝，镁
Fra Baidu bibliotek 铝粉颗粒由一个铝核和外面一层 保护层
Al2O3 组成。当环境温度
达到铝的熔点时，由于铝的熔化，氧化铝保护层受到热机械力的拉伸，
薄的氧化层可能发生破裂，这样铝就直接暴露于空气和水蒸汽的氧化环 境中。此时，如果颗粒表面含有吸附水的铝粉吹入爆炸罐内点火起爆， 很可能发生铝粉与水生成氢气的反应。
1.粉尘爆炸 2.铝粉尘爆炸特点 3.简析昆山爆炸事故 4.整改措施
粉尘定义
不同国家对粉尘的定义并不相同。 根据英国标准BS2955:1958，将粒径 D<1000um的粒子叫做粉末，将粒径 D<76um的粒子叫做粉尘;而NFPA68标 准将粉尘定义为粒径小于420um的粒子。 由此可见两者对于粉尘尺寸的定义相 National Fire Protection Association 差了大约6倍。
员，应穿着阻燃材质的工作帽和衣裤。
北京理工大学
南京理工大学
中北大学
东北大学 大连理工大学
，与空气接触
，越容易燃烧爆炸，并且燃烧速度也越快。对相同铝 ，其危险性就 。
粉来说，单位体积的表面积
① 存在铝镁粉尘爆炸危险的生产场所不得设
置在危房或违章建筑内；厂房应为单层建 筑，屋顶应采用轻型结构。如厂房为多层 建筑的结构，则应采用框架结构，并保证 其有足够面积的泄爆口在爆炸时能有效地 进行泄爆。 ② 存在铝镁粉尘爆炸危险的生产场所所有 电气设备必须采用防爆电气设备。 ③ 应按工艺分片（区域）设置相对独立的收 尘系统，收尘器设置在建筑物外，并设有 泄爆装置和防雨措施，回收的铝镁粉尘应 当储存在独立干燥的堆放场所。

一种是事先将粉尘存储在有固定湿度的
有科学家做过这样实验
容器内，直到达到 吸附平衡，然后在干燥 的密闭空间内起爆。 在吸附的同时发生脱附，吸附速度和脱 附速度相等表观吸附速度为零，吸附质在溶 另一种是将干燥的粉尘分散到有湿度 液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不再发 控制的容器内进行爆炸。 生改变时的状态称之为吸附平衡。 第一种情况时湿度增加了爆炸的严重度。 后一种情况则抑制了爆炸的发生。 在工业实际中，铝粉爆炸并不仅仅是在 上面两种情况下发生，也可能是达到吸附平
美国消防协会
飘尘 降尘
• 系指大气中粒径小于10μm的固体微粒，它能 较长期地在大气中漂浮，有时也称为浮游粉 尘。英文缩写为PM10。
• 系指大气中粒径大于10μm的固体微粒，在重力 作用下，它可在较短的时间内沉降到地面。
总悬浮微粒
• 系指大气中粒径小于100μm的所有固体微粒。 也被称为总悬浮颗粒物，英文缩写为TSP。
Fuel + Oxygen
Oxide + Heat
粉尘必须可燃
在有限的空间 内
粉尘必须在可 燃界限内
粉尘爆炸需满足条件
氧化剂
存在点火 源且能量 高于最小 点火能量
粉尘爆炸特性参数主要存在两种:

烈度参数，主要用于衡量粉尘爆炸的强度，如最大爆炸压力 Pmax 和最大
压力上升速率
（dp dt） max
率出现先增加后减小的变化趋势；如系列1 最 大 爆 炸 压 力 环境湿度 在高浓度时，铝粉的量足以与爆炸罐中的氧气和水蒸汽发生完全反 应，因此随着湿度的增加，参与反应的铝粉量会逐渐增加，放热量也必
系列 2 系列 1
然增大，因此最大爆炸压力和最大压力上升速率值 都随着环境湿度的增
加而明显增加。如系列2
分析其原因，当颗粒直径较大时,随着燃烧的快速传播，颗粒内部 因缺氧而不能完全燃烧，从而减慢了燃烧热的释放和传递，随着粒径
的减小，颗粒比表面积随之增大，氧气向颗粒表面扩散的时间缩短，
颗粒因缺氧而不能完全燃烧的现象随之减弱，燃烧热的释放也加快。
从粉尘爆炸机理方面分析铝粉的爆炸特性可知，铝粉的粒度 的表面积 ，其化学活性
④
所有产尘点均应装设吸尘罩，风管中 不应有粉尘沉降。
⑤
建立严格的清洁制度，对所有可能积累 粉尘的生产车间和贮存室，每班都应及时 清扫。在贮存能自燃的散装铝镁粉料时， 应采取防水防雨措施，并对粉料温度进行 连续监测；当发现温度升高或气体析出 时，必须采取使粉料冷却的措施。
⑥
在铝镁粉尘爆炸危险区生产作业的人
感度参数，主要用于衡量粉尘爆炸发生的敏感性，如爆炸极限、最小点火
能、着火温度等。
铝粉本身属于遇湿易燃的危险化学品：
铝粉遇潮湿、水蒸气能自燃；
与氧化剂混合能形成爆炸性混合物； 与氟、氯等接触会发生剧烈的化学 反应； 与酸类或与强碱接触，也能产生氢 气，引起燃烧爆炸。
因此，铝粉被列为遇湿易燃危险货 物，在国家建筑设计防火规范当中，铝 粉的火灾危险性属于乙类可燃性粉末。
铝粉、镁粉、铝－镁合金粉属易燃易爆物质，在制粉和保存过程中可发生 遇明火爆炸，也可以发生自燃，通常前者占多数，而昆山这一次爆炸显然是明 火引发的。粉尘爆炸是悬浮在空气中的粉尘急剧氧化燃烧，产生大量的热和形 成高压的现象。
爆炸过程发生的主要反应：
4 Al 3O2 2 Al2O3 3.3MJ
total suspended particulate
将物质在短时间内由一种状态变为另一种状态,而且在瞬间放出大量 能量的现象称为爆炸。爆炸是发生在一定容积中并产生突然、显著压力 上升的化学放热过程。粉尘爆炸是指悬浮在空气中的可燃粉尘接触明火、 电火花等点火源时发生的爆炸现象。
反应方程式可用下式概括：
在高湿度环境下，爆炸罐内的铝粉可能发生如下的爆炸反应：
2Al+ O2 +3.77N2 +H2O = Al2O3 +H2 +3.774N2
由上面的反应方程式可以知道，环境内适量水分的增加可以促进铝 粉爆炸反应的发生，氢气的产生也增强了爆炸的猛烈程度。
在低浓度时，随着环境湿度的增加，最大爆炸压力和最大压力上升速
对于一定的物质来说，被粉碎的程度
越大，即颗粒越小，则比表面积越大，那 么表面能也越大。例如，一块 1 公斤重的
二氧化硅的表面能为 0.2 焦耳，这是很小
的，它只相当于把 1 公斤的物体举高 0.02 米所做的功。但是，若把它粉碎成面粉一
样细小的粉尘后，其表面能可达
2.7 106
7
焦耳，即相当于把同样重的物体举高 2700 米所做的功，表面能竟增大了 10 倍。