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粉塵爆炸的原因和條件有哪些?

時(shí)間:2013-8-29 閱讀:12585
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一、粉塵為什么會(huì)發(fā)生爆炸呢?

原來是由于懸浮在空氣中的可燃粉塵燃燒而形成的高氣壓所造成的。粉塵是固體物質(zhì)的微小顆粒。它的表面積與相同重量的塊狀物質(zhì)比較要大得多,故容易著火。如果它懸浮在空氣中,并達(dá)到一定的濃度,便形成爆炸性混合物一旦遇到火星,就可能引起迅速燃燒—爆炸。爆炸時(shí),氣壓和氣壓上升率越高,其爆炸率也就越大。而粉塵的燃燒率又是與粉塵粒子的大小、易燃性和燃燒時(shí)所釋放出的熱量以及粉塵在空氣中的濃度等因素有關(guān)。根據(jù)科學(xué)試驗(yàn)測(cè)定,粉塵爆炸的條件有三個(gè)。一是燒料。干燥的微細(xì)粉塵、浮游粉塵的濃度每立方米達(dá)到:煤粉30~40克、鋁粉40克、鐵粉100克、木粉12.6~25克、小麥粉9.7克、糖10.3克。二是氧氣??諝庵械难鯕夂窟_(dá)到21%。三是熱能,即40毫焦?fàn)栆陨系幕鹪?。面粉或飼料等粉塵的起爆溫度相當(dāng)于一張易燃紙的點(diǎn)燃溫度。車間內(nèi)機(jī)械裝置的軸承或皮帶摩擦過熱,即可達(dá)到引爆的能量。此外,易產(chǎn)生靜電的設(shè)備未能妥善接地或電氣及其配線連接處產(chǎn)生火花,尤其是粉碎機(jī)的進(jìn)料未經(jīng)篩選,致使鐵物混入,產(chǎn)生碰撞性火星,皆可引發(fā)粉塵爆炸。zui常見的粉塵爆炸有煤粉、面粉、木粉、糖粉、玉米粉、土豆粉、干奶粉、鋁粉、鋅粉、鎂粉、硫磺粉等。但只要我們加強(qiáng)防范措施,這類爆炸還是*可以避免的。如采用有效的通風(fēng)和除塵措施,嚴(yán)禁吸煙及明火作業(yè)。在設(shè)備外殼設(shè)泄壓活門或其他裝置,采用爆炸遏制系統(tǒng)等。對(duì)有粉塵爆炸危險(xiǎn)的廠房,必須嚴(yán)格按照防爆技術(shù)等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì),并單獨(dú)設(shè)置通風(fēng)、排塵系統(tǒng)。要經(jīng)常濕式打掃車間地面和設(shè)備,防止粉塵飛揚(yáng)和聚集。保證系統(tǒng)要有很好的密閉性,必要時(shí)對(duì)密閉容器或管道中的可燃性粉塵充入氮?dú)狻⒍趸嫉葰怏w,以減少氧氣的含量,抑制粉塵的爆炸。

二、粉塵爆炸的內(nèi)在原因

處于粉塵狀態(tài)的物質(zhì)較之固體狀態(tài)物質(zhì)有所不同,尤其是在燃燒特性方面,原來非燃物質(zhì)可能變?yōu)榭扇嘉镔|(zhì),原來是難燃物質(zhì)可能變成易燃物質(zhì),可燃、易燃物可能變?yōu)橐妆ㄎ镔|(zhì),而這一變化是由粉塵的特性所決定的。

(一)粉塵的表面自由能

對(duì)于任何粉塵粒子來講,其表面分子與內(nèi)部分子所處的能量狀態(tài)是不同的。在粉塵粒子內(nèi)部的分子,因四面八方均具有同類分子包圍著,所受周圍分子的引力是對(duì)稱的,可以相互抵消而受力總和為零,它做分子運(yùn)動(dòng)(震動(dòng))時(shí)不需要消耗功,而靠近粒子表面的分子,由于內(nèi)部密集的同類分子的引力遠(yuǎn)大于外部其他分子(念氣體分子)對(duì)它的引力,所以不能相互抵消,這些力的總和垂直于粉塵表面而指向粉塵內(nèi)部,亦即表面分子受到內(nèi)向的拉力,表面上的分子總比內(nèi)部分子具有更高的能量,這種能量叫做表面自由能。

(二)粉塵的分散度和表面積

所謂粉塵的分散度就是粉塵按不同粒徑(直徑)分布的一種形式。其中小粒徑粉塵越多,我們就稱其分散度大,而分散度的大小又決定著粉塵的表面積,其分散度越大,則表面積越大,表面分子越多,導(dǎo)致表面自由能越大。

(三)粉塵的吸附性

其他物質(zhì)分子在粉塵表面上相對(duì)聚集的現(xiàn)象稱為粉塵的吸附現(xiàn)象。由于粉塵具有較大的表面及自由能,而物質(zhì)又具有由高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。能態(tài)越- 5 - 低越穩(wěn)定,所以,它對(duì)周圍分子尤其是快速移動(dòng)的氣體分子具有吸附性。通過吸附其他分子來降低部分表面自由能。

綜上所述,由于粉塵的分散度較大,具有較大的表面積,從而具有較高的表面自由能,使粉塵的狀態(tài)不穩(wěn)定,活性增高,在理化性質(zhì)上表現(xiàn)為粉塵較之原物質(zhì)具有較小的點(diǎn)火能量和自燃點(diǎn)。(如塊狀時(shí)不能燃燒的鐵塊,在粉碎成粉塵時(shí),zui小點(diǎn)火能量小于100mJ,自燃點(diǎn)小于300℃;煤粉的點(diǎn)火能量小于40mJ)。表面積的增大和吸附特性的存在,使得粉塵與空氣中氧分子的接觸面增大,增加了反應(yīng)速度;表面積的增大,還使固體原有的導(dǎo)熱能力下降,易使局部溫度上升,也有利于反應(yīng)進(jìn)行。同時(shí),粉塵在擴(kuò)散作用大于重力作用時(shí)具有懸浮狀態(tài)的穩(wěn)定性,易與空氣形成粉塵云。當(dāng)各種條件具備時(shí),粉塵就會(huì)發(fā)生爆炸。

三、粉塵爆炸的條件

粉塵的火災(zāi)爆炸事故多發(fā)生在煤礦、面粉廠、糖廠、紡織廠、硫磺廠、飼料、塑料、金屬加工廠及糧庫(kù)等廠礦企業(yè)。這與粉塵爆炸所需條件有關(guān)。粉塵爆炸本身是一類特殊的燃燒現(xiàn)象它也需要可燃物、助燃物和點(diǎn)火源三個(gè)條件。

(一)粉塵本身是可燃粉塵??扇挤蹓m分有機(jī)粉塵和無機(jī)粉塵兩類。有機(jī)粉塵如面粉、木粉、化學(xué)纖維粉塵等,基本是可燃的。而無機(jī)粉塵包括金屬粉塵和一部分礦物性粉塵(如煤、硫等),也都是可燃粉塵。黃沙和塵土的粉塵也很微小,但由于它們本身不能夠燃燒,因此不具危險(xiǎn)性。

(二)粉塵必須懸浮在助燃?xì)怏w(如空氣中),并混合達(dá)到粉塵的濃度爆炸極限。粉塵在助燃?xì)怏w中懸浮是由于粉碎、研磨、輸送、通風(fēng)等機(jī)械作用造成的。大粒徑的粉塵一般沉降為只有燃燒能力的沉積粉塵,只有小粒徑的粉塵才能在助燃?xì)怏w中懸浮。同時(shí),爆炸粉塵的危險(xiǎn)性也用濃度爆炸極限下限來表示,一般是20~60g/m3,低于這個(gè)濃度,難以形成持續(xù)燃燒,更談不上爆炸。

(三)有足以引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源。粉塵具有較小的自燃點(diǎn)和zui小點(diǎn)火能量,只要外界的能量超過zui小點(diǎn)火能量(多數(shù)在10mJ~100mJ)或溫度超過其自燃點(diǎn)(多數(shù)在400℃~500℃),就會(huì)爆炸。當(dāng)上述三個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí),就可能發(fā)生粉塵火災(zāi)爆炸事故。需指出的是,粉塵極有可能發(fā)生破壞性更大的二次爆炸。當(dāng)粉塵懸浮于含有- 6 - 足以維持燃燒的氧氣環(huán)境中,并有合適的點(diǎn)火源時(shí),可能發(fā)生初次爆炸,并引起周圍環(huán)境的擾動(dòng),使那些沉積在地面、設(shè)備上的粉塵彌散而形成粉塵云,遇火源形成災(zāi)難性的第二次爆炸;另外*次爆炸后,在粉塵的爆炸點(diǎn),由于空氣受熱膨脹,密度變小,迅速形成爆炸點(diǎn)逆流(俗稱“返回風(fēng)”),遇粉塵云和熱能源,也會(huì)發(fā)生第二次爆炸。

四、粉塵爆炸的預(yù)防和火災(zāi)撲救措施

由于粉塵爆炸事故撲救極為困難,因此做好預(yù)防工作是尤為重要的。

主要預(yù)防措施有以下幾條:

(一)消除粉塵源。

采用良好的除塵設(shè)施來控制廠房?jī)?nèi)的粉塵是首要的,可用的措施有封閉設(shè)備,通風(fēng)排塵、抽風(fēng)排塵或潤(rùn)濕降塵等。除塵設(shè)備的風(fēng)機(jī)應(yīng)裝在清潔空氣一側(cè)。應(yīng)注意易燃粉塵不能用電除塵設(shè)備,金屬粉塵不能用濕式除塵設(shè)備。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)應(yīng)先開除塵設(shè)備,后開主機(jī);停機(jī)時(shí)則正好相反,防止粉塵飛揚(yáng)。粉塵車間各部位應(yīng)平滑,盡量避免設(shè)置一些其他無關(guān)設(shè)施(如窗幕、門簾等。管線等盡量不要穿越粉塵車間,宜在墻內(nèi)敷設(shè),防止粉塵積聚,另外,在條件允許下,在粉塵車間噴霧狀水,在被粉碎的物質(zhì)中增加水分也能促使粉塵沉降,防止形成粉塵云。在車間內(nèi)做好清潔工作,及時(shí)人工清掃,也是消除粉塵源的好方法。

(二)嚴(yán)格控制點(diǎn)火源消除點(diǎn)火源是預(yù)防粉塵爆炸的*、zui有效的措施。

在常見點(diǎn)火源中,電火花、靜電、摩擦火花、明火、高溫物體表面、焊接切割火花等是引起粉塵爆炸的主要原因。因此,應(yīng)對(duì)此高度重視。此類場(chǎng)所的電氣設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝,達(dá)到整體防爆要求,盡量不安裝或少安裝不易產(chǎn)生靜電,撞擊不產(chǎn)生火花的材料制作,并采取靜電接地保護(hù)措施。被粉碎的物質(zhì)必須經(jīng)過嚴(yán)格篩選、去石和吸鐵修理,以免雜質(zhì)進(jìn)入粉碎機(jī)內(nèi)產(chǎn)生火花。需要指出的是,近幾年因集塵設(shè)施粉塵清理不及時(shí),長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)積熱引起的火災(zāi)事故屢有發(fā)生,這也應(yīng)引起人們的重視。

(三)采取可靠有效的防護(hù)措施。

對(duì)于較小的粉碎裝置,可以增加其強(qiáng)度,并要考慮防止爆炸火焰通過連接處向外傳播;為減小爆炸的破壞性可設(shè)置泄壓裝置,如對(duì)車間采用輕質(zhì)屋頂、墻體或增開門窗等。但應(yīng)注意,泄壓裝置宜靠近易發(fā)生爆炸的部位,不要面向人員集中的場(chǎng)所和主要交通要道;為減少助燃?xì)怏w含- 7 - 量,在粉塵與助燃?xì)怏w混合氣中添加惰性氣體(如N2),減少氧含量,也是可行方法之一。(但對(duì)有些場(chǎng)所不可能實(shí)現(xiàn),且造價(jià)亦高,目前實(shí)用價(jià)值較小)。也可以采用先進(jìn)的粉塵爆炸抑制裝置,避免事故的發(fā)生。另外加強(qiáng)工作人員的安全教育,加大管理力度,及時(shí)清掃、檢修設(shè)備也是*的防護(hù)措施。撲救粉塵爆炸事故的有效滅火劑是水,尤以霧狀水為佳。它既可以熄滅燃燒,又可濕潤(rùn)未燃粉塵,驅(qū)散和消除懸浮粉塵,降低空氣濃度,但忌用直流噴射的水和泡沫,也不宜用有沖擊力的干粉、二氧化碳、1211滅火劑,防止沉積粉塵因受沖擊而懸浮引起二次爆炸。對(duì)一些金屬粉塵(忌水物質(zhì))如鋁、鎂粉等,遇水反應(yīng),會(huì)使燃燒更劇烈,因此禁止用水撲救。可以用干沙、石灰等(不可沖擊);堆積的粉塵如面粉、棉麻粉等,明火熄滅后內(nèi)部可能還陰燃,也因引起足夠重視;對(duì)于面積大、距離長(zhǎng)的車間的粉塵火災(zāi),要注意采取有效的分割措施,防止火勢(shì)沿沉積粉塵蔓延或引發(fā)連鎖爆炸??傊S著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,塑料、有機(jī)合成、粉末冶金及糧食加工等工業(yè)也不斷發(fā)展。粉塵的種類和用量急驟增加,加之操作工藝的自動(dòng)化、連續(xù)性,粉塵爆炸的潛在危險(xiǎn)性大大增加,預(yù)防粉塵爆炸有較高的現(xiàn)實(shí)意義。因此在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家的技術(shù)規(guī)范和操作規(guī)程,落實(shí)各項(xiàng)安全規(guī)章制度,避免粉塵爆炸事故的發(fā)生。為有效防止粉塵爆炸事故的發(fā)生,生產(chǎn)可燃粉塵的工廠或車間的建設(shè)和管理及操作,要嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 15577-1995《粉塵防爆安全規(guī)程》執(zhí)行。

深圳市宏佳環(huán)保設(shè)備有限公司生產(chǎn)的防爆除塵器內(nèi)設(shè)置有防爆電控箱、采用防靜電濾芯、有防爆門,能很好地防御粉塵爆炸。

 

 

 

 

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