粮食粉尘爆炸案例、预防与防护

粮食粉尘爆炸案例、防护方法与技术东北大学工业爆炸及防护研究所钟圣俊[e-mail]年7月18日版内容1粉尘爆炸1.1粮食粉尘爆炸1.2粉尘爆炸发生的条件1.3粉尘爆炸的影响因素1.4粮食粉尘爆炸性参数1.5粉尘爆炸的传播2粮食粉尘爆炸事故案例2.1我国粮食粉尘爆炸事故2.2粮食粉尘爆炸事故案例分析内容3粮食粉尘爆炸防护方法与技术3.1建筑设计与设备布局3.2点燃源控制3.3粉尘控制3.4爆炸泄压3.5爆炸抑制3.6爆炸隔离3.7抗爆设计1、粉尘爆炸粉尘爆炸是火焰在弥散于空间的可燃粉尘云中传播，引起显著的压力、温度跃升的现象。所有粮食与食品粉尘、粮食深加工产品粉尘都可以发生粉尘爆炸。1.1粮食粉尘爆炸所有粮食与食品粉尘、粮食深加工产品粉尘都可以发生粉尘爆炸。发生爆炸的粮食粉尘包括加工成粉状的粮食产品及粮食加工与储运过程产生的伴生粉尘。加工成粉状的粮食产品玉米淀粉、面粉、大豆粉、黄豆粉、绿豆粉粮食深加工产品奶粉、食糖、葡萄糖粉、蛋白粉、藕粉、豆奶粉等饲料混合营养饲料、鱼骨粉等粮食伴生粉尘玉米粉尘、小麦粉尘、大麦粉尘、麦芽粉尘、燕麦粉尘、大豆粉尘等。美国1980-2005年不同粉尘爆炸事故比例24.223.519.913.58.21.44.31.81.12.1木制品食品金属塑料煤粉化工无机物制药纺织其它我国粉尘爆炸行业分布1.2粉尘爆炸发生的条件可燃粉尘氧气点燃源可燃粉尘与空气形成混合物的浓度处于爆炸范围以内相对封闭的环境（设备和建筑物）录像：粉尘爆炸演示-石松子粉录像-聚乙烯粉爆燃演示，美国化学危险调查委员会(CSB)录像：玉米淀粉在1.2L哈特曼管中的爆炸-美国化学危险调查委员会(CSB)录像：玉米淀粉爆炸-东北大学工业爆炸及防护研究所玉米淀粉爆炸实验录像-德国(FSA)小麦粉爆炸实验，1980年，挪威玉米淀粉爆炸实验，1982年，挪威玉米淀粉爆炸-德国应用系统安全与劳动医学研究中心1.2.1点燃源/点火源(1)机械摩擦与碰撞(2)电气火花(3)热表面(4)静电放电(5)粉尘自燃（闷烧）(6)明火(1)机械碰撞与摩擦转动轴摩擦发热粉碎设备（各种破碎机、磨粉机）中进入杂物（铁等金属物质、石子）斗式提升机跑偏、打滑、断带皮带辊与支架摩擦刮板机刮板与箱体摩擦螺旋输送机堵料摩擦旋转下料阀堵料摩擦风机叶轮与壳体或外物摩擦或碰撞维修工具机械碰撞与摩擦1998年6月8日发生于美国堪萨斯州德布鲁斯粮食筒仓的大爆炸就是由于仓顶的皮带机一个损环的导向辊轴承引起的。1989年2月5日，华能大连电厂皮带机导向辊轴承座损环，发热的轴承掉入煤粉引发了特大火灾。加拿大北班库别尔的比尔拉尔达筒仓爆炸的原因是斗式提升机堵料，皮带打滑引起斗式提升机爆炸，并引发了工作塔和筒仓的爆炸。(2)电气火花电气线路短路电缆老化电缆因环境原因被破坏（机械破坏、老鼠啃咬等）非防爆电气设备启停或运行过程产生的火花非防爆的接插件非防爆开关非防爆电机电气设备过载(3)热表面加热设备供暖设备和管线非防爆电气设备非防爆电机、灯具的热表面(4)静电放电静电放电类型火花放电刷形放电传播型刷形放电料堆放电人体静电粮食行业中火花放电最常见。(5)粉尘自燃条件：一定的水分，局部通风导热不好。有时由机械摩擦发热引发。(6)明火抽烟工业动火工业动火时我国大部分粮食粉尘爆炸的点燃源其它明火（例如加热炉）1.2.2粉尘云爆炸范围：粉尘云只有在一定的粉尘浓度范围内才能发生爆炸传播。这个浓度范围就是爆炸范围。爆炸下限：能发生爆炸的最小粉尘浓度。爆炸上限：数量级为爆炸下限的近100倍。粮食粉尘的爆炸下限为40~200g/m3。绝大多数粮食粉尘的爆炸下限200g/m3。粮食粉尘爆炸最猛烈的浓度（最危险粉尘浓度）范围一般为500g/m3~1000g/m3。粉尘云的爆炸范围1mm的粉尘足以在5m高的空间产生可爆粉尘云•1mm的粉尘在5m高的空间产生的粉尘云达粉尘爆炸下限•1mm的粉尘在1m高的空间产生的粉尘云达到最危险浓度1.3粉尘爆炸的影响因素粉尘种类粮食粉尘的爆炸性参数比较接近。粮食粉尘的爆炸压力一般小于1MPa。大米淀粉和玉米淀粉的爆炸指数比较高，分别可达19MPa.m/s和16MPa.m/s。粒度分布粉尘粒径达到250μm以上时，不易悬浮形成粉尘云。粒径小于75μm的粉尘易于形成粉尘云含湿量（水分）粉尘含湿量大于10%时，不易发生爆炸粉尘含湿量小于5%时，较易发生爆炸1.4粉尘爆炸性参数爆炸压力Pmax爆炸指数Kst最小点燃能量MIE粉尘层最低着火温度MIT-L(AIT)粉尘云最低着火温度MIE-L爆炸下限(LEL,MEC)极限氧含量(LOC)比电阻(DR,dustresistivity)粉尘爆炸性参数的应用最大爆炸压力与爆炸指数最大爆炸压力Pmax、最大爆炸压力上升速率及爆炸指数Kst,是反映爆炸猛烈程度的重要参数，用于爆炸泄压设计和爆炸抑制设计。爆炸压力：大部分粉尘的爆炸压力为0.5MPa~1MPa。砖混结果建筑的耐压为30~50kPa一般设备(除尘器、小于10m3的料仓)的耐压为0.1~0.2MPa爆炸指数反映了压力上升速率，间接反映了火焰传播速度。St1:Kst＜20MPa.m/sSt2:20≤Kst≤30MPa.m/sSt3:Kst＞30MPa.m/s13stmaxddpKVt粮食粉尘的最大爆炸压力与爆炸指数粉尘粒径/μm最大爆炸压力/MPa爆炸指数/MPa.m/s大麦粉630.808.6麦芽粉630.9013.9大麦粉尘750.558.9麦芽厂饲料750.569.7麦芽粉尘750.538.8玉米淀粉750.9015.0大米淀粉751.0019.0黄豆粉750.9211.0小麦面粉1250.838.7奶粉0.819.0最小点燃能量MIE粉尘云最小点燃能量是粉尘云中可燃粉尘处于最容易着火的浓度时，使粉尘云着火的点火源能量的最小值。粉尘云最小点燃能量也称为最小点火能或最小点火能量。最小点燃能量是防爆方法选择的依据。粉尘的最小点燃能量从MIE0.3MJ到MIE1J，范围比较宽。如果粉尘的点燃能量MIE1J，则粉尘处理工艺相对安全。如果粉尘的点燃能量MIE10mJ，则粉尘较易被点燃，通常要考虑惰化方法防爆。粮食粉尘的最小点燃能量粉尘粒径/μm最小点燃能量/mJ大麦粉尘7520~30麦芽厂饲料7520~30麦芽粉尘7530~50玉米淀粉7520~40小麦面粉7550~100糖粉7510~20粉尘层着火温度粉尘层最低着火温度在粉尘层受热时，使粉尘层的温度发生突变（点燃）时的最低加热温度（环境温度）。粉尘层着火温度反映了粉尘在堆积状态时对点燃的敏感程度。在处理可燃粉尘的车间设备及管道热表面常常沉积一层可燃粉尘，如热表面或环境温度较高，会使粉尘的氧化速度增加，热量不断积聚就可能发生自燃着火。粉尘层着火后通常不会自身发生爆炸，但可成为粉尘爆炸的点火源。在有可燃粉尘沉积的场所，设备热表面的温度不能超过粉尘层最低着火温度。粉尘层着火温度的主要应用为：(1)电气防爆设备的选型；(2)控制发热设备的表面温度。粉尘云着火温度悬浮在空气中的粉尘，如果遇到温度足够高的热源，就可能发生着火或爆炸。空气中粉尘云的着火是由于能量的传递引起爆炸的初始阶段，一旦粉尘浓度在爆炸范围内的粉尘云被引燃，就会形成粉尘爆炸。粉尘云最低着火温度是在粉尘云（粉尘和空气的混合物）受热时，使粉尘云的温度发生突变（点燃）时的最低加热温度（环境温度）。粉尘云着火温度的主要应用为：(1)电气防爆设备的选型；(2)控制发热设备的表面温度。粮食粉尘的最低着火温度粉尘粒径/μm粉尘层最低着火温度/℃粉尘云最低着火温度/℃大麦粉63280370麦芽粉63270360大麦粉尘75260450麦芽厂饲料75270450麦芽粉尘75260450玉米淀粉754004201.5粉尘爆炸的传播粉尘爆炸的传播途径包括工艺管道、除尘管道、建筑开口，或者从建筑内的局部传播到建筑内的其它地方。粉尘爆炸具有多次爆炸的特点。粉尘被初始爆炸的冲击波扬起形成粉尘云发生的爆炸称为“二次爆炸”。粉尘爆炸的破坏通常是二次爆炸引起的。防止“二次爆炸”主要是减少爆炸传播途径上的粉尘，减少粉尘爆炸的能量来源。2粮食粉尘爆炸事故案例•粉尘爆炸一直是粉体生产、处理、运输和储存过程中的威胁。统计表明，世界每年发生粉尘爆炸的次数为400~500起，平均每天超过1起。•根据美国化学危险和灾害调查委员会（CSB）的统计，从1980年度2005年间，美国发生了280多次的粉尘爆炸，造成119人死亡，718人受伤。2008年美国皇家糖厂糖粉粉尘爆炸是美国近年来损失最大的工业粉尘爆炸事故。死14人，伤36人，其中19人重伤。2.1我国粮食粉尘爆炸事故我国粮食粉尘爆炸事故2002年1月9日，安徽丰原集团淀粉糖车间麦芽糊精包装工段发生粉尘爆燃事故，16人肢体外露部分被灼伤，1人腿部骨折。原因：电焊时，同时拆卸除尘器软连接，粉尘从软连接中泄漏出形成粉尘云，被电焊渣点燃。2002年1月9日，上海大江饲料厂发生粉尘爆炸事故，导致8人受伤。发生爆炸的位置是饲料厂的一处简易搅拌工厂。事发时，有多名工人正在拆除一部搅拌机。我国粮食粉尘爆炸事故2008年11月2日，15时30许，位于宁夏银川市德胜工业园区永胜西路的大北农饲料加工厂四楼生产车间内发生粉尘爆炸，当场将正在四楼工作的4名员工炸伤。三、四楼车间内几乎所有窗户的玻璃都被炸碎，30多个饲料仓口中有20余个正在冒着浓烟，空气中也迷漫着大量的烟雾和饲料粉尘。焊接工具箱时火花调入仓口。我国粮食粉尘爆炸事故2008年12月5日，“科盛饲料”一车间昨发生粉尘爆炸事故，事故造成在场的6名职工受到不同程度灼伤，部分设备受损。车间外墙玻璃爆裂。2008年12月6日，位于汕头市金平工业区的广东富味制果有限公司二楼生产车间发生淀粉爆炸。事发时，该车间内共有34名刚上班不久的员工，事故造成了21人受伤，大部分为烧伤。其中，至少10名伤者有生命危险，2人伤势极为严重，烧伤面积达到了90％以上。车间大楼共有五层，发生爆炸的则是二楼的生产车间。爆炸后的车间一片狼藉，仍有浓烟向外冒出，二楼与三楼之间的墙壁也被熏得漆黑。由于爆炸力度很强，该层车间的几十扇窗户均被震破，碎玻璃撒满了工厂的大院。2.2粮食粉尘爆炸事故案例分析2.2.11785年意大利都灵的一个面包作坊面粉爆炸历史上有记载的第一次粉尘爆炸。2.2.11785年意大利都灵的一个面包作坊面粉爆炸时间：1785年12月14日地点：意大利，都灵粉尘：小麦面粉点燃源：明火损失：2人受伤。1人上半身烧伤，1人从阳台上跳下摔断腿。事故描述：面粉仓位于面包房的二楼，2mX2mX4m，分成两个小仓。1个操作人员在油灯的照明下把面粉从上隔仓掏到他所在的下隔仓。一大团面粉塌落下来产生了粉尘云，并被灯的明火点燃。火焰向上传播到了小屋，并向下传播到面包房。导致面包房的窗户被震碎。分析：爆炸会沿楼梯、窗等传播。粉尘爆炸具有“二次爆炸”特点1785年意大利都灵的一个面包作坊面粉爆炸2.2.21878年，美国，明尼亚波利斯Washburn面粉厂爆炸这次爆炸是美国历史上的工业大灾难之一，推动了美国面粉加工业粉尘爆炸的防护。1878，美国，明尼亚波利斯Washburn面粉厂爆炸时间：1878年5月2日地点：美国，明尼苏达州，明尼亚波利斯粉尘：小麦面粉点火源：机械火花事故描述：一个火星点燃了面粉磨中的粉尘云，爆炸使得6层楼的面粉加工车间成为废墟，毗邻的几座面粉厂也受到损失。14名工人和4名附近居民总计18人丧生。背景资料：100多年前明尼苏达