粉尘防爆安全知识讲座

粉尘防爆安全知识讲座一、粉尘爆炸原理及基础知识（一）粉尘的定义与类别凡是呈细粉状态的固体物质均称为粉尘。能燃烧和爆炸的粉尘叫做可燃粉尘；浮在空气中的粉尘叫悬浮粉尘；沉降在固体壁面上的粉尘叫沉积粉尘。国际标准化组织规定：粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。（一般是200目左右。2.54厘米（1英寸）长度中的筛孔数目，简称为目）（三）粉尘爆炸的条件可燃粉尘爆炸应具备三个条件：①粉尘本身具有爆炸性；②粉尘必须悬浮在空气（氧气）中并与空气混合到爆炸浓度；③有足以引起粉尘爆炸的热能源。也有称为：粉尘爆炸五边形粉尘爆炸发生的必备条件－爆炸五边形可燃粉尘助燃物（氧或空气）点火源空间受限粉尘形成云状（四）粉尘爆炸特性参数敏感度爆炸下限,LEL最小点火能,MIE粉尘云（层）最低着火温度,LIT烈度最大爆炸压力,Pmax最大爆炸压力上升速率，（dp/dt）maxKst粉尘爆炸下限(LEL)爆炸下限值30~75g/m3爆炸上限值100×LEL最大爆炸压力、最大压力上升速率和爆炸指数最大爆炸（超）压力：5~10bar1巴(bar)=0.1MPa最大压力上升速率：50~250bar.m/s爆炸指数Kst＝（dp/dt）×V1/3粉尘爆炸猛烈程度分级方法：Kst级别20MPa.m.sSt120~30MPa.m.sSt230MPa.m.sSt3（五）常见点火源明火热表面自燃（闷烧团块）机械火花（静）电火花其他类（闪电、激光、冲击波、超声波、电磁波等）和气体爆炸相比，粉尘爆炸所要求的最小引燃能较大，达10毫焦耳，为气体爆炸的近百倍。因此，一个足够强度的热能源也是形成粉尘爆炸的必要条件之一。点火源引发事故的统计（六）粉尘爆炸中的基本概念应用1）哪些粉尘具有爆炸性？通常认为以下七类物质的粉尘具有爆炸性：金属（如镁粉、铝粉、锌粉）；煤炭；粮食（如小麦、淀粉）；饲料（如血粉、鱼粉）；农副产品（如棉花、烟草）；林产品（如纸粉、木粉）；合成材料（如塑料、染料）。也有区分为有机粉尘和无机粉尘的。金属粉末爆炸性的等级排列：高爆炸性：锆、镁、铝、锂、钠；中爆炸性：锡、锌、铁、硅、锰、铜；低爆炸性：钼、钴、铅可自燃金属有：铝、钙、铈、铯、铬、钴、铱、铁、铅、铀、锂、镁、镍、钯、铂、钾、銣、钠、钽、钍、钛、铀、锆2）悬浮粉尘的爆炸极限可燃气体、可燃蒸气、可燃粉尘的燃爆危险性特征——爆炸极限爆炸极限的定义：在火源作用下，可燃气体、可燃蒸气或粉尘在空气中，恰足以使火焰蔓延的最低浓度称为该气体、蒸气或粉尘的爆炸下限，也称燃烧下限。同理，恰足以使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限，也称燃烧上限。上限和下限统称为爆炸极限或燃烧极限，上限和下限之间的浓度称为爆炸范围。浓度在爆炸范围以外，可燃物不会爆炸。爆炸极限通常用可燃气体、可燃蒸气在空气中的体积百分数表示：V%；或者质量百分数：mg/m3。可燃粉尘用：g/m3表示。例如：PVC粉有爆炸性，爆炸极限的范围：下限63~86g/m3上限500g~/m3，也就是说：当空气中平均粒径为4-5微米的PVC粉尘达到63-86g/m3时，遇明火会发生粉尘爆炸。一般粉尘的爆炸极限下限通常认为是20~60g／m3，低于这个浓度，难以形成持续燃烧，更谈不上爆炸。在书面资料中多数只列出粉尘的爆炸下限，因为粉尘的爆炸上限较高。爆炸极限的范围越宽，爆炸下限越低，爆炸危险性越大。3）引起粉尘爆炸的热能源粉尘具有较小的自燃点和最小点火能量，只要外界的能量超过最小点火能量（多数在10mJ~100mJ）或温度超过其自燃点（多数在400℃~500℃），就会爆炸。生产过程中常见的多种引火源（1）设备内的摩擦撞击火花。设备内部由于机械运转部位缺乏润滑而摩擦生热；物料、硬性杂质或脱落的零件与设备内壁碰击打出火星。表面粗糙的坚硬物体相互猛烈撞击或摩擦时，产生的火星撞击或摩擦脱落的高温固体微粒。若火星的微粒直径为0.1～1mm，其所带的能量可达1.76～1760mJ,足可点燃可燃粉尘。据统计，仅粉碎研碎设备因摩擦撞击引起的爆炸事故占57％。（2）电火花和静电火花。电气设备故障引起的电火花是常见的一种引火源，事故案例较多。物料在输送和粉碎研磨的搅拌中，粉料与管壁、设备壁，粉料的颗粒与颗粒之间的摩擦和碰击，会产生静电。一些粉尘表面的电量可达10-6~10-7C/cm2。在适当条件下，其静电电压可高达数千至数万伏。（3）沉积粉尘的阴燃和自燃。沉积在加热表面如照明装置、电动机、机械设备热表面的粉尘，受热一段时间后会出现阴燃，最终也可能转变为明火，成为粉尘爆炸的引火源。粉尘最易阴燃的层厚范围为10～20mm。可燃粉尘在沉积状态下还具有自燃的倾向，因为粉尘微粒与空气接触发生氧化放热反应，在一定条件下热量不能充分散发，粉层内温度会升高引起自燃。长期积聚在设备裂缝中和管道拐弯处的粉尘易发生自燃。4）粉尘爆炸的过程第一步：悬浮粉尘在热源作用下迅速地被干馏或气化而产生可燃气体。第二步：可燃气体与空气混合而燃烧。第三步：燃烧产生的热量从燃烧中心向外传递，引起邻近的粉尘进一步燃烧。如此循环下去，反应速度不断加快，最后形成爆炸。影响爆炸的因素（1）化学和物理因素①金属粉末表面的化学成分（特殊的化学处理或保护性氧化物）对爆炸有影响。②某些金属粉末若存在潮气时会出现极大地活性；也可能生成可燃气体（氢气）。钾、銣、和铯与水接触便爆炸和燃烧。镁、铝和锌与潮气反应可能引起自发生热足以引起局部着火。铝粉可与卤代烃等反应发生激烈的化学氧化还原反应。③粉尘的粒径尺寸和表面积决定粉尘云是否容易着火以及是否容易扩大。④粉尘形状也影响爆炸性。鳞片状的铝粉和镁粉比喷雾粉末更容易着火。⑤粉尘云中的粉粒浓度是爆炸中起决定性作用的因素。粉尘云中的紊流会增加爆炸的速度和最终破坏性。⑥粉尘云的容器状况即容器的尺寸和形状影响爆炸输出的能量。粉尘云尺寸决定爆炸可能传播的范围，形状则决定爆炸传播的主要方向。较小体积内的粉尘云，由于压力输出波的多次反射，其爆炸压力上升的速度较快（反射将增加压力波的强度和加速反应），后果也更严重。（2）空气状况粉尘升起时空气状况强烈影响粉尘的爆炸特征。氧含量决定着金属粉末是否会着火和扩大成爆炸或火灾。有些金属（锂、镁、锆）燃烧时还能与空气以外的其他气体例如二氧化碳起反应。锂在氮气中也可发生自燃。可燃气体和水蒸气的存在强烈影响爆炸和燃烧参数——通常使爆炸极限值大幅度降低。（3）火源火源能量的大小和能量的类型决定着粉尘云是否着火和爆炸及其输出能量的强度。较强的火源（即高能量火源）通常使粉尘云爆炸时产生较大的压力，并且压力很快地升高。5）粉尘爆炸的特点①粉尘爆炸往往不是发生在一个均匀的气相混合系，一旦被点燃爆炸，由于爆炸冲击波的作用，使散落、沉积的粉尘形成新的混合系，使爆炸可能持续下去，因此粉尘爆炸有可能不是一次完成，具有二次爆炸的可能。这种连续爆炸会造成严重的破坏。②粉尘燃烧要经过加热熔融、离解、蒸发等复杂过程，粉尘从接触火源到发生爆炸所需的时间即感应期要比气体爆炸长，达数十秒；粉尘引燃后燃烧热以辐射热的形式进行传递，燃烧速度及爆炸压力虽比气体爆炸小，但是持续时间长，产生的能量大，所以破坏力及烧毁程度也大。粉尘爆炸所产生的压力大小与很多因素有关，但在相对密闭的管道空间内，其压力上升速度比敞开空间要快。③粉尘的这种不均匀体系也使粉尘爆炸往往伴随着燃烧现象。同时某些金属粉尘在燃烧时或爆炸前经常有耀眼的白（红）光并释放大量的热。④粉尘爆炸可以产生一定的空间缺氧状态。因此爆炸过程可能伴随一氧化碳中毒和爆炸物分解产物中毒。⑤由于粉尘的沉积性、堆积性的特点，粉尘着火时要避免采用气流喷射式的灭火措施，否则粉尘在扑火气流的作用下飞散悬浮会形成新的爆炸性混合系，发生二次爆炸。与水接触能生成爆炸性气体的粉尘，禁止用水灭火。可以用水灭火时最好采用喷雾水流。⑥爆炸粒子一面燃烧一面飞散，受其作用的可燃物产生局部严重炭化，特别是碰到人体，燃烧的炽热颗粒或碳化物会造成严重的烧伤。⑦粉尘与空气接触面积由于粒径、形状以及密度的差异很大，即使在爆炸下限浓度，也可能产生不完全燃烧。6）影响粉尘爆炸的因素①物理化学性质。物质的燃烧热越大，则其粉尘的爆炸危险性也越大，例如煤、碳、硫的粉尘等；越易氧化的物质，其粉尘越易爆炸，例如镁、氧化亚铁、染料等；越易带电的粉尘越易引起爆炸。粉尘在生产过程中，由于互相碰撞、磨擦等作用，产生的静电不易散失，造成静电积累，当达到某一数值后，便出现静电放电。静电放电火花能引起火灾和爆炸事故。粉尘爆炸还与其所含挥发物有关。如煤粉中当挥发物低于10%时，就不再发生爆炸，因而焦炭粉尘没有爆炸危险性。②颗粒大小。粉尘的表面吸附空气中的氧，颗粒越细，吸附的氧就越多，因而越易发生爆炸，而且，发火点越低，爆炸下限也越低。随着粉尘颗粒的直径的减小，不仅化学活性增加，而且还容易带上静电。③粉尘的浓度。与可燃气体相拟，粉尘爆炸也有一定的浓度范围，也有上下限之分。但在一般资料中多数只列出粉尘的爆炸下限，因为粉尘的爆炸上限较高。7）粉尘爆炸的危害(1)具有极强的破坏性。粉尘爆炸涉及的范围很广，煤炭、化工、医药加工、木材加工、粮食和饲料加工等部门都时有发生。如1952—1979年间，日本发生各类粉尘爆炸事故209起，伤亡共546人。近年来，中国发生的粉尘爆炸尤其是系统爆炸，造成了严重损失，仅1987年哈尔滨亚麻厂的亚麻尘爆炸事故，死亡58人，轻重伤177人，直接经济损失882万元。(2)容易产生二次爆炸。第一次爆炸气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在爆炸后短时间内爆炸中心区会形成负压，周围的新鲜空气便由外向内填补进来，形成所谓的“返回风”，与扬起的粉尘混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。(3)能产生有毒气体。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。毒气的产生往往造成爆炸过后的大量人畜中毒伤亡。二、粉尘爆炸火灾的扑救措施扑救粉尘爆炸事故的有效灭火剂是水，尤以雾状水为佳。它既可以熄灭燃烧，又可湿润未燃粉尘，驱散和消除悬浮粉尘，降低空气浓度，但忌用直流喷射的水和泡沫，也不宜用有冲击力的干粉、二氧化碳、1211灭火剂，防止沉积粉尘因受冲击而悬浮引起二次爆炸。对一些金属粉尘(忌水物质)如铝、镁粉等，遇水反应，会使燃烧更剧烈，因此禁止用水扑救。可以用干沙、石灰等(不可冲击)；堆积的粉尘如面粉、棉麻粉等，明火熄灭后内部可能还阴燃，也应引起足够重视；对于面积大、距离长的车间的粉尘火灾，要注意采取有效的分割措施，防止火势沿沉积粉尘蔓延或引发连锁爆炸。举例：铝粉火灾的有效灭火措施1）正确使用灭火剂①铝粉发生火灾不能用水和泡沫进行扑救，这是因为铝粉生产过程中泄漏的铝粉表面未被氧化，火场上正在燃烧或处于高温烘烤下的铝粉会迅速发生化学反应，放出有爆炸燃烧危险的氢气与空气混合形成爆炸性混合物。因此，铝粉火灾禁止用水和泡沫扑救。②铝粉在常温下能与氯和溴进行燃烧反应，还可与卤代烷发生反应生成少量氯化铝起催化作用，往往导致爆炸燃烧。因此，铝粉火灾也不能用四氯化碳、1211灭火剂进行扑救。③铝粉比重轻，细度小，一旦遇到风吹或气喷极易飞扬在空中形成爆炸性混合物。因此，铝粉火灾也不能用二氧化碳等气体灭火器进行扑救。④根据上述特点，扑救铝粉火灾应当选用化学干粉（如氧化铝等）、干沙等进行扑救。通过几年来的实践表明，采用干沙和硅酸铝毯（毡）等灭火物资是最经济有效的，因为这类物资可以覆盖在燃烧铝粉的表面，使其与空气隔绝，并能有效地防止铝粉飞扬与空气混合，从而达到窒息灭火的目的。2）铝粉火灾灭火对策①如果铝粉发生地面火灾可使用干沙、硅酸铝毯（毡）进行灭火，采用“一围、二盖、三埋”的方法，即在围攻火势时，必须用铜锹或专门的灭火沙桶小心洒干沙或干粉，或用干沙袋将燃烧的铝粉从四周围起来，围到一定程度，再用硅酸铝毯或石棉被覆盖，最后，用干沙轻轻地掩埋（一般沙厚达30—50公分即可）。②如果作业空间发生粉尘爆炸并形成