粮食粉尘爆炸

本科毕业论文第I页共I页目次1引言.........................................................................11.1背景及意义.................................................................11.2国内外研究情况.............................................................11.3本文的工作.................................................................32粉尘爆炸特征................................................................42.1粉尘爆炸概述...............................................................42.2粉尘爆炸机理...............................................................42.3粉尘爆炸条件...............................................................52.4粉尘爆炸的影响因素........................................................52.5粉尘爆炸的特点.............................................................62.6粉尘爆炸的预防及补救对策.................................................73粉尘层最低着火温度实验.....................................................93.1实验设备....................................................................93.2操作规程...................................................................113.3着火判定方法..............................................................123.4实验结果...................................................................123.5本章小结...................................................................14420L爆炸球实验.............................................................154.1实验装置及工作原理.......................................................154.2试验参数...................................................................164.3实验步骤...................................................................184.4实验结果...................................................................194.5本章小结...................................................................23结论.........................................................................24致谢.........................................................................25参考文献....................................................................26附录A......................................................................28附录B......................................................................28本科毕业论文第1页共28页1引言1.1背景及意义粉尘爆炸是可燃性粉尘分散在含氧气氛中达到一定浓度时，在适当的点火能量作用下瞬时完成整个燃烧过程的现象。爆炸发生时，在空气中扩散的粉尘颗粒的快速化学氧化通常导致能量的快速释放，从而使系统温度迅速上升，压力随之增加，特别是在密闭或半密闭空间内，粉尘爆炸的危害是十分巨大的。根据爆炸特性可把粉尘分为两大类，即活性粉尘和非活性粉尘。其根本区别是：非活性粉尘是典型的燃料，本身不含氧，只有当分散在含氧气体中时才可能发生爆炸；反之，活性粉尘自身含氧，含氧气体的存在与否并非发生粉尘爆炸的必要条件，不存在浓度上限［1］。粮食粉尘爆炸是指可燃粮食粉尘快速燃烧的火焰在未燃粉尘云中传播，快速释放能量，引起压力急剧升高的过程[2]。其实质是可燃粉尘与空气或氧的快速氧化反应，属于化学爆炸。粮食粉尘由于其中的有机成分占的比例较大(如我国北方小麦中的有机成分约为30%～40%)，而成为公认的可燃物，并且粮食粉尘中小粒度尘粒所占的比例较大(资料表明漂逸在空气中的粉尘中有35%～60%的粉尘粒度在5μm以下，大多数粮食飘逸在空气中的粉尘平均粒径为10μm～15μm)，这些小粒度的粮食粉尘在储运加工过程中飘逸在空气中与助燃物氧气充分混合，在有火源存在的情况下极易满足发生粉尘爆炸的条件。自从1785年意大利都灵的一家面粉厂发生的第一次有记录的粮食粉尘爆炸之后，随着世界工业的发展，粮食粉尘爆炸已成为工业高速发展的伴生物，危及着人类生命和生产的安全。1.2国内外研究情况由于粉尘爆炸(如煤粉、粮食粉尘等)比气相爆炸现象要复杂得多，因此，人们对它的认识经历了一个相当长的历史过程。早在1785年,世界上第一次有记载的粉尘爆炸发生在意大利Turin的面粉仓库[3]。在1844年，Faradell与Lyell发现在煤矿爆炸事故中，煤粉的爆炸大大增加了甲烷空气的爆炸威力。但各国大量粉尘爆炸的实验研究的兴起，还是在20世纪初期1996年法国Courriers矿爆炸1096人死亡之后[4]。最早进行系统研究的还首推美国，由Nagy和Verakis[5]所著的《粉尘爆炸的发展与控制》一书，详细叙述了美国矿山局近百年来对粉尘爆炸的研究。继美国之后，英国、法国、德国、日本、挪威以及许多其他欧洲国家也相继开展了这方面的研究。研究领域涉及染料、本科毕业论文第2页共28页药物、粮食、饮料、金属、塑料、织物、木材等粉尘.但对含能材料粉尘的研究却很少，且大多停留在实验数据的测取上。而随着工艺及使用条件的不断发展，在许多含能材料加工和使用的场合(如混药、细化、烘干、通风等)[6]，存在着很大的粉尘爆炸危险性。由此可见，具有针对性的粉尘爆炸特性研究是十分必要的。国内外对粮食仓储业的粉尘爆炸控制方面都进行了广泛的研究：1、国际对粮食粉尘防爆研究及预防粮食粉尘爆炸的研究最初始于二十世纪七十年代，1978年美国粮食与饲料协会成立了防火防爆研究会，拟定了21项主要研究课题，前苏联、西德、法国等国也开展了这方面的研究工作。由于粮食中转筒仓建筑结构的特殊性，使其在粉尘爆炸事故中引起的损失巨大，因此各国在进行粮食粉尘爆炸的研究工作中，对粮食中转筒仓防尘防爆的研究作了大量细致的工作。美国近年在中转筒仓防尘防爆方面，主要进行了以下的研究:(1)粮食立筒库现代化的设计原理。(2)控制斗式提升机中发生爆炸的途径。(3)筒仓的上、下廊设置泄压孔的可能性及泄压孔的面积。(4)熏蒸剂或粮食腐败产生的气体对粉尘爆炸的影响。(5)胶带输送机的静电荷密度、测量输送机胶带电阻率的方法、粮食和粮食粉尘的静电特性、在研磨装置中粉尘云的静电引燃、粮食筒仓中的静电电荷。(6)粮食粉尘的利用。(7)控制粮食粉尘的添加剂。(8)粮食粉尘的理化、生理及爆炸特性，尤其是粉尘爆炸特性的研究(粉尘的引燃条件，爆炸时的最小粉尘浓度。爆炸压力及增大速度，突然爆燃、火焰速度等)。2、中国对粮食粉尘防爆研究及预防近二十年来，中国对防止粮食粉尘爆炸给予了高度重视，从八十年代初即开始了筒仓防尘防爆的研究课题，主要内容包括:(1)粮食筒仓粉尘爆炸的最低起爆浓度自动监测仪器的研制。(2)筒仓积尘清扫系统的研究。(3)散粮筒仓消除静电系统、装置的研究。(4)筒仓工艺设备泄爆口构造设计的研究。(5)筒仓内粮食测温、报警装置的研制。本科毕业论文第3页共28页(6)筒仓自动消防装置的研究在寻求与生产实际中粉尘爆炸相统一方面，邓煦帆等完成了94.4m3金属模拟筒仓大规模玉米粉尘爆炸的泄爆实验，在粉尘的安全特性、爆炸特性的进一步理论研究，粮食粉尘爆炸预防和防护措施的理论及新装置的研究和应用中，国内外学者也作了大量的工作。近年来，随着粮食流通体制的改革，“四散”技术的不断发展，中国已建成的大型粮库、筒库和粮食港口码头已达到58,000多座，自动化，机械化程度之高，已经在粮食装卸、储存及中转中发挥了巨大作用，但毫不例外的，在这些企业中存在着大量的危险场所和危险部位，发生粉尘爆炸的潜在危险无时不在，因此进一步深入研究粮食粉尘爆炸及防治技术，对于防止粮食粉尘发生爆炸，回收粉尘再利用，减少粮食产后损失，实现生产的合理性、安全性、经济性，均具有现实的和长远的意义。1.3本文的工作经过大量文献的查阅，了解到粮食粉尘是具有爆炸性的非活性粉尘，而且在粮食的储运和加工过程中，粮食粉尘对人体、机械设备、环境都具有潜在的危害。本文主要是在前人研究的基础上对粮食粉尘的粉尘层着火温度以及它的爆炸特性进行实验研究。以这些实验数据的为基础对工房的建设，以及仓储加工产业的安全防护做简单的介绍；并对一种铝粉做以简单的爆炸特性测试。采用的实验设备：（1）由我国煤炭研究总院重庆研究院设计研发的粉尘层着火温度测试仪。（2）由东北大学工业防爆技术研究所设计研发的20L爆炸球实验设备。实验测试内容：（1）测试几种粮食粉尘的粉尘层着火温度涉及粉尘：木薯淀粉、小麦淀粉、黄豆粉、荞麦粉、铝粉（2）测试各种粉尘的爆炸压力与浓度的关系涉及粉尘：维生素粉、木薯淀粉、荞麦粉、玉米淀粉、面粉、铝粉本科毕业论文第4页共28页2粉尘爆炸特征2.1粉尘爆炸概述粉尘爆炸是可燃性粉尘在空气中浮游，当一种火源给予一定的能量后发生的爆炸。在煤矿坑道中的煤尘爆炸就是较典型的粉尘爆炸。在开放的空间中，发生粉尘爆炸的可能性较小，但在建筑物和配管贮槽及机器设备装卸散粮、小麦粉、淀粉、饲料粉等农产品，硫磺、石墨、硅化石灰等无机物品以及塑料粉、氧化反应放热的金属粉时，都可能发生粉尘爆炸[8]。对于粉尘爆炸可以认为是可燃物尘粒与空气中的氧气充分混合，在特定条件下，瞬时完成的剧烈氧化反应，反应中放出大量热产生了气体形成急剧增高的压力波[9]。2.2粉尘爆炸机理粉尘爆炸是一个非常复杂的过程，受很多因素的影响，所以爆炸机理至今尚不是十分清楚，一般认为粉尘爆炸经过以下（图2.1）发展过程[10]：图2.1粉尘爆炸机理1)粉尘粒子表面通过热传导和热辐射，从点火源获得点火能量，使表面温度急剧升高2)粉尘粒子表面的分子，在较高的分解温度或蒸发温度的作用下，发生