淺談粉塵爆炸火災(zāi)特點(diǎn)及預(yù)防對策

林鵬程

（漳州市消防支隊(duì)司令部，福建 漳州 363000）

引言

2004年福建省三明市永安麻嶺蚊香廠發(fā)生粉塵爆炸火災(zāi)十五名搶救人員受傷（其中含5名消防員）。今年，中國淀粉行業(yè)著名企業(yè)河北省秦皇島驪驊淀粉股份有限公司淀粉4號車間2010年2月24日16時(shí)發(fā)生爆炸事故，經(jīng)專家現(xiàn)場分析，事故原因是車間粉塵爆炸所致。截至2月25日17時(shí)，官方證實(shí)已造成19人死亡49人受傷。何為粉塵爆炸？其有什么特點(diǎn)？一時(shí)粉塵爆炸成為公眾關(guān)注焦點(diǎn)。

當(dāng)前隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，粉末技術(shù)的廣泛應(yīng)用，粉末產(chǎn)物日益增多，這就使粉塵爆炸的潛在危險(xiǎn)大大增加。爆炸前固體向蒸發(fā)表面提供足夠的熱量是爆炸的必要條件。通常在固體物質(zhì)中，產(chǎn)生的熱量很容易被固體本身吸收，然而對粉末來說發(fā)生氧化的表面積很大而顆粒的體積卻很小。因此，極易使溫度上升氧化速度增快。氧化本身就是一種放熱反應(yīng)，從而會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，以致很快達(dá)到失控狀態(tài)。在空氣中處于爆炸濃度范圍內(nèi)的粉塵云和一個(gè)點(diǎn)燃源一旦同時(shí)存在一場粉塵爆炸事件就不可避免了。特別是現(xiàn)在納米技術(shù)的快速發(fā)展。粉體的深細(xì)加工已經(jīng)成為當(dāng)今生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要發(fā)展方向，生產(chǎn)超細(xì)粉的產(chǎn)品日漸增多，粉塵粒徑越小，爆炸下限越低，最小點(diǎn)火能量越小，粉塵爆炸的感度增加，由此，粉塵爆炸的事故率大為增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上平均每天有一起谷物粉塵爆炸事故發(fā)生。下面我們就來具體了解下粉塵爆炸的一些基本特性。

1 粉塵爆炸的基本特點(diǎn)

1.1 粉塵的定義：凡是呈細(xì)粉狀態(tài)的固體物質(zhì)均稱為粉塵。能燃燒和爆炸的粉塵叫做可燃粉塵；浮在空氣中的粉塵叫懸浮粉塵；沉降在固體壁面上的粉塵叫沉積粉塵?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)以下七類物質(zhì)的粉塵具有爆炸性：金屬（如鎂粉、鋁粉）；煤炭；糧食（如小麥、淀粉）；飼料（如血粉、魚粉）；農(nóng)副產(chǎn)品（如棉花、煙草）；林產(chǎn)品（如紙粉、木粉）；合成材料（如塑料、染料）。

1.2 粉塵爆炸的定義：粉塵爆炸是指懸浮于空氣中的可燃粉塵觸及明火或電火花等火源時(shí)發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。粉塵爆炸是由粉塵粒子表面與氧發(fā)生反應(yīng)所引起的，不像氣體爆炸那樣，是可燃?xì)馕锱c氧化劑均勻混合后的反應(yīng)，而是某種凝固的可燃物與周圍存在著氧化劑這一不均勻狀態(tài)中進(jìn)行的反應(yīng)。

1.3 粉塵爆炸的條件：生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，特別是一些有機(jī)物加工中產(chǎn)生的粉塵，在某些特定條件下會(huì)發(fā)生爆炸燃燒事故。國內(nèi)外的研究成果表明，這些條件一般有三種：（1）可燃性粉塵以適當(dāng)?shù)臐舛仍诳諝庵袘腋。纬扇藗兂Ｕf的粉塵云；（2）有充足的空氣和氧化劑；（3）有火源或者強(qiáng)烈振動(dòng)與摩擦。通常認(rèn)為，易爆粉塵只要滿足條件（1）和條件（2），就意味著具備了可能發(fā)生事故的苗頭。

1.4 粉塵爆炸的過程

第一步：懸浮粉塵在熱源作用下迅速地被干餾或氣化而產(chǎn)生可燃?xì)怏w。第二步：可燃?xì)怏w與空氣混合而燃燒。第三步：燃燒產(chǎn)生的熱量從燃燒中心向外傳遞，引起鄰近的粉塵進(jìn)一步燃燒。如此循環(huán)下去，反應(yīng)速度不斷加快，最后形成爆炸。

1.5 粉塵爆炸的特點(diǎn)：（1）多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點(diǎn)；（2）粉塵爆炸所需的最小點(diǎn)火能量較高，一般在幾十毫焦耳以上；（3）與可燃性氣體爆炸相比，粉塵爆炸壓力上升較緩慢，較高壓力持續(xù)時(shí)間長，釋放的能量大，破壞力強(qiáng)。粉塵的燃燒速度比氣體的要小，由于其燃燒時(shí)間長及產(chǎn)生的能量大，所以造成的破壞及燒毀的程度嚴(yán)重得多。這是因?yàn)榉蹓m中的碳、氫含量高，即可燃物含量多。如果按產(chǎn)生能量的最高值進(jìn)行比較，粉塵爆炸是氣體爆炸的好幾倍，溫度可達(dá)2000-3000℃以上，最大爆炸壓力為345-690kpa；（4）粉塵燃燒要經(jīng)過加熱熔融、離解、蒸發(fā)等復(fù)雜過程，粉塵從接觸火源到發(fā)生爆炸所需的時(shí)間即感應(yīng)期要比氣體爆炸長，達(dá)數(shù)十秒；（5）粉塵爆炸能引起建筑物其它部位的粉塵再次爆炸。而且第二次爆炸壓力比第一次爆炸壓力大，破壞性更嚴(yán)重。

1.6 粉塵爆炸的危害：（1）具有極強(qiáng)的破壞性。粉塵爆炸涉及的范圍很廣，煤炭、化工、醫(yī)藥加工、木材加工、糧食和飼料加工等部門都時(shí)有發(fā)生。如1952-1979年間，日本發(fā)生各類粉塵爆炸事故209起，傷亡共546人。近年來，中國發(fā)生的粉塵爆炸尤其是系統(tǒng)爆炸，造成了嚴(yán)重?fù)p失，僅1987年哈爾濱亞麻廠的亞麻塵爆炸事故，死亡58人，輕重傷177人，直接經(jīng)濟(jì)損失882萬元。（2）容易產(chǎn)生二次爆炸。第一次爆炸氣浪把沉積在設(shè)備或地面上的粉塵吹揚(yáng)起來，在爆炸后短時(shí)間內(nèi)爆炸中心區(qū)會(huì)形成負(fù)壓，周圍的新鮮空氣便由外向內(nèi)填補(bǔ)進(jìn)來，形成所謂的"返回風(fēng)"，與揚(yáng)起的粉塵混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸時(shí)，粉塵濃度一般比一次爆炸時(shí)高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。（3）能產(chǎn)生有毒氣體。一種是一氧化碳；另一種是爆炸物（如塑料）自身分解的毒性氣體。毒氣的產(chǎn)生往往造成爆炸過后的大量人畜中毒傷亡。

1.7 生產(chǎn)過程中常見的多種引火源

（1）設(shè)備內(nèi)的摩擦撞擊火花。設(shè)備內(nèi)部由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部位缺乏潤滑而摩擦生熱；物料、硬性雜質(zhì)或脫落的零件與設(shè)備內(nèi)壁碰擊打出火星。表面粗糙的堅(jiān)硬物體相互猛烈撞擊或摩擦?xí)r，產(chǎn)生的火星撞擊或摩擦脫落的高溫固體微粒。若火星的微粒直徑為0.1～1mm，其所帶的能量可達(dá)1.76～1760mJ，足可點(diǎn)燃可燃粉塵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅粉碎研碎設(shè)備因摩擦撞擊引起的爆炸事故占57%。

（2）電火花和靜電火花。電氣設(shè)備故障引起的電火花是常見的一種引火源，事故案例較多。物料在輸送和粉碎研磨的攪拌中，粉料與管壁、設(shè)備壁，粉料的顆粒與顆粒之間的摩擦和碰擊，會(huì)產(chǎn)生靜電。一些粉塵表面的電量可達(dá)10-6～10-7C/cm2。在適當(dāng)條件下，其靜電電壓可高達(dá)數(shù)千至數(shù)萬伏。

（3）沉積粉塵的陰燃和自燃。沉積在加熱表面如照明裝置、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械設(shè)備熱表面的粉塵，受熱一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)陰燃，最終也可能轉(zhuǎn)變?yōu)槊骰?，成為粉塵爆炸的引火源。粉塵最易陰燃的層厚范圍為10～20mm?？扇挤蹓m在沉積狀態(tài)下還具有自燃的傾向，因?yàn)榉蹓m微粒與空氣接觸發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，在一定條件下熱量不能充分散發(fā)，粉層內(nèi)溫度會(huì)升高引起自燃。長期積聚在設(shè)備裂縫中和管道拐彎處的粉塵易發(fā)生自燃。

掌握了粉塵爆炸的基理，在生產(chǎn)過程中就可據(jù)以采取相應(yīng)的安全措施來預(yù)防粉塵爆炸的發(fā)生，如密閉設(shè)備，通風(fēng)除塵，抽風(fēng)吸塵、潤濕降塵、清掃積塵、控制電源，清除靜電隔絕火源等。在撲救粉塵的火災(zāi)中，應(yīng)注意不要使沉積粉塵飛揚(yáng)起來，最好采用噴霧水流，以防發(fā)生二次爆炸。

2 預(yù)防粉塵爆炸的對策

不言而喻，預(yù)防粉塵爆炸的主要對策首先應(yīng)該是排除形成粉塵-空氣爆炸性混合物的可能性和杜絕火源。裝置、管道和設(shè)備的受熱表面經(jīng)常是燃燒的點(diǎn)火源，因此設(shè)備的表面溫度不允許過高。任何條件下，設(shè)備的表面溫度都應(yīng)稍低于粉塵層的陰燃溫度。另處，可燃粉塵在破碎機(jī)、粉碎設(shè)備、風(fēng)管和其它帶攪拌裝置的設(shè)備中，經(jīng)常因打出的火花而引爆，因而上述設(shè)備的零件必須用不產(chǎn)生火花的材料制造。

2.1 防止粉塵沉積和及時(shí)清理粉塵。對于處理粉料的設(shè)備或場所，要防止泄漏而使粉塵到處飛揚(yáng)，尤其應(yīng)將易于產(chǎn)生粉塵的設(shè)備隔離設(shè)置在單獨(dú)房間內(nèi)，并設(shè)專門的保護(hù)罩和局部排風(fēng)罩或考慮吸塵裝置。

2.2 加強(qiáng)管理，消除粉塵爆炸的點(diǎn)火源。由前述分析可知，粉塵爆炸的點(diǎn)火源有多種，必須根據(jù)操作環(huán)境可能出現(xiàn)的點(diǎn)火源種類進(jìn)行針對性預(yù)防。例如，面粉加工廠的磨面機(jī)中混入金屬或砂石碎塊，就會(huì)打出火花而造成粉塵爆炸，為此，在凈麥等前處理工序就應(yīng)加強(qiáng)操作管理，避免能造成點(diǎn)火源的金屬等硬物混入磨面工序，尤其要注意磁鐵失效問題。

2.3 避免設(shè)備中粉塵爆炸。對于設(shè)備內(nèi)極易形成粉塵-氣體爆炸混合物的操作，在設(shè)備中充入惰性介質(zhì)、降低系統(tǒng)中的氧含量是目前防止設(shè)備爆炸的唯一可靠方法。在這種情況下，粉塵-空氣混合物中的氧含量會(huì)減少至火焰不能傳播的數(shù)值。惰性介質(zhì)可以采用氮?dú)?、二氧化碳、煙道氣和用惰性氣體稀釋到必要最低含氧量的空氣或其它工業(yè)廢氣以及惰性粉塵等。

3 發(fā)生粉塵爆炸火災(zāi)的撲救措施

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；對于面積大、距離長的車間的粉塵火災(zāi)，要注意采取有效的分割措施，防止火勢沿沉積粉塵蔓延或引發(fā)連鎖爆炸。

我國自建國以來曾發(fā)生過天津的鋁粉爆炸、廣州的面粉爆炸、濟(jì)南的鎂粉爆炸等，因此我們要認(rèn)清粉塵爆炸的危害性，在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB15577-1995《粉塵防爆安全規(guī)程》來規(guī)范設(shè)計(jì)廠房，認(rèn)真采取防范措施，相信粉塵的爆炸、燃燒事故是完全可以避免的。

[1]伍作鵬編著.消防燃燒學(xué)[M].中國建筑工業(yè)業(yè)出版社.

[2]邢林.干式除塵系統(tǒng)的防火、防爆[M].

[3]粉塵爆炸原理及特點(diǎn)[OL].安全文化網(wǎng).

[4]國家標(biāo)準(zhǔn)GB15577-1995《粉塵防爆安全規(guī)程》[S].