致命粉塵

文/阿碧

致命粉塵

Deadly Dust

文/阿碧

2014年8月2日，江蘇昆山中榮金屬制品有限公司發(fā)生粉塵爆炸事故，造成了重大人員傷亡。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，粉塵是難以避免的產(chǎn)物，如果不采取相應(yīng)的技術(shù)和預(yù)防措施，很容易發(fā)生粉塵爆炸事故，造成特別重大的損失。那么，粉塵爆炸究竟有哪些特點？該采取哪些措施來預(yù)防粉塵爆炸呢？

粉塵為何會發(fā)生爆炸

粉塵的嚴(yán)格定義是指懸浮在空氣中的固體微粒。習(xí)慣上對粉塵有許多名稱，如灰塵、塵埃、煙塵、礦塵、砂塵、粉末等，這些名詞沒有明顯的界線。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定，粒徑小于75微米的固體懸浮物定義為粉塵。在普通人日常的印象中，爆炸往往是由炸藥引起，燃?xì)饣蛴凸薇ㄒ材芾斫?。那么，無處不在的粉塵為何也能爆炸呢？其實，粉塵爆炸和炸藥或燃?xì)獗ǖ脑硎诸愃?，都是在一個密閉空間發(fā)生快速的燃燒，短時聚集的大量熱量令空氣急劇膨脹而發(fā)生爆炸。所謂粉塵爆炸，是指粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源(明火、電火花或高溫)后燃燒，火焰瞬間傳播于整個混合粉塵空間，化學(xué)反應(yīng)速度加快，同時釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力，結(jié)果造成極具破壞力的爆炸。粉塵爆炸發(fā)生的條件一般有三個：可燃性粉塵以適當(dāng)?shù)臐舛仍诳諝庵袘腋?，有充足的空氣和氧化劑，有火源、高溫、強烈振動或摩擦?/p>

根據(jù)粉塵爆炸的定義我們可以發(fā)現(xiàn)，并非所有粉塵都會發(fā)生爆炸，而是那些能燃燒的粉塵才會發(fā)生爆炸，生產(chǎn)水泥粉、沙石粉的車間就不大可能發(fā)生粉塵爆炸，因為水泥和砂石是不能燃燒的?，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）。面粉、煤粉、塑料粉能燃燒乃至通?？梢岳斫?，那么有金屬粉塵的車間為何也會發(fā)生爆炸呢？因為我們把鋁、鐵等金屬片放在火源上燒，這些金屬片也不會燃燒起來。其實，金屬也是可以燃燒的。中學(xué)的化學(xué)課中就介紹過，把鐵絲放在純氧中是可以點燃的。金屬還可能在另外一種條件下被點燃，那就是在粉塵狀態(tài)下，粉末越細(xì)越容易點燃，那是因為同樣質(zhì)量的細(xì)粉狀金屬也比塊狀或條狀的金屬表面積大得多，與空氣中氧氣的接觸面積也就大得多，發(fā)生燃燒的可能性就越大。同樣的原理，擴散在空氣中的粉末比成堆的粉末更容易點燃，因為粉末擴散過后，相互之間沒有接觸面，所有的粉末可以和氧氣充分接觸。

粉塵需要積累到一定的濃度才會爆炸。不是說空氣中有粉塵就會爆炸。工廠要做到完全無塵成本會很大，而且從技術(shù)上也難以達(dá)到，避免安全事故需要控制的是車間中粉塵的濃度。研究表明，一般常見粉塵的爆炸濃度極限在20～6000克每立方米之間，但在實際生產(chǎn)、加工場所，由于粉塵具有沉降性，可燃粉塵很難達(dá)到爆炸濃度極限上限，因此研究可燃粉塵爆炸濃度極限的上限沒有實際意義，而應(yīng)關(guān)注可燃粉塵的爆炸濃度極限下限。有的可燃粉塵爆炸濃度下限較低，比如，在相對密閉的車間內(nèi)糖粉的濃度達(dá)到每立方米10.3克，就可能會發(fā)生爆炸事故。不但需要把車間中的粉塵濃度控制在低于爆燃的濃度，而且需要低于職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)的濃度，因為過量粉塵會危害工人的健康，尤其是呼吸系統(tǒng)的健康，曾經(jīng)發(fā)生過的“開胸驗肺”事件就是粉塵危害健康的典型案例。

粉塵爆炸很可能還會產(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起來，在爆炸后的短時間內(nèi)爆炸中心區(qū)會形成負(fù)壓，周圍的新鮮空氣便由外向內(nèi)填補進來，形成所謂的“返回風(fēng)”，與揚起的粉塵混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸時，粉塵濃度一般比一次爆炸時高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。因此，生產(chǎn)車間不僅要有空氣除塵設(shè)備，更要從源頭除塵，及時清理或分離生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的沉積性粉塵。

粉塵爆炸事故發(fā)生率高

最早發(fā)現(xiàn)粉塵會爆炸的科學(xué)家是法國著名物理學(xué)家法拉第。1846年，英國哈爾威煤礦發(fā)生了一次大爆炸，死傷數(shù)百人。英國內(nèi)務(wù)部邀請法拉第作為這次事故的鑒定專家，法拉第在案發(fā)現(xiàn)場調(diào)查并進行模擬實驗后發(fā)現(xiàn)了爆炸的真實原因，法拉第在調(diào)查報告上這樣寫道：“瓦斯爆炸是第一次災(zāi)難，爆炸產(chǎn)生的氣浪掀起了坑道里的全部煤塵，結(jié)果產(chǎn)生了更加猛烈的爆炸?！?/p>

美國歷史上一次著名的粉塵爆炸發(fā)生在1977年12月22日中午，一聲驚天動地的爆炸聲在美國威斯威科市響起，方圓十幾公里的居民明顯地感覺到爆炸時巨大的沖擊波引起的震動，建筑物上的玻璃窗紛紛震落下來，“嘩啦啦”響成了一片。驚魂甫定的人們將眼光掃向了爆炸聲傳來的方向，發(fā)現(xiàn)那里升騰起了10多層樓房高的火柱和大朵蘑菇狀煙云。調(diào)查結(jié)果表明，發(fā)生爆炸的是一座貯存面粉的糧庫。長時間運送面粉的皮帶運輸機在運轉(zhuǎn)中因為摩擦生熱，引起面粉粉塵著火，緊接著就形成了爆炸。

1942年，我國本溪煤礦曾發(fā)生世界上最大的煤塵爆炸，死亡1549人，重傷246人。

據(jù)統(tǒng)計，世界上平均每天有一起谷物粉塵爆炸事故發(fā)生。1980－2005年間，美國有記錄的粉塵爆炸事故共造成100多人喪生，700多人受傷。在歐洲，平均每年發(fā)生2000次粉塵爆炸事故。在英國，近十年發(fā)生粉塵爆炸243起。2010年以來，我國冶金、有色、建材、機械、輕工、紡織甚至煙草行業(yè)都發(fā)生過粉塵爆炸事故。英國安全事故專家朱利安·豪特調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，與人們傳統(tǒng)的看法大不相同的是，粉塵爆炸并非總是發(fā)生在化工廠里，其實大部分粉塵爆炸發(fā)生在那些看似不會爆炸的傳統(tǒng)工業(yè)的車間里，甚至有24%的事故發(fā)生在食品工業(yè)，產(chǎn)品通常是面粉、咖啡、糖。目前發(fā)現(xiàn)存在粉塵爆炸危險的主要有金屬加工、煤炭、合成材料、輕紡化纖、糧食與農(nóng)副產(chǎn)品加工以及飼料等行業(yè)。德國聯(lián)邦材料研究及審核機構(gòu)曾在各行業(yè)108種工業(yè)粉塵的8000多組數(shù)據(jù)實驗和評估基礎(chǔ)上，于2012年編纂出了粉塵參數(shù)在線數(shù)據(jù)庫，通過它可查到各種粉塵在眾多特定情況下起燃所需的最低能量值、起燃溫度、起爆最低臨界值和爆炸產(chǎn)生的壓力等參數(shù)。

如何預(yù)防粉塵爆炸

由于粉塵爆炸的發(fā)生給人們生命財產(chǎn)造成巨大的損害，因此，工業(yè)粉塵爆炸防止技術(shù)的研究已成為工業(yè)生產(chǎn)安全上的重大科研課題。目前不少國家都有粉塵研究所，科學(xué)家不斷地進行粉塵防爆測試，以便分析粉塵爆炸的起因，并提出相關(guān)的解決方案。他們所研究的范圍包括灰塵及粉末爆炸性和點火測試、可燃粉塵篩選試驗、顆粒分析與測試、熱表面空氣中塵霧的最低自燃溫度、粉塵爆炸性爆炸下限、最大爆炸壓力、工藝安全與熱穩(wěn)定性測試等，參與的研究人員來自材料學(xué)、熱力學(xué)、工程學(xué)、電力學(xué)等多個領(lǐng)域。這些問題的研究可為確保工業(yè)生產(chǎn)安全提供指導(dǎo)依據(jù)，是認(rèn)識評價粉塵爆炸危險性的基礎(chǔ)，也是尋求有效隔爆措施的依據(jù)。

最早對粉塵進行系統(tǒng)研究的是美國科學(xué)家，1983年美國安全事故專家納吉和維拉吉斯在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，出版了《粉塵爆炸的發(fā)展與控制》一書，詳細(xì)敘述了美國礦山局近百年來對粉塵爆炸的研究，并對粉塵爆炸的研究方法、裝置、粉塵點火、壓力發(fā)展及防止爆炸都作了詳盡的介紹。繼美國之后，英國、法國、德國、日本、挪威以及許多其他歐洲國家也相繼開展了這方面的研究。

為了幫助安全評估機構(gòu)和企業(yè)高效排查隱患，德國聯(lián)邦材料研究及審核機構(gòu)于2012年底首次建立了與安全生產(chǎn)相關(guān)的粉塵參數(shù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，供全國機構(gòu)和企業(yè)免費使用。德國聯(lián)邦材料研究及審核機構(gòu)在對制糖、金屬、煤炭、塑料等行業(yè)總共108種工業(yè)粉塵的8000多組數(shù)據(jù)進行實驗和評估基礎(chǔ)上，于2012年編纂了粉塵參數(shù)在線數(shù)據(jù)庫。通過它可查到各種粉塵在眾多特定情況下起燃所需的最低能量值、起燃溫度、起爆最低臨界值和爆炸產(chǎn)生壓力等參數(shù)。利用這個數(shù)據(jù)庫，安全評估機構(gòu)和事故調(diào)查機構(gòu)可以迅速分析粉塵燃燒和爆炸的關(guān)鍵過程。

英國安全事故專家朱利安·豪特通過調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，不少產(chǎn)生粉塵爆炸的工廠從管理層到員工不僅沒有采取相應(yīng)的防塵措施，甚至大部分人并沒有粉塵防爆的意識。接受調(diào)查的管理人員或工人都知道粉塵會危害健康，但是沒有想到粉塵會爆炸。既然人們連這種意識都沒有，防護就談不上了。因此，豪特建議政府管理部門應(yīng)該對工廠管理層定期進行安全教育和培訓(xùn)，工廠再對工人進行培訓(xùn)。按照相關(guān)規(guī)定，粉塵多發(fā)車間每個崗位都有獨立的吸塵裝置，以便及時清理粉塵。安全事故專家還建議，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該在廠房內(nèi)安裝粉塵濃度監(jiān)測預(yù)警裝置。

發(fā)生粉塵爆炸還有一個條件是需要明火來點燃，極個別案例是工人違規(guī)使用明火抽煙引發(fā)的，大部分案例是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的火花引發(fā)的。因此，生產(chǎn)易燃物的工廠防火十分重要，電器設(shè)備需要定期檢查，并采用除靜電的技術(shù)，連工廠的燈都是要不發(fā)熱且防靜電的。進入這些車間的工人和參觀者從頭到腳都要穿防護服，除了可以保護健康外，還可以防靜電。還有一些粉塵爆炸的案例是高熱引起的，因為沉積在加熱表面如照明裝置、電動機、機械設(shè)備熱表面的粉塵，受熱一段時間后會出現(xiàn)陰燃，最終也可能轉(zhuǎn)變?yōu)槊骰?，成為粉塵爆炸的引火源。

在生產(chǎn)車間增加濕度，可以降低粉塵的可爆性。濕度一方面使粉塵結(jié)團，難以懸浮于空間；另一方面潮濕粉塵受熱首先要蒸發(fā)水分，故引燃和傳播火焰困難。粉塵濕度增大，其著火溫度升高、最小點火能量或最低可爆濃度增加。車間內(nèi)可裝設(shè)自動水噴淋設(shè)備，保證空氣的相對濕度在70%以上。雖然濕法除塵對工人的關(guān)節(jié)健康有一定的危害，但與粉塵的健康危害及爆炸相比，兩害相權(quán)取其輕，還是濕法除塵更有利于保護生產(chǎn)車間的工人。

欄目主持人：劉雨濛 lymjcfy@163.com

粉塵爆炸事故救援注意事項

由于粉塵爆炸并非常見的生產(chǎn)事故，這種事故具有一定的特殊性，一旦發(fā)生之后應(yīng)該按照正確的方法進行處置，否則容易引發(fā)二次傷害。

（1）正確選用滅火劑：可燃粉塵的種類繁多，發(fā)生火災(zāi)時應(yīng)針對不同性質(zhì)的粉塵選擇不同的滅火劑?；顫娊饘俜蹓m如鎂粉、鋁粉等在高溫下易與水、二氧化碳、氮氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生更多的易燃易爆物質(zhì)，因此也不宜用這些滅火劑滅火，而宜選用干砂進行覆蓋滅火。當(dāng)然，絕大部分粉塵像面粉、硫黃粉、亞麻粉等發(fā)生火災(zāi)，可以選擇用水作為滅火劑進行滅火。

（2）避免二次爆炸：進行粉塵火災(zāi)撲救時，要盡量避免使沉聚粉塵形成懸浮粉塵而引發(fā)二次爆炸。常見的處理措施是在粉塵火災(zāi)事故現(xiàn)場避免用強壓力驅(qū)動器的滅火器或滅火措施，如用水進行滅火時，不宜采用直流水槍，而多采用噴霧水槍或開花水槍滅火。

（3）做好救援人員的安全保障：在救援時首先要探查現(xiàn)場的情況，防范二次爆炸對救援人員的傷害。其次，粉塵爆炸過程中，易產(chǎn)生有毒氣體，這些有毒氣體容易導(dǎo)致救援人員中毒。救援人員需占據(jù)有利的地勢、采取相應(yīng)的個人防護措施，避免中毒事故的發(fā)生。