粉塵為何會發(fā)生致命爆炸

青云

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，造成重大人員傷亡。這一事故提醒人們，粉塵爆炸是許多行業(yè)的安全隱患，值得高度警惕。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，這些車間很容易發(fā)生粉塵爆炸事故，造成特別重大的損失。

粉塵為何會發(fā)生爆炸

在普通人的印象中，爆炸往往是由炸藥引起，燃氣或油罐爆炸也能理解。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氣爆炸的原理十分類似，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>

面粉、煤粉、塑料粉能燃燒通?？梢岳斫?，那么有金屬粉塵的車間為何也會發(fā)生爆炸呢？我們把鋁、鐵等金屬片放在火源上燒，這些金屬片并不會燃燒起來。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，粉末越細越容易點燃。這是因為同樣質(zhì)量的細粉金屬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，否則所有生產(chǎn)易燃物的工廠都要關(guān)門了。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每立方米20～6 000克之間，但在實際的生產(chǎn)、加工場所中，由于粉塵具有沉降性，可燃粉塵很難達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)糖粉的濃度達到每立方米10.3克，就可能會發(fā)生爆炸事故。

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

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2 000次粉塵爆炸事故。在英國，近10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8 000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)。

為何粉塵爆炸事故防不勝防，且有危害越來越大的趨勢？這與現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展有關(guān)。隨著工業(yè)技術(shù)的進步，粉末狀產(chǎn)品越來越細，粉塵種類不斷擴大，使用量不斷增加，使粉塵爆炸潛在的危險大為增加。此外，現(xiàn)代工業(yè)加工往往具有高溫、高壓、高速的特點，這在增加產(chǎn)能的同時為粉塵爆炸事故埋下了隱患。在現(xiàn)代化生產(chǎn)車間里，流水線生產(chǎn)越來越普及，車間的廠房越來越大，流水線的工人越來越多。流水線的生產(chǎn)方式使爆炸的傳播路線加長，一旦發(fā)生粉塵爆炸，人員傷亡會特別嚴(yán)重。

如何預(yù)防粉塵爆炸

相關(guān)研究表明，預(yù)防粉塵爆炸的重要方法是除塵和消除火源。首先要采用先進生產(chǎn)工藝、技術(shù)和原材料，從源頭上防止粉塵產(chǎn)生；要設(shè)置局部排風(fēng)除塵設(shè)施，并對塵源進行監(jiān)控；產(chǎn)生粉塵的生產(chǎn)過程和設(shè)備應(yīng)盡可能機械化和自動化，避免人工直接操作；生產(chǎn)現(xiàn)場要杜絕潛在的火源，排除易積存粉塵的部位；設(shè)置報警系統(tǒng)；生產(chǎn)人員應(yīng)定期參加安全培訓(xùn)，掌握粉塵防爆措施，并持證上崗；企業(yè)應(yīng)制定有針對性的事故應(yīng)急預(yù)案等。

在生產(chǎn)車間增加濕度，也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。對易燃易爆物料要求很細時應(yīng)考慮采用濕法作業(yè)，對不易除塵的粉碎作業(yè)也采用濕法作業(yè)。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。

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，大部分人甚至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，防護就更談不上了。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。