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1、粉塵爆炸的預防 1906年，法國考瑞爾斯（Couriers）煤礦爆炸，導致1099人死亡，震驚各國。這時學者們才開始真正重視粉塵爆炸的研究，但是研究領域當時只局限于各大煤礦。第二次世界大戰(zhàn)期間，粉塵爆炸的研究范圍才逐漸拓寬到金屬、化工原料工廠。近年來粉塵事故也相繼發(fā)生，2014年8月2日，蘇州昆山中榮機械廠發(fā)生鋁粉塵爆炸事故；2016年4月29日，深圳市精藝星五金廠發(fā)生鋁粉塵爆炸：2019年3月31日，蘇州昆山漢鼎精密金屬有限公司機加工車間外一存放鎂合金碎屑廢物的集裝箱發(fā)生爆燃事故，造成7人死亡，5人受傷。這些事故的發(fā)生，造成嚴重的人員傷亡，給社會帶來了巨大的經(jīng)濟損失，同時，也敲響了

2、粉塵爆炸防控的警鐘，引起了社會的高度關注。 1.粉塵爆炸的條件 通常來說，粉塵爆炸需具備五個要素： （1）存在可燃粉塵； （2）粉塵以一定的濃度懸浮在空氣中； （3）存在足以引起粉塵爆炸的火源； （4）助燃劑； （5）有限空間。 具備上述條件的粉塵之所以能爆炸，是由于懸浮于空氣中的可燃粉塵形成了一個高度分散體系，其表面能（體現(xiàn)為吸附性和活性）極大增加：同時粉塵粒子與空氣中氧之間的界面加大，氧氣供給更加充足，一經(jīng)能量充足的火源引燃，反應速率急剛增加而呈爆炸狀態(tài)。 2.粉塵爆炸的過程和特點 絕大部分粉塵

3、爆炸要經(jīng)歷以下階段：首先，懸浮在空氣中的可燃粉塵表面接受點火源的能量，表面溫度迅速升高；其次，粉塵粒子表面的分子發(fā)生熱分解或干餾作用，產生的可燃氣體從粉塵粒子表面釋放到氣相中；然后，釋放出的可燃氣體與空氣（或氧氣等助燃氣體）混合形成爆炸性混合氣體，隨后被點火源點燃產生了火焰；最后，這種火焰?zhèn)鞑サ臒崃坑诌M一步促使周圍的粉塵發(fā)生分解，持續(xù)不斷在氣相中釋放可燃氣體，又與空氣混合，使火焰不斷傳播，從而導致劇烈的粉塵爆炸。 與一般氣體爆炸相比，粉塵爆炸具有以下特點： （1）多次爆炸是粉塵爆炸的最大特點。第一次的爆炸氣浪會把沉積在設備或地面上的粉塵吹揚起來，在爆炸后短時間內爆炸中心區(qū)會形成

4、負壓，周圍的新鮮空氣便由外向內填補進來，與揚起的粉塵混合，從而引發(fā)二次爆炸。二次爆炸時，粉塵濃度會更高。 （2）粉塵爆炸所需的最小點火能一般在幾十毫焦耳以上。 （3）粉塵爆炸壓力上升較慢，較高壓力持續(xù)時間長，釋放的能量大，破壞力強。 3.粉塵爆炸的預防和控制 防止粉塵爆炸事故的發(fā)生，避免粉塵爆炸事故的人員傷亡，降低粉塵爆炸事故的損失，這些問題都已經(jīng)成為相關行業(yè)從業(yè)者及監(jiān)管部門共同關注的問題。根據(jù)粉塵爆炸的五個要素和相關影響因素，只要在生產中破壞其中一個或多個的形成，就可以做到對粉塵爆炸的預防。 （1）優(yōu)化布局設計? 對廠房進行布

5、局設計時，首先應該合理選擇廠房的位置，粉塵車間在工廠總平面圖上的位置要合理。對于集中采暖地區(qū)，應位于其他建筑物的非采暖季節(jié)主導風向的下風側在非集中采暖地區(qū)，應位于全年主導風向的下風側。安裝有粉塵爆炸危險工藝設備或存在可燃粉塵的建（構）筑物，應與其他建（構）筑物分離，其防火間距應符合相關規(guī)定。建筑物宜為單層建筑，屋頂宜用輕型結構。 （2）控制粉塵集聚、懸浮和飛揚? 及時消除懸浮在空氣中的可燃粉塵，降低可燃粉塵在助燃物中的濃度，確保其不在爆炸極限范圍內，從根本上預防可燃粉塵爆炸事故的發(fā)生。 a.減少粉塵暴露。通過密閉操作生產設備和為產塵點裝設吸塵設備，都是有效減少粉塵暴露的技術手段。 b.抑

6、塵措施。抑塵措施是指抑制粉塵呈浮游狀態(tài)或減少粉塵產生量的措施。 c.消除正壓。粉塵從生產設備中外逸的原因之一是物料下落時誘導了大量空氣，在密閉罩內形成正壓，為了減弱和消除這種影響，應該降低落料高度差，適當減小溜槽傾斜角，隔絕氣流，減少誘導空氣量，降低下部正壓等。 d. 加強除塵。加強除塵是指通過通風除塵系統(tǒng)降低粉塵濃度的措施，可采用局部排風的除塵系統(tǒng)，也可輔以全面排風或自然排風。通風除塵宜按工藝分片設置相對獨立的除塵系統(tǒng)，所有產塵點均應裝設吸塵罩，風管中不應有粉塵沉降，且除塵器的安裝、使用及維護應符合相關規(guī)定。除此之外，還有靜電消塵與濕法消塵等措施。靜電消塵裝置是建立在電除塵和塵源控制方法

7、的基礎上，它主要包括高壓供電設備和電收塵裝置（包括密閉罩和排風管）兩部分。濕法消塵是指在工藝允許的條件下，可以采用濕法消塵的措施來達到防塵的目的，在鋁鎂粉塵濕法消塵工藝中，采用螺旋式噴霧噴頭解決了傳統(tǒng)噴頭易堵塞的問題，提高了粉塵捕集效率。另外，針對目前礦用除塵器存在的低效率、檢修工作量大的問題，學者設計了一種PLC（可編程控制器）自動控制的扁布袋除塵系統(tǒng)，提高了除塵效率以及系統(tǒng)可靠性。 e.降塵措施。降塵主要是采用噴霧等方法把已經(jīng)產生并轉為浮游狀態(tài)的粉塵捕集起來的措施。 f.控制作業(yè)場所空氣相對濕度。在生產車間內合理有效地布置加濕噴霧裝置，可以增加空氣相對濕度，從而降低粉塵的分散度，提高粉

8、塵沉降速度，避免粉塵達到爆炸濃度極限。當空氣的相對濕度達到65%以上時，可有效促使粉塵沉降，防止形成粉塵云。 g.地面、地溝等其他設置要求。應采用不產生火花的地面材料，若采用絕緣材料作整體面層，應采取防靜電措施：散發(fā)可燃粉塵、纖維的廠房，其內表面應平整、光滑，并易于清掃：廠房內不宜設置地溝，確需設置時，其蓋板應嚴密，應采取防止可燃氣體、可燃蒸氣和粉塵等在地溝積聚的有效措施，且應在與相鄰廠房連通處采用防火材料密封。 （3）防止粉塵云與粉塵層著火? 在防止粉料自燃方面，能自燃的熱粉料，儲存前應設法冷卻到正常儲存溫度；在大量儲存能自燃的散裝粉料時，應對粉料溫度進行連續(xù)監(jiān)測；當發(fā)現(xiàn)溫度升高或氣體析

9、出時，應采取使粉料冷卻的措施；卸料系統(tǒng)應有防止粉料聚集的措施。 （4）消除控制火源? 消除控制火源是預防粉塵爆炸的關鍵步驟。具體到特定的火源，必須根據(jù)具體的操作環(huán)境進行有針對性的火源預防，這里提出一些具體要求和措施。 a.防止明火與熱表面引燃。首先要控制人為點火源，禁止在可燃粉塵場所產生諸如煙頭、照明、切割等各類明火。凡是可燃粉塵生產區(qū)域，均應列為禁火區(qū)，嚴格控制明火的使用。 若在粉塵爆炸危險場所確需進行明火作業(yè)時，應遵守下列規(guī)定：由安全負責人批準并取得動火證；明火作業(yè)開始前，應清除明火作業(yè)場所的可燃粉塵并配備充足的滅火器材；進行明火作業(yè)的區(qū)段應與其他區(qū)段分開或隔開：進行明火作業(yè)期間和作

10、業(yè)完成后的冷卻期間，不應有粉塵進入明火作業(yè)場所。 b.防止電弧和電火花。粉塵爆炸危險場所，應采取相應防雷措施。當存在靜電危險時，應在現(xiàn)場安裝防靜電設施，對管道和設備采取靜電接地等措施。所有金屬設備、裝置外殼、金屬管道、支架、構件、部件等，一般采用防靜電直接接地，不便直接接地的，可通過導靜電材料或制品間接接地；直接用于盛裝起電粉末的器具、輸送粉末的管道（帶）等，應采用金屬或防靜電材料制成，且所有金屬管道連接處（如法蘭）應進行跨接：操作人員應采取防靜電措施。依照《防止靜電事故通用導則》標準，對工藝流程中材料的選擇、裝備安裝和防靜電設計、操作管理等過程采取相應的預防措施，控制靜電的產生和電荷的聚集

11、。 （5）控制助燃物? 這個方面的預防措施主要是采用惰性氣體保護。惰性氣體保護的原理是在粉塵和空氣的混合物中，充入既不燃又不助燃的惰性氣體，降低系統(tǒng)中的氧氣含量，從而使粉塵爆炸因缺氧而不能發(fā)生。工業(yè)中通常使用惰性氣體如CO2、N2對車間進行惰化。 （6）空間受限??目前解決空間受限問題的主流方法是設置防爆泄壓裝置。實際經(jīng)驗表明，在設備或廠房的適當部位設置薄弱面（泄壓面），借此可以向外排放爆炸初期的壓力、火焰、粉塵和產物，從而降低爆炸壓力，減小爆炸損失。采用防爆泄壓技術，必須十分注意需考慮粉塵爆炸的最大壓力和最大升壓速度，此外應考慮設備或廠房的容積和結構，以及泄壓面的材質、強度、形狀及結構等

12、。用作泄壓面的設施有爆破板、旁門、合頁窗等；泄壓面可由金屬箔、防水紙、防水布、塑料板、橡膠、石棉板、石膏板等制成。 （7）其他因素??通常來說，粉塵爆炸需具備五個要素：可燃粉塵、粉塵云、引火源、助燃物、空間受限。此外，關于粉塵爆炸還有以下幾個重要影響因素，對粉塵爆炸的預防具有重要意義。 a.粉塵爆炸極限。粉塵以一定的濃度懸浮在空氣中是發(fā)生粉塵爆炸的條件之一，將“一定濃度"量化就是粉塵的爆炸極限。粉塵爆炸極限是粉塵和空氣混合物遇火源能發(fā)生爆炸的粉塵最低濃度（下限）或最高濃度（上限），一般用單位體積空間內所含的粉塵質量表示。在已知化學粉塵的組成和燃燒熱，并做出某些簡化假設的情況下，能夠計算爆炸

13、極限，但通常采用專門儀器測定。實驗表明，許多工業(yè)粉塵的爆炸下限為20～60g/m3，爆炸上限為2000~6000g/m3。 b.爆炸最小引爆能。粉塵爆炸的最小引爆能，也可由火花放電能量求得?？扇挤蹓m觸及的火源能量超過其最小引爆能，它就能發(fā)生爆炸。所以，控制粉塵的最小引爆能在粉塵爆炸的預防中具有重要意義。 c.粉塵的物理化學性質。含有可燃揮發(fā)組分越多的粉塵，爆炸的危險性越大，且其爆炸壓力和升壓速度越高。因為這類粉塵揮發(fā)時釋放出較多可燃氣，大量的可燃氣與空氣混合形成爆炸性的混合氣，使得體系反應更加容易和猛烈。由于燃燒熱高低與粉塵釋放可燃氣多少有關系，所以燃燒熱高的粉塵容易發(fā)生爆炸；另外，氧化速度快的粉塵如鎂、氧化亞鐵、染料等容易發(fā)生爆炸，而且最大爆炸壓力較大，容易帶電的粉塵也容易爆炸。 d.粉塵的粒度。粒度是粉塵爆炸的重要影響因素。粒度越小的粉塵，比表面積越大，在空氣中的分散度越大且懸浮的時間越長，吸附氧的活性越強，氧化反應速率越快，因此就越容易發(fā)生爆炸，即其最小點火能和爆炸下限越小，而且最大爆炸壓力和最大升壓速度相應越大。如果粉塵的粒度太大，它就會因此失去爆炸性能。如粒徑大于400μm的聚乙烯、面粉及甲基纖維素等粉塵不能發(fā)生爆炸，而多數(shù)煤塵粒徑小于1/15～1/10mm時才具有爆炸能力。在大于爆炸臨界粒徑的粗粉塵中混入一定量的可爆細粉塵后，它就可能成為可爆混合物。