粉尘爆炸知识

粉尘爆炸相关知识

粉尘爆炸就是粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源（明火或温度），火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，化学反应速度极快，同时释放大量的热，形成很高的温度和很大的压力，系统的能量转化为机械功以及光和热的辐射，具有很强的破坏力。

1、粉尘爆炸

粉尘爆炸是指悬浮于空气中的可燃粉尘触及明火或电火花等火源时发生的爆炸现象。

2、爆炸条件

某些厂矿生产过程中产生的粉尘，特别是一些有机物加工中产生的粉尘，在某些特定条件下会发生爆炸燃烧事故。国内外的研究成果表明，这些条件一般有三种：

（1）可燃性粉尘以适当的浓度在空气中悬浮，形成人们常说的粉尘云；

（2）有充足的空气和氧化剂；

（3）有火源或者强烈振动与摩擦。

通常认为，易爆粉尘只要满足条件（1）和条件（2），就意味着具备了可能发生事故的苗头。

3、易爆粉尘

一般比较容易发生爆炸事故的粉尘大致有铝粉、锌粉、硅铁粉、镁粉、铁粉、铝材加工研磨粉、各种塑料粉末、有机合成药品的中间体、小麦粉、糖、木屑、染料、胶木灰、奶粉、茶叶粉

末、烟草粉末、煤尘、植物纤维尘等。这些物料的粉尘易发生爆炸燃烧的原因是都有较强的还原剂H、C、N、S等元素存在，当它们与过氧化物和易爆粉尘共存时，便发生分解，由氧化反应产生大量的气体，或者气体量虽小，但释放出大量的燃烧热。例如，铝粉只要在二氧化碳气氛中就有爆炸的危险。

粉尘爆炸的难易与粉尘的物理、化学性质和环境条件有关。一般认为燃烧热越大的物质越容易爆炸，如煤尘、碳、硫黄等。氧化速度快的物质容易爆炸，如镁粉、铝粉、氧化亚铁、染料等。容易带电的粉尘也很容易引起爆炸，如合成树脂粉末、纤维类粉尘、淀粉等。这些导电不良的物质由于与机器或空气摩擦产生的静电积聚起来，当达到一定量时，就会放电产生电火花，构成爆炸的火源。

通常不易引起爆炸的粉尘有土、砂、氧化铁、研磨材料、水泥、石英粉尘以及类似于燃烧后的灰尘等。这类物质的粉尘化学性质比较稳定，所以不易燃烧。

但是如果这类粉尘产生在油雾以及CO、CH4、煤气之类可燃气体中，也容易发生爆炸。

如采用有效的通风和除尘措施，严禁吸烟及明火作业。在设备外壳设泄压活门或其他装臵，采用爆炸遏制系统等。对有粉尘爆炸危险的厂房，必须严格按照防爆技术等级进行设计，并单独设臵通风、排尘系统。要经常湿式打扫车间地面和设备，防止粉尘飞扬和聚集。保证系统要有很好的密闭性，必要时对密闭容器

或管道中的可燃性粉尘充入氮气、二氧化碳等气体，以减少氧气的含量，抑制粉尘的爆炸。

4、爆炸过程

粉尘的爆炸可视为由以下三步发展形成的：第一步是悬浮的粉尘在热源作用下迅速地干馏或气化而产生出可燃气体；第二步是可燃气体与空气混合而燃烧；第三步是粉尘燃烧放出的热量，以热传导和火焰辐射的方式传给附近悬浮的或被吹扬起来的粉尘，这些粉尘受热汽化后使燃烧循环地进行下去。随着每个循环的逐次进行，其反应速度逐渐加快，通过剧烈的燃烧，最后形成爆炸。这种爆炸反应以及爆炸火焰速度、爆炸波速度、爆炸压力等将持续加快和升高，并呈跳跃式的发展。

5、影响因素

(1)物理化学性质

物质的燃烧热越大，则其粉尘的爆炸危险性也越大，例如煤、碳、硫的粉尘等；越易氧化的物质，其粉尘越易爆炸，例如镁、氧化亚铁、染料等；越易带电的粉尘越易此起爆炸。粉尘在生产过程中，由于互相碰撞、磨擦等作用，产生的静电不易散失，造成静电积累，当达到某一数值后，便出现静电放电。静电放电火花能引起火灾和爆炸事故。粉尘爆炸还与其所含挥发物有关。如煤粉中当挥发物低于10%时，就不再发生爆炸，因而焦炭粉尘没有爆炸危险性。

(2)颗粒大小

粉尘的表面吸附空气中的氧，颗粒越细，吸附的氧就越多，因而越易发生爆炸，而且，发火点越低，爆炸下限也越低。随着粉尘颗粒的直径的减小，不仅化学活性增加，而且还容易带上静电。

(3)粉尘的浓度

与可燃气体相拟，粉尘爆炸也有一定的浓度范围，也有上下限之分。但在一般资料中多数只列出粉尘的爆炸下限，因为粉尘的爆炸上限较高。

6、爆炸特点

（1）多次爆炸是粉尘爆炸的最大特点。

（2）粉尘爆炸所需的最小点火能量较高，一般在几十毫焦耳以上。

（3）与可燃性气体爆炸相比，粉尘爆炸压力上升较缓慢，较高压力持续时间长，释放的能量大，破坏力强。

7、爆炸危害

（1）具有极强的破坏性。粉尘爆炸涉及的范围很广，煤炭、化工、医药加工、木材加工、粮食和饲料加工等部门都时有发生。如1952—1979年间，日本发生各类粉尘爆炸事故209起，伤亡共546人，其中以粉碎制粉工程和吸尘分离工程较突出，各为46起。联邦德国1965—1980年发生各类粉尘爆炸事故768起，其中较严重的是木粉及木制品粉尘和粮食饲料爆炸事故，分别占32%和25%。近几年来，我国每年发生粉尘爆炸的频率为：局部爆

炸150-300次，系统爆炸1-3次，且呈增长趋势。我国发生的这些粉尘爆炸尤其是系统爆炸，造成了严重损失，仅1987年哈尔滨亚麻厂的亚麻尘爆炸事故，死亡58人，轻重伤177人，直接经济损失882万元。

（2）容易产生二次爆炸。第一次爆炸气浪把沉积在设备或地面上的粉尘吹扬起来，在爆炸后的短时间内爆炸中心区会形成负压，周围的新鲜空气便由外向内填补进来，形成所谓的“返回风”，与扬起的粉尘混合，在第一次爆炸的余火引燃下引起第二次爆炸。二次爆炸时，粉尘浓度一般比一次爆炸时高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。例如，某硫磺粉厂，磨碎机内部发生爆炸，爆炸波沿气体管道从磨碎机扩散到旋风分离器，在旋风分离器发生了二次爆炸，爆炸波通过爆炸后在旋风分离器上产生的裂口传播到车间中，扬起了沉降在建筑物和工艺设备上的硫磺粉尘，又发生了爆炸。

（3）能产生有毒气体。一种是一氧化碳；另一种是爆炸物(如塑料)自身分解的毒性气体。毒气的产生往往造成爆炸过后的大量人、畜中毒伤亡，必须充分重视。

8、除尘系统

（1）除尘系统中起火爆炸的原因

为了防止粉尘污染和粉尘爆炸，采用除尘系统及时排出工作环境中的粉尘，降低车间内的粉尘浓度是必要的手段。但对于可燃性粉尘来说，除尘设备也必须采取防火、防爆措施，否则一旦

使用不当也会造成爆炸起火事故。除尘系统发生爆炸、起火的原因主要是满足了条件（1）和条件（2）。因为一般除尘器都是吸入空气后再排出，故除尘系统内氧气供给充足。据调查，能引起除尘系统起火可能性的主要为静电火花、自燃火、冲击摩擦和明火。其中静电火花是由于除尘器尼龙滤布带电、管路带电造成的。自燃火是由于捕集下来的粉尘在布袋或灰斗内缓慢进行氧化反应而积蓄下的氧化热造成的。冲击摩擦一般认为是除尘系统吸入的铁片碰撞，或者是检修清扫过程中用锤头振落附着在灰斗或袋室内的粉尘时因碰撞而产生的火星。明火是由于检修时气焊火焰及电焊火花产生的。

（2）除尘系统各部位的防爆措施

粉尘爆炸事故多发生在破碎机、粉磨机、筛分机、干燥机、加料机和贮料仓等部位。在除尘系统中，粉尘入口处的吸尘罩内一般不会发生爆炸事故，因为粉尘浓度在这里仅为0.1～10g/m3，这个数值是安全的。但吸尘罩可以将作为火源的火花吸入，故要引起注意。例如砂轮机工作时会产生大量的火花，如果和其它设备（可燃性粉尘发生源）共用一台除尘器就非常危险，应该采取隔离措施。

除尘设备的风管发生爆炸的实例较多，这是因为粉尘在管内沉积，当受到某种冲击时，可燃性粉尘再次飞扬，在瞬间形成高浓度粉尘云，若遇上火源，很容易爆炸。粉尘在风管内沉积的主要原因，是输送风速太小或有漏风现象。所以为防止发生爆炸，

可燃性粉尘的除尘管路应尽可能短些，并要求同一系统的除尘器所担负的产尘设备（生产加工中能形成粉尘的产尘源）最多不超过四台。对于系统中的弯头，变径管等，在设计时应使弯头曲率半径在管道直径D的1.5倍以上，变径管的展开角在15度以下，以减少阻力。据国外经验，若可燃性粉尘的粒径小于15μm，其沉降速度在0.1m/s左右时，管内的风速应该是沉降速度的100～200倍。当粉尘浓度增大时，输送风速也应相应地加大。在袋室和灰斗处应安装便于检修和清扫的活动门，当联接处采用插入止口连接时，应精心施工，使管内基本看不出缝隙或衬垫，没有阻挡粉尘的现象和漏气现象。对于除尘器来说，灰斗部分是工作条件最为恶劣的地方，也最容易产生起火爆炸。因为吸入风管的粉尘有一部分直接落入灰斗，大部分在滤袋中被过滤。粉尘在滤袋表面形成层后，靠重力自行脱落或被喷吹、振打后脱落，这时就有可能产生高浓度粉尘云，或者在灰斗内的加强筋上及钢板焊缝上堆积起来。如果由于某种原因造成粉尘二次飞扬，条件适宜，又遇上火源，将是非常危险的。

因此，对于产尘源（加工设备）和除尘系统的防火、防爆措施，首先是要清除火源。对于机械摩擦、撞击产生的火花，需采取措施将火星除掉，并在吸尘罩口安装适当的金属网，以防止铁片、螺钉等物被吸入与管道碰撞产生火花引起燃烧。

防止静电火花是一个重要问题，特别是对于处理有可燃性粉尘的除尘设备，应将除尘系统的除尘器、管道、风机等设施连接

起来接地处理。也可采用防静电滤布或将除尘器的袋子用铁夹子夹牢后接地。

对于金属粉尘，如铅、锌、氧化亚铁、锆等，在除尘系统的灰斗中堆积时发生的缓慢氧化反应，以及塑料合成树脂、橡胶等仍保持着制品加工时的摩擦热的粉尘，应采取连续排灰的方法，勿使灰斗内积存过多的粉尘，并要经常观察灰斗及袋室内的温度，或安装温度传感器，以便随时控制装臵内的温度，防止积蓄热诱发火灾引起爆炸。

生产车间的含油雾和含可燃性气体的通风排风设施，绝对不能与可燃性粉尘的除尘系统或有机溶剂作业的通风设备相连接或共用风机。特别是炼铁高炉用的袋式除尘器，尽管整个系统都有相应的防爆、防火措施，但在高炉休风时仍要严格防止煤气爆炸。为此在高炉无蒸汽的情况下，必须迅速打开煤气系统所有的放散阀及清灰阀，与箱体外大气串通，以便在很短时间内将煤气驱出除尘器。对于原则上不能分开的通风系统，除考虑以上措施外，在除尘器运转、停机前后，还应清除整个除尘系统中的残余气体。

（3）除尘系统中的防灭火措施

除尘系统在采取上述措施后虽能防止发生爆炸事故，但在除尘器内局部仍有可能出现起火燃烧现象，这一点也是不能忽视的。如处理可燃性粉尘的袋式除尘器在进行烟气除尘或煤气净化过程中，当烟气冷却装臵、喷雾嘴等出现故障时，滤布就可能被

高温烟气烧坏，甚至造成火灾。干式除尘设备一般采用以下防灭火措施。

①在室外设备的大型除尘装臵，如果发现有着火现象需关闭除尘器风机时，为防止烟气经管道倒灌入车间，应在关闭防火阀或风量开关后，再关掉风机。电除尘及袋式除尘器的过滤部分通常是密封结构，没有特殊情况，滤袋的燃烧不会向其它部位蔓延。对设立在室内的小型除尘装臵，遇到袋室起火冒烟情况则应立即关闭风机。

②堆集在灰斗内的粉尘一旦着火，可用灭火器扑灭，然后将其内部的粉尘排出。排出的粉尘要认真处理，防止死灰复燃并要注意在清除过程中避免出现爆燃事故。灰斗或袋室清理干净后再换上新滤袋。

③灭火后，为了防止袋室内缺氧及一氧化碳中毒，人员进入前应进行充分的通风换气，待确认安全后方可进入查看、操作。

④治理可燃性、摩擦性强的粉尘时，原则上风机应设在袋式除尘器后。若放在前面，粉尘附着在风机叶片上，受潮后粘结形成结垢层会使叶轮失去平衡，导致运转时偏心扭矩过大轴承发热、振动或折断叶片，撞坏机壳，产生火花，成为粉尘的着火源。为了避免这种事故，可加装振动开关，当风机出现异常时自动控制风机关闭。

（4）设臵除尘设备的注意事项

干式除尘方式与湿式除尘方式相比，粉尘的回收和利用较为方便，不需考虑冬季的防冻措施和污水处理问题，且造价和运行费用都较低。特别是袋式除尘器，已广泛应用于各个工业部门的烟气、粉尘治理中。但对于治理可燃性粉尘的除尘系统和建筑物的设计及施工中应注意以下几点。

②尘器与其它生产设备应保持适当的安全距离，四周设臵耐压壁。

②有易燃粉尘的车间建筑物应采用防火结构，与其它车间的连接处应设防火门、百叶窗以及排气孔，以便驱散爆炸气体。

③在含有易燃易爆气体的车间内设臵的除尘器，一般要设计防爆孔。孔的尺寸应为袋室面积的5～6%或相对袋室容积的0.16m2/m3。

比例按防止粉尘爆炸的要求来设计。

⑤要防止可燃性粉尘泄漏飘散，车间内的房梁、支架、顶棚等处不能有粉尘堆集。

9、预防

（1）加强强风，控制粉尘浓度低于爆炸下限。

（2）在有爆炸危险性粉尘的场合，应避免高温、明火、电火花及撞击等情况。

（3）对有些与水接触会引起自燃或爆炸的粉尘，应避免与水或有可能发生反应的液体接触。（4）应注意粉尘的种类及性质，避免会发生相互反应的粉尘混合或接触。